磷酸二酯酶 4D; PDE4D

磷酸二酯酶 4D，cAMP 特异性
DUNCE 样磷酸二酯酶 E3，以前；DPDE3，以前

HGNC 批准的基因符号：PDE4D

细胞遗传学位置：5q11.2-q12.1 基因组坐标（GRCh38）：5:58,969,038-60,522,128（来自 NCBI）

▼ 说明

环核苷酸是重要的第二信使，调节和介导许多细胞对细胞外信号（例如激素、光和神经递质）的反应。环核苷酸磷酸二酯酶（PDE）调节环核苷酸的细胞浓度，从而在信号转导中发挥作用。PDE4D 是 IV 类 cAMP 特异性 PDE。PDE4D 基因很复杂，至少有 9 种编码功能蛋白的不同变体（Milatovich 等人（1994）以及 Dominiczak 和 McBride（2003）总结）。

▼ 克隆与表达

Bolger 等人使用基于果蝇 Dnc 和大鼠 Dpd 的简并引物来扩增人类 Dpd 直向同源物，然后对脑 cDNA 文库进行低严格杂交（1993）克隆了 DPDE3，他们将其称为 PDE43，以及部分剪接变体 PDE39，其 5 素序列不同。推导的 DPDE3 蛋白含有 657 个氨基酸，具有 2 个与其他 DPDE 蛋白高度保守的 N 端结构域，以及一个 C 端催化结构域。RNase 保护测定在所检查的 7 个细胞系中的 5 个中检测到 DPDE3 转录物。

Nemoz 等人使用从大鼠 Pde4d 设计的引物（1996）从外周血单核细胞 mRNA 中克隆了 PDE4D 的 2 个选择性剪接变体，他们将其命名为 PDE4D2 和 PDE4D3。这些变体与 PDE4D1 的不同之处主要在于 N 末端区域。此外，他们发现变体 PDE4D1 和 PDE4D2（而非 PDE4D3）缺乏在果蝇“dunce”PDE 序列中发现的上游保守区 I（UCRI）。对单核细胞中的内源性 PDE4D 变体以及转染的胚胎肾细胞表达的 PDE4D2 和 PDE4D3 进行蛋白质印迹分析，结果显示 PDE4D1、PDE4D2 和 PDE4D3 的表观分子质量分别为 72 kD、67 kD 和 93 kD。

博尔格等人（1997）克隆了选择性剪接变体 PDE4D4 和 PDE4D5，它们分别编码 810 和 746 个氨基酸的推导蛋白。它们与 PDE4D1、PDE4D2 和 PDE4D3 的 N 端序列不同。将 PDE4D4 和 PDE4D5 转染到 COS-7 细胞中，导致表观分子量分别为 119 kD 和 105 kD 的蛋白质表达。

米罗等人（2000）鉴定了 3 个由于 C 端催化结构域截短而失活的剪接变体。

Wang 等人使用大鼠和人类 PDE4D 的共同序列作为探针（2003）在海马 cDNA 文库中鉴定出 PDE4D6 和 PDE4D7。他们使用每种异构体特异的引物，通过海马 cDNA 的 PCR 克隆了全长 PCE4D6 和 PDE4D7。通过在 EST 数据库中搜索 5-prime 选择性剪接变体，然后进行 5-prime RACE 并筛选骨骼肌 cDNA 文库，他们克隆了 PDE4D8。这些变体的蛋白质结构与其他 PDE4D 同工型的蛋白质结构一致，具有包含 UCR1 和 UCR2 的可变 N 末端，随后是 C 末端催化核心。二次修饰位点包括几个磷酸化位点、UCR2 内推定的肉豆蔻酰化位点和 N 连接糖基化位点。PDE4D6 编码推导的 518 个氨基酸的蛋白质，该蛋白质缺乏 N 端 UCR1 和一半的 UCR2，计算分子量约为 59 kD；PDE4D7 编码推导的 748 个氨基酸的蛋白质，计算分子量约为 84.7 kD；PDE4D8 编码推导的 687 个氨基酸的蛋白质。PDE4D7 和 PDE4D8 同时包含 UCR1 和 UCR2，这使它们属于长 PDE4D 同种型。半定量PCR检测到PDE4D6仅在大脑中表达。PDE4D7在多种组织中表达，其中在肺和肾中表达较强，PDE4D8在心脏和骨骼肌中高表达，在肺中表达较弱。PDE4D7 和 PDE4D8 同时包含 UCR1 和 UCR2，这使它们属于长 PDE4D 同种型。半定量PCR检测到PDE4D6仅在大脑中表达。PDE4D7在多种组织中表达，其中在肺和肾中表达较强，PDE4D8在心脏和骨骼肌中高表达，在肺中表达较弱。PDE4D7 和 PDE4D8 同时包含 UCR1 和 UCR2，这使它们属于长 PDE4D 同种型。半定量PCR检测到PDE4D6仅在大脑中表达。PDE4D7在多种组织中表达，其中在肺和肾中表达较强，PDE4D8在心脏和骨骼肌中高表达，在肺中表达较弱。

