SNCA基因在酒精依赖遗传机制中的研究进展
杨永强1,2, 李凡1
【摘 要】摘要:SNCA基因定位于酒精依赖数量性状位点之上, 其编码的蛋白—α-synuclein 可以在多个水平上调节多
【期刊名称】遗传
【年(卷),期】2010(032)011
【总页数】5
【关键词】关键词:SNCA基因; 多巴胺; 酒精依赖; 遗传机制
巴胺的功能, 而后者是酒精依赖中重要的神经递质。研究还发现酒精依赖者SNCA基因存在多处基因变异, 同时, 酒精依赖者SNCA基因的表达水平也存在显著增高, 并且增高的程度与酒精依赖程度密切相关, 因此,SNCA基因被认为参与酒精依赖的遗传机制。文章对SNCA基因与多巴胺的关系和酒精依赖者SNCA基因变异以及基因表达的研究进展做一综述。
酒精依赖是一种受环境因素和遗传因素共同作用的复杂的病症。在基因水平上, 酒精依赖可能是由多种基因相互作用的结果, 酒精依赖基因的识别已成为当今酒精依赖研究领域中的重点。迄今为止,已经发现了一些具有多态性的酒精代谢酶基因与酒精依赖密切相关[1]。全基因组分析发现并定位了一些酒精依赖数量性状遗传位点, 其中4号染体与酒精依赖具有较高的相关性[2]。SNCA(Synuclein alpha)基因定位于4号染体, 其编码的蛋白质—— α-synuclein (α-syn)与多巴胺(Dopamine, DA)的关系尤为密切, 被认为参与DA的合成、储存、释放和再摄取[3]。而DA作为重要的中枢神经递质, 在酒精成瘾“奖赏效应”中起关键作用。因此,SNCA基因被认为是酒精依赖性研究的最佳候选基因之一[2,4]。
1SNCA基因与多巴胺
SNCA基因定位于4q21.3～q22, 跨度约112 kb,由6个外显子和若干内含子组成, 基因最大的插入序列是4号内含子, 跨度约80 kb。SNCA基因启动子富含GC, 缺少TATA盒, 转录出的mRNA约1.5 kb, 翻译从第2个外显子开始。SNCA基因3' UTR长约1 kb, 至少编码4 个microRNA, 这些microRNA可能对mRNA 的表达起调节作用。SNCA基因错义突变被确定为家族性帕金森病(Parkinson disease,PD)的危险因子[3,5]。
SNCA基因编码的 α-syn 是由140个氨基酸组成的高度保守的小分子蛋白质, 主要存在于神经元突触前终末, 具有调节神经递质的释放和再摄取、突触囊泡再循环等功能, 其中 α-syn 与DA 关系尤为密切。目前, 研究发现α-syn对DA 功能的调节可以在DA合成、储存、释放和再摄取等方面起作用: (1)α-syn可以负性的调节DA的合成。DA的合成主要受到两种酶的调控: 酪氨酸羟化酶(Tyrosine hydroxylase,TH), 将酪氨酸转化为左旋多巴(Levodopa, L-DOPA);芳香族氨基酸脱羧酶(Aromatic amino acid decarboxylase,AADC), 将L-DOPA转化为DA。研究发现,在诱导表达α-syn 的MN9D细胞中, α-syn可以直接与TH和AADC结合, 并且高表达的α-syn可以减少TH与AADC的磷酸化, 降低TH与AADC的活性,减少DA的合成。而高表达的α-syn对TH与AADC的含量是没有影响的[6,7]。Liu等[8]同时发现, 在不表达α-syn的MN9D细胞中,TH磷酸化显著增多,TH活性增加, DA合成增多。Peng等[9]研究进一步揭示,α-syn高表达可以增强蛋白磷酸酶2A(Protein phosphatase 2A,PP2A)的活性, 而PP2A可使TH与AADC去磷酸化, 从而降低TH与AADC的活性。但也有研究发现α-syn 可以引起TH含量的改变。Baptista等[10]和Yu等[11]分别在诱导 α-syn高表达的小鼠MES23.5多巴胺细胞中, 发现 α-syn增多可以引起TH表达的减少, 从而减少DA的合成。同时, GAO等[12]研究也发现, α-syn可以作为一种反式作用因子影响TH启动序列的功能, 进一步负性的调节TH的生成。(2) DA的储存和释放:
DA在胞质内合成后,由囊泡单胺转运蛋白(Vesicular monoamine transporter, VMAT)转运至囊泡内贮存, 当刺激发生后,囊泡与细胞膜融合, 以胞吐方式将DA释放至突触间隙。在体外研究发现, α-syn可以与磷脂酶D2(Phospholipase D2,PLD2)的N端重复区域相结合,抑制PLD2的活性, 减少二酰甘油和磷脂酸的水平,而后两者可以调节突触囊泡的形成和转运, 促进神经递质的释放[13]。Murphy等[14]在海马回神经细胞中,利用反义寡核苷酸技术减少 α-syn的表达, 可以造成神经细胞中囊泡数目减少, 但对已入位的囊泡是没有影响的, 实验认为α-syn在DA的储存和囊泡的形成中起重要作用。Lotharius等[15]通过研究MESC2.10中脑神经细胞发现, 高表达A53T突变的α-syn能够导致VMAT2表达下调, 减少钾离子诱导的DA释放,引起胞质内DA水平升高。实验认为α-syn的A53T突变能够导致DA储存的障碍和胞质内DA的蓄积。在DA的释放上, Kristin 等[16]研究发现高表达的α-syn可以抑制DA的释放, 同时发现突触前入位囊泡蓄积增多。实验进一步分析认为, α-syn高表达可能是在突触囊泡入位之后、钙依赖的囊泡融合之前抑制了囊泡的启动过程。另外, 在SNCA基因剔除小鼠中, 以重复刺激方式检测突触前DA的分泌, 发现短时间的二次刺激后, 第二次DA的分泌比控制组多, 推测刺激后DA补充的速度增快, 认为α-syn生理上扮演负性调控DA补充的功能[17]。(3) DA再摄取: 多巴胺转运蛋白(Dopamine transporter, DAT)可以将突触囊泡释放到突触裂隙中的DA重新摄回到突触前终末。
研究发现α-syn对DAT的功能存在着影响, 但目前研究存在着一定对争议。研究一致发现 α-syn可以通过NAC(Non-amyloid-β-component)区域与DAT羧基末端的22个氨基酸结合, 但多数研究认为α-syn可以负性的调节DAT 的功能, 减少DA的再摄取[18,19]。Wersinger等[19]进一步分析认为α-syn对DAT活性的抑制是通过减低DA再摄取的速度, 对DAT和DA之间的亲和力并没有影响。但LEE等[20]研究发现α-syn可以促进DAT在突触前膜上的聚集, 以增加DA的再摄取。也有研究发现,A30P突变的α-syn也可以与DAT结合, 负性的调节DAT的功能, 减少DA的再摄取[21]。α-syn对DA调节的具体机制尚不清楚, 但α-syn与DA之间存在密切的关系, 这为进一步研究 α-syn在酒精依赖机制中的作用提供了一定的基础。
基因多态性
2 动物SNCA基因与酒精依赖
SNCA基因变异与酒精依赖的相关性最早在动物体内发现。Liang等[2]通过TOGA(Total gene expression analysis)分析发现, 先天性嗜酒(Inbred al-cohol-preferring, iP)大鼠与先天性非嗜酒(Inbred alcohol-nonpreferring, iNP)大鼠之间SNCA基因表达水平明显不同, iP大鼠海马部SNCAmRNA 水平较iNP大鼠高两倍, 同时发现iP大鼠海马、尾状核处α-syn含量也较iNP 大鼠分别增高1.7、1.6倍。序列分析发现iP 大鼠SNCA基因3' UTR 存在两个SNP, 即+439(T-C)、
+679(A-G)(翻译起始位点为+1),SNCA基因3' UTR+679单核苷酸置换可导致人神经母细胞瘤SK-N-SH细胞SNCA基因表达水平增高两倍, 这是首次发现SNCA基因变异与酒精依赖相关。Liang等[22]进一步研究观测到SNCA基因3' UTR+679单核苷酸置换可引起iP 大鼠SNCAmRNA半衰期延长1.3倍, 认为SNCA基因3' UTR +679单核苷酸置换是通过改变SNCAmRNA的稳定性来影响SNCA基因表达的。Walker等[23]发现短尾猴食用酒精18个月后, 外周血中SNCAmRNA水平较未喂养酒精者高约3 倍。Ziolkowska等[24]在研究酒精成瘾的小鼠酒精戒断后不同时间SNCAmRNA和 α-syn的表达情况时, 发现不同时间和不同脑部位SNCAmRNA和 α-syn的含量各不相同, 酒精戒断后脑组织(纹状体、伏核、杏仁核、黑质、腹侧被盖区)SNCAmRNA没有发现存在明显变化, 但酒精戒断后24～48 h 杏仁核处α-syn水平却升高80%, 酒精戒断48 h 时, 外周血SNCAmRNA也有明显升高。另有实验也提示脑组织和外周血中SNCAmRNA和α-syn的变化可能存在不同的机制[25]。
