袁 莉， 劉 焰*， 劉 特

1.上海交通大學(xué)醫(yī)學(xué)院附屬第一人民醫(yī)院眼科，上海 200080 2.上海市中醫(yī)老年病研究所，上海 200031

·綜 述·

磷酸二酯酶6b基因異常表達(dá)對視網(wǎng)膜色素變性的作用

袁 莉1， 劉 焰1*， 劉 特2

1.上海交通大學(xué)醫(yī)學(xué)院附屬第一人民醫(yī)院眼科，上海 200080 2.上海市中醫(yī)老年病研究所，上海 200031

磷酸二酯酶(phosphodiesterase，PDE)是一個(gè)大家族，包括11個(gè)亞家族，即PDE1～PDE11。而PDE6是PDEs亞家族中的一種，由PDE6基因編碼的PDE蛋白，水解cGMP，cGMP是視桿細(xì)胞外節(jié)膜盤離子通道的特異性受體，同時(shí)cGMP也是脊椎動(dòng)物中感光細(xì)胞將光信號(hào)轉(zhuǎn)化為電信號(hào)的重要分子。PDE6b基因的缺失使感光細(xì)胞內(nèi)cGMP增多，引起感光細(xì)胞的陽離子增多，細(xì)胞中毒而壞死，視網(wǎng)膜的感光細(xì)胞不斷破壞，從而間接影響到視網(wǎng)膜接受光信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)。PDE6b基因異常是常染色體隱性遺傳視網(wǎng)膜色素變性最主要的原因之一，因此對于PDE6b基因表達(dá)異常在動(dòng)物模型及家族遺傳逐漸成為近年來研究的熱點(diǎn)。該文將重點(diǎn)闡述PDE6b基因的結(jié)構(gòu)、功能和突變類型對視網(wǎng)膜色素變性相對應(yīng)結(jié)構(gòu)及其功能的影響。

磷酸二酯酶β亞單位；視網(wǎng)膜；rd1；基因缺失；視網(wǎng)膜色素變性

PDE6b基因最早是在rd1小鼠中被發(fā)現(xiàn)，其編碼的PDE6β是視網(wǎng)膜感光細(xì)胞將光量子轉(zhuǎn)化為電信號(hào)的重要組成部分，引起視網(wǎng)膜的級(jí)聯(lián)反應(yīng)。生物信息分析顯示，PDE6b基因任何位點(diǎn)上的突變都會(huì)影響到PDE6b三維立體結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致PDE蛋白結(jié)構(gòu)發(fā)生改變，從而引發(fā)其功能失調(diào)。PDE6b基因表達(dá)異常被認(rèn)為與常染色體顯性遺傳、常染色體隱性遺傳視網(wǎng)膜色素變性以及先天性靜止性夜盲癥等疾病相關(guān)。隨著研究的深入，人們逐步認(rèn)識(shí)到PDE6b基因在視網(wǎng)膜光電轉(zhuǎn)換中的重要作用，尤其PDE6b基因的缺失引起視網(wǎng)膜色素變性等疾病。本文就PDE6b基因的結(jié)構(gòu)功能及其能引起視網(wǎng)膜色素變性的突變類型進(jìn)行闡述。

1 PDE6b結(jié)構(gòu)及功能

1.1 PDE6b基因的結(jié)構(gòu) Keeler等[1]于1924年首次報(bào)道了視網(wǎng)膜無桿狀細(xì)胞的小鼠，后被作為研究常染色體隱性遺傳視網(wǎng)膜色素變性的動(dòng)物模型。Pittler等[2]將這類小鼠簡稱為rd1小鼠，rd1小鼠攜帶缺陷的PDE6b基因(ID:5158)，PDE6b位于小鼠的5號(hào)染色體，rd1小鼠的產(chǎn)生是由PDE6b基因上一個(gè)鼠白血病病毒在內(nèi)含子1位的插入和一處點(diǎn)突變產(chǎn)生終止密碼子所造成的。Pittler等[3]于2001年證實(shí)，在外顯子7位(密碼子347)有處無義點(diǎn)突變，和Keeler等[1]所發(fā)現(xiàn)的突變類型在同一個(gè)基因的不同位點(diǎn)。雖然視網(wǎng)膜色素變性的PDE6b基因表現(xiàn)型最早在歐洲的野生小鼠中被觀察到，但后來也被發(fā)現(xiàn)存在于多種野生及實(shí)驗(yàn)室近交鼠系中。與人類同源的PDE6b基因與人類的常染色體隱性遺傳的視網(wǎng)膜色素變性相關(guān)。犬類PDE6b基因位于3號(hào)染色體上，約有15 kb，與人類不同的是，該基因在內(nèi)含子3、10、11、12、21片段更短一些，外顯子14位有110個(gè)堿基，除此之外，外顯子15位上有88個(gè)堿基比人(87)稍長。

