特发性震颤(essential tremor,ET)是最常见的成年起病的神经系统变性疾病之一。ET 分为家族性和散发性 2 种,约一半以上患者存在家族史,遗传因素可能发挥着重要作用。目前,大量研究致力于寻找 ET 发病的风险位点及致病基因。进行 ET 遗传学分析有助于进一步研究其病理生理机制,因此文章从该病的单基因遗传模式及复杂疾病遗传模式 2 个方面对 ET 的遗传学进展进行了阐述。
引用本文: 王玲, 彭蓉. 特发性震颤的遗传学研究进展. 华西医学, 2017, 32(5): 688-693. doi: 10.7507/1002-0179.201702217 复制
特发性震颤(essential tremor,ET)是最常见的运动障碍性疾病之一,特征性的临床表现为双上肢 4~12 Hz 的动作性或姿势性震颤,随着疾病的发展可累及如头颈部、声音、下颌、躯干及腿部等部位[1]。世界范围内 ET 患病率为 0.9%,≥65 岁人群 ET 患病率达 4.6%,≥95 岁人群 ET 患病率高达 21.7%,发病率随年龄增长而增高,男女患病率约为 1.08∶1[2]。ET 有 2 个发病高峰,分别为青少年时期及中老年时期[3]。起初 ET 被称为“良性震颤”,但目前认为,ET 是一种复杂的临床异质性疾病[4],因 ET 患者除震颤外,还可以出现如认知功能障碍、精神系统症状、睡眠障碍及感觉障碍(如听力下降)等非运动症状[5]。据统计,15%~25% 的患者不堪疾病的影响而过早地离开工作岗位,60% 的患者因患病而严重影响进食、说话、书写等日常活动,给社会及家庭都带来很大损失和压力[6-7]。
ET 的发病可能是遗传因素与环境因素共同作用的结果。研究表明,至少 50% 以上的 ET 患者有家族史,提示遗传因素参与 ET 的发病[8]。研究显示家族性 ET 是一类常染色体显性遗传性疾病,且患者一级亲属的患病率接近正常人群的 5 倍,若先证者为早期起病,其一级亲属的患病率可达到正常人群的 10 倍左右。基于双胞胎的研究更加证实了遗传因素在 ET 中占据的重要作用[9-10]。然而,散发性患者的存在、同一家系中患者起病年龄的变异以及同卵双胞胎患者临床表现的不一致性等均提示非遗传因素(如环境等)参与 ET 发病[11]。目前,一些基于环境毒素的研究仍在进行当中,包括 β-咔啉生物碱(如哈尔碱)及铅等。但是越来越多的观点认为遗传易感性可能发挥着更重要的作用[11]。
由于 ET 高遗传率以及家族聚集等特点,之前的观点认为该疾病符合孟德尔遗传规律。然而更多的研究发现,ET 与帕金森病(Parkinson disease,PD)、阿尔茨海默病(Alzheimer disease,AD)等其他疾病一样,可同时存在孟德尔/单基因遗传及复杂疾病遗传 2 种模式[12]。
1 孟德尔/单基因遗传模式
1.1 连锁分析
1.1.1ETM1 1997 年 Gulcher 等[13]通过对冰岛的包含 75 例患者,共 16 个 ET 家系进行全基因组扫描研究,发现位于染色体 3q13 的ETM1 位点[OMIM 190300]。然而,随后来自美国、意大利、塔吉克斯坦、法国/丹麦/德国的 8 个独立研究,共包含 37 个家系,每个家系中 ET 患者的数量为 2~19 个,并未发现该位点与 ET 的相关性[12,14-20]。
在 2006 年,法国的研究者们通过对 30 个 ET 家系进行连锁分析发现,在 23 个家系中,位于ETM1 位点上的多巴胺 D3 受体基因(dopamine receptor D3,DRD3)位点 Ser9Gly(rs6280)达到了家系共分离,同时在包括 275 例散发性 ET 患者及 184 例正常对照的美国人群中对该位点进行了验证(P=0.035),并且该突变纯合型较杂合型患者临床表现更重,起病年龄更早[21]。进一步的功能研究发现,转染人 HEK293 细胞后,突变型较野生型蛋白多巴胺亲和力高 4~5 倍,多巴胺介导的环磷酸腺苷增多,丝裂原蛋白激酶信号延长,证明该突变为功能获得性突变。2007 年—2016 年,在新加坡、法国/丹麦/德国、意大利、拉脱维亚、西班牙完成的 7 项关联性研究中[17,22-27],只有在 2009 年西班牙人群中发现DRD3 基因 rs6280 位点增加了 ET 的发病风险(P<0.017)[26]。换言之,ETM1 位点或DRD3 基因 rs6280 位点与 ET 的相关性仍有待进一步研究。
