劉美蘭 綜述 張俊青 審校

(濟(jì)寧市精神病防治院，濟(jì)寧 272051)

神經(jīng)發(fā)育障礙(neurodevelopment disorders，NDDs)是一組癥狀出現(xiàn)在兒童或青少年時(shí)期的疾病，其影響一些高級(jí)認(rèn)知功能，如學(xué)習(xí)、社交和情緒[1]。NDDs風(fēng)險(xiǎn)基因中有相當(dāng)一部分編碼γ-氨基丁酸(GABA)能信號(hào)系統(tǒng)的組成成分，包括轉(zhuǎn)錄因子、GABA受體、抑制因子突觸蛋白等，這些組成成分如發(fā)生基因突變或表觀遺傳變異可引起抑制神經(jīng)元嚴(yán)重的功能障礙[2]。本文將著重闡述GABA能信號(hào)系統(tǒng)功能障礙在NDDs發(fā)生發(fā)展中的作用機(jī)制，為臨床NDDs的診斷和治療提供參考。

1 GABA能信號(hào)系統(tǒng)

1.1 GABA能信號(hào)系統(tǒng)組成

GABA是一種主要存在于中樞神經(jīng)系統(tǒng)的抑制性神經(jīng)遞質(zhì)，廣泛分布于大腦和脊髓中。哺乳動(dòng)物大腦發(fā)育過程中，GABA能神經(jīng)元在增殖區(qū)產(chǎn)生的細(xì)胞遷移到特定大腦結(jié)構(gòu)并組裝成GABA能信號(hào)系統(tǒng)。GABA能信號(hào)系統(tǒng)由谷氨酸脫羧酶(GAD)、GABA、GABA轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白和GABA受體(GABAR)組成[3]。GABA由GAD65/67催化谷氨酸脫羧產(chǎn)生，再通過GABA轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白與GABAR結(jié)合發(fā)揮作用。GABAR分為離子型受體(GABAAR、GABACR)和代謝型受體(GABABR),前者屬于電壓門控氯離子通道，后者屬于G蛋白耦聯(lián)受體。

1.2 GABA能信號(hào)系統(tǒng)生理功能及其作用機(jī)制

大腦皮層中，數(shù)目眾多的興奮性神經(jīng)元與抑制性中間神經(jīng)元通過突觸相互連接或自我連接，構(gòu)建成復(fù)雜的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)來執(zhí)行感覺、運(yùn)動(dòng)、學(xué)習(xí)、決策等功能。由谷氨酸能神經(jīng)元提供的興奮性信號(hào)和由GABA能神經(jīng)元提供的抑制性信號(hào)往往是相輔相成的，從而達(dá)到興奮和抑制的平衡。各類GABA能神經(jīng)元所組成的抑制性微環(huán)路對(duì)平衡的維持十分重要[4]。

GABA能信號(hào)系統(tǒng)通過相位性抑制和緊張性抑制2種模式調(diào)節(jié)神經(jīng)回路。依據(jù)GABA存在的位置和傳遞方式的不同，GABA介導(dǎo)的電流特性也不相同。GABA存在于突觸內(nèi)，于突觸間傳遞，介導(dǎo)的是相位性抑制電流。這類抑制發(fā)生較快且時(shí)間精確，往往緊接首個(gè)動(dòng)作電位之后，隨后馬上結(jié)束，稱為快相交互抑制。若 GABA存在于突觸外，如突觸間隙、細(xì)胞間隙，通過傳遞作用于突觸后膜，介導(dǎo)的則是緊張性抑制電流，抑制電流具有持續(xù)性的特點(diǎn)。相位性 GABA來自丘腦網(wǎng)狀核中的GABA能神經(jīng)元，而緊張性GABA的來源尚存爭(zhēng)議[5]。

2 GABA能信號(hào)系統(tǒng)障礙與NDDs

2.1 遺傳、表觀遺傳和環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)因素

NDDs具有很強(qiáng)的遺傳傾向。許多NDD風(fēng)險(xiǎn)基因編碼的蛋白質(zhì)是GABA能信號(hào)系統(tǒng)的組成成分，如 GABAARβ3亞基和突觸前細(xì)胞黏附分子NRXN1、NRXN2和NRXN3。孤獨(dú)癥譜系障礙(ASD)患者GPHN基因可見拷貝數(shù)變異和外顯子缺失，而GPHN基因編碼突觸支架蛋白 Gephyrin，參與GABAAR抑制性突觸的形成和聚集[6]。Collybistin蛋白是一種與 Gephyrin 結(jié)合的 GDP-GTP 交換因子，可調(diào)節(jié)GABAAR聚集，其基因一旦發(fā)生突變可導(dǎo)致X連鎖智力障礙的嚴(yán)重腦病和癲癇[7]。