林斯特兰德等人（2014）指出，PDE4D 蛋白 N 末端的 2 个调节结构域 UCR1 和 UCR2 抑制 C 末端催化结构域的活性，并且缺乏一个或两个调节结构域的蛋白质亚型具有更高的活性水平。

▼ 基因功能

博尔格等人（1993）证实PDE43表现出cAMP PDE活性，该活性被几种细胞周期蛋白核苷酸PDE抑制剂抑制。

内莫兹等人（1996）证明转染 PDE4D2 和 PDE4D3 后胚胎肾细胞中的磷酸二酯酶活性。

博尔格等人（1997）发现 COS 细胞表达的天然 PDE4D1 和 PDE4D2 仅位于细胞质中，而 PDE4D3、PDE4D4 和 PDE4D5 在细胞质和颗粒部分中均表达。咯利普兰（Rolipram）是一种特异性 PDE4 抑制剂，可抑制所有测试的 PDE4D 同工型，并且 PDE4D 胞质形式的 IC50 显着低于颗粒形式。博尔格等人（1997）得出结论，各种亚型的 N 末端区域决定了亚细胞定位和对抑制剂的敏感性。

米罗等人（2000）证明 TNFA（191160）上调培养的人脐静脉内皮细胞（HUVEC）中 PDE4D 的基础表达。对 TNFA 反应的变异体的检查显示，在未处理的细胞中未检测到的 PDE4D4 在处理后 4 小时开始积累，并在 24 小时增加。4小时后短暂诱导的PDE4D5表达受到抑制，24小时后变得检测不到。PDE4D1、PDE4D2 和 PDE4D3 的表达水平没有变化。

Le Jeune 等人使用启动子/报告基因检测（2002）确定变体 PDE4D5 的启动子区域包含 2 个推定的 cAMP 反应元件（CRE），在细胞 cAMP 增加的情况下被激活。定点突变分析表明，-210 位的 CRE 是 cAMP 反应性的主要组成部分。作者进一步确定，cAMP 在原代培养的人气道平滑肌细胞中诱导 PDE4D5 表达，导致磷酸二酯酶活性上调。

王等人（2003）表征了昆虫细胞中表达的PDE4D6和PDE4D7，并表明这两种酶对cAMP具有高亲和力，并且均被咯利普兰抑制。PDE4D7（而非 PDE4D6）的活性响应蛋白激酶 A（参见 176911）而升高，可能是通过 UCR1 中 PKA 位点的磷酸化实现的。

道奇-卡夫卡等人（2005）鉴定了由肌肉特异性 A 激酶锚定蛋白（AKAP6; 604691）维持的 cAMP 响应信号复合物，其中包括 PKA（188830）、PDE4D3 和 EPAC1（606057）。这些分子间相互作用促进不同的 cAMP 信号通过每个效应蛋白的遗传。锚定 PKA 刺激 PDE4D3 以降低局部 cAMP 浓度，而 AKAP6 相关 ERK5（602521）激酶模块则抑制 PDE4D3。PDE4D3 还充当衔接蛋白，招募 EPAC1（小 GTPase RAP1（179520）的交换因子），以实现 ERK5 的 cAMP 依赖性减弱。AKAP6 复合物的药理学和分子操作表明锚定的 ERK5 可以诱导心肌细胞肥大。因此，道奇-卡夫卡等人。

麦克拉克伦等人（2007）发现所有 9 种 PDE4D 亚型在健康成人海马体和晚期阿尔茨海默病患者的海马体中表达（AD; 104300）。然而，AD 患者的同工型 D3（对照组的 25%）和 D5 至 D9（0.7% 至 7.5%）水平非常低，而短同工型 D1 的水平则增加了一倍（262%）。D2 和 D4 水平与正常水平相比基本没有变化。

Peter 等人使用定量 RT-PCR（2007）表明，刺激 CD4 阳性 T 细胞会以特定且时间依赖性的方式增加 PDE4A（600126）、PDE4B（600127）和 PDE4D 的表达。小干扰 RNA 处理显示，不同的 PDE4 亚型对 T 细胞细胞因子的产生具有非冗余但互补的影响，其中 PDE4D 对增殖和 IL2（147680）、IL5（147850）和 IFNG（147570）产生的影响虽小但比其他 PDE4 亚型更显着。

