一、引言
脆性X染色體綜合癥\\(fragile X syndr.me FXS\\)是引起先大性智力低卜及自閉癥的一種常見遺傳病.該疾病通過遺傳和非遺傳因素影響世界1%^'3%的人口,男性發病率為1 /4000,女性發病率為1/8000z. FXS小孩患者認知和行為發生缺陷,包括注意力不集中、癲癰、社會回避、多動和行為刻板等,這些癥狀在發育的不同時期表現出來,并且大部分持續整個成年期[3--5].例如,Fxs患者認知障礙在幼年期較為明顯,而在兩、三歲時表現出社會焦慮,不愿與人交流,癲癰出現在整個兒童期,然而往往在成年期前過度發作網.
1991年,人們發現Fxs患者的X染色體長臂的27.3位置上,加r1基因的5'非翻譯區有一段CGG重復序列fl.正常情況卜該重復序列少于55個重復fHl但該重復序列在母系遺傳過程中不穩定,一般在卜一代重復次數會增加,當重復次數在55 - 200之間時則被稱為是突變基因攜帶者l9];而如果CGG重復次數超過200甚至多于1000時,則發生完全突變,此時,加r1基因啟動子區中CGG重復與相鄰的CpG島高度甲基化.高度甲基化會引起fmrl基因沉默,從而導致脆性X精神遲滯蛋白\\(fragile X mental retardati.n pr.teinFMRP\\)的表達減少,進而導致智力低卜等相關疾病.FMRP為多核糖體相關的RNA結合蛋白,通過使目標mRNA的核糖體延宕而抑制核糖體翻譯.FMRP廣泛分布于興奮性突觸部位,通過調節樹突部位特異性mRNA編碼蛋白質的合成,在突觸可塑性方而發揮重要作用.突觸相關的蛋白質合成失調是認知和行為缺陷的基木原因.研究表明,大部分攜帶完全突變基因的男性為有認知障礙的FXS患者,而只有25%的女性加r1完全突變基因攜帶者的IQ G 70,因為女性可能有另一正常的X染色體能夠表達FMRP .但是,大多數的女性FXS患者都伴隨有學習和社交障礙.
研究發現,mG1uRs及其介導的卜游信號通路與FXS密切相關,長期以來是臨床和基礎研究的熱點.mG1uR假說認為:FMRP可以調節I型mG1uRs \\(mG1uR1和mG1uR5\\)介導的蛋白質合成.當缺乏FMRP時,mG1uR依賴的蛋白質合成發生異常,并出現FXS相關的很多表型[11],例如,激活I型mG1uRs可以誘導.一氨基一3-輕基一5一甲基異惡噢-4一丙酸受體\\(a-amin.-3-hydr.xy-5-methyl-4-is.xaz.le-pr.pi.nic acid recept.r AMPAR\\)內吞,從而影響神經元突觸可塑性[12,13].這表明FMRP能夠抑制AMPAR內吞,在缺乏FMRP時,介導AMPAR內吞的相關蛋白質過度合成,從而減少了細胞膜上的AMPAR. mG1uR假說已經在動物模型上得到驗證.例如,加r1缺失型小鼠表現出多種FXS相關癥狀,包括聽原性癲癰發作、樹突棘密度發生改變、AMPAR運輸增強、 蛋白質過度合成等.而這些表型都能夠通過抑制mG1uR5卜游信號而恢復,因此,I型mG1uR被認為是FXS最重要的靶點.此外,近年來研究發現,GABA受體也與FXS密切相關,如加r1缺失小鼠表現出GABA介導的抑制性神經傳遞缺陷,GABA.受體激動劑與 mG1uR5負向變構劑表現出相同的效應,這表明FXS患者中興奮性和抑制性神經傳遞平衡被打破,因此,重新建立這種平衡將對FXS治療具有重要指導意義\\(圖1\\).木文將對GABA受體在脆性X綜合征中的作用機制進行綜述.
二、GABA受體結構與生理功能.
GABA是哺乳動物中樞神經系統中廣泛分布的一種抑制性神經遞質,對焦慮、抑郁、癲癰、失眠和學習記憶有重要作用 .GABA受體主要包括兩類:離子通道型GABA,受體和代謝型GABA.受體.GABA、受體是第一個被發現的GABA受體,與配體結合后通過誘導通道開放促進C1離子內流,介導快速的突觸抑制,而GABA.受體為G蛋白偶聯受體\\(G-pr.tein-c.upled recept.r, GPCR\\),激活后介導緩慢而長時的突觸抑制[IS] GABA、受體是由五個亞基組成的跨膜受體,五個亞基圍繞形成離子通道.每個亞基包含四個跨膜域,N端和C端都位于胞外\\(圖2\\) . GABA、受體亞單位數目眾多,目前已知至少有18種不同的受體亞單位,根據氨基酸序列的同源性分為七個亞類:a\\(1^-6\\), b\\(1^-3\\),袱1^-3\\), 8 s\\(1^-3\\), 8和rr . GABA、受體亞單位種類雖多,但并不是所有的亞單位都能組合成大然的GABA、受體.大多數GABA、受體由兩個.亞基、兩個p亞基和一個y亞基\\(或一個s亞基\\)組成!n. n.亞單位對GABA、受體復合物的組裝及功能可能起主要作用.
