低铜蓝蛋白血症及基研究的进展

低铜蓝蛋白血症及基研究的进展 生堑整丝越盔垫,,生?旦差箜鲞筮～翘,～,～』堕～～翌～:』～些垫～～:～堂:墅:坠? ?,,,? (综述(低铜蓝蛋白血症及基因研究的进展周怡言王晓平 铜蓝蛋白(;,,,,,,，,,，,,,,)是一种天蓝色葩糖蛋白唾液 增加，血清铁蛋白浓度明显增高。铁在胰腺及其他实质性脏酸酶，存在于所有脊椎动物血清中，主要在肝脏中合成，能结 器中浓度也增高，病理检查可见铁在胰岛沉积和,细胞的选合体内,,,以上的铜，,,,,年由,,,,,,,,等发现。目前，铜 择性丧失。头颅,砌可见大量铁盐沉积在基底节、丘脑和蓝蛋白基因的,,,,巳被成功克隆，人类铜蓝蛋白基因也已 黑质等区域，脑组织在镜下可见小胶质细胞和神经元中有大被定位于,？,,一？,,。人类铜蓝蛋白基因由,,个外显子组 量的铁沉积及选择性的神经元缺失。视网膜周边部存在铁成，长约,, ，,,。肝细胞内可以找到它的两个转录本，分别长 离子的积聚和感光细胞的丧失。为,(, ,,和,(, ,,，但是翻译出来的单条多肽链总是由 目前在,,及,,,,,病的患者中观察铁代谢紊乱的资,,,,个氨基酸残基组成，这可能是由于在,?非翻译区存在 料还不多。通过检查患者血清铁蛋白浓度、胰岛功能、头颅一个可变的多腺苷酸化位点所致…。 ,,，、眼底检查以及肝脏活体组织检查，可以在上述疾病中 一直以来，铜蓝蛋白都被认为是铜的运送体，将铜金属 鉴别出遗传性低铜蓝蛋白血症„,,。但从近几年的,临床实践从肝脏运输到其他不同的组织。然而，随着在人类的组织中 中发现”…，与血浆铜蓝蛋白降低相关的疾病之间的鉴别仍陆续发现其他的铜运送蛋白,,,,,，铜蓝蛋白作为运送铜的角 十分困难，此类患者长期处于诊断不明状态，想要达到早期色开始被质疑(而且研究者也已铜的代谢并不仅依赖于 诊断，甚至在临床症状出现之前便早期鉴别。基因检查将是铜蓝蛋白?,。直到现在，铜蓝蛋白的功能还是没有被完整 最有效率的方法。地发现和阐释，但它在铁代谢方面的重要作用已开始受到关 一、基因突变导致铜蓝蛋白功能改变的,种机制注。 截至,,,,年,,月，世界范围内已经报道在,,多个不 肝豆状核变性、,,,,,综合征和遗传性低铜蓝蛋白血症 同的家族及患者中发现共,,种铜蓝蛋白基因突变?“。铜(,,,,,,,,,,,,,,,,,,)均可现为血浆铜蓝蛋白降低。肝豆 蓝蛋白的合成需要完成两个重要步骤才能表现亚铁氧化酶状核变性(又名,,,,,,病(,,)(是最常见的血浆铜蓝蛋白 活性:首先是与铜结合，然后是从内质网运送到高尔基体。降低的疾病。它属于一种常染色体隐性遗传病，基因已被克 如果任何一步出现问题都可以影响到酶的活性，最后导致铁隆，称为,,,,,，定位于,,？,,(,(不在,？)，其编码的酶功能 在不同组织中沉积”“。缺陷使肝细胞内的铜无法与前铜蓝蛋白(,,,—;,)结合，也不 ,(第,种机制:通过对铜蓝蛋白氨基酸序列的分析，能使铜通过肝小管排泌入胆道，导致铜在肝、脑等组织中沉 ,,,,,,,等?”发现铜蓝蛋白的,(,,,,，)重复基序是铜蓝积产生损害。由于,,,(,,无法与铜结合，作为一个不稳定 蛋白氨基酸正确折霍的关键，若基因突变影响到这,保守的的蛋白，缺乏氧化活性，半衰期缩短，使其,,,,水平降低( 重复基序，铜蓝蛋白将无法正确折叠，那么变异的铜蓝蛋白继发血浆铜蓝蛋白浓度下降，所以该病的本质是铜在机体器 将停留在早期分泌途中，无法正常地从内质网运输到高尔基官中蓄积所导致，而并非铜蓝蛋白的缺乏〔, ,。,,,,,综合征 体。影响这一重复基序的基因突变包括,,,,,、,,,,,和是一种罕见的性连锁隐性遗传病，其候选基因, ,，,,,也已 ,,,,,。