早老素基因
老年性痴呆(Alzheimer Disease，AD）有家族遺傳性和散發性兩種。家族遺傳性老年性痴呆（Familial Alzheimer Disease，FAD）又分為早髮型(EOFAD)和晚髮型(LOFAD)，被認為是常染色體顯性遺傳疾病，通過基因掃描和定位克隆方法已篩選出4種與AD明確相關的致病基因，即位於21q11．2－21q21區域的APP基因；19q13－13.2區域的APOE基因；14q24.3區域的早老素－1(Presinilin1，PS－1)基因，和1q31－42區的Presinilin 2基因，其中PS－1基因可能是EOFAD的主要責任基因，並且也有報導PS－1基因的某些突變和多態性也與散發性AD有關。
1 PS－1基因特徵及表達
Schellenberg等〔1〕於1992年首次發現14號染色體與AD連鎖的證據，並定位於14q24.3，命名為AD3，包括D14S53之間6.4CM範圍。外顯子作圖和直接cDNA篩選技術發現了新基因S182，其編碼的相應蛋白質是早老素－1〔2〕。Haltia等〔3〕的研究也是得到同樣的結果，他們均發現約70%～80％的EOFAD與14號染色體基因連鎖，即PS－1基因與所有AD的10%人群相關。因此，目前認為PS－1基因在EOFAD的病因中占有重要地位，因為APP突變占EOFAD的5%，在非APOE4型患者中，攜帶PS－1 1／1型等位基因者占半數。
PS－1基因至少有12個外顯子、8個內含子，但其可閱讀框架由10個外顯子構成(exon3-12)。利用P1噬菌體來源的人造染色體克隆完整的PS－1基因實驗表明，PS－1基因長度為75kb，其內含子與外顯子交界處很相似，且均具有保守序列。在腦及周圍組織中，用Northern雜交，識別出PS－1基因的轉錄物為2.7kb〔3〕，並且與鼠的PS－1基因為同源序列。1996年Lee〔4〕和Suzuki等〔5〕，測定了人和鼠的mRNA表達，已明確PS的潛在功能及PS表達與AD病理之間的關係，反轉錄RNA的半定量PCR分析提示，PS－1mRNA存在於人和鼠的腦和大部分組織中，並且表達水平相似。對成熟腦的原位雜交分析顯示，海馬和內嗅區的神經元PS－1mRNA含量豐富，並且在白質中的神經膠質細胞也有表達。用PS－1特異抗體Ab14和αPS－1Loop做免疫印跡分析，證實腦中PS－1是由28KDa的M末端片段聚合而成。鼠腦的免疫組化研究揭示，新皮層和海馬的各種神經元群的主樹突和神經纖維網室聚集有豐富的PS－1蛋白；鼠腦的原位雜交分析顯示，PS－1在不同視經元群都有表達，揭示PS－1基因突變是通過危及神經元功能引起AD的。但膠質細胞中PS－1mRNA也有顯著表達，不能排除膠質細胞參與病理過程〔4〕。可能PS基因突變促進APP的病理過程，因為Scheuner等的研究結果顯示〔6〕，PS－1基因突變者的血漿及培養的皮膚成纖維細胞中有Aβ42水平增高，而Aβ42是促進神經元壞死和老年斑形成的毒性物質。
2 PS－1基因產物及其在AD發病中的可能作用
儘管目前PS－1基因產物的詳細結構尚不清，但從人和嚙齒類動物cDNA的最長開放閱讀框架推測，PS－1基因編碼含467個胺基酸的蛋白，即S182蛋白，也稱早老素或PS－1蛋白。它含7個疏水跨膜區(TM1－7)，並通過6個親水環結構連線。PS－1蛋白拓撲學表明它是整合膜蛋白，如受體蛋白、通道蛋白或結構蛋白，它牢固鑲嵌在細胞膜上。PS－1蛋白除有7個疏水跨膜區外，可能還存在至少兩個較短的疏水殘基序列，它雖不形成典型的跨膜序列，但與膜相連。在TM6與TM7之間的胞質環區域，因聚集大量FAD相關突變而顯得重要〔4〕。