PDE6b基因定位于人類染色體4p16.3，含22個(gè)外顯子，約有45 kb，cDNA有3 231個(gè)堿基，編碼855個(gè)氨基酸，將該區(qū)域精確定義至2.5 Mb，PDE6b基因主要表達(dá)于感光細(xì)胞的外段，并證實(shí)PDE6b基因表達(dá)異常為視網(wǎng)膜色素變性(retinitis pigmentosa，RP)的致病基因之一。RP從遺傳學(xué)角度來講有多種類型的遺傳方式，比如常染色顯性遺傳、常染體隱性遺傳或者X連鎖遺傳。

1.2 PDE6b基因的功能 PDE6b基因編碼PDE6蛋白的β亞基，PDE6包含兩大亞基PDE6α(88 KDa)和-β(84 KDa)，每一個(gè)都有一個(gè)催化區(qū)和兩個(gè)結(jié)合區(qū)，另外還有兩個(gè)起抑制作用的PDE6γ亞基藏于G蛋白空隙中。生物信息學(xué)分析，PDEβ亞單位二級(jí)結(jié)構(gòu)由2個(gè)GAF(GMP phosphodiesterase/adenyl/cyclase/FhlA)結(jié)構(gòu)域和一個(gè)PDEaseⅠ(phosphodiesterase Ⅰ)結(jié)構(gòu)域組成。GAF結(jié)構(gòu)域在視紫紅質(zhì)(rhodopsins，RHO)和環(huán)核苷酸磷酸二酯酶(cyclic nucleotide phosphodiesterase，cGMP-PDE)中特異性存在；PDEaseⅠ結(jié)構(gòu)域是酶催化活性中心，這2種結(jié)構(gòu)域上的異?？梢砸餚DE功能的異常。迄今已發(fā)現(xiàn)PDE有11個(gè)亞族，結(jié)構(gòu)和功能分析表明，PDE擁有一個(gè)C端催化結(jié)構(gòu)域、N端調(diào)節(jié)結(jié)構(gòu)域和一個(gè)末端的高度保守的半胱氨酸富集區(qū)域(cysteine rich domain，CRD)。磷酸二酯酶在光傳導(dǎo)過程中發(fā)揮著重要作用，外界光子的刺激使視紫紅質(zhì)活化分解為視黃醛和視蛋白，同時(shí)視紫紅質(zhì)激活光轉(zhuǎn)導(dǎo)蛋白(transducin)，活化的轉(zhuǎn)導(dǎo)蛋白又激活了視桿細(xì)胞中PDE，cGMP-PDE降解感光細(xì)胞內(nèi)環(huán)磷酸鳥苷(cGMP)轉(zhuǎn)化為5′-GMP，使cGMP的濃度降低。cGMP是視桿細(xì)胞外節(jié)膜盤離子通道的特異性受體，cGMP是脊椎動(dòng)物中感光細(xì)胞將光反應(yīng)轉(zhuǎn)化為電信號(hào)的重要分子[4]，它的降解導(dǎo)致視桿細(xì)胞膜陽離子依賴的cGMP通道關(guān)閉，Na+、Ca2+內(nèi)流減少，感光細(xì)胞質(zhì)膜發(fā)生超極化，突觸末梢釋放谷氨酸遞質(zhì)增加，形成神經(jīng)沖動(dòng)，進(jìn)而引起視覺沖動(dòng)向視覺中樞逐級(jí)傳遞，人們因此而感受到光線的刺激(圖1)。

圖1 PDE作用機(jī)制示意圖

2 PDE6b突變與缺失對視網(wǎng)膜結(jié)構(gòu)和功能的影響

PDE6b基因編碼蛋白與視網(wǎng)膜光電信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)的瀑布式反應(yīng)相關(guān)，它的異常表達(dá)已知主要發(fā)生在小鼠、犬類以及人類。