1.1.2ETM2 1997 年 Higgins 等[28]通过对一个大的美国 ET 家系进行连锁分析(共纳入 67 位,其中 18 例 ET 患者),发现定位于染色体 2p24 上的ETM2 位点[OMIM 602134]。然而,随后在美国、意大利及法国/德国完成的包括 34 个家系的 8 项独立研究,并未证实该位点与 ET 的相关性[12,15-20,29]。2005 年 Higgins 等[30]通过对 2 个 ET 家系进行连锁分析发现, 5 例患者存在位于ETM2 位点的 HS1 结合蛋白 3 基因(hematopoetic lineage cellspecific protein binding protein 3,HS1-BP3)Ala265Gly 突变,并达到了家系共分离。随后,在美国和英国人群中完成的 2 项独立病例对照研究,仅在美国人群中发现该基因突变与 ET 相关[31-32]。
1.1.3ETM3 2006 年,Shatunov 等[33]在对包含 65 例 ET 患者在内的 7 个北美家系进行连锁分析发现,定位于染色体 6p23 的ETM3 位点[OMIM 611456]。随后,2008 年、2011 年及 2012 年,在意大利及法国/德国人群中完成的几项共包括 21 个家系的连锁分析均未发现该位点与 ET 的相关性[17-20]。
1.2 外显子测序
1.2.1 肉瘤融合基因(fused in sarcoma,FUS) 2012 年,Merner 等[34]通过应用全外显子测序的方法,在 1 个大的加拿大家系中,发现FUS 基因 p.Q290X 无义突变位点与 ET 相关。随后,在美国、中国、加拿大及西班牙人群中进行的几项独立研究共发现 4 个新的FUS 基因错义突变,包括 p.Arg216Cys、p.Pro431Leu、p.M392I 及 p.R377W 各 1 例,但基因分型结果均未发现 p.Q290X 无义突变及以上 4 个错义突变与 ET 之间相关[35-40]。2016 年,来自新加坡的一项功能研究发现,hFUS-Q290X 转基因果蝇蛋白表达在多巴胺能神经元无明显异常,但可导致果蝇运动障碍伴 γ-氨基丁酸(gamma-aminobutyric acid,GABA)能系统损伤[41]。综上表明,在 ET 患者中,FUS 基因突变极少见或具有家族特异性,且功能研究较少,因此其与 ET 的关系仍有待进一步探索。
1.2.2 HtrA 丝氨酸肽酶 2 基因(HtrA serine peptidase 2,HTRA2) 2014 年,一项在包括 6 代人的 1 个土耳其家系(该家系存在 ET 与 PD 两种疾病)中 2 例(ET+PD)表型患者及 1 例 ET 患者进行的全外显子测序发现HTRA2 基因 p.G399S 突变,且该突变在此家系中 ET 和(ET+PD)两种表型均达到了家系共分离。随后,研究者在所有家系成员中对该突变进行了基因分型,结果显示,p.G399S 突变纯和型较杂合型患者震颤起病年龄更早(P<0.000 1),姿势性震颤(P<0.000 1)及动作性震颤(P=0.001 9)均更严重[42]。2015 年 Tzoulis 等[43]在挪威纳入 103 例 ET、204 例 PD、101 例颈部肌张力障碍先证者(72 例伴震颤)及 640 例健康对照中进行 p.G399S 突变基因分型发现,有 2 例 PD 患者及 1 例健康对照存在 p.G399S 杂合突变,然而,在 ET 及颈部肌张力障碍患者中,均未发现该基因突变,进一步统计分析表明,震颤型患者与正常对照之间差异无统计学意义(P=0.69),表明该基因突变与震颤(包括ET)之间不相关。Chao等[44]在亚洲人群中完成的了一项包括 468 例 ET、778 例 PD、14 例 ET/PD 及 517 例健康对照的 p.G399S 突变基因分型研究,仅在 1 例健康对照发现该杂合突变,表明 p.G399S 突变在亚洲人群中较罕见且与 ET 易感性无关。最近,Renaud等[45]对 54 例法国人群的 ET 患者进行HTRA2 基因测序分析,并未发现任何突变位点。因此,有待在进一步的 ET 家系及病例对照研究来探讨HTRA2 基因与 ET 的关系。
1.2.3 固生跨膜蛋白 4 基因(teneurin transmem- brane protein 4,TENM4) 2015 年,Hor 等[46]在西班牙人群中,通过对 1 个 ET 家系进行全外显子测序,发现存在于TENM4 基因的 c.4100C>A(p.T1367N)错义突变与 ET 的发病相关;同时应用靶向测序技术对 299 例家族性ET先证者进行研究,发现了TENM4 基因的 2 个新的错义突变 c.4324 G>A 及 c.3412G>A,但在 2 个家系中均未达到共分离。随后,该团队进行了进一步的功能研究,通过体内外实验发现突变蛋白不仅定位发生了改变,而且在斑马鱼胚胎表达突变的人类 mRNA 后,轴索导向作用发生了缺陷。另外,先前研究也发现TENM4 基因敲除的小鼠可以表现出类似 ET 的表型[47],因此,研究者们认为TENM4 基因在中枢神经系统髓鞘形成及轴索导向过程中的作用与 ET 之间可能存在相关性。
