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【摘要】 精神分裂症是人类最常见的精神疾患之一,属于复杂的多基因遗传性疾病，目前尚无有效的治疗手段。随着分子生物学技术和遗传学分析方法的发展,精神分裂症易感基因的研究也取得了一些开创性进展。大量证据表明，一个包含PDZ结构域的PICK1（Protein Interacting with Kinase Cα）蛋白可能是精神分裂症的一个易感靶位，许多与精神分裂症有关的蛋白质往往也和PICK1有不同程度的相互作用。本文就精神分裂症和衔接蛋白PICK1的关联性进行了评述。
【关键词】 精神分裂症 PICK1 PDZ结构域 易感基因 药靶
【Abstract】 Schizophrenia,a kind of polygenic heredity disease,is one of commonly mental disorders for human being.Up to now,there is no effective way to treat it.With the development of molecular biology technologies and the biostatistic analysis of genetics, the outstanding achievement in mapping the susceptibility genes has been taken.It is indicated from the established data that the PDZ domain involved in PICK1（Protein Interacting with Kinase Cα）may be as the susceptibility target of schizophrenia.Moreovr,many proteins related to schizophrenia are more or less interacted with pick1.In this report,the relationship between schizophrenia and PICK1 was reviewed.
【Key words】 schizoprenia; PICK1; PDZ domain ; susceptibility gene; drug target
精神分裂症和其他常见的慢性病如糖尿病、高血压、动脉粥样硬化等一样,都具有遗传学基础,表现为显著的家族聚集倾向，是人类面临的最为严重的疾病之一［1］。在全世界范围内精神分裂症的终生患病率接近1%（种族、地域、文化等差异不显著）。
研究表明，精神分裂症是一种多基因遗传，这种遗传是由于许多基因的异常积累作用造成的，没有显性、隐性基因那种明显的传递规律，但有一个阈值，超过这个阈值就出现异常。因此，确定精神分裂症的病因，在基因水平上预防和治疗是当前医学研究中的重大课题之一。在蛋白激酶Cα（PKCα）激活过程中，有一个称之谓蛋白激酶Cα相互作用蛋白（Protein Interacting with Kinase Cα, PICK1）。PICK1在PKCα与突触后膜的受体相互作用过程中起到一个桥梁的作用，亦称衔接蛋白（adaptin）。目前已经发现有四十多种相关的作用蛋白，包括细胞受体、转运蛋白和离子通道等，主要参与学习与记忆，外周神经感觉过程，神经介质传递与调节，细胞的生长和粘合等一系列生理过程［2］。从一级结构分析PICK1包括PDZ 结构域（21-105残基）卷曲螺旋区BAR结构域（139-362残基）和酸性氨基酸区（380-390残基），其模式图见图1。其中PDZ结构域是蛋白-蛋白相互作用主要单元，是PICK1蛋白发挥作用的主要功能区域。BAR结构域是一个富含螺旋的结构区域，一般认为与膜的识别有关，不同BAR结构域的螺旋之间可以进一步形成螺旋束，成一个新月形的二聚结构。C端酸性区域的功能还不十分明确，可能与协调PDZ或BAR的功能有关［3］。
1 PICK1基因
是精神分裂症的易感基因通过对精神分裂症的家系、双生子和寄养子的遗传学分析，越来越多的证据表明精神分裂症是一个多基因遗传病，并被认为是一个最复杂的人类遗传病，通过基因的连锁分析和关联研究，目前已经发现的精神分裂症易感基因主要位于染色体的1q, 2q, 5q, 6p, 6q, 8p, 10p, 13q, 15q ，18q 和22q［4］。其中人类22号染色体一直是精神分裂症易感性研究的热点，Pulver等运用显性遗传模式证明22q12～13可能存在基因连锁［5，6］。虽然这一发现尚未达到统计学上显著水平,但能提示某相关基因在精神分裂症易感性中起了重要作用。随后英国科学家使用患病的近亲匹配方法对11例独立研究资料进行综合分析,再一次提示第22号染色体（D22S278）连锁的证据［7］。Takahashi等对美国黑人、欧洲后裔以及中国家庭的遗传学分析也同样揭示了22q与精神分裂症有关联。近年来，国内的研究也证明染色体22q上的相关基因与精神分裂症的易感性有关。PICK1基因位于人类染色体的22q, Chen等以225个病例组和260个对照组作为研究对象，对PICK1 rs3952多态性的统计分析表明PICK1 rs3952及等位基因的组成在病人和正常人之间有显著差异, PICK1基因具有精神分裂症易感性，说明PICK1很有可能在精神分裂症的发病机制中发挥一定的作用［8］。
2 精神分裂症相关
