γ-氨基丁酸受体，α-1

γ-氨基丁酸（GABA） 是哺乳动物大脑中主要的抑制性神经递质，它作用于 GABA-A 受体，GABA-A 受体是配体门控氯离子通道。这些通道的氯化物电导可以通过与 GABA-A 受体结合的药物（例如苯二氮卓类药物）进行调节。功能性 GABA-A 受体似乎由 5 个同源的可变亚基组成，这些亚基排列形成一个中央通道，通过细胞膜传导氯离子。每个亚基由一个长的、可变的胞外区、4 个跨膜结构域和位于第三和第四跨膜结构域之间的可变胞质区组成。亚基根据氨基酸序列同源性分为不同的类别，类别内具有 70% 至 80% 的同一性，类别间具有 30% 至 50% 的同一性（总结Glatt 等人，1997 年）。

GABA 还通过代谢型 GABA-B 受体起作用（见603540）。

▼ 克隆与表达

加勒特等人（1988）分离了人类 GABA-A 受体 α 亚基的 cDNA 克隆。1,055-bp GABRA1 克隆在 5 素数非编码区包含一个开放解读码组和 260 个核苷酸。351 个氨基酸序列与其牛对应物显示出 97% 的同源性。克隆与 Northern 印迹的杂交显示在人皮层和大鼠全脑、皮层、海马、中脑、嗅球和小脑中存在 RNA 双联体。

▼ 测绘

通过原位杂交，Buckle 等人（1989）将 2 个 α 亚基异构体 GABRA1 和 GABRA2（ 137140 ） 分别对应到 5q34-q35 和 4p13-p12。β亚基的基因（GABRB1；137190）也被定位到4p13-p12，它可能与GABRA2基因串联。

通过使用 GABRA1 基因内的高度多态性（CA）n 重复进行连锁分析，Johnson 等人（1992）改进了远端 5q 上基因的分配。

Russek（1999）确定 GABRA1 是一个跨越约 480 kb 染色体 5q34 的基因簇的成员。基因顺序为GABRB2（ 600232 ） --GABRA6（137143）--GABRA1--GABRG2（137164）。

通过研究亚种间回交中的分离，Keir 等人（1991）证明小鼠 Gabra1 基因位于 Il3（ 147740 ） 和 Rel（ 164910 ） 之间的第 11 号染色体上。

▼ 基因功能

锌离子通过严重依赖于受体亚基组成的变构机制抑制受体功能来调节 GABA-A 受体。霍西等人（2003）使用分子模型确定了 3 个介导锌抑制的离散位点：一个位于离子通道内，包含亚基 β-3（ 137192 ） his267 和 glu270，另外 2 个位于离子通道的外部氨基端面上。受体并需要亚基 α-1 glu137 和 his141 和 β-3 glu182 的协调。含有 γ-2（ 137164 ） 亚基的 GABA-A 受体特有的低锌敏感性是由于亚基组装后 3 个位点中的 2 个被破坏所致。

卡什等人（2003）表明，GABA-A 受体中的最佳门控取决于细胞外环 2 和 7 中带负电的 asp57 和 asp149 残基之间的静电相互作用，以及跨膜 2-3 接头区域中带正电的 lys279 残基之间的静电相互作用。 α-1 亚基。在门控期间，asp149 和 lys279 似乎彼此靠近，为配体结合与离子通道打开的耦合提供了一种潜在机制。

在研究神经类固醇如何与 GABA（A） 受体相互作用时，Hosie 等人（2006）确定了受体跨膜结构域中的 2 个离散结合位点，它们介导神经类固醇的增强和直接激活作用。它们从由 α 亚基跨膜结构域形成的空腔增强 GABA 反应，而直接受体激活由 α 和 β 亚基之间的界面残基引发，并通过类固醇与增强位点结合而增强。因此，神经类固醇对受体的显着激活依赖于激活和增强位点的占据。

