强啡肽，脊髓小脑性共济失调 23

PDYN 基因编码强啡肽原，这是几种阿片类神经肽的前体蛋白（Horikawa 等人，1983 年）。

▼ 克隆与表达

堀川等人（1983）克隆了一个含有前脑啡肽原 B 基因的人类基因组 DNA 片段。根据对猪脑啡肽原 B 基因的研究，已知它含有新内啡肽、强啡肽和亮吗啡（在其氨基末端含有 rimorphin）的决定簇。这些阿片肽均具有亮氨酸-脑啡肽结构，作用于κ受体。

▼ 基因结构

堀川等人（1983）发现 PDYN 基因的结构组织类似于编码其他阿片肽前体前脑啡肽原 A（PENK; 131330 ）和前阿片黑皮质素原（POMC; 176830 ）的基因。

朱等人（2003）发现，除了单个基因组片段重排外，PDYN 基因的 460 个推定的编码直系同源物中的每一个的相对位置在人和小鼠中都是相同的。这种相似性扩展到外显子/内含子结构、内含子大小，以及古代 LINE-1、LINE-2 和 LTR 重复序列位置守恒的有力证据。还有证据表明保存了有限数量的非编码单拷贝序列。

▼ 基因功能

龚等人（2003）描述了一种大规模筛选，以在细胞水平上创建 CNS 基因表达图谱，并提供经过验证的细菌人工染色体（BAC）载体和转基因小鼠系文库，提供对 CNS 区域、细胞类别的实验访问, 和途径。他们发现在 Pdyn BAC 转基因小鼠中发现了投射到黑质的中等多刺神经元簇。这些细胞对应于纹状体斑块，这些斑块已在发育中和成年纹状体的许多解剖学研究中记录。

▼ 测绘

利特等人（ 1987 , 1988 ）通过对啮齿动物-人类体细胞杂交组 DNA 的 Southern 印迹分析，将 PDYN 基因分配给人类第 20 号染色体。与中期染色体的原位杂交证实了这一分配，并表明区域定位为 20pter-p12。

Summar 等人（1990）证明了 PDYN 与 ARVP（ 192340 ）和 OT（ 167050 ）的密切联系；未发现 lod 评分为 5.2 的重组体。这组基因似乎位于 D20S5 远端约 15 cM 处，D20S5 位于短臂中部附近 20p12.21。与基因的这种紧密接近有关，值得注意的是，ARVP 和 PDYN 肽在一些垂体轴突的相同神经分泌颗粒中共同分泌，并且在渗透刺激下这两个基因的转录增加。

在研究人类 20 号染色体与小鼠基因组之间的序列同源性时，Zhu 等人（2003）确定 Pdyn 基因位于小鼠 2 号染色体上。

▼ 分子遗传学

Zimprich 等人（2000）描述了 PDYN 基因启动子的多态性：1 到 4 个重复的 68-bp 元件，每个重复包含 1 个转录因子 AP1（ 165160 ）的结合位点。在激活 AP1 复合物后，H 等位基因（3 或 4 个重复）与 CAT 报告基因测定中基因表达的显着增加相关，而 L 等位基因不能在基础条件下受到刺激。

斯托格曼等人（2002）对 155 名非病灶性颞叶癫痫患者（见608096）和 202 名对照进行了病例对照关联研究，发现 PDYN 启动子低表达 L 等位基因（1 或 2 个重复）增加了颞叶的风险癫痫患者有癫痫家族史。无论家族背景如何，L 纯合子表现出更高的继发性全身性癫痫发作和癫痫持续状态的风险。Tilgen 等人比较了 182 名颞叶癫痫非病变患者和 205 名种族匹配对照者（2003）未能发现 L 等位基因与颞叶癫痫、强直-阵挛性癫痫发作、癫痫持续状态、癫痫丛集性发作或高热惊厥风险增加之间的关联。

脊髓小脑共济失调 23

Verbeek 等人报道的常染色体显性脊髓小脑性共济失调 23（SCA23; 610245 ）家族的受影响成员（2004），巴卡尔金等人（2010）鉴定了 PDYN 基因中的杂合突变（R138S; 131340.0001 ）。对另外 1,100 名荷兰共济失调患者进行筛查后发现另外 3 个突变：2 个同胞中有 1 个（R215C；131340.0002）和另外 2 个没有该疾病家族史的无关患者中各有 1 个（L211S, 131340.0003和 R212W, 131340.0004，分别）。这些发现表明，SCA23 是荷兰人群中 SCA（0.5%）的罕见原因。对患者小脑组织的细胞研究和研究涉及 2 种可能的致病机制：强啡肽 A 的上调，这可能具有神经退行性影响或导致阿片类药物活性的变化，或无法正确处理并对浦肯野细胞有毒的突变 PDYN 的积累。

