国际神经病学神经外科学杂志  2014, Vol. 41 Issue (3): 284-288

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刘爱华, 刘卓, 常蕾蕾, 徐运
肯尼迪病发病机制的研究进展
国际神经病学神经外科学杂志, 2014, 41(3): 284-288
Disease Surveillance, 2014, 41(3): 284-288

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收稿日期：2014-01-13
修回日期：2014-04-09
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刘爱华, 刘卓, 常蕾蕾, 徐运. 肯尼迪病发病机制的研究进展[J]. 国际神经病学神经外科学杂志, 2014, 41(3): 284-288.
肯尼迪病发病机制的研究进展
刘爱华1, 刘卓2, 常蕾蕾2, 徐运1,2    
1. 南京医科大学鼓楼临床医学院神经科, 江苏省南京市 210008;
2. 南京大学医学院附属鼓楼医院神经科, 江苏省南京市 210008
收稿日期:2014-01-13; 修回日期: 2014-04-09
基金项目：国家自然科学基金(81200876);江苏省领军人才和创新团队项目(LJ201101).
作者简介: 刘爱华(1989-),女,在读研究生,主要从事神经肌肉疾病的相关研究.
通讯作者：徐运(1961-),女,科行政主任、教授、主任医师、博士生导师.主要从事脑血管病、痴呆、干细胞治疗及神经肌肉疾病等方面的研究.E-mail:xuyun20042001@aliyun.com.
摘要：肯尼迪病又称脊髓延髓肌肉萎缩症,是由于雄激素受体基因第一个外显子内三核苷酸CAG异常扩增引起的X隐性遗传性疾病,是一种成人迟发型的神经肌肉疾病.肯尼迪病的发病机制十分复杂,由多因素参与,包括配体依赖性发病机制、热休克蛋白的异常、转录水平异常、转录后修饰异常、泛素化－蛋白降解及自噬系统的异常、线粒体功能损伤及氧化应激和轴突运输障碍等方面,本文将从这几个方面展开综述.
关键词： 肯尼迪病     发病机制     雄激素受体    

肯尼迪病(Kennedy’s disease)又称脊髓延髓肌肉萎缩症(spinal and bulbar muscular atrophy,SBMA)，由Kennedy1968年首次报道，是一种成人迟发型X隐性遗传的神经肌肉疾病，选择性累及脊髓前角细胞和脑干运动神经核，临床上以渐进性肌无力、痛性痉挛、震颤等起病，逐渐出现肢体及面部肌肉的萎缩、真性球麻痹，可伴有男性乳房发育及生殖功能降低等雄激素不敏感表现[1]。1991年La Spada发现X染色体上雄激素受体基因(androgen receptor,AR)的第1个外显子内三核苷酸CAG异常重复扩增是导致该病的主要原因，然而即使致病基因明确，至今CAG异常重复扩增如何引起神经系统临床症状的发病机制仍尚未有统一定论。 1 肯尼迪病的致病基因

致病基因AR位于Xq 11-q 12，包含8个外显子，编码的AR蛋白主要由N-末端结构域，DNA结合结构域、铰链区以及配体结合结构域等4部分组成[2]，其中第1个外显子编码的N-末端结构域内包含的三核苷酸CAG异常重复扩增是导致肯尼迪病的原因。CAG的扩增在正常人群中具有多态性，扩增数约为10～36，而肯尼迪病患者的扩增数可达到40～62，比正常人的扩增数增加了1倍左右。1992年Igarashi等首次提出CAG扩增数与临床症状相关，CAG扩增数越大，临床症状出现越早。2000年Mariotti等[3]针对30个患者家族及2006年Atsuta等[4]对223名日本患者的研究都提出CAG扩增数与发病年龄之间存在强相关性。而CAG扩增数与临床表型、发病严重程度之间的关联目前尚未发现，即使同一家族中相同CAG扩增数的患者，他们的临床表型、发病严重程度也存在很大的差异，CAG扩增数可能仅仅是影响临床表型的因素之一，许多未知因素仍有待发现。 2 肯尼迪病的发病机制

由于致病AR基因不仅在生殖系统中表达，在脊髓、脑干等部位也广泛表达，所以多数患者同时表现出神经系统症状和雄激素不敏感症状。常规病理发现患者脑干及脊髓内有大量前角细胞的丢失，而残存的神经元内可见突变AR蛋白积聚，胞核及胞浆中大量包涵体形成。突变AR蛋白的毒性作用以及正常AR蛋白的功能缺失可能正是引起肯尼迪病临床症状的主要原因，且其中有多种复杂因素交互参与疾病进展。 2.1 配体依赖性的发病机制