2017 年,加拿大的一项研究对 269 例 ET 患者及 288 例健康对照进行了TENM4 基因全部阅读框的靶向高通量测序分析,在蛋白质编码区共发现 157 个变异位点,其中 99 个为错义或无义突变,然而关联性研究发现所有位点与ET之间均不相关[48]。
2 复杂疾病遗传模式
2.1 全基因组关联分析(genome-wide association study,GWAS)研究
目前,共有 3 个已发表的有关 ET 的 GWAS 研究[49-51]。
2.1.1 富含亮氨酸重复序列和含勿动蛋白 lg 域的受体作用蛋白基因成员 1(leucine rich repeat and Ig domain containing 1,LINGO1) 2009 年 Stefansson 等[49]在冰岛人群中完成了第 1 项关于 ET 的 GWAS 研究,此研究在发现阶段共纳入 452 例 ET 患者及 14 378 例健康对照,发现位于LINGO1 基因的第 3 内含子上的 2 个变异位点 rs11856808 及 rs9652490,随后结合发现与复制 2 个阶段,共纳入 752 例 ET 患者及 15 797 例对照,表明LINGO1 基因 rs9652490 位点增加了 ET 的发病风险。随后在奥地利、新加坡、北美及德国人群中完成的病例对照研究均证实了 rs9652490 位点与 ET 发病呈正相关[49,52-54]。然而另外的多项研究却未发现该位点与 ET 之间具相关性[51,55-60]。对于 rs11856808 位点,先后也进行了多项重复验证,其中,仅在奥地利、法国人群中完成的病例对照研究发现该位点增加了 ET 的发病风险[49,52]。2014 年,Kuhlenbäumer 等[61]完成的 Meta 分析表明,LINGO1 基因 rs9652490 增加了 ET 的发病风险[比值比(odds ratio,OR)=1.09,95% 置信区间(confidence interval,CI)1.02,1.17)],而 rs11856808 位点与 ET 发病无关。
2.1.2 富含亮氨酸重复序列和含勿动蛋白 lg 域的受体作用蛋白基因成员 2(leucine rich repeat and Ig domain containing 2,LINGO2) 2010 年,北美的一项研究通过对LINGO1 基因的同源类似物LINGO2 基因进行测序及关联研究发现,rs1412229 位点 T 等位基因降低了 ET 的发病风险(P=0.015)[62]。随后一项关联研究共纳入 327 例 ET 与 499 例健康对照,对LINGO2 基因 8 个位点进行分析,首次发现 rs7033345 及 rs10812774 位点增加了中国人群 ET 的发病风险[63]。
2.1.3 溶质载体家族 1 成员 2 基因(solute carrier family 1 member 2,SLC1A2) 2012 年,一项欧洲人群中完成的 GWAS 研究共纳入 990 例 ET 及 1 537 例对照组患者,发现SLC1A2 基因 rs3794087 位点增加了 ET 的发病风险(OR=1.59)[50]。随后,Tan 等[64]对共纳入 357 例 ET 及 1 935 例对照的中国人群进行关联研究发现,此位点降低了 ET 发病风险。同年,台湾的一项研究(273 例 ET 及 269 例对照)得到的结果与最初的 GWAS 研究一致(OR=1.37)[65]。然而,在另外的几项亚洲、欧洲及西班牙人群中进行的关联研究及 Meta 分析并未发现两者之间的相关性[51,66-69]。
2.1.4 丝氨酸/苏氨酸激酶 32B 基因(serine/threonine kinase 32B,STK32B)、过氧化物酶体增殖激活受体 γ 共激活剂 1α 基因(peroxisome proli-ferative activated receptor,gamma,coactivator 1 alpha,PPARGC1A) 2016 年,在欧洲完成的 GWAS 研究在发现阶段共纳入 1 178 例 ET 患者和 5 376 例对照及 416 462 个遗传变异,并在 1 029 例 ET 患者和 1 065 例对照者的独立队列对 59 个位点进行重复验证,发现STK32B 基因 rs10937625 位点及PPARGC1A 基因 rs17590046 位点均降低了 ET 的发病风险(OR=0.77,OR=0.75)[51]。
