胶质纤维酸性蛋白

GFAP 是一种中间丝（IF） 蛋白，对星形胶质细胞谱系具有高度特异性（Reeves 等人，1989）。星形胶质细胞表达至少 10 种不同的 GFAP 异构体（Hol 和 Pekny 审查，2015 年）。

▼ 克隆与表达

里夫斯等人（1989）分离出编码 GFAP 的 cDNA。预测的氨基酸序列表明 GFAP 与在非上皮细胞类型中发现的其他 IF 蛋白具有结构相似性，特别是在中心杆结构域和在较小程度上在 C 末端结构域中。GFAP N 末端区域的相当大的序列差异表明该 IF 蛋白的组织特异性功能可能是通过该区域介导的。GFAP 是大脑中星形胶质细胞的标志物。

Nielsen 等人在酵母 2-杂交筛选中使用 PS1（ 104311 ） 作为诱饵（2002）从胎儿脑 cDNA 文库中克隆了 GFAP 的剪接变体，他们称之为 GFAP-ε。GFAP-ε 在其 C 末端包含由外显子 7a 编码的 42 个氨基酸，而不是由最初鉴定的 GFAP 转录物 GFAP-α 的外显子 8 和 9 编码的 43 个氨基酸 C 末端。Nielsen 等人使用转染的人胚肾细胞和小鼠神经母细胞瘤细胞（2002）发现 GFAP-ε 与 IFs 相关联并与 GFAP-α 完美共定位，这表明两种异构体都聚合成相同的丝状结构。GFAP-ε 的一个亚群也与 PS1 共定位在核周区域和细胞质颗粒中。

拉多姆斯卡等人（2013）指出，人类中枢神经系统（CNS） 中存在 3 种主要的 GFAP 剪接变体，即 GFAP-α、-δ 和 -kappa。他们发现 GFAP-α 是原代培养的人类星形胶质细胞中主要的 GFAP 变体（GFAP-ε 也称为 GFAP-δ。）

在他们的综述中，Hol 和 Pekny（2015）表明，在小鼠星形胶质细胞中表达的 7 种 Gfap 同种型在头部结构域中是相同的，主要区别在于杆结构域的长度和 C 末端尾部的序列。

▼ 基因结构

GFAP 基因有 9 个典型外显子加上 4 个替代外显子和 2 个替代内含子，分布在大约 10 kb 上（Middeldorp 和 Hol 总结，2011）。

▼ 测绘

通过体细胞杂交体的Southern印迹杂交和原位杂交，Bongcam-Rudloff 等人（1991）将 GFAP 基因定位到人类 17q21。布朗内尔等人（1991）还通过筛选具有 GFAP cDNA 片段的小鼠/人体细胞杂交组将 GFAP 基因分配给 17 号染色体。

伯尼尔等人（1988）使用 cDNA 探针通过在一组种间体细胞杂种中的分离来确定 Gfap 基因在小鼠中的染色体位置。此外，他们定义了与该基因相关的 RFLP。这些 RFLP 在重组近交系小鼠中的遗传模式表明，Gfap 由小鼠 11 号染色体上的单个基因位点编码。鼠基因与编码 p53（TP53；191170）和髓过氧化物酶（MPO；606989）的基因非常接近）。

▼ 基因功能

Nielsen 等人使用重组蛋白的结合试验（2002）确定 GFAP-ε 异构体的独特 C 末端是与 PS1 相互作用所必需的，卷曲螺旋 2 和接头 1-2 区域与 GFAP-α 共享也是如此。GFAP-α 不与 PS1 相互作用。对引入 PS1 的点突变的酵母 2-杂交分析表明，2 个非保守氨基酸取代消除了与 GFAP-ε 的相互作用，但 2 个与阿尔茨海默病（AD; 104300 ） 相关的保守取代不影响 GFAP-ε 结合。

拉多姆斯卡等人（2013）发现敲除 RNA 结合蛋白 QKI（ 609590 ），主要是 QKI7 变体，降低了 GFAP-α mRNA 的星形胶质细胞含量。用抗精神病药物氟哌啶醇治疗星形胶质细胞增加了 QKI7 和 GFAP-α 的表达。