▼ 基因结构

Le Jeune 等人（2002）鉴定了 PDE4D 基因的 17 个外显子，跨度略低于 1 Mb。他们在前 5 个异构体的起始密码子上游鉴定了 4 个推定的内含子启动子。PDE4D1 和 PDE4D2 共享相同的推定启动子，在大鼠序列中，该启动子缺少 TATA 框，但包含 cAMP 响应区域、许多富含 GC 的区域以及 SP1（189906）、AP1（参见 165160）和 AP2（107580）的结合位点。PDE4D5 变体的启动子包含 2 个假定的 CRE 和许多 CCAAT 增强子结合蛋白结合位点（参见 CEBPA，116897）。

王等人（2003）确定 PDE4D6、PDE4D7 和 PDE4D8 的推定启动子区域在起始甲硫氨酸上游 2 kb 内包含多个 CRE。

格雷塔斯多蒂尔等人（2003）确定 PDE4D 基因至少包含 22 个外显子，跨度约为 1.5 Mb。

▼ 测绘

米拉托维奇等人（1994）通过体细胞杂交系的 Southern 分析将 PDE4D 基因分配给人类 5 号染色体，并通过荧光原位杂交（FISH）将分配区域化到 5q12。通过重组近交（RI）小鼠品系的 Southern 分析，将同源基因座分配给小鼠 13 号染色体。

斯皮雷尔等人（1995）使用分离人类或大鼠染色体的体细胞杂交体，将 PDE4D 基因分别对应到人类 5 号染色体和大鼠 2 号染色体上。

▼ 分子遗传学

缺血性中风的易感性

格雷塔斯多蒂尔等人（2002）将中风易感性对应到染色体 5q12；参见 STRK1（606799）。格雷塔斯多蒂尔等人（2003）报道了该位点的精细绘图并测试其与中风的关联。他们发现 PDE4D 基因的关联性最强，特别是对于颈动脉和心源性中风，这些中风形式与动脉粥样硬化（缺血性中风）相关。他们观察到受影响个体中多种 PDE4D 同工型的严重失调。值得注意的是，他们发现单倍型可以分为 3 个不同的组：野生型、危险型和保护型。有风险的单倍型 PDE4D7 和 PDE4D9 亚型的表达显着降低。他们提出，PDE4D 可能通过动脉粥样硬化参与中风的发病机制，动脉粥样硬化是缺血性中风的主要病理过程。

罗桑德等人（2006）指出，作为 Gretarsdottir 等人报告的后续研究，已经发表了 9 项研究（2002）：5 个声称重复了研究结果，4 个没有。在不同表型的中风患者中，例如小血管、大血管、心源性栓塞和所有缺血性中风患者，研究人员对 PDE4D 基因中总共 11 个 SNP 进行了研究。Rosand 等人使用单倍型数据检查这些不同 SNP 之间的相关性（2006）发现没有一个 SNP 与 Gretarsdottir 等人确定的高危单倍型显着相关（2002）。作者得出的结论是，应谨慎看待 PDE4D 与中风的原始关联。

伴有或不伴有激素抵抗的肢端骨质疏松症 2

Michot 等人在 4 名无关的 acrodysostosis-2 患者（ACRDYS2; 614613）中进行了研究（2012）在 PDE4D 基因（600129.0001-600129.0004）中鉴定出 4 个不同的从头杂合错义突变。前 2 个突变通过外显子组测序鉴定，并通过桑格测序确认。尽管 PolyPhen 预测所有 4 个错义突变均具有致病性，并且在 200 个对照中不存在，但尚未进行功能研究。患者年龄从3岁到7岁不等。所有患者均骨龄较高，面部骨发育不全，伴有鼻发育不全和鼻梁凹陷，严重的短指，掌骨、跖骨和指骨较短，骨骺呈圆锥形。所有人都患有言语和精神运动迟缓的智力障碍。一名患有宫内生长迟缓，但没有一名身材矮小。除 1 名甲状旁腺激素（PTH）升高外，没有人有激素抵抗的证据。两名患者因窦血栓形成而出现颅内高压。米肖特等人（2012）得出的结论是，这些突变导致磷酸二酯酶活性降低、cAMP 水平失调以及 cAMP 信号通路改变，从而导致这些患者的生长和智力缺陷。