▼ 进化

King 和 Wilson（1975）认为，人类进化更多地归功于基因调控的变化，而不是基因结构的变化。虽然基因补体和氨基酸序列的差异可以从基因组序列中辨别出来，但顺式调控区域的功能差异在序列数据中基本上是不可见的。鉴于与识别导致可诱导性变化的 DNA 序列变化相关的困难，Rockman 等人（2005）专注于一个候选区域，其在人类诱导性中的作用已经被证明。他们研究了 PDYN 基因的顺式调控进化，并通过将启动子-报告基因构建体瞬时转染到培养的人类细胞中，通过实验研究了物种差异的功能后果。PDYN 基因编码强啡肽原，这是神经肽中一系列内源性阿片类药物的前体分子，在调节感知、行为和记忆方面具有关键作用。洛克曼等人（2005）提出了孤立的系统发育和群体遗传证据，支持选择性扫描驱动人类强啡肽原启动子进化的历史。在培养细胞中黑猩猩-人杂交启动子的实验分析中，所选序列增加了转录诱导性。作者得出的结论是，大脑天然阿片类药物对诱导性刺激的反应发生变化的证据表明，进化过程中可能有人类特有的特征。此外，现代人类群体之间和内部的相关核苷酸和微卫星变异模式表明，在人类特异性突变和全球人口的固定之后，最近的选择有利于不同部位的不同的强啡肽原顺式调节等位基因世界的。

▼ 等位基因变体（ 4个精选示例）：

.0001 脊髓小脑共济失调 23
PDYN, ARG138SER
在患有常染色体显性脊髓小脑性共济失调 23（SCA23; 610245 ）的荷兰家庭中，Bakalkin 等人（2010）鉴定了 PDYN 基因外显子 4 中的杂合 414G-T 颠换，导致非阿片样物质结构域的非保守残基中的 arg138 到 ser（R138S）取代。在 1,000 条对照染色体中未发现该突变。发病年龄从 43 岁到 56 岁不等，该疾病的特征是缓慢进行的步态和肢体共济失调、可变构音障碍、缓慢的扫视、眼视力障碍和膝盖以下的振动感下降。4 名受影响的人表现出反射亢进，其中 2 人也有伸足底反应。1例患者的尸检显示严重的小脑萎缩。来自 1 名 R138S 突变患者的小脑免疫组织化学研究表明，如在对照小脑中观察到的，PDYN、强啡肽 A 和强啡肽 B 位于浦肯野细胞中，600636 ）和钙结合蛋白（CALB1; 114050 ），它们都是浦肯野细胞的标志物。SLC1A6 在患者小脑组织中积累和聚集。SLC1A6 的这些变化表明谷氨酸信号传导存在缺陷。

.0002 脊髓小脑共济失调 23
PDYN，ARG215CYS
在 2 名患有脊髓小脑性共济失调 23（ 610245 ）的荷兰同胞中，Bakalkin 等人（2010）鉴定了 PDYN 基因中的杂合 643C-T 转换，导致强啡肽 A 序列的保守残基中的 arg215-to-cys（R215C）取代。临床特征包括 50 岁起头和体位性震颤、轻度构音障碍和轻度共济失调。姐姐有周围感觉神经病变和轻度认知能力下降，而弟弟眼睛注视不稳定。将突变转染到大鼠胰岛素瘤细胞中表明产生了突变的 PDYN 蛋白，但对阿片肽的加工受到了显着影响，导致与强啡肽 A 相比，强啡肽 B 的水平降低了约 2 倍。突变的强啡肽 A 对培养物具有神经毒性啮齿动物纹状体神经元，表明显性负效应。

.0003 脊髓小脑共济失调 23
PDYN、LEU211SER
在一名患有 SCA23（ 610245 ）的荷兰人中，Bakalkin 等人（2010）鉴定了 PDYN 基因中的杂合 632T-C 转换，导致强啡肽 A 序列的保守残基中的 leu211-to-ser（L211S）取代。患者在 73 岁时出现进行性步态和上肢共济失调、动眼神经异常、远端感觉神经病变和腿部锥体体征。他还具有微妙的帕金森特征。该疾病没有明显的家族史。将突变转染到大鼠胰岛素瘤细胞中表明产生了突变的 PDYN 蛋白，但对阿片肽的加工受到显着影响，与强啡肽 B 相比，强啡肽 A 的水平增加。这些结果表明强啡肽 A 缓慢转化为短脑啡肽。然而，突变的 L211S 强啡肽 A 对培养的啮齿动物纹状体神经元没有神经毒性。

.0004 脊髓小脑共济失调 23
PDYN, ARG212TRP
在一名患有 SCA23（ 610245 ）的荷兰患者中，Bakalkin 等人（2010）鉴定了 PDYN 基因中的杂合 634C-T 转换，导致强啡肽 A 序列的保守残基中的 arg212-to-trp（R212W）取代。脑部 MRI 显示广泛的大脑皮质和皮质下萎缩，胼胝体发育不全，小脑蚓部、脑桥和下橄榄核明显萎缩。将突变转染到大鼠胰岛素瘤细胞中表明产生了突变的 PDYN 蛋白，但对阿片肽的加工受到显着影响，与强啡肽 B 相比，强啡肽 A 的水平增加。这些结果表明强啡肽 A 缓慢转化为短脑啡肽。突变强啡肽 A 对培养的啮齿动物纹状体神经元具有神经毒性，表明显性负效应。