GABRA1 被糖酵解酶 GAPDH（ 138400 ） 磷酸化和功能维持，表明局部脑葡萄糖代谢和 GABA 能电流之间存在功能联系，因为该机制取决于局部产生的糖酵解 ATP 和 GAPDH 活性。拉舍特等人（2007）发现从癫痫患者中分离出的皮质组织，主要是颞叶癫痫（见 ETL2；608096），与来自非癫痫对照的组织相比，GABRA1 亚基的磷酸化降低。两组之间的亚基组成没有明显差异，表明内源性磷酸化不足。对孤立神经元的膜片钳研究表明，与正常对照组相比，癫痫组织中 GABA 能电流的功能不稳定性增加。

安当等人（2008）证明通过 GABA-A 受体的自分泌/旁分泌 γ-氨基丁酸信号传导对胚胎干（ES） 细胞和外周神经嵴干（NCS） 细胞增殖、植入前胚胎生长和边界帽中的增殖产生负控制干细胞生态位，导致来自该干细胞生态位的神经元后代的衰减。GABA-A受体的激活导致细胞超极化，细胞体积增加，干细胞在S期积累，从而导致细胞增殖迅速下降。GABA-A 受体通过 phosphatidylinositol-3-OH 激酶相关激酶家族的 S 期检查点激酶和组蛋白变体 H2AX（ 601772）。该信号通路孤立于分化、细胞凋亡和对 DNA 的明显损伤来严格调节增殖。安当等人（2008）得出结论，他们的结果表明，与大多数体细胞相比，这些干细胞中存在一种根本不同的增殖控制机制，涉及 DNA 损伤检查点途径中的蛋白质。

谭等人（2010）表明苯二氮卓类药物通过对附近中间神经元中 GABA（A） 受体的正向调节来增加腹侧被盖区多巴胺神经元的放电。这种依赖于在这些细胞中表达的含 α-1 的 GABA（A） 受体的去抑制作用触发了兴奋性传入神经中药物诱发的突触可塑性，并成为药物强化的基础。谭等人（2010）得出的结论是，综合起来，他们的数据提供了证据，表明苯二氮卓类药物通过腹侧被盖区域中含 α-1 的 GABA（A） 受体的细胞类型特异性表达具有成瘾药物的定义药理学特征。数据还表明，保留 α-1 的亚基选择性苯二氮卓类药物可能没有成瘾倾向。

▼ 分子遗传学

特发性全身性癫痫

珂赛特等人（2002 年）研究了一个法裔加拿大家庭，其中所有受影响的患有癫痫的家庭成员，在常染色体显性谱系模式中，具有符合青少年肌阵挛性癫痫标准的相似表型（EJM5；参见611136）。唯一的例外是最近 4 代受影响的个体，其发病较早，但临床特征与家庭其他成员的临床特征无法区分。基因组扫描提供了与 5q34 连锁的证据，标记 D5S414 在 theta = 0 时的最大 lod 得分为 3.1。精细定位显示候选区域包括一簇 GABA-A 受体亚基。筛选这些 GABA 受体基因的突变揭示了 ala322 到 asp 的氨基酸取代。137160.0001）在所有 8 个可用于研究的受影响成员中，并且在所有未受影响的家庭成员中。

在一个患有儿童失神癫痫的德国男孩（ECA4；见611136）中，Maljevic 等人（2006）在 GABRA1 基因（ 137160.0002 ）中发现了一个从头杂合的 1-bp 缺失。这一发现与Cossette 等人的发现一起（2002），支持这些经典特发性全身性癫痫表型具有共同遗传背景的假设。

Lachance-Touchette 等人在 2 个患有特发性全身性癫痫 13（EIG13; 611136 ）的不相关的法裔加拿大家庭的受影响成员中（2011）在 GABRA1 基因中发现了 2 个不同的杂合突变（分别为137160.0006和137160.0007）。体外研究表明，这些突变降低了蛋白质的表面表达并改变了神经递质的有效性，从而对神经元回路的抑制控制产生了不利影响。