2.2 参与基因研究
从 2000 年开始,大量的研究致力于寻找 ET 的参与基因,包括分析一些与其他神经系统变性疾病[如 PD、肌张力障碍、脆性 X 染色体相关震颤/共济失调综合征(fragile x-associated tremor/ataxia syndrome,FXTAS)、脊髓小脑性共济失调(spinocerebellar ataxia,SCA)、肌萎缩侧索硬化、额颞叶痴呆]等相关的已知基因变异位点与 ET 之间的关联。
由于 ET 与 PD 部分临床表型及病理学特点的重叠,迄今为止,许多研究对一些已知 PD 风险基因位点与 ET 之间的关系进行了调查。发现亚甲基四氢叶酸还原酶基因(methylenetetrahydrofolate reductase,MTHFR)、微管相关蛋白基因 tau(microtubule associated protein tau,MAPT)、富含亮氨酸重复序列激酶 2 基因(leucine rich repeat kinase 2,LRKK2)、HTRA2、RIT2(Ras-like without CAAX 2)、DnalJ 热休克蛋白家族成员 C13 基因(DnaJ heat shock protein family member C13,DNAJC13)、血红素氧化酶 1 基因(heme oxygenase 1,HMOX1)、血红素氧化酶 2 基因(heme oxygenase 2,HMOX2)及LINGO1 等基因位点与 PD 和 ET 发病风险均相关[42,54,70-75]。然而 2016、2017 年,在中国人群中进行几项研究并未发现 PD 相关基因CHCHD2(coiled-coil-helix-coiled-coil-helix domain containing 2)、纤维母细胞生长因子 20 基因(fibroblast growth factor 20,FGF20)及成对同源盒 3 基因(paired like homeodomain 3,PITX3)与 ET 之间的关联性[76-79]。
为了探究 SCA 常见基因与ET的关系,2015 年,Clark 等[80]对共包括 323 例 ET 患者及 299 例健康对照的美国人群进行 10 个常见 SCA 相关基因 CAG 重复次数的分析发现,CAG 重复次数与 ET 发病无关。2004 年,一项纳入 81 例 ET 患者的研究发现,FXTAS 致病基因脆性 X 染色体智力低下 1 基因(fragile X mental retardation 1,FMR1)的 CGG 重复次数异常扩增在 ET 中并不常见,表明该基因与 ET 发病不相关[81]。随后,在 2015 年,来自美国哥伦比亚大学的一项研究共纳入 321 例 ET 患者及 296 例对照,再次表明FMR1 并不是 ET 的风险基因[82]。9 号染色体开放阅读框 72 基因(chromosome 9 open reading frame 72,C9orf72)GGGGCC 重复数异常扩增(>30 次)是肌萎缩侧索硬化及额颞叶痴呆的常见致病因素,考虑到与 ET、PD 及 AD 之间临床表现及病理机制的重叠性,2013 年中国人群中进行的一项研究共纳入 152 例 ET、279 例 AD、911 例 PD 及 314 例对照,发现重复数≥7 与 PD 发病相关,然该基因 GGGGCC 重复数扩增与 ET 及 AD 均无关[83]。
神经病理学证据表明小脑尤其是 GABA 能普肯野细胞异常参与 ET 发病[84],GABA 受体 α1 亚基(gamma-aminobutyric acid type A receptor alpha1 subunit,GABRA1)基因敲除的小鼠表现出 ET 的临床表型,正电子发射计算机断层显像研究发现 ET 患者 GABA 能系统的缺陷,ET 患者小脑齿状核 GABA 受体密度下降,乙醇对一部分 ET 患者震颤的改善也是通过 GABA 模拟效应发挥作用[85-86]。因此,许多研究者对参与 GABA 能神经传递的多个基因与 ET 之间关系进行了探究。然而。先后进行的 4 项关联性研究均未发现 GABA 相关基因(包括:GABRA1、GABRR1、GABRR2、GABRR3、GABRA4、GABRE、GABRQ 等)与 ET 发病之间的关系[87-90]。
3 总结及展望
