多巴胺D₄受體基因及其與精神分裂症的關系

　　中華精神科雜志CHINESE JOURNAL OF PSYCHIATRY

　　1999年第32卷第2期VoI.32No.2 1999

羅星光　江開達　左玲俊

　　 關鍵詞：多巴胺 D₄受體基因 精神分裂症

　　多巴胺功能亢進是解釋精神分裂症病因機制的主要生化假說。近年來發現, 多巴胺D₄受體在精神分裂症病因發病中起著重要的作用，編碼D₄受體的基因與精神分裂症間可能也有著重要的聯系。

　　一、關于多巴胺D₄受體

　　根據多巴胺受體對腺苷酸環化酶(AC)活性的不同影響,多巴胺受體可分為多巴胺D₁類受體和D₂類受體,D₁類受體可激活AC的活性,D₂類受體則抑制或不影響AC的活性。由于這兩類受體對不同的多巴胺受體激動劑、拮抗劑的選擇性及親合力不同, D₁類受體又可分成D₁受體和D₅受體,D₂類受體則可分成D₂、D₃和D₄受體。

　　1.D₄受體的結構特征：D₄受體屬于G蛋白偶聯的受體族，其肽鏈共7次跨越細胞膜，肽鏈的氨基端(N端)在細胞外，羧基端(C端)在細胞內，氨基端附近有1個糖基化位點(表明其是糖蛋白)，第3跨膜區與第5跨膜區上有與配基結合的位點，第5，6跨膜區之間有1個第3胞內環(intracellular loop，IL3)。IL3上有cAMP依賴性蛋白激酶的磷酸化位點，能識別並與G蛋白偶聯；IL3表現出極大的多態性，其上1個含16個氨基酸殘基的片段可出現2～8、10倍的重復，它決定了D₄受體具有較多的變異體^﹝1﹞。

　　2. D₄受體的大小、分布及藥理學特性：D₄受體約387個氨基酸大小，主要分布在額葉皮質，其次是邊緣區，少量在新紋狀體。D₄受體可以與Gi/o蛋白偶聯，它被激動時可抑制AC的活性，使cAMP水平下降，也可抑制鈣離子通道，激活鉀離子通道。一般來說，典型的抗精神病藥對D₂受體親和力強(如雷氯必利對D₂受體的親和力是對D₄受體親和力的100倍)，而非典型抗精神病藥對D₄受體親和力強(如氯氮平對D₄受體的親和力是對D₂受體親和力的2～20倍)^﹝1-2﹞。

　　二、關于D₄受體基因

　　多巴胺D₄受體基因編碼多巴胺D₄受體,它包含5個外顯子和4個內含子。D₄受體基因定位于第11號染色體短臂15區5帶(11P15.5),在11P15.5末端Harvey ras-1位點(HRAS)與酪氨酸羥化酶(TH)基因之間,與TH基因間距8.6 cM(釐摩爾根)。多巴胺D₄受體基因的外顯子可轉錄mRNA(約5.3 kb大小),再由mRNA翻譯成多巴胺D₄受體,因此D₄受體多態性是由D₄受體基因多態性所決定的。由D₄受體基因所轉錄的mRNA主要分布于額葉皮質、杏仁核,而在新紋狀體的分布幾乎可以忽略不計^﹝2﹞。

　　目前共發現D₄受體基因有7種多態性，其中包括2種靜息多態性(silent polymorphism),即SmaⅠ PCR-RFLP和HincⅡ PCR-RFLP多態性；5種結構多態性(structure polymorphism)，即12 bp的可變數串聯重復序列(variable number of tandem repeat,VNTR)、13 bp堿基缺失、G堿基重復序列、Val194Gly、48 bp的VNTR多態性等：（1）SmaⅠ PCR-RFLP多態性含兩個等位基因A1、A2，A1等位基因的5′端非編碼區有一個SmaⅠ位點，可被內切酶SmaⅠ切開，而A2等位基因的5′端非編碼區沒有SmaⅠ位點，不能被內切酶SmaⅠ切開，A1出現的頻率為0.95,A2出現的頻率為0.05，該多態性的雜合度為0.095^﹝3﹞；（2）D₄受體基因上可有1～3個HincⅡ位點，所以HincⅡ PCR-RFLP多態性可有4個等位基因A1、A2、A3、A4，出現的頻率分別為0.04，0.15，0.20，0.61，該多態性的雜合度為0.44^﹝4﹞；（3）D₄受體基因第1外顯子上有1段12 bp長的堿基序列，它編碼D₄受體胞外N端緊鄰第1個跨膜區的4個氨基酸，它可出現1～2倍的重復，因而所形成的多態性的等位基因A1(頻率為0.92)上該重復序列數為2,等位基因A2(頻率為0.08)上該重復序列數為1，該多態性的雜合度為0.15^﹝5﹞；（4）D₄受體基因第1外顯子上有1段13 bp長的堿基序列可出現缺失，因而所形成的多態性的等位基因A1(無13 bp的缺失)頻率為0.98，等位基因A2(有13 bp的缺失)頻率為0.02，該多態性的雜合度為0.04^﹝6﹞；（5）D₄受體基因第1內含子上有一堿基G可出現7，9，10倍的重復，因而所形成的多態性有3個等位基因A1、A2、A3，其頻率分別為0.22，0.65，0.13, 該多態性的雜合度為0.51^﹝3﹞；（6）D₄受體基因第3外顯子上第581位堿基T可置換為G，使所編碼的D₄受體上第194位氨基酸Val置換為氨基酸Gly，從而形成多態性Val194Gly，等位基因A1(即第581位堿基為T)頻率為0.875,A2頻率為0.125, 該多態性的雜合度為0.22^﹝7﹞；（7）D₄受體基因第3外顯子上的1個48 bp的序列可出現2～8、10倍的重復,這些48 bp序列的內部殘基變化、各重復序列間先後排列順序的變化以及重復倍數的變化使多巴胺D₄受體基因極具多態性，目前已發現19個序列各異的48 bp重復序列,共組合成25種不同類型的單體、8種等位基因，常見等位基因A4、A7、A2頻率分別為0.69，0.16，0.08^﹝8﹞。