然而，,,,,,,,等同时也发现,,,,,突变的蛋自并被克隆。该酶的缺陷使肠黏膜细胞中的铜不能转运至细胞 没有滞留在内质网，尽管这个突变是位于重复基序的下方，间液或者入血，导致机体铜缺乏，继发结合型的铜蓝蛋白减 但并没有影响铜蓝蛋白的转运，所以暗示了可能存在其他机少，故也可表现为血浆低铜蓝蛋白，但疾病的核心在于铜的 制运输铜蓝蛋白。缺乏，也并非铜蓝蛋白缺乏所致【,〕。而遗传性(既往命名为 此后,,,,等,】叫通过对,个不同位点突变的研究，发现家族性)低铜蓝蛋白血症，也即本文所要讨论的核心，是由于 突变体含有半胱氨酸,,,,(,,,,,,,)，能够通过内质网而分编码铜蓝蛋白的基因变异所导致的血浆铜蓝蛋白减少，甚至 泌，而不包括,,,,,,,的突变蛋白只能滞留在内质网，由此缺乏。其，临床表现包括:糖尿病、皮质下痴呆、构音障碍、??导致内质网压力，并最终导致细胞死亡。最近,,,,等”纠研轮状肌强直、肌张力障碍、舞蹈动作、步态共济失调、眼睑痉 究发现,,,,,,变异的铜蓝蛋白无法释放到介质中，此突变挛、视网膜变性等悼,。此病患者肝铜浓度正常，但肝铁贮积 蛋白包含了完整的,(,,，,,，),,折叠区域和,,,,,,,(因 此推测(从第,,,,个氨基酸赖氨酸到羧摹末端这一段对铜 ,,，:,,(,,,,,,,,,,,,,,(,,,,,,,,,,(,,,,(,,(,,, 蓝蛋白的释放可能是必需的。 作者单位:,,,,,,,上海交通大学附属第一人民医院神经科 ,(第,种机制:包括,,,,,、,,,,,、,,,,,和,,,,, 通信作者:王晓平，,,,,,:,,,,印,,毗;(,,, 等变异，这些变异蛋白有正常合成和分泌速度，但是无法与万方数据 ?,,,? 生望挫经秘塞壶垫,,生?旦筮堂鲞筮?期～坐』塑垫～塑，』～塑垫,,:～丛:笪。奠垒?铜结合，以至于滞留在分泌的后期或者形成前体铜蓝蛋白而 结合得就越多，而膜铁转运蛋白一旦与,,“结合，就会被泛被运输出细胞外。根据研究，这些突变位点位于;,(,)结合 素化，之后就会被内吞溶解。而铜蓝蛋白负责将,,,，氧化位点的附近，错误的氨基酸替换导致结构缺失，使得蛋白无 成,,“。降低胞外,,“的浓度，切断膜铁转运蛋白与,,“的法与铜结合，而且这种结构缺失在体外也无法被,,(，)(谷 结合，如果缺乏铜蓝蛋白，,,“的浓度就会上升，膜铁转运蛋胱甘肽复合体重建?”?”,。没有结合铜的,,,(,,是不稳定 白就会因为被内吞而减少，铁从细胞内释放就会减少，铁就的，相对于全铜蓝蛋白(,,,,—;,)数天的寿命，,,,,,,在血浆 会在组织细胞内积累。,, ,,,,,,;,等还观察到铜蓝蛋白能中只能维持几小时就被降解，这也就可以解释为什么低铜蓝 够促进铁的转运，而不仅仅维持膜铁转运蛋白的稳定。,,,,蛋白血症的患者几乎无法在血浆中检测到铜蓝蛋白。 等””通过一个剂量敏感相关的反应，得出铜蓝蛋自对膜铁 ,(第,种机制:含有,,,,,、,,,,,?和,,,,,的突变 转运蛋白的表达还有一个有限的正调控作用。蛋白可以被重建成,,,—,,和,,,,—,,。而且都能被成功运 三、遗传性低铜蓝蛋白血症仅仅是一种隐性遗传性疾病输，然而这些突变体却无法维持膜铁转运蛋白(,,,,,,,,,,,) 吗,在细胞表面的稳定，说明这些突变体丧失了亚铁氧化酶的活 (原发性)遗传性低铜蓝蛋白血症从被认识以来一直被性?”。这个发现给我们呈现出第,种机制，即推测这种突 定义为常染色体隐性遗传性疾病。但是最近越来越多的文变可能改变了铁的结合位点(从而影响了铜蓝蛋白的亚铁氧 献报道杂合 子发病的情况。,,,,,,,等【,纠分析了,,个病例化酶活性。