2.1 PDE6b基因表達(dá)異常對動(dòng)物視網(wǎng)膜結(jié)構(gòu)和功能的影響

2.1.1 PDE6b基因表達(dá)異常對rd1小鼠和rd10小鼠的影響 Keeler等[1]發(fā)現(xiàn)的無視桿細(xì)胞的rd1小鼠有PDE6b基因的缺失。Pittler等[2]于1991年證實(shí)了rd1小鼠在PDE6b基因外顯子7位第347個(gè)密碼子處發(fā)生錯(cuò)義突變。rd1小鼠存在兩處點(diǎn)突變，一處是約1.5 kb大小片段的鼠白血病病毒基因在內(nèi)含子1位插入，另一處是外顯子7位的第347密碼子發(fā)生無義突變(C-A)產(chǎn)生了一個(gè)終止密碼子，其中外顯子7位上的無義突變是導(dǎo)致rd1小鼠產(chǎn)生的主要原因。Chang等[5]對rd1小鼠的補(bǔ)充實(shí)驗(yàn)意外地發(fā)現(xiàn)，在視網(wǎng)膜色素變性的顯性病例中存在新的PDE6b等位基因，在PDE6b基因的外顯子16位的第1 976位點(diǎn)上發(fā)生錯(cuò)義點(diǎn)突變，第659位的密碼子CTC突變?yōu)镃CC，亮氨酸轉(zhuǎn)變?yōu)楦彼帷＿@個(gè)突變的位點(diǎn)不同于rd1，該學(xué)者將這個(gè)等位基因的標(biāo)志物稱為PDE6b nmf，將其簡化為nmf。Chang等[5]首次描述了rd10小鼠，rd10小鼠在PDE6b基因的外顯子13位發(fā)生了錯(cuò)義突變。rd10小鼠為視網(wǎng)膜色素變性呈現(xiàn)出另外一個(gè)有用的自然突變的模型。除了這些自發(fā)的突變，Hart等[6]發(fā)表了一篇關(guān)于PDE6b基因缺失的基因型和表型研究，發(fā)現(xiàn)ENU(N-ethyl-N-nitrosourea)可以誘導(dǎo)PDE6b基因的7個(gè)新的位點(diǎn)突變，其中4個(gè)位點(diǎn)突變和rd1小鼠有同源性，三個(gè)無義突變(Arg799X，Trp378X和Tyr689X)，一個(gè)突變改變了5’端剪接，這些使PDE蛋白的功能受到嚴(yán)重干擾，另外還有兩個(gè)發(fā)生錯(cuò)義突變(H620Gln和Asn606Ser)，另一個(gè)是5′端的突變(IVS+5G→A)，而這種突變引起的rd1小鼠視網(wǎng)膜變性發(fā)展速度相較于自發(fā)的rd1小鼠比較慢。

正常哺乳動(dòng)物視網(wǎng)膜光傳導(dǎo)由感光細(xì)胞通過其內(nèi)外節(jié)的特殊結(jié)構(gòu)將光信號(hào)轉(zhuǎn)化為電信號(hào)，再傳給雙極細(xì)胞。rd1小鼠模型中，由于鼠性病毒基因插入，編碼PDEβ亞單位的PDE6b基因發(fā)生突變，編碼的PDE蛋白結(jié)構(gòu)發(fā)生改變，PDEase1水解cGMP的能力降低，感光細(xì)胞內(nèi)cGMP的堆積，通過生物化學(xué)證實(shí)PDEβ的功能障礙和細(xì)胞內(nèi)cGMP增高相關(guān)。rd1小鼠視網(wǎng)膜中cGMP水平升高，過高的cGMP引起細(xì)胞內(nèi)鈉、鈣離子的過度內(nèi)流，將使Na+/Ca2+-ATP酶持續(xù)活化以維持電化學(xué)梯度，從而加重了代謝負(fù)擔(dān)，細(xì)胞中毒，最終造成了感光細(xì)胞的死亡。