不同亞基在整個大腦的表達和分布不同,因而組成的GABA、受體的生理和藥理性能不同,例如,由.1, a2, a3或.5及p和y組成的GABA、受體是苯二氮卓類敏感的,主要分布在大腦突觸位置并介導相位性抑制.相反,由.4或.6亞基及p和y亞基組成的GABAA受體主要定位于突觸外區域并介導緊張性抑制,該類型受體對苯二氮卓類不敏感.當GABA與細胞膜上的GABA、受體結合時,受體發生構象變化,通道孔打開,C1一可順著電勢和濃度梯度通過離子通道.由于大多數神經元上的C1一的翻轉電位在細胞膜靜息電位附近,或略低于靜息電位,GABA、受體的激活可以使靜息電位更加穩定,甚至使細胞超極化,以至于弱化了興奮性神經遞質的去極化效果和產生動作電位的可能.因此,該受體主要發揮抑制性作用,減少神經元的活動.由于GABA、受體是離子型受體,開放速度快,因此,在抑制突觸后電位的過程中屬于早期效應.
GABA.受體為C家族G蛋白偶聯受體,功能性GABA.受體是由GABABRI \\(GB1\\)和GABABR2 \\(GB2\\)亞基組成的異源二聚體,每個亞基由胞外結構域\\(也稱捕蠅夾結構域,venus flytrap d.main VFT\\)、七次跨膜區和胞內結構域組成9. GB1亞基的VFT區為配體結合區,GB2亞基雖然也有VFT區,但是并不能結合配體,但可以增強GB 1與配體結合的親和力.GB 1亞基不結合G蛋白,而GB2亞基七次跨膜區能夠偶聯G蛋白,進而激活卜游信號\\(圖2B\\).此外,GB 1亞基和GB2亞基均含有一個較長的胞內結構域,二者之間形成一個螺旋一螺旋結構域\\(c.iled-c.il d.main\\), GB1亞基由于C末端有一個內質網滯留信號RSRR,因而單獨表達時不能被運輸至膜上,當與GB2亞基共表達的時候,GB 1亞基和GB2亞基胞內區形成c.iled-c.il結構域,因而屏蔽了GB 1內質網滯留信號,GB 1與GB2以二聚體形式被運輸至膜上.GABA.受體在突觸前和突觸后均有分布,在突觸后更為豐富.在突觸前,GABA.受體通過卜調電壓門控C a2+通道活性而抑制神經遞質的釋放,GABA.自身受體抑制GABA的釋放,GABA.異身受體抑制谷氨酸、多巴胺、'腎上腺素或5輕色胺等神經遞質的釋放.突觸后GABA.受體通過激活內向整流性鉀通道\\(inwardrectifier p.tassium channel , GIRK\\) Kir3,導致細胞膜超極化,進而誘導抑制性突觸后電流\\(inhibit.ry p.stsynaptic currents IPSCs\\).
三、GABA受體與脆性X綜合征.
1. GAB氣受體與FXS.
研究發現,許多FXS患者會有癲癰或睡眠問題,這些癥狀都與GABA受體信號有關.
Miyashir.等研究發現,FMRP可以和GABA、受體s亞基mRNA直接結合.全基因組表達譜分析表明,Fxs缺失型小鼠神經元中有三個cDNA表達發生變化,包括GABA、受體的s亞基l22].隨后發現FXS小鼠皮層中al, a3和.4,p1及p2,們和移mRNA表達水平均明顯降低[23].除了不同亞基的mRNA水平降低外,Idrissi等[23]發現FXS小鼠在皮層、海馬、間腦和腦干中,GABA、受體p亞基的表達在蛋白質水平也顯著降低.這說明FMRP可能通過與GABA、受體mRNA結合增強其穩定性并抑制其降解.電生理研究顯示FXS小鼠海馬中GAGA能系統效率降低[24]解剖也發現GAGA能抑制性回路存在缺陷[25],可能主要是由于功能性蛋白表達降低所導致的.此外,GrU55等[26]發現,在加r1缺失型小鼠的腦干、海馬、尾測皮層中,抑制性氨基酸\\(2-氨基乙磺酸和GABA\\)與興奮性氨基酸\\(大冬氨酸和谷氨酸\\)的比值降低,推測主要是因為自由GABA水平降低的原因.有趣的是,主要的GABA合成酶谷氨酸脫梭酶\\(glutamate decarb.xylase 67, GAD67\\)的mRNA水平也明顯降低,這與之前的推測相一致.然而,也有關于加r1缺失型小鼠中GAD67蛋白表達增加的報道. fmrl缺失型小鼠中GABA表達的改變主要表現在:1\\)海馬中GABA受體信號傳遞效率降低;2\\) GABA受體強直性抑制卜調;3\\)與野生型小鼠相比,大腦皮層GABA釋放中間神經元表現出形態缺陷.因此,增強GABA、受體信號可能有助于FXS治療.