综上所述,尽管已经发现了一些可能与 ET 发病相关位点及基因,然而其致病性仍需要进一步功能研究来验证。目前,ET 遗传学研究仍面临许多挑战。首先,ET 的诊断主要依靠患者的临床特点,诊断标准仍存在争议,并且 ET 可以与 PD 及张力障碍等其他疾病的临床表现发生重叠。另外,ET 的遗传异质性、研究的样本量大小、种族差异、检验效能等均会影响 ET 遗传因素研究的进展。目前尚无关于 ET 表观遗传学、非编码区功能及拷贝数变异等方面的研究。我们希望,第 2 代测序技术的出现,可以阐明 ET 的遗传结构,为疾病的确诊、分型、确定发病机制以及改善诊断和治疗策略奠定基础。
特发性震颤(essential tremor,ET)是最常见的运动障碍性疾病之一,特征性的临床表现为双上肢 4~12 Hz 的动作性或姿势性震颤,随着疾病的发展可累及如头颈部、声音、下颌、躯干及腿部等部位[1]。世界范围内 ET 患病率为 0.9%,≥65 岁人群 ET 患病率达 4.6%,≥95 岁人群 ET 患病率高达 21.7%,发病率随年龄增长而增高,男女患病率约为 1.08∶1[2]。ET 有 2 个发病高峰,分别为青少年时期及中老年时期[3]。起初 ET 被称为“良性震颤”,但目前认为,ET 是一种复杂的临床异质性疾病[4],因 ET 患者除震颤外,还可以出现如认知功能障碍、精神系统症状、睡眠障碍及感觉障碍(如听力下降)等非运动症状[5]。据统计,15%~25% 的患者不堪疾病的影响而过早地离开工作岗位,60% 的患者因患病而严重影响进食、说话、书写等日常活动,给社会及家庭都带来很大损失和压力[6-7]。
ET 的发病可能是遗传因素与环境因素共同作用的结果。研究表明,至少 50% 以上的 ET 患者有家族史,提示遗传因素参与 ET 的发病[8]。研究显示家族性 ET 是一类常染色体显性遗传性疾病,且患者一级亲属的患病率接近正常人群的 5 倍,若先证者为早期起病,其一级亲属的患病率可达到正常人群的 10 倍左右。基于双胞胎的研究更加证实了遗传因素在 ET 中占据的重要作用[9-10]。然而,散发性患者的存在、同一家系中患者起病年龄的变异以及同卵双胞胎患者临床表现的不一致性等均提示非遗传因素(如环境等)参与 ET 发病[11]。目前,一些基于环境毒素的研究仍在进行当中,包括 β-咔啉生物碱(如哈尔碱)及铅等。但是越来越多的观点认为遗传易感性可能发挥着更重要的作用[11]。
由于 ET 高遗传率以及家族聚集等特点,之前的观点认为该疾病符合孟德尔遗传规律。然而更多的研究发现,ET 与帕金森病(Parkinson disease,PD)、阿尔茨海默病(Alzheimer disease,AD)等其他疾病一样,可同时存在孟德尔/单基因遗传及复杂疾病遗传 2 种模式[12]。
1 孟德尔/单基因遗传模式
1.1 连锁分析
1.1.1ETM1 1997 年 Gulcher 等[13]通过对冰岛的包含 75 例患者,共 16 个 ET 家系进行全基因组扫描研究,发现位于染色体 3q13 的ETM1 位点[OMIM 190300]。然而,随后来自美国、意大利、塔吉克斯坦、法国/丹麦/德国的 8 个独立研究,共包含 37 个家系,每个家系中 ET 患者的数量为 2~19 个,并未发现该位点与 ET 的相关性[12,14-20]。
在 2006 年,法国的研究者们通过对 30 个 ET 家系进行连锁分析发现,在 23 个家系中,位于ETM1 位点上的多巴胺 D3 受体基因(dopamine receptor D3,DRD3)位点 Ser9Gly(rs6280)达到了家系共分离,同时在包括 275 例散发性 ET 患者及 184 例正常对照的美国人群中对该位点进行了验证(P=0.035),并且该突变纯合型较杂合型患者临床表现更重,起病年龄更早[21]。进一步的功能研究发现,转染人 HEK293 细胞后,突变型较野生型蛋白多巴胺亲和力高 4~5 倍,多巴胺介导的环磷酸腺苷增多,丝裂原蛋白激酶信号延长,证明该突变为功能获得性突变。2007 年—2016 年,在新加坡、法国/丹麦/德国、意大利、拉脱维亚、西班牙完成的 7 项关联性研究中[17,22-27],只有在 2009 年西班牙人群中发现DRD3 基因 rs6280 位点增加了 ET 的发病风险(P<0.017)[26]。换言之,ETM1 位点或DRD3 基因 rs6280 位点与 ET 的相关性仍有待进一步研究。
1.1.2ETM2 1997 年 Higgins 等[28]通过对一个大的美国 ET 家系进行连锁分析(共纳入 67 位,其中 18 例 ET 患者),发现定位于染色体 2p24 上的ETM2 位点[OMIM 602134]。然而,随后在美国、意大利及法国/德国完成的包括 34 个家系的 8 项独立研究,并未证实该位点与 ET 的相关性[12,15-20,29]。2005 年 Higgins 等[30]通过对 2 个 ET 家系进行连锁分析发现, 5 例患者存在位于ETM2 位点的 HS1 结合蛋白 3 基因(hematopoetic lineage cellspecific protein binding protein 3,HS1-BP3)Ala265Gly 突变,并达到了家系共分离。随后,在美国和英国人群中完成的 2 项独立病例对照研究,仅在美国人群中发现该基因突变与 ET 相关[31-32]。