研究[4]表明，在小鼠視網(wǎng)膜變性的模型中，視網(wǎng)膜結(jié)構(gòu)和功能都受到很大的影響和破壞，并且視網(wǎng)膜中cGMP的水平升高的程度要高于視網(wǎng)膜的破壞，主要表現(xiàn)為眼底血管變細(xì)、大量的色素斑沉著(呈骨細(xì)胞樣)、視網(wǎng)膜明顯變薄[4]、鞏膜、視網(wǎng)膜血管萎縮；超微結(jié)構(gòu)顯示，視網(wǎng)膜變性過程中外核層細(xì)胞核固縮，外節(jié)膜盤排列紊亂甚至崩解。病變過程中主要累及外核層的視桿細(xì)胞，晚期累及視錐細(xì)胞，視網(wǎng)膜色素上皮及內(nèi)層視網(wǎng)膜細(xì)胞形態(tài)和功能保持正常。在nmf突變的純合子小鼠身上，表現(xiàn)為出生后的16 d，視網(wǎng)膜的外核層出現(xiàn)大面積的破壞，30 d左右視網(wǎng)膜外核層所剩無幾，視網(wǎng)膜出現(xiàn)白斑，視網(wǎng)膜血管缺血變白。rd10小鼠這種突變模型PDE6b基因編碼的PDE蛋白表達(dá)水平及活性都不同于rd1小鼠，rd10小鼠視網(wǎng)膜的變性的發(fā)生相對于rd1小鼠發(fā)生比較晚，中心視網(wǎng)膜部視桿細(xì)胞的破壞出現(xiàn)在出生后的16 d，外周視網(wǎng)膜在出生后的20 d開始出現(xiàn)破壞，30 d左右時(shí)視網(wǎng)膜的外核層僅剩下兩三層，所有的視桿細(xì)胞的死亡大概在60 d左右，感光細(xì)胞消失的速率要慢于rd1小鼠[7]。組織學(xué)顯示，視網(wǎng)膜的外核狀層在出生后的24 d幾乎消失殆盡。這些特征性變化都與人的視網(wǎng)膜色素變性臨床表現(xiàn)是相似的[8]。視網(wǎng)膜電圖顯示，視網(wǎng)膜電圖異常，但是視桿細(xì)胞和視錐細(xì)胞的a波和b波在出生后的第18 d是很容易被測到的，在隨后的兩個(gè)月左右穩(wěn)定的下降超過90%[8]。

2.1.2 PDE6b基因表達(dá)異常對犬類視網(wǎng)膜功能的影響 據(jù)報(bào)道[9]，犬是PDE6b基因缺陷造成視網(wǎng)膜營養(yǎng)障礙相關(guān)的第二種動(dòng)物。由于犬類與人類的基因庫大體是相似的，對其進(jìn)行目的基因篩查的過程中發(fā)現(xiàn)PDE6b基因位于3號(hào)染色體上。PDE6b基因的突變發(fā)生在犬類中最早是由Aguirre等[10]報(bào)道的。Suber等[11]發(fā)現(xiàn)，rcd1(rod-cone dystrophy1)狗在PDE6b基因在外顯子21位第807密碼子處發(fā)生無義突變，G-A密碼子由TGG轉(zhuǎn)變?yōu)門AG，引起終止密碼子的出現(xiàn)，其后的49個(gè)氨基酸無法正常轉(zhuǎn)錄，C端的缺失造成翻譯后加工及膜結(jié)合功能障礙，最終使PDE失去酶的活性。Dekomien等[12]于2000年報(bào)道的Sloughi dog，在PDE6b基因的816位密碼子后有8個(gè)堿基的插入。Goldstein等[13]在American Staffordshire terrier 和the Pit Bull Terrier種系的犬類發(fā)現(xiàn)了兩類早發(fā)性常染體隱性遺傳視網(wǎng)膜色素變性，患有這種疾病的犬類出生后不到一年開始出現(xiàn)明暗視覺嚴(yán)重受損的情況，甚至在成年早期即發(fā)生嚴(yán)重的失明，這兩類分別稱為crd1和crd2(cone-rod dystrophy1、2)，對其進(jìn)行全基因組關(guān)聯(lián)分析和之后的研究發(fā)現(xiàn)這兩類疾病的致病基因并非是等位基因，crd1是PDE6b基因的缺失突變引起，crd2是因IQCB1的插入突變引起。在crd1狗中PDE6b基因的突變是在21位外顯子上有3個(gè)堿基的缺失，引起最終PDE蛋白的催化區(qū)一個(gè)氨基酸的缺失，而這個(gè)氨基酸恰好位于PDEase-1酶活性區(qū)域內(nèi)，PDEase-1酶催化功能區(qū)域開始于556終止于804，而這個(gè)缺失的氨基酸剛好位于802位。組織學(xué)顯示，crd1狗在出生后11周左右，視網(wǎng)膜的外核層僅有5～7層厚，經(jīng)過組織病理學(xué)染色發(fā)現(xiàn)視網(wǎng)膜內(nèi)節(jié)發(fā)生很嚴(yán)重異性、紊亂、松弛的排列，且相對來說視桿細(xì)胞要比視錐細(xì)胞更容易發(fā)生這種變化，在20個(gè)月之后，crd1狗視網(wǎng)膜的感光細(xì)胞的外節(jié)、內(nèi)節(jié)以及細(xì)胞核都發(fā)生很嚴(yán)重的損傷。生物化學(xué)分析表明，感光細(xì)胞發(fā)育受阻滯的程度與cGMP水平的異常增高相關(guān)，cGMP 水平持續(xù)增高直到正常的10倍，也可以降低cGMP磷酸二酯酶的活性。編碼PDEβ的mRNA開始出現(xiàn)異常的低水平要早于視網(wǎng)膜出現(xiàn)破壞。在這項(xiàng)研究[13]中顯示，兩種犬類rcd1、crd1和小鼠的rd1、rd10是分別相對應(yīng)的，在突變的類型、表型、發(fā)生年齡、發(fā)生率、和基因治療的潛在性皆相似，rcd1和rd1都有一個(gè)錯(cuò)義突變，而crd1和rd10發(fā)生的是無義突變，并且功能學(xué)分析顯示rcd1和rd1幾乎有完全性的視網(wǎng)膜功能的破壞。