但这需要我们进一步分析变异体的晶体结构才 的基因型与表现型的关系(其中,,例为纯合子发病，,例为能有力说明。 杂合子发病。最后结果得出基因型和表现型没有明显的相 ,(第,种突变机制:影响铜蓝蛋白功能。由,, ,,,?,, 关性，但是纯合子倾向于有更严重的疾病，同时也暗示了杂等【,副提出，他们发现,,,,和,,,,,突变体蛋白并没有丧 合子也会发病。,?,,,—,,,,,,,等?,报道了,例,,岁无症状失与铜结合的能力〔因为在体外能被;,(，),,,,复合体重 的杂合子男性，其血清铁蛋白明显升高，头部及肝脏,,〔呈建〕(而且能被顺利运送，但却注意到将铜负载到蛋白上这一 现铁沉积的成像(因此提出没有外显的杂合子病例最大可能过程受到了损害。这一过程需要,?，即,编码的铜负载蛋白 是处于临床前期。,,,,和,,,,省,通过对,例铜蓝蛋白基来完成。这一假说通过输入酵母菌的铜负载蛋白,;;,,(在 因突变杂合子的无症状患者经行,,， ,:加权梯度回波检酵母菌内表达的另一种铜负载工具)，弥补了,,,,,铜负载 查，发现杂合子大脑也会出现铁沉积，然而这种大脑铁沉积的功能，出乎意料地使变异的铜蓝蛋白恢复亚铁氧化酶活 量的水平需要到达一定的年龄才能检查得出，这也从一个侧性。由于,,,,,位于铜蓝蛋白底部的一个平台区域，推测这 面证明，杂合子临床症状的出现并不是与遗传因素(即基因一区域是,,,,,递送铜的区域，所以这个位点突变就会影 型)相关。而是与足够时间的铁积累以及环境因素有关。当响,御,的作用位置，从而造成,,聊,的“功能沉默”。 然我们也不能排除是由于复合杂合子的存在所导致的发病， 二、铜蓝蛋白对铁代谢的作用机制 上述的病例可能只是还没有发现另外的变异位点而暂时将 对铁吸收的精准调控是控制体内铁动态平衡的关键环 这部分患者分类为杂合子。,,,?,,等,,就报道过这样的病节。在没有应激的情况下，亚铁氧化酶,,,,,,,,,,主要负责 例，患者为复合杂合子，其,个等位基因上第,,号外显子有从肠腔促进铁的吸收(而铜蓝蛋白则负责促进铁从组织中释 ,个碱基丢失，导致密码子(,,,,,,,)由,,,,,,变成放，对于铁在消化道的吸收基本没有作用?“。然而 ,,,,,,，而在另一个等位基因上则发现,,,,,变异。那,,,,,,,,,等?,发现在应激状态下，要满足机体对铁的需求， 么，既然杂合子也有发病的可能，而且比较难以依据现有的并不是增加铁从组织中释放，而是增加铁从消化道的吸收。 化验以及影像学结果早期诊断，那么基因检查对早期鉴别出应激介导的铁吸收增加，是由于铜蓝蛋白从十二指肠上皮细 低铜蓝蛋白血症的杂合子显得更为重要。胞的胞质转移至黏膜固有层下面，这样，铜蓝蛋白就能大大 四、结语地促进铁从肠细胞基底外侧膜转出至绒毛内的毛细血管，以 ,,,,,,等旧“在综述中提及，生理,,情况下(,,,，能够自补充血清中的铁。在压力应激下，这两种相关的亚铁氧化酶 动氧化成,,”，这一反应并不需要任何特别的催化剂，但会(;,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,)共同负责铁在消化道的吸收，由 同时生成有害的氧自由基。铜蓝蛋白在控制,,“氧化反应于这一铜蓝蛋白依赖的铁吸收途径明显增强，形成了一个保 水平中起到非常大的作用，它能够竞争从而有效地减少障机制，保证了铁的补充。 ,,“的自动氧化反应。对于人体来说这是非常合理的，因为 在铁的储存和利用方面，铜蓝蛋白也起到非常重要的作 通过铜蓝蛋白亚铁氧化作用使,分，转变成,,“的反应。产用。首先我们知道，膜 铁转运蛋白是惟一的铁转运蛋白，它 生的是,:,和,:，而不是,:,:。