PS－1蛋白的胺基酸序列與c.elegans菌的整合膜蛋白SPE4結構相似，提示PS－1蛋白在演化過程中結構和功能的保守性，相似結構多位於跨膜區，二者區別在於PS－1蛋白的N末端大片段的親水區VRSQ，並且缺少可識別的信號肽和糖基化位點。SPE4蛋白參與了水溶性膜蛋白的運輸和轉移，SPE4蛋白突變可破壞膜發芽、融合等。PS－1蛋白可能具有相似結合，參與了其他膜蛋白如βAPP的剪下，或參與軸突運輸過程中膜結合囊泡的融合。PS－1蛋白的胺基酸序列還與幾種跨膜蛋白的結構略有相似，如哺乳動物染色質A及電壓門控Ca2＋通道蛋白的α亞單位等，因此PS－1蛋白可能作為一種離子通道存在，此外還可能具有信號傳遞功能。
3 PS－1基因突變與AD發病的關係
目前已發現40餘種PS－1基因突變，並在LOFAD和SAD病例中也發現PS－1的致病性錯義突發〔7〕。大部分PS－1基因突變位於7個TM區域內或附近。在10個外顯子中已發現4－9和11有突變，而且外顯子5、8、9、11占突變總數75%；目前還發現幾種剪下突變和內含子8多態性與AD發病有關。
PS－1基因突變可導致APP異常轉運和加工，產生過多的Aβ4蛋白。Aβ4蛋白具有神經毒性，是構成老年斑的主要物質。取PS－1錯義突變（Ala→Glu）患者成纖維細胞進行培養，發現Aβ4蛋白水平明顯高於對照組；EOFAD病人PS－1N-末端單克隆抗體免疫組化研究顯示出灰質和白質的老年斑，PS－1mRNA的RT-PCR分析揭示，PS－1功能損害有助於老年斑的形成〔8〕。也有研究發現，SAD患者PS－1突變與Aβ4沉澱無關，而與神經纖維纏結形成有關〔9〕。PS－1基因突變導致tau蛋白過度磷酸化和Aβ4蛋白增加的機理可能與離子通道改變有關。研究表明，PS－1蛋白具有進化調節通道的作用，如Natch通道。PS－1基因突變可能改變細胞處理的方式，導致APP異常剪下，產生過多Aβ4蛋白。PS－1還與一種電壓依賴性鈣離子通道α-1D亞基有弱的同源性。在FAD，PS－1基因突變引起了通道微孔結構破環，各亞基之間相互作用障礙，從而影響了細胞膜內外鈣離子的交換。而tau蛋白的過度磷酸化和Aβ4蛋白增加均與細胞內鈣離子增加有關。
在EOFAD家系中還發現了PS－1基因的剪下位點突變。Gruts等率先報導了2個家系PS－1基因5’端出現了兩種不同的拼接形式，其中一種缺少12個鹼基，在26－29密碼子處丟失4種胺基酸，並且這種拼接形式占RT－PCR總產量的60%，這些序列構成了蛋白激酶C和酪蛋白激酶Ⅱ的酶切位點；此外還發現了外顯子9的錯誤剪下，導致290－319胺基酸序列丟失。目前還發現了外顯子8和外顯子3的替代性拼接。這些突變可影響轉錄時mRNA的正常剪下，雖然mRNA能正常表達並產生正常蛋白，但表達率有所降低。
1996年Wragg等〔10〕報導，PS－1基因外顯子8的3＇端內含子具有多態性，根據這一多態性，可將PS－1基因分為兩種等位基因，並由此構成1/1、1/2、2/2型3種基因型，遲發AD與該基因多態性1/1有關聯，其患病風險率是其他類型兩倍，推算約有22%的遲發AD的患病應歸因於該基因型，並認為PS－1基因多態性對於遲發AD遺傳可能呈非顯性遺傳模式。也有報導〔11〕，日本人中PS－1基因1/1型頻率在散發AD中明顯增高；但部分作者報導，PS－1基因多態性與AD無關聯，其中包括西班牙、美國、中國和中國台灣〔12，13〕。其研究結果差異表明，PS－1基因內含子的多態性與AD關聯不具有普遍意義，可能存在人群或種族差異。
4 結語
PS－1基因改變與FAD的密切關係為FAD發病的病因學提供了證據，尤其是近年通過基因突變篩查方法逐漸發現SAD與PS－1突變相關應引起重視，SAD與遺傳因素及環境因素的關係還應繼續研究；PS－1突變導致AD的具體機制尚不清楚，PS－1的確切生理功能尚屬未知。目前學者們正致力於通過轉基因鼠表達突變的PS－1基因或製備剔除PS基因鼠等實驗來闡明PS蛋白的生理功能及PS－1突變導致AD的具體機理〔14〕。■
作者單位：葉靜（華西醫科大學附屬第一醫院精神科，成都，610041)
劉艾（華西醫科大學附屬第一醫院精神科，成都，610041)
劉協和(衛生部北京醫院，北京，100730)
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