评论

Middeldorp 和 Hol（2011）回顾了 GFAP 细胞骨架网络从基因到功能的多功能性，重点关注人类大脑发育、衰老和疾病期间的星形胶质细胞。

Hol 和 Pekny（2015）回顾了 GFAP 和星形胶质细胞 IF 系统在 CNS 功能和疾病中的作用。

▼ 分子遗传学

亚历山大病（ALXDRD; 203450 ） 是一种罕见的中枢神经系统疾病。患有亚历山大病的婴儿会出现白质脑病，伴有大头畸形、癫痫发作和精神运动迟缓，通常在头十年内导致死亡；青少年或成人型患者通常会出现共济失调、延髓体征和痉挛，以及更缓慢的进展过程。所有形式的亚历山大病的病理标志是存在罗森塔尔纤维，星形胶质细胞中的细胞质包涵体含有中间丝蛋白 GFAP 与小的热休克蛋白。通过对代表不同亚历山大病表型的患者的 DNA 进行序列分析，Brenner 等人（2001）发现大多数病例与 GFAP 基因编码区的非保守突变有关。因此，亚历山大病代表了星形胶质细胞原发性遗传疾病的第一个例子，星形胶质细胞是脊椎动物中枢神经系统的主要细胞类型之一。在 GFAP 基因中鉴定的每个突变都是杂合的，表明存在显性突变。由于父母 DNA 在所有可用的情况下都是正常的，因此作者得出结论，大多数亚历山大病病例是由新生突变引起的。值得注意的是，11 名患者中有 10 名只有 4 个密码子的突变导致了亚历山大病，而且这些都是精氨酸密码子。精氨酸密码子被认为特别容易发生突变，可能是由于 CpG 二核苷酸的甲基化。布伦纳等人（2001）表明亚历山大病中的 GFAP 突变最有可能以主要的功能获得方式起作用，因为 Gfap 缺失小鼠的表型是微妙的并且与亚历山大病不相似。他们指出，结果并不排除其他基因缺陷可能导致某些亚历山大病病例的可能性。例如，舒尔克等人（1999）报道了一个表型类似于亚历山大病的儿童（但没有病理证实），他是 NDUFV1 基因突变的纯合子（161015.0003）。

罗德里格斯等人（2001 年）在一系列具有异质临床症状但基于提示性神经影像异常而成为亚历山大病候选者的患者中寻找 GFAP 突变。在分析的 15 名患者中，有 14 名在外显子 1 或外显子 4 中发现了从头杂合错义 GFAP 突变，包括没有大头畸形的患者。9 名患者携带已在其他地方描述过的精氨酸突变：4 名患有 arg239 至 cys（ 137780.0001 ）；1 对他有 arg239（ 137780.0002 ）; 和 1 对他的 arg79（ 137780.0004）。其他 5 名患者有 4 种新突变中的 1 种，其中 2 名影响精氨酸，2 名影响非精氨酸残基。所有突变均位于 GFAP 的杆状结构域，临床严重程度与受影响的氨基酸之间存在相关性。

李等人（2005）确定了 41 名亚历山大病患者的 GFAP 基因突变。他们表示，共鉴定了 42 种不同的 GFAP 突变，几乎所有突变都导致功能获得显性效应。有迹象表明男性在这种疾病中占优势。

李等人（2006）确定父系染色体在分析的 28 例无关的亚历山大病病例中的 24 例中携带 GFAP 突变，这表明大多数突变发生在精子发生过程中，而不是在胚胎中。没有观察到父亲年龄的影响。

在 13 名无关的意大利亚历山大病患者中，包括 8 名婴儿、2 名青少年和 3 名成人，Caroli 等人（2007）鉴定了 GFAP 基因中的 11 种不同突变（参见例如137780.0005），包括 4 种新突变。10 个突变发生在杆区，1 个发生在尾区。

卡普等人（2019）报告了一名成人发病的亚历山大病患者，在排除 GFAP-α 同种型突变后，他们确定了 GFAP-ε 同种型外显子 7A 中错义突变（c.1289G-A，R430H）的杂合性. 作者指出， Melchionda 等人已经发现了 GFAP-ε 中的相同突变（2013）一对兄弟姐妹同父异母，成年发病。兄弟的 HDAC6 基因（ 300272 ）也有突变（c.2566C-T，P856S ）。

▼ 基因型/表型相关性

罗德里格斯等人（2001 年）可以辨别出亚历山大病中 2 个最常突变的精氨酸残基 R79（8 名患者）和 R239（10 名患者）的基因型-表型相关性，其中 R79 突变的表型似乎比R239 突变。他们发现的 4 名患有 R79 突变的患者似乎受到的影响最小：没有人出现大头畸形，3 人实现了孤立行走，并且在报告时，所有患者的年龄都在 2.5 至 20 岁之间。同样，在Brenner 等人报道的 4 名 R79 突变患者中（2001 年） ，在Rodriguez 等人的报告时，2 人活到 14 和 48 ，另外 2 人在 7 和 8 岁时还活着（2001）. Brenner 等人报道的 R239 突变患者（2001）和罗德里格斯等人（2001），有明显的精神运动发育障碍，一些有进行性大头畸形。