2.2 PDE6b基因表達(dá)異常對人類視網(wǎng)膜功能的影響 PDE6b基因的突變通常與視網(wǎng)膜色素變性和先天性靜止性夜盲癥相聯(lián)系[14]，也可引起感音神經(jīng)性耳聾-視網(wǎng)膜色素變性綜合征，簡稱為Usher綜合征(Usher Syndrome，USH)[15]。McLaughlin等[16]首次報(bào)道了PDE6b基因與人類的常染色體隱性遺傳的視網(wǎng)膜色素變性相關(guān)。視網(wǎng)膜色素變性是一類進(jìn)行性的視網(wǎng)膜視桿細(xì)胞和視錐細(xì)胞的營養(yǎng)障礙性疾病，表現(xiàn)為患病者在幼兒期皆出現(xiàn)夜盲癥、逐漸的視野缺損、視敏度下降。眼底檢查示，視網(wǎng)膜血管旁色素沉著、黃斑區(qū)蠟白、視網(wǎng)膜血管進(jìn)行性萎縮。視網(wǎng)膜電圖檢查顯示，視桿細(xì)胞和視錐細(xì)胞波振幅下降很明顯，明暗適應(yīng)的視網(wǎng)膜電圖很大程度上降低或者不存在，也即a、b波延遲、低平或消失[17]。白內(nèi)障可能在RP的中期出現(xiàn)，眼科檢查發(fā)現(xiàn)，視野縮小，但是中心視野在早期保持正常，至到疾病的晚期完全缺失。有些并發(fā)黃斑囊樣水腫和黃斑前膜，而PDE6b基因缺失引起的視網(wǎng)膜色素變性很少引起黃斑前膜[18]。RP伴有很多疾病稱為RP綜合征，其中常染色體隱性遺傳RP占到RP總數(shù)的20%～25%[19]，到目前為止，由PDE6b基因突變所造成的RP1%～2%，并以常染色體隱性遺傳為主，由這個(gè)基因突變所引起的RP占arRP患者的4%～5%。超過35個(gè)基因座及基因被認(rèn)為與常染色體隱性遺傳的RP相關(guān)。PDE的異常在很多視網(wǎng)膜色素變性疾病患者中廣泛存在，研究證實(shí)PDE活性的喪失、cGMP積聚和光感受器的凋亡同時(shí)存在。

根據(jù)人類基因突變庫，到目前為止PDE6b至少有24種突變可能引起視網(wǎng)膜色素變性，包括C270X，Q298X，L527P，R531X，H557Y，G576D，H620(1-bp del)，K706X，L854V，W807R，I535N，R552Q，P387L，D600N，H258N，L228I，E640fs，L669R，W378，R799X，H337R，R560C和兩個(gè)剪接突變P496(1-bp del)和P2193(1+bp.del)[20]等。大部分的突變類型是錯(cuò)義突變，盡管這種突變類型對于下游基因編碼的影響還不是很清楚，但它們對酶功能的影響還是大于無義突變所造成的影響。人類的PDE6b基因的多數(shù)突變是在常染色體隱性遺傳的視網(wǎng)膜色素變性患者中發(fā)現(xiàn)的。