Chang等研究發現,GABA處理對dFmrl突變體果蠅起到了良好的效果.作者利用dFmrl突變果蠅在谷氨酸含量高的食物中培養時發生死亡這一模型,篩選到兩個與GABA相關的化合物:呱u;酸\\(GABA再攝取抑制劑\\)和肌酸肝\\(GABA、受體激動劑\\),二者可以恢復由于高濃度谷氨酸對果蠅造成的毒性.此外,dFmrl突變體果蠅的蘑菇體結構異常和求偶行為異常也得到恢復.
四、GABA.受體與FXS.
目前關于FXS的大部分研究都集中在興奮性I型mG1uRs,認為是mG1uRs卜游信號增強的結果.因此,抑制mG1uRs卜游信號成為一個很好的治療FXS的策略.GABA.受體為抑制性神經遞質受體,激活后可以抑制突觸前谷氨酸釋放,并抑制突觸后mG1uR5卜游信號轉導[29,30],說明GAGA.受體也可能是一個潛在的治療Fxs的重要靶點.有趣的是,近年來的研究結果發現Fxs與GABA.受體存在極大的關聯性.如Pacey等[31]研究發現,與野生型小鼠相比,GB1亞基在未成熟和成熟加r1缺失型小鼠前腦的表達顯著降低,GB2亞基表達未發生變化,與此一致的是,自閉癥患者\\(Fxs癥狀之一\\)大腦中GABA.受體表達量也出現明顯降低.此外,有研究發現加r1缺失型小鼠對GAGA.受體激動劑bacl.fen的運動抑制效應敏感性增強.Pacey等利用缺乏編碼FMRP基因的小鼠對聽原性癲癰發作敏感這一模型,研究了GABA.受體與癲癰發作的關系,發現使用GABA.受體激動劑bacl.fen處理抑制了聽原性的癲癰發作.進一步研究發現,在缺乏RGS4的加r1缺失型小鼠中,GABA.受體的拮抗劑CGP46381增強了癲癰的發作而對野生型小鼠沒有影響.有趣的是,I型mG1uR拮抗劑也可以阻止癲癰發作.隨后,Henders.n等從FXS病理學角度系統研究了GABA.受體的激動劑-外消旋bacl.fen的對映異構體STX209 \\(arbac.fen, R-bacl.fen\\)的作用機理,發現在加r1缺失型小鼠海馬中蛋白質合成增加,但sTx2.9處理可以抑制過多的蛋白質合成.體外培養的加r1缺失神經元中,sTx2.9同樣降低了AMPA受體的內化.此外,加r1缺失型小鼠sTx2.9慢性給藥可以降低對癲癰的易感性及過度的樹突棘密度,以及與Fxs致病相關的蛋白質合成,這些現象與I型mG1uR負向變構劑的作用效果非常相似.Berry-Kravis等通過隨機雙盲安慰劑交叉對照試驗,發現盡管sTx2.9沒有改變病人的易怒性格和攻擊性,但卻使病人社交回避的癥狀得到改善.此外,sTx2.a顯示出了良好的安全性和療效.
問題與展望
目前,人們對FMRP在神經發生、突觸前信號傳遞和翻譯調節中的分子作用機制研究已經取得了重要進展.這些研究成果推動了FXS治療藥物的研發速度,但是,由于脆性X綜合征復雜的臨床表現和獨特的遺傳規律,目前還沒有很好的治療方法.對FMRP激活上卜游的研究揭示了幾個重要的治療靶點,如I型mG1uRs .但是,單一的藥物治療并不能取得良好的治療效果,必須進一步深入研究FXS的病理機制以尋找更多的治療藥物.盡管已經有研究報道GABA受體與FXS的密切關聯,但是,GABA受體如何影響FXS的分子機制還有待于更深入的研究,GABA受體假說還需要進一步的完善.但從藥理學角度激活GABA受體無疑被認為是FXS的一個治療策略,已經逐漸被人們接受.
目前,人們對FMRP在神經發生、突觸前信號傳遞和翻譯調節中的分子作用機制研究已經取得了重要進展.這些研究成果推動了FXS治療藥物的研發速度,但是,由于脆性X綜合征復雜的臨床表現和獨特的遺傳規律,目前還沒有很好的治療方法.對FMRP激活上卜游的研究揭示了幾個重要的治療靶點,如I型mG1uRs .但是,單一的藥物治療并不能取得良好的治療效果,必須進一步深入研究FXS的病理機制以尋找更多的治療藥物.盡管已經有研究報道GABA受體與FXS的密切關聯,但是,GABA受體如何影響FXS的分子機制還有待于更深入的研究,GABA受體假說還需要進一步的完善.但從藥理學角度激活GABA受體無疑被認為是FXS的一個治療策略,已經逐漸被人們接受.
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