蛋白与PICK1相互作用目前已经发现许多与精神分裂症相关的蛋白质，而这些相关蛋白同时也与PICK1有相互作用，从它们相互作用强弱程度可以分为以下三类类型：（1）与精神分裂症有强相关的PICK1相互作用蛋白：包括谷氨酸受体（GluR），多巴胺受体（DAT），丝氨酸消旋酶（SR）等。（2）与精神分裂症可能相关的PICK1相互作用蛋白：包括神经调节蛋白（NRG）及其酪氨酸激酶受体ErbB，N己基马来酰亚胺敏感因子（NSF）和可溶性NSF附着蛋白（SNAP），柯萨奇病毒和腺病毒受体（CAR），脑源性神经营养因子（BDNF）等。（3）与精神分裂症可能有微弱相关的PICK1相互作用蛋白：包括催乳素释放肽受体（PrRP），ADP 糖基化因子，阴离子交换蛋白1，神经连接蛋白，大脑的Na2+通道和酸性敏感性金属离子通道（ASIC）等［9］。研究表明谷氨酸受体系统的干扰可以引起双极性情感I障碍和精神分裂症的症状。基因研究证明AMPA受体、NMDA受体、Kainate受体等离子型谷氨酸受体的开放读框（ORF）都是精神分裂症的易感基因，通过利用苯环己哌啶（phencyclidine）、克他命（ketamine）等NMDA受体拮抗剂研究表明，谷氨酸分泌的增多和AMPA受体的增加会明显引起病人的精神分裂症状［10］。近年来研究还证明，PICK1的PDZ结构域可以和AMPA受体，Kainate受体及代谢型谷氨酸受体的谷氨酸亚基的C末端相互作用。PICK1可以通过和PKC的相互作用使谷氨酸受体发生磷酸化，影响海马区和小脑神经中突触的聚簇和表面表达，调节突触可塑性。精神分裂症病人中PICK1的PDZ结构域的突变导致谷氨酸受体表面表达的改变，增加精神分裂症的易感性［11］。20世纪60年代提出的精神分裂症的多巴胺假说认为精神分裂症患者的中枢多巴胺（DA）功能亢进。该假说有不少支持的证据，例如长期使用可卡因或苯丙胺，会使一个无任何精神病遗传背景的人产生幻觉和妄想，而可卡因或苯丙胺的主要神经药理学作用是可以提升大脑神经突触间多巴胺的水平。阻断多巴胺D2受体的药物可用来治疗精神分裂症的阳性症状。诸多研究均提示精神分裂症患者血清高香草酸（HAV，DA的主要代谢产物）增高，从而推测脑内多巴胺功能亢进与精神病症状有关。经典抗精神病药物均是通过阻断DA受体发挥治疗作用的［12］。PICK1的PDZ结构域可以和多巴胺的转运蛋白相互作用，在含有多巴胺的神经元细胞中，由于PICK1和DAT的相互作用，DAT会和PICK1成簇共定位在质膜表面，因而可以增加多巴胺的摄入量，这可能是一种依赖PKC的作用机制。因此推测精神分裂症有可能与PICK1的功能紊乱有关。最近研究表明，在哺乳动物神经系统中存在游离的D-丝氨酸（D-Ser），利用免疫组化的方法确认D-Ser主要存在于哺乳动物脑内灰质区中突触旁边的Ⅱ型星形胶质细胞内，进一步证明胞浆中的D-Ser由星形胶质细胞释放出，然后结合于突触后膜上的NMDA受体，从而与Glu共同作用，激活NMDA受体。利用D-Ser可以明显改善精神分裂症的一些症状。同时发现D-丝氨酸降解酶和氧化酶以及其反应调节剂都与精神分裂症有关。最近还报道，PICK1蛋白的PDZ结构域可与星形胶质细胞内产生D-Ser的D-丝氨酸消旋酶相互作用，这为PICK1与精神分裂症中的相关性提供了另一个重要依据［13，14］。
3 PICK1可作为药靶
对精神分裂症进行治疗目前，用于精神分裂症治疗的药物根据作用机制不同分为两类，即典型的和非典型的抗精神病药物。氯丙嗪（Chlorpromazine）和氟哌啶醇（haloperidol）是典型抗精神分裂症药物。它们的作用机制是阻断多巴胺从而达到控制精神分裂症的症状。往往具有良好的镇静、控制兴奋躁动和抗幻觉妄想作用，对精神分裂症的阳性症状（如幻觉、妄想及思维障碍等）有非常明显的疗效，但对阴性症状（如情感淡漠、言语贫乏及意志缺乏等）的疗效较差。此类药物安全范围大，但长期大量服用，会引起多个系统（神经系统、运动系统、心血管系统、消化系统、内分泌系统及造血系统等）的不良反应。氯氮平（clozapine）、舒必利（sulpiride）和利培酮（risperidone）等是非典型抗精神分裂症药物，它们主要是阻断5-羟色胺（5-HT）受体，其中氯氮平有多受体阻断作用。这些药物对精神分裂症的一些症状往往有较强的治疗作用。但长期服用也会产生多种副作用，因而并不被广泛使用。研究表明，与精神分裂症相关蛋白相互作用的区域主要集中在PICK1的PDZ结构域，而且PDZ和配体蛋白相互作用的方式较为简单，一般都是和配体末端的四个氨基酸残基相互作用，PDZ结构域自身形成的沟槽区就是其相互作用的功能区。目前对其药物设计集中在下面几个方向：（1）考虑获得与PDZ相互作用比较强烈的小分子阻遏肽段，使其与配体蛋白竞争影响PDZ正常的作用方式。目前已有报道，根据配体C端的作用位点设计出阻遏肽段，可以破坏PDZ和GuR2的相互作用，进而调节谷氨酸受体在神经细胞的分布，影响突触可塑性［15］。（2）利用PDZ结构域和配体相互作用的别构效应寻找可以引起PDZ构象改变的小分子物质。一般认为PICK1蛋白在生物体内发挥作用是以二聚体的形式完成的，单体状态下其自身PDZ和BAR结构域可以发生分子内相互作用，因此蛋白的聚合状态也可能会影响到PDZ和配体的相互作用。（3）从基因水平上对PDZ蛋白的表达进行调控，一方面研究生物体内是否存在天然的可以影响PDZ蛋白表达的小RNA，另一方面可以设计反义RNA对PDZ蛋白进行RNA干扰（RNAi）进而影响PDZ正常的生理功能。综上所述，无论从精神分裂症易感基因的染色体定位还是相关蛋白之间相互作用研究都可以证明PICK1与精神分裂症确实存在一定的相关性。最近报道，精神分裂症可能还有种族分布有关，作为一种多基因控制的遗传病，其致病机制尚值得进一步研究。另外，伴随着近年来蛋白质组学的快速发展以及蛋白芯片技术的逐渐应用，通过研究不同组织以及不同病理状态的蛋白质表达谱，在精神分裂症的病因方面有可能取得突破性进展。虽然以PICK1作为药靶对精神分裂症进行治疗有一定的前途，但目前仅集中于阻遏分子小肽的设计上。更由于质膜的选择性通透，目前所采用的融合信号肽段引导法，直接注射法以及载体分子携带法等都有其不足之处，而且这些药物的药效和安全性有待于长期的考察。因此，精神分裂症的发病机制和治疗途径依然是医学与生化工作者任重而道远的一项富有挑战性的研究课题。