PDE6b基因突變類型有所不同，其中點(diǎn)突變分為堿基替換和移碼突變，堿基替換分為密碼子區(qū)域的替換和非密碼子區(qū)域的替換，密碼子突變類型又分為同義突變、錯(cuò)義突變、無義突變和終止密碼子突變。

其中密碼子區(qū)域的突變位點(diǎn)如下。錯(cuò)義突變：L527P和H557Y發(fā)生在PDE6b基因的同系物催化區(qū)[21]；I535N(c.1604T>A)處發(fā)生了一個(gè)錯(cuò)義突變，另外一個(gè)在H557Y(c.1699C>T)發(fā)生的錯(cuò)義突變[22]；W807R(c.2419T>A)，21號(hào)外顯子密碼子2419發(fā)生錯(cuò)義突變，也就是在位置807上一個(gè)A替代了T，最終導(dǎo)致活性高的精氨酸代替了保守的色氨酸，盡管這個(gè)突變發(fā)生PDE蛋白的催化區(qū)以外，但它發(fā)生的位點(diǎn)卻是一個(gè)高度保守的位置[15]；R552Q(c.1655G>A)和P387L(c.1160C>T)，前者在密碼子552位一個(gè)谷氨酸代替了精氨酸，后者在密碼子387位上亮氨酸取代了脯氨酸，通過單倍體連鎖分析顯示PDE6b基因的位于4號(hào)染色體上，這兩個(gè)突變的位置都影響了PDE蛋白的三維立體結(jié)構(gòu)[23]；另外外顯子12位發(fā)生I533N(c.1604T>A)和在外顯子13位上發(fā)生的H557Y(c.1669C>T)[17]，R560C(c.1678C>T)發(fā)生在外顯子13位的點(diǎn)突變。Jacobson等[24]曾經(jīng)報(bào)導(dǎo)了一例因C270X的突變?nèi)狈DE6β患者，造成視網(wǎng)膜外周增厚而中央凹處變薄；Ullah等[25]從350多個(gè)視網(wǎng)膜色素變性的家系中篩選出11個(gè)家族存在PDE6基因缺失，PDE6b基因缺失c.243delG (p.R82Afs68*)和c.12_15delTGAG (p.S4Rfs23*)與視網(wǎng)膜色素相關(guān)。無義突變：三個(gè)無義突變Gln-298-X、Arg-531-X、Lys-706-X[16,21]，其中Lys-706-X突變會(huì)引起PDE6B蛋白一段催化區(qū)的缺失[26]。Cheng等[20]在對144個(gè)基因相關(guān)的視網(wǎng)膜病變進(jìn)行研究時(shí)發(fā)現(xiàn)，兩個(gè)新的突變基因，分別是在外顯子9位發(fā)生的W378X(c.1133G>A)突變和在外顯子21位發(fā)生的R799X(c.2395C>T)突變，這兩個(gè)突變區(qū)域皆位于PDE6b的保守區(qū)域，經(jīng)證實(shí)復(fù)合雜合的PDE6b基因的兩個(gè)無義突變也能造成RP。外顯子12位的無義突變，即Met523Arg(c.1568T>G)[27]。終止密碼子突變：Shen等[28]通過對一組視網(wǎng)膜色素變性的家庭進(jìn)行新一代外顯子基因測序分析，得到一個(gè)新的PDE6b基因突變類型純合子c.1923_1969，這個(gè)突變位點(diǎn)位于外顯子16位，有一個(gè)47bp的插入和一個(gè)6bp的刪除，最終造成在641位氨基酸發(fā)生移碼突變，并且還提前出現(xiàn)了一個(gè)終止密碼子，外顯子16～22位的丟失引起蛋白質(zhì)縮短，在氨基酸555-792的位置打斷了cGMP水解的催化區(qū)域，而這個(gè)終止密碼子很大可能導(dǎo)致PDE6β失去功能，引起高水平的cGMP，隨后通道關(guān)閉的數(shù)量減少。影響非密碼子區(qū)域替換如下。外顯子剪接突變：Mclaughlin等[21]在遺傳的視網(wǎng)膜色素變性的家族遺傳譜中發(fā)現(xiàn)一處PDE6b基因的剪接突變，引起視網(wǎng)膜外核層PDE的減少，cGMP的聚積；Beheshtian等[29]對13個(gè)家族的10個(gè)家庭進(jìn)行了arRP的基因突變點(diǎn)的檢測，在PDE6b基因的外顯子8位一處剪接突變。