1.1.3ETM3 2006 年,Shatunov 等[33]在对包含 65 例 ET 患者在内的 7 个北美家系进行连锁分析发现,定位于染色体 6p23 的ETM3 位点[OMIM 611456]。随后,2008 年、2011 年及 2012 年,在意大利及法国/德国人群中完成的几项共包括 21 个家系的连锁分析均未发现该位点与 ET 的相关性[17-20]。
1.2 外显子测序
1.2.1 肉瘤融合基因(fused in sarcoma,FUS) 2012 年,Merner 等[34]通过应用全外显子测序的方法,在 1 个大的加拿大家系中,发现FUS 基因 p.Q290X 无义突变位点与 ET 相关。随后,在美国、中国、加拿大及西班牙人群中进行的几项独立研究共发现 4 个新的FUS 基因错义突变,包括 p.Arg216Cys、p.Pro431Leu、p.M392I 及 p.R377W 各 1 例,但基因分型结果均未发现 p.Q290X 无义突变及以上 4 个错义突变与 ET 之间相关[35-40]。2016 年,来自新加坡的一项功能研究发现,hFUS-Q290X 转基因果蝇蛋白表达在多巴胺能神经元无明显异常,但可导致果蝇运动障碍伴 γ-氨基丁酸(gamma-aminobutyric acid,GABA)能系统损伤[41]。综上表明,在 ET 患者中,FUS 基因突变极少见或具有家族特异性,且功能研究较少,因此其与 ET 的关系仍有待进一步探索。
1.2.2 HtrA 丝氨酸肽酶 2 基因(HtrA serine peptidase 2,HTRA2) 2014 年,一项在包括 6 代人的 1 个土耳其家系(该家系存在 ET 与 PD 两种疾病)中 2 例(ET+PD)表型患者及 1 例 ET 患者进行的全外显子测序发现HTRA2 基因 p.G399S 突变,且该突变在此家系中 ET 和(ET+PD)两种表型均达到了家系共分离。随后,研究者在所有家系成员中对该突变进行了基因分型,结果显示,p.G399S 突变纯和型较杂合型患者震颤起病年龄更早(P<0.000 1),姿势性震颤(P<0.000 1)及动作性震颤(P=0.001 9)均更严重[42]。2015 年 Tzoulis 等[43]在挪威纳入 103 例 ET、204 例 PD、101 例颈部肌张力障碍先证者(72 例伴震颤)及 640 例健康对照中进行 p.G399S 突变基因分型发现,有 2 例 PD 患者及 1 例健康对照存在 p.G399S 杂合突变,然而,在 ET 及颈部肌张力障碍患者中,均未发现该基因突变,进一步统计分析表明,震颤型患者与正常对照之间差异无统计学意义(P=0.69),表明该基因突变与震颤(包括ET)之间不相关。Chao等[44]在亚洲人群中完成的了一项包括 468 例 ET、778 例 PD、14 例 ET/PD 及 517 例健康对照的 p.G399S 突变基因分型研究,仅在 1 例健康对照发现该杂合突变,表明 p.G399S 突变在亚洲人群中较罕见且与 ET 易感性无关。最近,Renaud等[45]对 54 例法国人群的 ET 患者进行HTRA2 基因测序分析,并未发现任何突变位点。因此,有待在进一步的 ET 家系及病例对照研究来探讨HTRA2 基因与 ET 的关系。
1.2.3 固生跨膜蛋白 4 基因(teneurin transmem- brane protein 4,TENM4) 2015 年,Hor 等[46]在西班牙人群中,通过对 1 个 ET 家系进行全外显子测序,发现存在于TENM4 基因的 c.4100C>A(p.T1367N)错义突变与 ET 的发病相关;同时应用靶向测序技术对 299 例家族性ET先证者进行研究,发现了TENM4 基因的 2 个新的错义突变 c.4324 G>A 及 c.3412G>A,但在 2 个家系中均未达到共分离。随后,该团队进行了进一步的功能研究,通过体内外实验发现突变蛋白不仅定位发生了改变,而且在斑马鱼胚胎表达突变的人类 mRNA 后,轴索导向作用发生了缺陷。另外,先前研究也发现TENM4 基因敲除的小鼠可以表现出类似 ET 的表型[47],因此,研究者们认为TENM4 基因在中枢神经系统髓鞘形成及轴索导向过程中的作用与 ET 之间可能存在相关性。