发育性和癫痫性脑病 19

在一名患有发育性和癫痫性脑病 19（DEE19; 615744 ） 的 2 岁女孩中， Carvill 等人（2014）在 GABRA1 基因（G251S; 137160.0003 ）中发现了一个从头杂合错义突变。该突变是通过全外显子组测序发现的。对 67 名具有相似表型的患者进行的靶向重测序确定了另外 3 名具有从头杂合错义 GABRA1 突变的先证者（R112Q，137160.0004和 K306T，137160.0005）。卡维尔等人（2014）表明癫痫发作是由于大脑中 GABA 抑制功能受损所致。所有患者的表型都让人想起 Dravet 综合征（DRVT; 607208 ）。

在一个 13 岁的 DEE19 男孩中，Steudle 等人（2020）在 GABRA1 基因中发现了一个从头杂合错义突变（A332V; 137160.0007 ）。该突变是通过全外显子组测序发现的。HEK293 细胞的体外研究表明，该突变导致正常的蛋白质表达、受体组装和细胞定位。功能研究表明，该突变导致受体对地西泮的亲和力增加、异常的 GABA 剂量反应和异常的受体脱敏，与野生型受体相比，脱敏速度更快。斯图德尔等人（2020）得出的结论是，这些对含 GABA-A 受体的综合作用可能是广泛的适应性细胞反应的基础。患者在 2.5 个月大时首次癫痫发作，并在 18 个月大时被诊断出患有复杂局灶性癫痫、严重发育迟缓和视神经萎缩的癫痫。

▼ 动物模型

鲁道夫等人（1999）在鼠 α-1 GABA-A 受体的密码子 101（H101R） 处引入了组氨酸到精氨酸的点突变。α-1 H101R 小鼠没有表现出明显的独特表型并且正常繁殖。免疫印迹证实突变的 α-1 亚基和其他主要 GABA-A 受体亚基在 α-1 H101R 小鼠中以正常水平表达。这些亚基在突变小鼠中的免疫组织化学分布与野生型没有区别。α-1 亚基基因主要在皮质区域和丘脑中表达，并且对突变小鼠中苯二氮卓位点配体的变构调节不敏感，而 GABA 的调节保持不变。α-1 H101R 小鼠未能表现出地西泮的镇静、健忘和部分抗惊厥作用。相比之下，抗焦虑药、肌肉松弛药、运动障碍药、137142 ）、单胺能神经元（α-3, 305660 ） 和运动神经元（α-2, α-5）。因此，苯二氮卓类药物诱导的行为反应受特定 GABA-A 受体亚型的调节，这些亚型有助于不同的神经元回路。

法焦利尼等人（2004）使用小鼠对 GABA-A 受体 α 亚基的敲入突变，使单个 GABA-A 受体对地西泮不敏感，以表明特定的抑制网络控制关键期的表达。只有包含 α-1 的电路驱动皮质可塑性，而富含 α-2 的连接分别调节神经元放电。法焦利尼等人（2004）认为这种分离对大脑发育模型和用于婴儿的苯二氮卓类药物的安全设计具有重要意义。

克拉利奇等人（2005）产生了 Gabra1 -/- 小鼠并观察了原发性震颤疾病的姿势和运动性震颤和运动不协调特征（参见190300）。用于治疗特发性震颤患者的药物可有效减少 Gabra1 缺失小鼠的震颤，几种候选药物也是如此。电生理研究表明，Gabra1 缺失小鼠的小脑浦肯野细胞对突触或外源 GABA 的所有反应都严重丧失，但在丰度、总体形态或自发突触活动方面没有差异。

阿兰等人（2012）以预期的孟德尔比率获得了 Gabra1 -/- 和 Gabra1 +/- 小鼠，但突变小鼠在出生后的生存能力和异常神经活动的严重性方面表现出应变和性别依赖性降低。Gabra1 +/- 小鼠表现出增加的自发棘波放电，这些放电有时与行为停止有关。乙琥胺治疗显着降低了尖峰波放电的发生率，表明 Gabra1 突变小鼠出现失神样癫痫发作。