雄激素受体是一种配体依赖性转录因子，通常与热休克蛋白(HSP)形成复合体存在于胞浆中，一旦与配体睾酮或睾酮衍生物5α-双氢睾酮结合后将发生构象改变，从前复合体中分离出来，转至胞核内，以二聚体的形式结合DNA，与辅激活物或辅阻碍物相互作用，招募基本转录因子、RNA聚合酶Ⅱ等，激活或阻遏目标基因的转录，故AR蛋白的活性和转运依赖于配体，而且配体睾酮或5 α-双氢睾酮可显著延长AR蛋白的半衰期[5]。睾酮处理后的SBMA细胞模型内可见AR蛋白构象的异常改变以及核包涵体的明显增多[6]。并且有研究发现，雄性SBMA转基因小鼠内可见大量突变AR蛋白，表现出类似肯尼迪病的症状，相反在雌性转基因小鼠上并未出现。当雄激素转基因小鼠接受抗雄激素治疗或者被阉割后，临床症状可明显改善，而给予雌性转基因小鼠睾酮后其逐渐表现出肌无力等症状。在临床上肯尼迪病大多累及男性患者，女性杂合子一般无或仅仅有轻微症状，甚至是女性纯合子[7]。这些都提示配体睾酮等在SBMA发病机制中的重要作用，目前针对该发病机制的抗雄激素药物亮丙瑞林(leuprorelin)已进入临床试验阶段。 2.2 热休克蛋白异常

热休克蛋白90(Hsp 90)是AR蛋白在胞浆中形成复合体的重要组成部分，是AR蛋白保持完整性及功能性的重要分子伴侣。Hsp 90在胞浆中有两种主要表现形式，一种是与p 23、Cdc 37结合的稳定型，另一种是与Hsp 70及Hop结合的非稳定型-蛋白水解酶目标分子[5]。研究发现SBMA小鼠的突变AR蛋白相较于野生型AR蛋白更易与Hsp 90-p23结合，形成稳定体积聚，予小鼠Hsp 90抑制剂17-AAG(17-allylamino-17-demethoxygeldanamycin)后可见突变AR蛋白积聚明显降低[8]，由此可见，Hsp 90是突变AR蛋白积聚的重要原因之一。17-AAG与Hsp 90结合后将稳定型Hsp 90转化为非稳定型，与蛋白酶结合降解，同时可促进Hsp 70的产生，而Hsp 70的激活可明显增强细胞自噬加强对突变AR蛋白的清除，降低细胞毒性[9]，目前17-AAG已成为治疗SBMA的重要手段。除了Hsp 90、Hsp 70外，许多其他Hsps也参与了SBMA，如Hsp 40可促进突变AR蛋白与降解酶的结合，小分子HspB 8可激活细胞自噬增强对突变AR蛋白的清除[10]。近来Malik等[11]发现arimoclomol作为热休克蛋白诱导剂，提高多种热休克蛋白含量，可显著减缓SBMA疾病的进展。Hsps是SBMA发病机制中的重要环节，也是治疗SBMA的重点方向。 2.3 转录异常

转录异常是SBMA发病机制的重要原因。AR蛋白是一种核转录因子，在SBMA中可见突变AR蛋白的转录能力明显下降，研究发现SBMA小鼠中血管内皮生长因子(VEGF)、动力蛋白激活蛋白1、线粒体功能相关基因、TGFβ受体Ⅱ型等mRNA水平较野生鼠明显下降，严重影响细胞的代谢与生存[12]。在SBMA细胞模型的核包涵体内可见活化因子CBP(CREB-binding protein)与突变AR蛋白的积聚，突变AR蛋白与转录因子、活化因子相互作用明显抑制细胞转录水平。另外，突变AR蛋白也影响到microRNA (miRNA)的表达，Miyazaki等[13]利用基因芯片筛选了SBMA小鼠及野生鼠体内500多种miRNA的表达，结果发现SBMA小鼠体内有5种miRNA表达较野生鼠明显上调，其中的机制目前虽尚未明确，但也可能成为治疗SBMA的新思路。 2.4 转录后异常修饰

转录后蛋白异常修饰是SBMA发病机制中的重要原因之一。磷酸化(phosphorylation)、乙酰化(acetylation)、类泛素化(sumoylation)等转录后修饰[14]是调节AR蛋白细胞毒性的重要环节。 2.4.1 磷酸化

MAPK(the mitogen-activated protein kinase)和PI3K(phosphatidyl-inositol 3-kinase)/Akt信号通路是AR蛋白磷酸化修饰最主要的两条通路。突变AR蛋白激活p 44/42 MAPK信号通路，其丝氨酸514位点经磷酸化后可显著增强caspase 3的活性，裂解AR蛋白生成细胞毒性片段[15]。相反，胰岛素生长因子1(IGF 1)/蛋白激酶(Akt)激活AR蛋白丝氨酸215/792位点的磷酸化则提高了蛋白降解酶的活性，增强对突变AR蛋白的清除，降低细胞毒性。因此磷酸化修饰的位点不同产生的效果可能截然相反，而IGF 1有望成为治疗SBMA的重要手段之一[16]。 2.4.2 乙酰化