2017 年,加拿大的一项研究对 269 例 ET 患者及 288 例健康对照进行了TENM4 基因全部阅读框的靶向高通量测序分析,在蛋白质编码区共发现 157 个变异位点,其中 99 个为错义或无义突变,然而关联性研究发现所有位点与ET之间均不相关[48]。
2 复杂疾病遗传模式
2.1 全基因组关联分析(genome-wide association study,GWAS)研究
目前,共有 3 个已发表的有关 ET 的 GWAS 研究[49-51]。
2.1.1 富含亮氨酸重复序列和含勿动蛋白 lg 域的受体作用蛋白基因成员 1(leucine rich repeat and Ig domain containing 1,LINGO1) 2009 年 Stefansson 等[49]在冰岛人群中完成了第 1 项关于 ET 的 GWAS 研究,此研究在发现阶段共纳入 452 例 ET 患者及 14 378 例健康对照,发现位于LINGO1 基因的第 3 内含子上的 2 个变异位点 rs11856808 及 rs9652490,随后结合发现与复制 2 个阶段,共纳入 752 例 ET 患者及 15 797 例对照,表明LINGO1 基因 rs9652490 位点增加了 ET 的发病风险。随后在奥地利、新加坡、北美及德国人群中完成的病例对照研究均证实了 rs9652490 位点与 ET 发病呈正相关[49,52-54]。然而另外的多项研究却未发现该位点与 ET 之间具相关性[51,55-60]。对于 rs11856808 位点,先后也进行了多项重复验证,其中,仅在奥地利、法国人群中完成的病例对照研究发现该位点增加了 ET 的发病风险[49,52]。2014 年,Kuhlenbäumer 等[61]完成的 Meta 分析表明,LINGO1 基因 rs9652490 增加了 ET 的发病风险[比值比(odds ratio,OR)=1.09,95% 置信区间(confidence interval,CI)1.02,1.17)],而 rs11856808 位点与 ET 发病无关。
2.1.2 富含亮氨酸重复序列和含勿动蛋白 lg 域的受体作用蛋白基因成员 2(leucine rich repeat and Ig domain containing 2,LINGO2) 2010 年,北美的一项研究通过对LINGO1 基因的同源类似物LINGO2 基因进行测序及关联研究发现,rs1412229 位点 T 等位基因降低了 ET 的发病风险(P=0.015)[62]。随后一项关联研究共纳入 327 例 ET 与 499 例健康对照,对LINGO2 基因 8 个位点进行分析,首次发现 rs7033345 及 rs10812774 位点增加了中国人群 ET 的发病风险[63]。
2.1.3 溶质载体家族 1 成员 2 基因(solute carrier family 1 member 2,SLC1A2) 2012 年,一项欧洲人群中完成的 GWAS 研究共纳入 990 例 ET 及 1 537 例对照组患者,发现SLC1A2 基因 rs3794087 位点增加了 ET 的发病风险(OR=1.59)[50]。随后,Tan 等[64]对共纳入 357 例 ET 及 1 935 例对照的中国人群进行关联研究发现,此位点降低了 ET 发病风险。同年,台湾的一项研究(273 例 ET 及 269 例对照)得到的结果与最初的 GWAS 研究一致(OR=1.37)[65]。然而,在另外的几项亚洲、欧洲及西班牙人群中进行的关联研究及 Meta 分析并未发现两者之间的相关性[51,66-69]。
2.1.4 丝氨酸/苏氨酸激酶 32B 基因(serine/threonine kinase 32B,STK32B)、过氧化物酶体增殖激活受体 γ 共激活剂 1α 基因(peroxisome proli-ferative activated receptor,gamma,coactivator 1 alpha,PPARGC1A) 2016 年,在欧洲完成的 GWAS 研究在发现阶段共纳入 1 178 例 ET 患者和 5 376 例对照及 416 462 个遗传变异,并在 1 029 例 ET 患者和 1 065 例对照者的独立队列对 59 个位点进行重复验证,发现STK32B 基因 rs10937625 位点及PPARGC1A 基因 rs17590046 位点均降低了 ET 的发病风险(OR=0.77,OR=0.75)[51]。
2.2 参与基因研究
从 2000 年开始,大量的研究致力于寻找 ET 的参与基因,包括分析一些与其他神经系统变性疾病[如 PD、肌张力障碍、脆性 X 染色体相关震颤/共济失调综合征(fragile x-associated tremor/ataxia syndrome,FXTAS)、脊髓小脑性共济失调(spinocerebellar ataxia,SCA)、肌萎缩侧索硬化、额颞叶痴呆]等相关的已知基因变异位点与 ET 之间的关联。