NDDs可檢測(cè)出多種表觀遺傳變異。編碼DNA(胞嘧啶 5)-甲基轉(zhuǎn)移酶 3A的DNMT3A基因如發(fā)生突變可破壞基因甲基化模式，增加自閉癥的發(fā)病風(fēng)險(xiǎn)。一些ASD患者GABAAR亞基基因 GABRA1 和 GABRB3的表達(dá)可發(fā)生表觀遺傳沉默。從小鼠神經(jīng)元中敲除 Fmr1 基因會(huì)導(dǎo)致表觀遺傳調(diào)節(jié)因子的過度翻譯和相當(dāng)多的表觀遺傳錯(cuò)誤調(diào)節(jié)[8]。

大多數(shù)疾病是遺傳易感性和環(huán)境因子相互作用的結(jié)果。接觸某些環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)因素，例如傳染性病原體、藥物、濫用物質(zhì)和毒素，可能會(huì)擾亂基因表達(dá)譜，從而增加NDDs的發(fā)病風(fēng)險(xiǎn)。懷孕期間由嚴(yán)重感染引起的母體免疫激活(MIA)可增加后代NDDs患病風(fēng)險(xiǎn)。

2.2 GABA能系統(tǒng)功能異常

編碼Nav1.1的電壓門控性鈉通道SCN1A主要存在于腦內(nèi)GABA能抑制中間神經(jīng)元的軸突起始段，SCN1A等位基因功能丟失性突變可導(dǎo)致GABA能抑制中間神經(jīng)元放電功能障礙而引起Dravet綜合征等難治性癲癇[9]。SCN1A基因敲除后,小鼠可表現(xiàn)出自發(fā)癲癇發(fā)作，且在出生后一周內(nèi)死亡。

自閉癥易感基因Ptchd1在丘腦網(wǎng)狀核(TRN)選擇性表達(dá)，而TRN主要由PV+GABA能神經(jīng)元組成，控制皮層和丘腦之間的信息流。ASD和智力殘疾(Intellectual disability，ID)中存在X連鎖基因Ptchd1的罕見拷貝數(shù)變異和錯(cuò)義突變[10]。特異性敲除TRN中的Ptchd1,小鼠表現(xiàn)出注意力缺陷和多動(dòng)癥的行為[11]。TRN中的GABA能神經(jīng)元在睡眠的產(chǎn)生和維持中起到非常重要的作用，Ptchd1Y/-型小鼠可觀測(cè)到睡眠紡錘波活動(dòng)減少和碎片化睡眠的產(chǎn)生[11]。

MECP2基因突變可引起Rett綜合征。Rett綜合征是一種嚴(yán)重影響兒童精神運(yùn)動(dòng)發(fā)育的神經(jīng)發(fā)育性遺傳病?；颊咧饕桥?，一般從半歲到一歲半時(shí)起病，呈進(jìn)行性智力下降。GABA能神經(jīng)元MECP2基因敲除后，小鼠可呈現(xiàn)Rett綜合征和自閉癥特征。相反，恢復(fù)GABA能神經(jīng)元MECP2基因表達(dá)，MECP2Y/-雄性小鼠或MECP2+/-雌性小鼠Rett綜合征癥狀可得到極大改善[12]。因此，通過GABA能神經(jīng)元調(diào)節(jié)興奮/抑制平衡可作為Rett綜合征的潛在治療方法。

大腦的突觸和回路具有高度的可塑性，并不斷地進(jìn)行自我平衡調(diào)整。NDDs風(fēng)險(xiǎn)基因在神經(jīng)回路可塑性調(diào)控中起著非常重要的作用。在Rett綜合征和Angelman綜合征模型小鼠可觀測(cè)到視覺皮層可塑性受損。鉀氯聯(lián)合轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白2(K+-Cl-cotransporter 2，KCC2)和鈉鉀氯聯(lián)合轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白1(Na+-K+-Cl-cotransporter 1，NKCC1)是調(diào)節(jié)神經(jīng)系統(tǒng)氯離子穩(wěn)態(tài)的主要陽離子氯離子聯(lián)合轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白，NKCC1將Cl-轉(zhuǎn)運(yùn)入胞內(nèi)，KCC2將Cl-轉(zhuǎn)運(yùn)至胞外，兩者共同調(diào)節(jié)氯離子平衡及神經(jīng)元的興奮性。KCC2/NKCC1表達(dá)異常可引起GABA從抑制性向興奮性轉(zhuǎn)變，導(dǎo)致NDDs[13]。FXS模型小鼠在發(fā)育關(guān)鍵期抑制NKCC1表達(dá)可恢復(fù)體感皮層突觸可塑性，說明氯離子穩(wěn)態(tài)的破壞可能是NDDs皮質(zhì)可塑性損害的基礎(chǔ)[14]。