3 人类SNCA基因与酒精依赖
人类SNCA基因与酒精依赖也存在明显的相关性。Foroud等[26]对219个复杂饮酒家庭样本的SNCA基因内30个SNP研究发现,SNCA基因启动子、2号外显子和4号内含子内存在8 个SNP(
rs2736995、rs2619364、rs2583985、rs2737006、rs356184、rs356163、rs356195、rs356168)与酒精渴望程度存在显著相关性。Bönsch等[27,28]相继发现酒精依赖者在酒精戒断期间, 外周血中SNCAmRNA和α-syn水平明显较正常者增高, 并且多重变量分析发现SNCAmRNA和 α-syn水平与酒精依赖者的酒精依赖程度密切相关。随后, Bönsch等[29]又发现酒精依赖者SNCAREP1(SNCA基因启动子内一双核苷酸重复序列)明显较长, 并且发现酒精依赖者SNCA-REP1的长度与SNCAmRNA水平明显相关。既往研究也显示SNCA-REP1长度增加可引起SNCAmRNA水平增高,SNCA-REP1缺失则可导致SNCA基因表达减少为原来的1/4, 而SNCA-REP1长度的变异也被发现参与PD的遗传机制[30]。新近, 有研究发现酒精依赖者外周淋巴细胞SNCAmRNA也明显增高[31]。但这些研究中也存在不同的结果, Clarimon等[32]检测印第安人SNCA基因内的15个SNP和SNCA-REP1与酒精依赖的关联性, 发现SNP和SNCA-REP1与酒精依赖没有明显的联系, 研究认为这可能与不同种族基因变异和统计学方法不同有关。
DNA甲基化作为DNA 序列的修饰方式, 是一种重要的表观遗传机制, 能够在不改变DNA分子一级结构的情况下调节基因的功能, 在生命活动中起着重要的作用。有研究发现DAT基因启动子甲基化水平与酒精依赖程度密切相关[33]。Bönsch等[34]也发现酒精依赖者在非禁欲或
戒断24～72 h内,SNCA基因启动子超甲基化水平显著增高, 这一发现进一步将表观遗传学与酒精依赖联系在一起, 为酒精依赖机制的研究提供了新的思路。
4 问题与展望
目前,SNCA基因主要被用于PD、AD(Alzheimer Diease)等慢性神经退行性疾病的研究, 加之 α-syn功能尚不清楚,SNCA基因在酒精依赖中的作用有待于进一步研究。下一步研究可以主要围绕以下方面:(1) 不同种族、人SNCA基因的变异及其与酒精依赖的相关性; (2) 与酒精依赖相关的SNCA基因变异或修饰对SNCA基因表达的调控; (3)SNCA基因与其他成瘾基因及与环境相互作用的关系。另外, 酒精依赖和部分依赖有着相似的机制, 研究[35～38]发现在、、甲基依赖患者脑组织中SNCAmRNA和α-syn水平均有不同程度的增高, 并且增高程度与依赖程度密切相关, 这也为依赖性的研究提供方向。同时, 高水平的α-syn可以引起多巴胺神经元死亡, 是慢性神经退行性疾病中较为确定的危险因子[3,5], 而酒精依赖患者脑组织和外周血中 α-syn水平均显著增高, 这一发现也为酒精依赖与神经退行性疾病之间架起了一座桥梁[39]。
参考文献(References):
[1] 贺艮峰, 钟树荣, 景强. 酒精依赖相关基因的遗传多态性. 遗传, 2008, 30(4): 413–418.
[2] Liang TB, Spence J, Liu LX, Strother WN, Chang HW,Ellison JA, Lumeng L, Li TK, Foroud T, Carr LG.α-Synuclein maps to a quantitative trait locus for alcohol preference and is differentially expressed in alcohol-preferring and -nonpreferring rats.Proc Natl Acad Sci USA, 2003, 100(8): 4690–4695.

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