戈罗斯佩等人（2002）报道了 12 例由 GFAP 基因中的 9 个杂合点突变引起的经基因证实的亚历山大病病例。这些病例表现出不同的发病年龄和症状。作者指出，没有明显的基因型-表型相关性。

▼ 动物模型

梅辛等人（1998）发现转基因小鼠星形胶质细胞中人 GFAP 的过度表达是致命的，并且伴随着与人罗森塔尔纤维无法区分的包涵体的存在，这是所有形式的亚历山大病的病理标志。这些结果表明 GFAP 基因的主要改变可能是亚历山大病的原因。

戈米等人（1995），佩克尼等人（1995） , Shibuki 等人（1996）和Liedtke 等人（1996）孤立报道了 GFAP 缺陷小鼠的产生。在所有情况下，突变小鼠在出生时都是正常的，并且发育非常正常。使用免疫组织化学分析，Pekny 等人（1995）得出结论，GFAP 敲除小鼠在海马星形胶质细胞和脊髓白质中缺乏中间丝。Liedtke 等人使用脑切片的显微分析（1996）观察到一种突变表型，其特征是髓鞘形成异常、血脑屏障改变、白质结构和血管化的紊乱，以及与白质丢失相关的老年小鼠脑积水。他们得出结论，GFAP 对于长期维持正常的中枢神经系统髓鞘形成是必要的。涩木等人（1996）观察到在 GFAP 敲除小鼠中，平行纤维-浦肯野细胞突触的长期抑制是有缺陷的。此外，GFAP 突变小鼠表现出明显的眨眼调节功能障碍，而在运动协调任务中没有任何可检测的缺陷。他们得出结论，在长期抑郁诱导和维持期间，伯格曼神经胶质细胞和浦肯野细胞之间的通讯可能需要 GFAP。

哈格曼等人（2005）对 2 个不同年龄过表达野生型人 GFAP 的转基因小鼠的嗅球进行基因表达分析。表达谱揭示了一种应激反应，包括参与谷胱甘肽代谢、过氧化物解毒和铁稳态的基因。其中许多基因受转录因子 Nfe2l2（ 600492 ） 的调节，其在 3 周时的表达也增加。随着细胞因子和细胞因子受体基因、补体成分和急性期反应基因的激活，会发生免疫相关反应。这些转录本随着年龄的增长而进一步升高，并额外诱导巨噬细胞特异性标志物，例如 Mac1（ITGAM; 120980 ） 和 CD68（ 153634），表明小胶质细胞的激活。在 4 个月时，微管相关蛋白、囊泡转移蛋白和神经递质受体基因的表达下降变得明显。包括 Dlx 家族成员和 Pax6（ 607108 ）在内的中间神经元特异性转录因子以及 Gad1（ 605363 ） 和 Gad2（ 138275 ） 均被下调，表明 GABA 能颗粒细胞受损。哈格曼等人（2005）提出了一种机制，其中星形胶质细胞的初始应激反应导致小胶质细胞激活和神经元功能受损。

哈格曼等人（2009）指出，亚历山大病的复杂星形胶质细胞包涵体中的 Rosenthal 纤维含有 GFAP、波形蛋白（VIM; 193060 ）、plectin（PLEC1; 601282 ）、泛素（UBB; 191339 ）、HSP27（HSPB1; 602195 ） 和 α- B-晶状体蛋白（CRYAB；123590）。CRYAB 调节 GFAP 组装，CRYAB 升高是亚历山大病的一致特征；然而，它在罗森塔尔纤维和疾病病理学中的作用尚不清楚。在亚历山大病的小鼠模型中，Hagemann 等人（2009）表明 Cryab 的丧失导致死亡率增加，而 Cryab 的升高使动物免于终末癫痫发作。当具有由 GFAP 过表达诱导的 Rosenthal 纤维的小鼠与 Cryab-null 背景交叉时，超过一半的小鼠在 1 个月大时死亡。通过 GFAP 启动子恢复 Cryab 表达逆转了这一结果，表明该效应是星形胶质细胞特异性的。相反，在携带亚历山大病相关突变的小鼠和过表达野生型 GFAP 的小鼠中，尽管 Cryab 的自然诱导也在 1 个月时死亡，但 Cryab 的转基因过表达导致 CNS 应激反应显着降低，恢复了谷氨酸转运蛋白的表达Glt1（SLC1A2; 600300 ），保护这些动物免于死亡。