由于 ET 与 PD 部分临床表型及病理学特点的重叠,迄今为止,许多研究对一些已知 PD 风险基因位点与 ET 之间的关系进行了调查。发现亚甲基四氢叶酸还原酶基因(methylenetetrahydrofolate reductase,MTHFR)、微管相关蛋白基因 tau(microtubule associated protein tau,MAPT)、富含亮氨酸重复序列激酶 2 基因(leucine rich repeat kinase 2,LRKK2)、HTRA2、RIT2(Ras-like without CAAX 2)、DnalJ 热休克蛋白家族成员 C13 基因(DnaJ heat shock protein family member C13,DNAJC13)、血红素氧化酶 1 基因(heme oxygenase 1,HMOX1)、血红素氧化酶 2 基因(heme oxygenase 2,HMOX2)及LINGO1 等基因位点与 PD 和 ET 发病风险均相关[42,54,70-75]。然而 2016、2017 年,在中国人群中进行几项研究并未发现 PD 相关基因CHCHD2(coiled-coil-helix-coiled-coil-helix domain containing 2)、纤维母细胞生长因子 20 基因(fibroblast growth factor 20,FGF20)及成对同源盒 3 基因(paired like homeodomain 3,PITX3)与 ET 之间的关联性[76-79]。
为了探究 SCA 常见基因与ET的关系,2015 年,Clark 等[80]对共包括 323 例 ET 患者及 299 例健康对照的美国人群进行 10 个常见 SCA 相关基因 CAG 重复次数的分析发现,CAG 重复次数与 ET 发病无关。2004 年,一项纳入 81 例 ET 患者的研究发现,FXTAS 致病基因脆性 X 染色体智力低下 1 基因(fragile X mental retardation 1,FMR1)的 CGG 重复次数异常扩增在 ET 中并不常见,表明该基因与 ET 发病不相关[81]。随后,在 2015 年,来自美国哥伦比亚大学的一项研究共纳入 321 例 ET 患者及 296 例对照,再次表明FMR1 并不是 ET 的风险基因[82]。9 号染色体开放阅读框 72 基因(chromosome 9 open reading frame 72,C9orf72)GGGGCC 重复数异常扩增(>30 次)是肌萎缩侧索硬化及额颞叶痴呆的常见致病因素,考虑到与 ET、PD 及 AD 之间临床表现及病理机制的重叠性,2013 年中国人群中进行的一项研究共纳入 152 例 ET、279 例 AD、911 例 PD 及 314 例对照,发现重复数≥7 与 PD 发病相关,然该基因 GGGGCC 重复数扩增与 ET 及 AD 均无关[83]。
神经病理学证据表明小脑尤其是 GABA 能普肯野细胞异常参与 ET 发病[84],GABA 受体 α1 亚基(gamma-aminobutyric acid type A receptor alpha1 subunit,GABRA1)基因敲除的小鼠表现出 ET 的临床表型,正电子发射计算机断层显像研究发现 ET 患者 GABA 能系统的缺陷,ET 患者小脑齿状核 GABA 受体密度下降,乙醇对一部分 ET 患者震颤的改善也是通过 GABA 模拟效应发挥作用[85-86]。因此,许多研究者对参与 GABA 能神经传递的多个基因与 ET 之间关系进行了探究。然而。先后进行的 4 项关联性研究均未发现 GABA 相关基因(包括:GABRA1、GABRR1、GABRR2、GABRR3、GABRA4、GABRE、GABRQ 等)与 ET 发病之间的关系[87-90]。
3 总结及展望
综上所述,尽管已经发现了一些可能与 ET 发病相关位点及基因,然而其致病性仍需要进一步功能研究来验证。目前,ET 遗传学研究仍面临许多挑战。首先,ET 的诊断主要依靠患者的临床特点,诊断标准仍存在争议,并且 ET 可以与 PD 及张力障碍等其他疾病的临床表现发生重叠。另外,ET 的遗传异质性、研究的样本量大小、种族差异、检验效能等均会影响 ET 遗传因素研究的进展。目前尚无关于 ET 表观遗传学、非编码区功能及拷贝数变异等方面的研究。我们希望,第 2 代测序技术的出现,可以阐明 ET 的遗传结构,为疾病的确诊、分型、确定发病机制以及改善诊断和治疗策略奠定基础。