　　三、精神分裂症與D₄受體基因的關系

　　D₄受體主要分布于額葉皮質,額葉皮質是與精神分裂症病理學明顯相關的區域,這提示D₄受體與精神分裂症可能相關。Seeman等^﹝9﹞採用放射受體結合分析法研究發現，精神分裂症患者屍體腦殼核組織中的D₄受體密度是正常人的6倍。Strang等^﹝10﹞採用放射受體競爭結合分析法研究發現，精神分裂症患者屍體腦殼核組織中D₄受體密度增高達多巴胺受體總量的40％(正常人為10％)。Seeman等^﹝11﹞採用PET技術研究未服用過抗精神病藥的精神分裂症患者，發現患者腦內多巴胺受體密度增高，並認為這個增高是D₄受體密度增高，而非D₂、D₃受體密度增高。這些研究均提示，腦中D₄受體的變化在精神分裂症的病因、發病中可能起著重要的作用。隨著分子遺傳學技術的發展，進一步研究編碼D₄受體的基因與精神分裂症的關系十分必要。

　　D₄受體基因的5種結構多態性可以直接改變所編碼的受體蛋白的氨基酸結構，從而改變受體的功能或表達水平，進而可能影響個體的疾病易感性。然而，2種靜息多態性並不改變所編碼的受體蛋白的氨基酸結構,它們本身不可能直接改變受體的功能或表達水平，但可間接地通過影響D₄受體基因的激活、或通過影響D₄受體二級結構的翻譯及mRNA的穩定性,從而改變D₄受體的功能或表達水平；它們也可以與疾病的真正的致病基因連鎖，而這個致病基因是在D₄受體基因的其它可能影響受體功能或表達水平的調節區上(如在它的起動子、增強子或抑制子上),或在1個與靜息多態性鄰近的基因上。所以，研究這2種類型的多態性與疾病的關系都具有重要的意義。

　　1. 精神分裂症與D₄受體基因的48 bp的VNTR多態性的關系：D₄受體基因第3外顯子上的48 bp的VNTR多態性是該基因最常見的多態性，該重復堿基序列編碼D₄受體第3胞內環上的16個氨基酸重復序列,第3胞內環上有環磷腺苷酸(cAMP)依賴性蛋白激酶的磷酸化位點,能識別並偶聯G蛋白,是產生一系列細胞內效應的重要環節。近年的研究主要集中在精神分裂症與48 bp的VNTR多態性的關系上:Sommer等^﹝12﹞研究了西、北歐的高加索人115例不相關的精神分裂症患者和115名正常人(種族與病例組類似,年齡大于45歲,無精神疾病),發現兩組間等位基因A4與非A4間、基因型A4/A4與非A4/A4間差異均無顯著性,繼續按年齡、性別、種族分層分析, 差異亦未見顯著性。Nanko等^﹝13﹞研究了日本80例精神分裂症患者、81名正常人,顯示兩組間等位基因、基因型的頻率差異均無顯著性；按藥物反應性、遺傳負荷、發病年齡、嚴重度將患者分組比較，各組間等位基因、基因型頻率差異亦無顯著性。Petronis等^﹝3﹞研究了歐洲白種人的50例精神分裂症患者與100名正常人,比較等位基因頻率的分布、含A4的基因型頻率和不含A4的基因型頻率、含A7的基因型頻率和不含A7的基因型頻率,結果差異均無顯著性。Tanaka等^﹝14﹞研究了日本人的70例精神分裂症患者和70名正常人,比較兩組間A4和非A4的頻率、A4純合基因型與非A4純合基因頻率,差異無顯著性，按發病年齡、家庭負荷、症狀的嚴重性分組比較，差異亦無顯著性。Macciardi等^﹝15﹞研究了北、中意大利的42例精神分裂症患者，而且選擇這些患者的父母作對照,比較兩組間等位基因、基因型的頻率,以及A4頻率與非A4頻率、A3頻率與非A3頻率、A2頻率與非A2頻率,結果差異均無顯著性。