范普克等人（2016 年）根据四肢轻瘫和前肢痉挛模拟“游泳小狗综合征”的临床发现和星形胶质细胞中含 Gfap 的罗森塔尔纤维的病理学发现，诊断出一只年轻的拉布拉多猎犬患有幼年型亚历山大病。这种疾病是严重的和进行性的，小狗在 4.5 个月时被安乐死。范普克等人（2016）鉴定了 Gfap 中的杂合 c.719G-A 转换，导致 α helix-2A 中的 arg240-to-his（A240H） 取代。在 50 只无关的、健康的拉布拉多猎犬身上没有发现这种突变，而且它似乎是从头发生的，因为两只母犬都很健康。作者认为 A420H 替代是因果关系，因为它与导致人类亚历山大病侵袭性形式的 A239H 突变直系同源。

▼ 等位基因变体（ 13个精选示例）：

.0001 亚历山大病
GFAP，ARG239CYS
布伦纳等人（2001）发现 5 名不相关的亚历山大病患者（ALXDRD; 203450 ） 在 GFAP 基因的密码子 239 中存在杂合突变。在其中 4 个中，核苷酸 729 处的 C 到 T 转换导致 arg239 到 cys 突变（R239C）。这 4 名患者的死亡年龄从 4 岁到 11 岁不等。第 5 位患者有 arg239-to-hi 突变（ 137780.0002 ）。在可用的情况下，父母的 DNA 是正常的。

Shiroma 等人在一名具有典型亚历山大病特征的 1 岁女性中（2001）确定了频繁的 R239C 错义突变。患者出生于非近亲父母。早期发育里程碑是正常的，但在 1 岁时她第一次出现热性惊厥，2 周后她出现癫痫持续状态并伴有发热。此后，她失去了在帮助下站立和说话的能力。检查显示头围增加（+2.3 SD）和良好的社会反应。足底反应是双侧伸的。除了大头畸形、精神运动迟缓、痉挛和癫痫发作的典型表现外，影像学表现也是亚历山大病的典型表现。

罗德里格斯等人（2001）在 14 名婴儿亚历山大病患者中的 4 名中发现了杂合状态下的 arg239-to-cys 突变。其中一名患者在发病时为 18 个月大，在 6 岁时精神运动发育恶化，头围比平均值高 1.5 个标准差，并且在 8 岁时还活着。

李等人（2005）报道了 2 名不相关的青少年发病亚历山大病患者，他们是 R239C 突变的杂合子。一名患者在 2 岁时发病，另一名在 4 岁时发病。

.0002 亚历山大病
GFAP，ARG239HIS
在患有亚历山大病（ALXDRD; 203450 ） 的患者中，Brenner 等人（2001）确定了 GFAP 基因第 730 位核苷酸的 G 到 A 转变，导致 arg239 到他的取代。这个婴儿在 11 个月大时死亡。其他四名患者有 arg239-to-cys 突变；见137780.0001。

李等人（2005 年）报告了 5 名因 R239H 突变导致的亚历山大病无关患者。所有患者都患有严重的疾病，在 6 个月大时发病，5 岁时死亡。

.0003 亚历山大病
GFAP、ARG416TRP
Brenner 等人在 2 名不相关的亚历山大病患者（ALXDRD；203450）中分别导致 7 岁和 8 岁时死亡（2001）确定了 GFAP 基因第 1260 位核苷酸的 C 到 T 转换，导致 arg416 到 trp 取代。

李等人（2005）指出，R416W 突变已在婴儿、青少年和成人发病的亚历山大病患者中发现。

亚历山大病的一个病理标志是星形胶质细胞中大量的蛋白质聚集体。这些称为 Rosenthal 纤维的聚集体包含蛋白质伴侣 α-B 结晶蛋白（ 123590 ） 和 HSP27（ 602195 ） 以及 GFAP。Der Perng 等人（2006）表明 GFAP 中的 R416W 突变显着扰乱了体外细丝组装。形成的丝状结构类似于组装中间体，但聚集得更强烈。与突变的杂合性一致，这种效应在共组装实验中优于野生型 GFAP。瞬时转染研究表明，R416W GFAP 在包括星形胶质细胞在内的多种不同细胞类型中诱导形成含有 GFAP 的细胞质聚集体。特异于 R146W GFAP 的单克隆抗体首次揭示了任何中间丝状疾病的突变蛋白存在于该疾病的特征性组织病理学特征中，即 Rosenthal 纤维。数据证实 R416W GFAP 的效果占主导地位，