GABAAR是抑制性蛋白復(fù)合體，介導(dǎo)前腦大多數(shù)快速突觸抑制，其數(shù)量或活性的精確變化直接影響抑制強(qiáng)度。GABAAR通常由兩個(gè)α(α1-6)、兩個(gè)β(β1-3)和一個(gè)γ(γ1-3)或一個(gè)δ亞基組成。特異性敲除編碼GABAARδ-亞基的基因，小鼠可表現(xiàn)出焦慮樣而不影響運(yùn)動(dòng)表現(xiàn)的行為，表明由強(qiáng)直性GABA能抑制介導(dǎo)的小腦非運(yùn)動(dòng)功能的破壞可導(dǎo)致某些NDD癥狀[15]。

3 治療

3.1 基因靶向療法

基因靶向療法是治療NDDs的新型治療方式，其中最有希望的治療方式是基因替代和基因編輯技術(shù)?；蛱娲煼ㄍǔＪ褂貌《据d體將感興趣的基因轉(zhuǎn)移到靶細(xì)胞，以補(bǔ)償有缺陷的內(nèi)源基因。在Rett綜合征或FXS模型小鼠中，把載有MECP2或FMR1的病毒載體注入海馬中，可改善Rett綜合征或FXS模型小鼠的認(rèn)知功能[16-17]。目前，基因編輯技術(shù)已在多種疾病中得到應(yīng)用?；蚓庉嫼团ｓw外胚胎培養(yǎng)等繁殖技術(shù)結(jié)合，允許使用合成的高度特異性的內(nèi)切核酸酶直接在受精卵母細(xì)胞中進(jìn)行基因組編輯。CRISPR-Cas9進(jìn)一步增加了基因編輯在動(dòng)物基因靶向修飾的應(yīng)用范圍。FXS神經(jīng)元模型中，利用dCas9-Tet1/single guide RNA (sgRNA)使FMR1基因靶向去甲基化可促進(jìn)FMR1基因重新激活和功能恢復(fù)[18]。

3.2 蛋白質(zhì)靶向療法

NDDs基因治療存在很多不確定性，如病毒載體轉(zhuǎn)染效率和靶基因表達(dá)情況?？朔@種限制的一種策略是開發(fā)藥物繞過上游的遺傳或環(huán)境因素，直接靶向作用于執(zhí)行細(xì)胞功能的蛋白質(zhì)。許多小分子藥物是GABAAR和GABABR的變構(gòu)調(diào)節(jié)劑,可作用于苯并二氮位點(diǎn)，誘導(dǎo)GABAAR或GABABR構(gòu)象和結(jié)構(gòu)發(fā)生改變，對(duì)受體的相關(guān)功能起到變構(gòu)調(diào)控作用。另外，一些小分子藥物是NKCC1特定的阻滯劑，如VU0463271，可減少NKCC1活性，增強(qiáng)GABA能抑制的功效，改善NDDs患者癥狀[19]。也可以通過蛋白質(zhì)翻譯后修飾方法調(diào)節(jié)KCC2或NKCC1活性，如靶向修飾WNK(with-no-lysine kinase)，磷酸化KCC2和NKCC1可分別抑制或激活它們的功能[19]。

3.3 中醫(yī)藥治療

注意缺陷多動(dòng)障礙(attention deficit hyperactivity disorder，ADHD)為一種在兒童時(shí)期發(fā)生的神經(jīng)發(fā)育障礙。中醫(yī)藥治療ADHD以滋腎平肝、調(diào)和陰陽、安神益智、豁痰開竅為主[20]。中醫(yī)藥調(diào)節(jié)ADHD的信號(hào)通路研究集中于DA、5-HT、NE 等神經(jīng)遞質(zhì)系統(tǒng)，而GABA能信號(hào)系統(tǒng)的研究較少。下一步可加強(qiáng)這方面的研究。

4 小結(jié)與展望

GABA屬于抑制性神經(jīng)遞質(zhì),可抑制中樞神經(jīng)系統(tǒng)過度興奮,對(duì)腦部具有安定作用,促進(jìn)放松和消除神經(jīng)緊張。GABA能系統(tǒng)功能異常及其相關(guān)遺傳、表觀遺傳等改變可導(dǎo)致涉及X連鎖智力障礙的嚴(yán)重腦病和癲癇等NDDs。了解遺傳學(xué)與表觀遺傳學(xué)的相互作用和環(huán)境因素可能有助于解釋具有共同疾病個(gè)體的疾病表型的嚴(yán)重程度或相關(guān)的遺傳性NDDs的診斷。NDDs風(fēng)險(xiǎn)基因的突變通常存在于大腦不同類型的細(xì)胞中。系統(tǒng)地了解NDDs相關(guān)回路異常并進(jìn)一步剖析不同細(xì)胞類型在介導(dǎo)腦回路功能障礙中的各自作用至關(guān)重要。

利益沖突：所有作者均申明不存在利益沖突。