　　2.精神分裂症與D₄受體基因的其它多態性的關系：(1)D₄受體基因5′端非編碼區SmaⅠ PCR-RFLP多態性：Petronis等^﹝3﹞研究了50例精神分裂症患者和100名正常人，比較兩組間該多態性的等位基因、基因型頻率，結果均差異無顯著性。(2)D₄受體基因第1外顯子上12 bp的VNTR多態性：Catalano等^﹝5﹞研究了79名精神分裂症患者和79名正常人，比較兩組間基因型頻率，結果差異無顯著性。進一步把病例組按診斷亞型分組後，與對照組比較，發現妄想型精神分裂症患者組與對照組間基因型頻率差異有非常顯著性，妄想組患者含等位基因A2的基因型佔27%，明顯比對照組(8%)高，提示D₄受體基因第1外顯子上12 bp重復序列多態性含A2的基因型與妄想型精神分裂症相關聯。(3)D₄受體基因第1外顯子上13 bp堿基序列缺失：這個13 bp堿基序列編碼D₄受體第2跨膜區上包含第80位精氨酸在內的1段氨基酸序列，第80位精氨酸在受體與兒茶酚胺結合中起著對抗作用。13 bp堿基序列缺失可改變D₄受體從第79位氨基酸開始的閱讀框架，並因此在下遊20個氨基酸處產生1個新的終止密碼子，使所編碼的整個受體蛋白變成1個截斷的、無功能的蛋白，從而影響疾病的易患性。但是，Nothen等^﹝6﹞研究白種人118例精神分裂症患者和232名正常人，比較兩組間該多態性的等位基因及基因型頻率，結果發現二者差異無顯著性。(4)D₄受體基因第1內含子上堿基G重復序列多態性：Petronis等^﹝3﹞研究了50例精神分裂症患者和100名正常人，比較兩組間各等位基因頻率，結果均差異無顯著性。(5)D₄受體基因第3外顯子上T 581G多態性：T 581G多態性使所編碼的D₄受體上第194位氨基酸Val置換為氨基酸Gly，從而形成Val194Gly多態性，Val194Gly多態性距離色氨酸(Ser)僅1個氨基酸間隔，而Ser在受體與多巴胺結合中起著重要的作用，因此Val、Gly置換可能改變D₄受體對多巴胺的親和力，即可能改變D₄受體的功能，從而影響疾病的易感性。但是，Seeman等^﹝7﹞研究了34例白種人精神分裂症患者和213名白種人正常人，均未發現存在Val194Gly多態性；而在24例黑人精神分裂症患者和183名黑人正常人中卻發現有Val194Gly多態性，但兩組間該多態性的等位基因頻率比較，差異無顯著性。

　　總之，D₄受體基因第1外顯子上12 bp的VNTR多態性含A2的基因型與妄想型精神分裂症相關聯，提示D₄受體基因與妄想型精神分裂症易感性有關，即D₄受體基因可作為妄想型精神分裂症的候選基因。目前除了發現該多態性與妄想型精神分裂症相關聯外，其它研究均未發現精神分裂症與D₄受體基因其它多態性相關聯。D₄受體基因第3外顯子上48 bp的VNTR多態性是該基因最具變異性、最具研究意義的DNA標志，也是與精神分裂症作關聯研究最多的DNA標志。但迄今為止,該多態性與精神分裂症的關聯研究均未發現陽性結果。由于該多態性除了有8個長度不同的變異體(8個等位基因)外,尚有25個序列各異的單體(haplotype),其中等位基因A4、A7分別有9個、7個單體^﹝8﹞。所以，即使未發現精神分裂症與該多態性等位基因相關,也不能否認精神分裂症與該多態性的單體可能相關。要找到精神分裂症與該多態性的單體之間的聯系,就需要更大的樣本,尤其當一個罕見的單體是精神分裂症的易感因素時,只有很大的樣本,差異才能達到顯著性。因此該多態性與精神分裂症的關系有待深入研究，以進一步確定D₄受體基因在精神分裂症病因發病中的作用。

　　由于迄今為止所發現的多態性尚未覆蓋D₄受體基因所有的編碼區和非編碼區，所以仍有發現新多態性的可能，這些可能存在的新多態性與精神分裂症的關系有待進一步研究。此外，由于目前所用的關聯分析方法有其本身的局限性，常常會因為選擇性偏倚而造成假陰性結果，所以，未來的研究有待于改進遺傳調查設計(如用HRR設計)，選用TDT、SDT、NAL等更先進的分析方法，以重新調查D₄受體基因各多態性與精神分裂症的關系。

　　作者單位：羅星光　江開達　左玲俊　　 上海醫科大學精神醫學教研室　200032

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（收稿：1998-05-20　修回：1998-07-31）

（本文編輯：楊小昕）