.0004 亚历山大病
GFAP，ARG79HIS
Brenner 等人在 10 岁时发病和 48 岁时死亡的亚历山大病（ALXDRD; 203450 ） 患者中（2001）确定了 GFAP 基因第 250 位核苷酸的 G 到 A 转变，导致 arg79 到他（R79H） 的取代。布伦纳等人（2001 年）在一名 8 岁的亚历山大病患者身上发现了相同的突变。

.0005 亚历山大病
GFAP, ARG79CYS
Brenner 等人在 3 个月时发病并在 14 岁时死亡的亚历山大病（ALXDRD; 203450 ） 患者中（2001）确定了 GFAP 基因第 249 位核苷酸的 C 到 T 转换，导致 arg79 到 cys（R79C） 取代。布伦纳等人（2001 年）在一名 7 岁的亚历山大病患者身上发现了相同的突变。

卡罗利等人（2007）确定了 3 名患有亚历山大病的无关意大利男孩的 R79C 突变。所有患者均在 10 个月前发病。其中一名患者在 19 岁时死亡。

.0006 亚历山大病
GFAP, ARG88CYS
在 2 名无关的亚历山大病患者（ALXDRD; 203450 ） 中，Rodriguez 等人（2001）在 GFAP 基因中发现了一个 arg88-to-cys（R88C） 突变。

.0007 亚历山大病
GFAP、ARG88SER
在患有亚历山大病（ALXDRD; 203450 ） 的患者中，Rodriguez 等人（2001）在 GFAP 基因中发现杂合状态的 arg88-to-ser（R88S） 错义突变。

.0008 亚历山大病
GFAP、LEU76PHE
在患有亚历山大病（ALXDRD; 203450 ） 的患者中，Rodriguez 等人（2001）在 GFAP 基因中发现了一个杂合的 leu76-to-phe（L76F） 错义突变。

.0009 亚历山大病
GFAP, ASN77TYR
在患有亚历山大病（ALXDRD; 203450 ） 的患者中，Rodriguez 等人（2001）在 GFAP 基因中发现了一个从头杂合错义突变，asn77-to-tyr（N77Y）。

.0010 亚历山大病
GFAP, GLU362ASP
Sawaishi 等人在一名患有幼年发病的亚历山大病（ALXDRD; 203450 ）的患者中（2002）鉴定了 GFAP 基因中的纯合 1100G-C 颠换，导致 glu362-to-asp（E362D） 取代。一个兄弟和父母没有携带突变。突变发生在中央棒结构域的 C 末端，这是 GFAP 和其他类型的中间丝（例如波形蛋白（ 193060 ）、结蛋白（ 125660 ）、角蛋白-1（ 139350 ））的高度保守区域。

.0011 亚历山大病
GFAP，ARG276LEU
在 2 名患有亚历山大病（ALXDRD; 203450 ） 的日本兄弟中，Namekawa 等人（2002）鉴定了 GFAP 基因中 841G-T 颠换的杂合性，导致 arg276-to-leu（R276L） 取代。两兄弟都有痉挛性麻痹，但没有腭肌阵挛，MRI 显示延髓和颈胸索明显萎缩。尸检显示严重萎缩的金字塔，但罗森塔尔纤维稀少。在胼胝体下层和海马菌毛中观察到中等数量的 Rosenthal 纤维。一名患者在 33 岁之前身体状况良好；二哥在48岁时出现退行性痉挛步态，逐渐发现左臂抬不起来。这对父母是非近亲，并且都在八十岁时去世，没有明显的神经系统疾病证据。他们只有2个后代，他们都没有孩子。假设亲子关系准确，

.0012 亚历山大病
GFAP、LEU352PRO
Bassuk 等人在患有严重婴儿亚历山大病（ALXDRD; 203450 ）的患者中（2003）鉴定了 GFAP 基因中的杂合 1055T-C 转换，导致 leu352 到 pro（L352P） 取代。残基 352 是一种高度保守的氨基酸，存在于所有中间丝蛋白和跨物种中。

.0013 亚历山大病
GFAP、ASP78GLU
Stumpf 等人在一个患有亚历山大病（ALXDRD； 203450）的常染色体显性成年型家族中（2003）鉴定了 GFAP 基因外显子 1 中的杂合 C 到 A 颠换，导致 asp78 到 glu（D78E） 取代。氨基酸 78 位于蛋白质的杆状结构域中。临床表型的严重程度不同，但所有受影响成员的进化模式相似。尽管睡眠障碍和自主神经功能障碍（主要是便秘）始于儿童时期，但主要的神经系统特征始于 30 岁或 40 岁。老年患者的 MRI 显示髓质萎缩，无信号异常。