移碼突變：Michael等[20]在外顯子15位發(fā)生的一個(gè)堿基缺失H620(1-bp del)造成移碼突變；內(nèi)含子2位AG轉(zhuǎn)換為AT引起外顯子3位一個(gè)閱讀框的缺失造成移碼突變[30]。

3 展 望

PDE6b基因的表達(dá)異常是常染色體隱性遺傳arRP首要致病基因，RP在西方發(fā)病率為1/4 000-1/3 500[31]，國內(nèi)統(tǒng)計(jì)發(fā)病率為1/3784，全世界約有150萬以上患者，至今尚無有效防治手段。目前為止，有144個(gè)基因，超過4 000個(gè)突變和視網(wǎng)膜疾病明確相關(guān)。RP是一組同源性較高的一組視網(wǎng)膜疾病，有不同的表型涉及到基因突變的多樣性。因此通過對PDE6b基因的研究，且已掌握此基因的定位、功能和突變類型。然而，PDE6b基因異常致病的分子機(jī)制及基因的表達(dá)表型的影響還不是很清楚，有待研究的因素還很多。盡管所有自然突變形成的小鼠模型和人類因PDE6b基因缺陷所導(dǎo)致的視網(wǎng)膜色素變性疾病有相似的特點(diǎn)，但治療方面的發(fā)現(xiàn)還不能充分滿足人類疾病的需要。對于PDE6b基因缺陷的人體研究還比較少，隨著更多臨床前期和臨床研究，基因替代治療使用玻璃體內(nèi)注射高效滲透性強(qiáng)的AAV載體，結(jié)合抗氧化類藥物、生長因子、或者其它藥物變成更重要的措施治療常染色體隱性遺傳視網(wǎng)膜色素變性。這篇綜述基于對小鼠PDE6b基因的研究以及部分RP患病家族的研究，為人體研究提供了依據(jù)，并對RP患者治療提供了依據(jù)。

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[本文編輯] 姬靜芳

The role of abnormal expression of the PDE6b gene in retinitis pigmentosa

YUAN Li1, LIU Yan1*, LIU Te2

1. Department of Ophthalmology, Shanghai General Hospital, School of Medicine, Shanghai Jiao Tong University, Shanghai 200080, China2. Shanghai Geriatric Institute of Traditional Chinese Medicine, Shanghai 200031, China

Phosphodiesterases (PDEs) are a large family of proteins divided into 11 subfamilies, namely PDE1-PDE11. PDE6 is a PDEs subfamily, the PDE protein encoded by the PDE6 gene, which hydrolyses cGMP, the specific receptor of rod outer segment membrane disc ion channels and also an important molecule in the vertebrate photoreceptor cells that converts light signals into electrical signals. The deletion of pde6b gene results in a nonfunctional PDE and an accumulation of cGMP in the photoreceptor cells, causing the increase of cationic photoreceptor cells, cell poisoning and cell death. The photoreceptor cells in the retina constantly deteriorate, indirectly affecting the retina converting the light signals into electrical signals. The abnormal expression of pde6b gene is one of the most important causes of autosomal recessive retinitis pigmentosa. Therefore, the abnormal expression of pde6b gene in animal models and familial inheritance has gradually become the focus of research in recent years. This paper focuses on the structure, function, and mutation types of pde6b gene, and their influence on the corresponding structure and function of retinitis pigmentosa.

pde6b; retina; rd1; gene deletion; retinitis pigmentosa

2016-11-01 [接受日期] 2017-04-13

國家自然科學(xué)基金面上項(xiàng)目(81371068). Supported by General Fund of National Natural Science Foundation of China (81371068).

袁 莉，碩士生. E-mail: yuanli0720@163.com

*通信作者(Corresponding author). Tel: 021- 56663031, E-mail: yanliu201410@126.com

10.12025/j.issn.1008-6358.2017.20161014

R 774.1+3

A