同时(他们通过实验证实负责将铁从细胞内运送到血浆，因此，细胞表面膜铁转运蛋 了铜蓝蛋白能够氧化,,羟基多巴胺(,,羟基多巴胺是一种形白的存在是调节血浆铁浓度的关键口“。而铜蓝蛋自负责将 成多巴胺一黑色素的中间产物)，而且此反应的伴随产物是膜铁转运蛋白转运至胞外的,,“氧化成,,”，然后,,“与 ,:,和,:。如果,一羟基多巴胺通过非铜蓝蛋白途径自动氧转铁蛋白结合，被运送到其他需要铁的组织。,, ,,,,,,;, 化，则会生成大量的,:,:。换言之，铜蓝蛋白能够阻止,一羟等,,发现如果胞外,,,,，的浓度越高，膜铁转运蛋白与,,,， 基多巴胺自动氧化而产生自由基。近年来，大量的研究报道 万方数据虫垡控经越盘壶垫～～生?旦箍箜鲞筮?扭,蝤～』堕～～盟～，地～垫～～，～亟(堂:堕～:? ?,,,?发现，帕金森病、阿尔茨海默病和,,等退行性疾病的发生 〔,,〕 ,,,, ,(,,,,,, ,，,,, ,。,, ,,(,,,,,,, ,, ,,,,,,,,, ,,, ,,, ,,,,,,;,,,, ,,, ,,;,,,,,, ,, ,,,,;,,,, ,,,,,, ;,,,,,,,,,,,, ,,与大脑产生大量自由基有关，而且通过神经影像学也发现， ,;,,,，,,,,,,,,,,,,,(, ,,,,,,,(,,,,(,,:,,,,,,,(这些疾病在铜蓝蛋白易缺乏区的脑组织(纹状体、黑质、苍白 〔,,〕 ,,,, ,(,,,, ,(,,,,, ,(,, ,,(,;,,,,,,,,,,,,,,,, ,, , ,,,,？,,,, ,,,, ,,,,, ,,,,,,,, ,, ,, ,,,,:;,,,,;,,球)有铁的沉积旧,。所以继续深入研究铜蓝蛋白的作用机 ,,,,, , ,,,,,,,,,,,,, ,,, ,,,,,,,, ,, ,,,,,,; ,,, ,,,,;,,,, ,,,,,,,,,,,,(, ,,,,,,, ,,,，制，将有助于揭示神经退行性疾病的发病机制。而完善铜蓝 ,,,,，,,,:,,,一,,,(蛋白基因研究，可通过基因检查早期鉴别出低铜蓝蛋白血症 〔,,〕 ,,,, ,，,,,,,, ,，,,,,,,,,, ,。, ,, ,,,,,,, ,,,, ,,,,,, ,,,,;,,,,, ,,,, ,,;,,,,,, ,,,,, ;;,,,,,,,,,, ,,,,, ,, ,,,,,的纯合子患者，甚至是杂合子患者，及早进行干预治疗。 , , ;,,,,;,, ,,,, ,, ,,,,,,,,,,,,,,,,,,(,,,,,,,,,,,,,,,,，,,,,，,,,: ,,,(,,,( 参考文献 〔,,〕 ,,,, ,(,,,,,,, ,，,,,,,,,, ,(,, ,,(,,,,,,,;,, ,,,,;,, ,, ,,,,,, ,,,,, ,,，,,,, ,(,，,,,,, ,(,,,,,,,,,,, ,,, ,,,,;,,, , ;,,,,,,,,，„,,, ,, ,,,;,,,,,,,,,,,,, ,,,,,,,,,,,,,, ,, ,,,,,,,,,,( ,,,,,,,,, ,,,;,,, ,,,,,,, ,;,,，,,,,，,,,,:,,,,,,,( ,,,;,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,;,,,,, ,,,, ,, ;,,,,,,,,,,, ,, 〔,,〕 ,, ,,,,, ,,，,,,, ,，,,,,, ,(,, ,,，,,,,,,,, ,,,,,,, ,, ,,,,,,,,, ,,,,,(, ,,,, ,,,,(,,,,(,,,:,,,,,,,,( ; ,,,,,,,,,,,, ,,,,, ,,, .