正常AR蛋白赖氨酸630/632/633位点经乙酰基转移酶p 300，P/CAF(p300/CBP-associated factor)或TIF 60(tat-interactive protein)作用后发生乙酰化，可调节AR转录，增强AR蛋白活性。有研究发现，SBMA细胞模型中突变AR蛋白呈现高度乙酰化状态[17]，Montie等[19]利用SIRT 1使突变AR蛋白脱乙酰化后，突变AR蛋白的积聚及其细胞毒性明显降低，可见AR蛋白细胞毒性与其乙酰化修饰必定相关。 2.4.3 类泛素化

所谓类泛素化是小类泛素修饰因子与蛋白共价结合的过程，正常AR蛋白N-末端结构域的388/521位点类泛素化后可明显增强AR蛋白活性。在SBMA模型中提高突变AR蛋白的类泛素化可显著降低AR蛋白积聚[19]，即使目前该机制尚未明确，提高蛋白类泛素化修饰却不失为一有效的治疗方法。 2.5 泛素化－蛋白降解及自噬系统变化

泛素化－蛋白降解系统(ubiquitin-proteasome system,UPS)及自噬系统是内源蛋白降解的主要途径[20]。需降解蛋白经三酶级联(泛素激活酶E1-泛素结合酶E2-泛素连接酶E3)形成多泛素化蛋白，激活26 S蛋白酶体，释放泛素蛋白和短肽链，即完成UPS降解蛋白的整个过程。多研究发现异常蛋白积聚会损伤泛素化－蛋白降解系统[21]，形成蛋白积聚的恶性循环。在SBMA核包涵体内可见组成UPS环节的多种物质积聚，UPS降解能力明显下降，而且突变AR蛋白含量过多超过了UPS降解阈值，使UPS处于过饱和状态[22]，最终导致AR蛋白清除明显降低。自噬是细胞器溶酶体相关的降低AR细胞毒性的另一重要途径，研究发现HspB 8[10]及组蛋白脱乙酰酶-6(HDAC 6)[23]等可增强细胞自噬能力，从而增强对突变AR蛋白的清除效率。UPS和自噬异常是AR蛋白异常积聚的重要原因，改善降解系统可明显降低AR蛋白的细胞毒性，这将成为治疗SBMA的新方向之一。 2.6 线粒体功能损伤及氧化应激

在SBMA小鼠及细胞模型中发现突变AR蛋白通过直接或者间接方式影响线粒体基因而造成线粒体的损伤，在损伤细胞内可见活性氧含量的明显增高，线粒体膜的显著去极化，以及凋亡信号通路中部分关键酶(如caspase 3、caspase 9等)水平的增高[24]。caspase 3裂解突变AR蛋白产生的N-多聚谷氨酰胺链片段尤其是可溶性寡聚体具有很强的细胞毒性，引起一系列细胞转录异常，造成细胞损伤凋亡。另外，在SBMA小鼠上发现突变AR蛋白抑制了PGC-1(proxisome proliferator-actived receptor gamma co-activator-1)及SOD2(mitochondrion superoxide dismutase)的转录，而PGC-1是调节线粒体相关蛋白的重要转录因子，影响线粒体的功能，SOD2的抑制则会促发线粒体的氧化应激，增加线粒体膜的通透性，诱发细胞凋亡[25]。突变AR蛋白损伤线粒体，造成细胞能量代谢障碍，诱发细胞凋亡。线粒体损伤可能是SBMA发病机制中重要部分，而且研究发现线粒体DNA损伤与CAG扩增数之间存在一定的关联，其可能成为监测疾病进展的有效指标[27]。 2.7 轴突运输障碍

正常轴突运输是神经元细胞赖以生存的重要部分，多数神经退行性疾病的发生与轴突运输障碍有关。在SBMA小鼠的末梢轴突内可见大量神经纤维及突触素的积聚，线粒体的异常分布，而这些正是导致轴突肿胀损伤的重要原因[27]。另外在模型中还发现轴突动力蛋白1(dynactin 1)mRNA水平降低，突变AR蛋白抑制了动力蛋白1的转录，导致损伤神经元轴突运输障碍，而且进一步研究发现这种抑制在SBMA疾病早期即可出现，经抗雄激素治疗后，抑制可明显逆转[28]，由此轴突运输障碍是SBMA发病的重要原因。还有研究认为突变AR蛋白可激活JNK(Jun N-terminal kinase)活性，促进kinesin-1磷酸化，进而抑制kinesin-1结合微管的活性，造成快速轴突运输障碍[29]。但近年来Malik等[30]通过对成人野生型神经元及SBMA小鼠神经元的轴突运输效率分析认为两者之间没有明显差异，轴突运输障碍与SBMA的发生之间并没有必然的联系，故轴突运输障碍在SBMA发病机制的作用仍有待进一步的研究。 3 小结

综上所述，SBMA的发病机制十分复杂，且有待近一步研究，突变AR蛋白的毒性作用以及正常AR蛋白的功能缺失可能是引起SBMA临床症状的主要原因，且其中有多种复杂因素交互参与疾病进展，除上述相关7种因素外，神经营养因子缺乏、肌源性因素等都可能参与其中。由于目前尚未有治疗SBMA疾病的有效药物，对其发病机制的研究将是寻找有效治疗SBMA药物的重要方向。

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