【参考文献】
1 Douglas FL.Molecular genetics of schizophrenia: a review of the recent literature . Curr Opin in Psychiatry,2003,16:157-170.
2 Xu J, Xia J. Structure and function of PICK1. Neurosignals,2006-2007, 15:190-201.
3 Elkins JM, Papagrigoriou E, Berridge G,et al. Structure of PICK1 and other PDZ domains obtained with the help of self-binding C-terminal extensions. Protein Sci,2007,16:683-694.
4 Eisener A, Pato MT, Medeiros H, et al. Genetics of schizophrenia: recent advances. Psychopharmacol Bull,2007,40:168-177.
5 Coon H, Holik J, Hoff M, et al. Analysis of chromosome 22 markers in nine schizophrenia pedigrees. Am J Med Genet，1994,54:72-79.
6 Vallada HP,Gillm,Shamp,et al.Linkage sthdies on chromosome 22 in fanrilial schizophrenia. Am J Med Gtnet, 1995,60:139-146.
7 Tian W,Wanf.Schizophrenia collaborative linkage group.A combined analysis of D22S278 marker alleles in affected sib-pairs: support for a susceptibility locus for schizophrenia at chromosome 22q12. Schizophrenia Collaborative Linkage Group （Chromosome 22）.Am J Med Genet，1996,67:40-45.
8 Hong CJ, Liao DL, Shih HL, et al. Association study of PICK1 rs3952 polymorphism and schizophrenia. Neuroreport，2004,15:1965-1967.
9 Dev KK, Henley JM. The schizophrenic faces of PICK1. Trends Pharmacol Sci，2006,27:574-579.
10 Lang UE, Puls I, Muller DJ,et al. Glutamatergic mechanisms in schizophrenia.Cell Physiol Biochem，2007,20:687-702.
11 Hanley JG. PICK1: A multi-talented modulator of AMPA receptor trafficking. Pharmacol Ther，2008,118:152-160.
12 Scharfetter J. Dopamine receptor polymorphisms and drug response in schizophrenia. Pharmacogenomics，2001,2:251-261.
13 Fuji K.Serine racemase binds to PICK1:potential relevance toschizophrenia.Mol Psychiatry，2006,11:150-157.
14 Verrall L, Walker M, Rawlings N, et al.D-Amino acid oxidase and serine racemase in human brain:normal distribution and altered expression in schizophrenia. Eur J Neurosci，2007,26:1657-1669.
15 Hanley JG, Khatri L, Hanson PI, et al.NSF ATPase and alpha-/beta-SNAPs disassemble the AMPA receptor-PICK1 complex. Neuron，2002,34:53-67.
作者单位：030006 山西太原，山西大学化学生物学与分子工程教育部重点实验室，山西大学生物技术研究所