Lee 等人孤立且同时地（2012）在 3 名不相关的 ACRDYS2 患者中发现了 PDE4D 基因（600129.0005-600129.0007）的从头杂合错义突变。这些突变被预测为致病性，并且在近 6,000 个外显子组中不存在，但没有进行功能研究。然而，由于 PDE4D 是二聚体，错义等位基因可能通过对蛋白质的显性负效应导致表型。3例患者均存在手小、面中部发育不全、2例轻度身材矮小、2例腰椎管狭窄。其中一名精神运动发育正常，一名发育明显受损，第三名患有轻度发育障碍。1 例患有先天性甲状腺功能减退症，1 例患有隐睾症，1 例无内分泌异常。

Lynch 等人在 3 名患有 ACRDYS2 的同胞中（2013）鉴定出 PDE4D 基因中的杂合突变（A243V; 600129.0008）。他们的父亲也携带这种突变，被发现有与这种疾病一致的微妙临床异常。另外四名具有相似表型的无关患者均被发现携带 PDE4D 基因从头杂合错义突变。数据证实，PDE4D 是肢端性成骨不全的主要位点，因为在该系列的所有 5 个先证者中均发现了不同的突变。

林斯特兰德等人（2014）在 5 名不携带 PRKAR1A（188830）突变的不相关的 acrodysostosis-2 患者中鉴定出 PDE4D 基因中的 5 种不同的从头杂合错义突变（参见例如 600129.0009 和 600129.0010）。外显子组测序发现了 3 个 PDE4D 突变，桑格测序发现了 2 个突变。其中 4 个突变发生在该蛋白的 UCR1 或 UCR2 调节区；第五个发生在催化域。斑马鱼胚胎中 16 个 PDE4D 点突变的过度表达导致一致的发育异常，包括身体短曲、尾巴脆弱、小头畸形、心脏水肿、独眼和下颌增大突出。具有特定缺陷的胚胎的百分比和严重程度从 9% 到 41% 不等。

▼ 动物模型

PDE4D 是果蝇中“dunce”的哺乳动物同源物。缺乏这种 PDE 的果蝇表现出中枢神经系统和生殖功能的损伤（Dudai 等，1976）。尽管在果蝇中只描述了 1 个 dunce PDE，但在小鼠、大鼠和人类中存在 4 个直系同源基因：PDE4A、PDE4B、PDE4C（600128）和 PDE4D。编码的蛋白质在其催化和调节域中具有相当大的同源性。为了检查 PDE 在体内 cAMP 信号传导中的作用，Jin 等人（1999）使小鼠体内的 PDE4D 基因失活。该同工酶参与 cAMP 水平的反馈调节。缺乏 PDE4D 的小鼠表现出生长迟缓以及活力和雌性生育能力下降。无效女性的生育能力下降是由于排卵受损和颗粒细胞对促性腺激素的敏感性降低引起的。

毒蕈碱胆碱能信号在正常气道功能的控制和包括哮喘在内的肺部疾病的发展中发挥着重要作用。汉森等人（2000）证明，缺乏 cAMP 特异性磷酸二酯酶 PDE4D 的小鼠的气道不再对胆碱能刺激做出反应。尽管肺部炎症浸润明显正常，但 PDE4D -/- 小鼠中暴露于抗原后的气道高反应性也被消除。胆碱能反应性的丧失是气道特有的，在心脏中没有观察到，并且与毒蕈碱受体信号传导的丧失有关，无法减少 cAMP 的积累。这些发现表明 PDE4D 基因在 cAMP 稳态和气道胆碱能刺激中发挥重要作用，以及过度反应的发展。鉴于 PDE4 抑制剂的治疗潜力，这些发现为针对单一 PDE 同工酶的新策略提供了理论依据。

林斯特兰德等人（2014）发现斑马鱼胚胎中基于吗啉代的 pde4d 直向同源物抑制会导致发育缺陷，包括体长缩短、尾巴弯曲、头部过大和心脏水肿。

▼ 等位基因变异体（10 个精选示例）：

.0001 ACRODYSOSTOSIS 2 具有激素抵抗
PDE4D、PRO225THR

Michot 等人在一名患有 2 号肢端骨质增生（ACRDYS2; 614613）的 7 岁男孩中（2012）鉴定了 PDE4D 基因中的从头杂合 673C-A 颠换，导致保守残基中的 pro225 到 thr（P225T）取代。该突变通过外显子组测序鉴定，并通过桑格测序证实；在 200 个对照中未发现该物质。患者宫内生长迟缓，骨龄提前，面部骨发育不全，伴有鼻发育不全和鼻梁凹陷，严重的短指，掌骨、跖骨和指骨较短，骨骺呈圆锥形。实验室研究显示 PTH 增加，但没有其他激素抵抗迹象。他患有智力障碍、言语迟缓以及精细运动技能障碍。他还出现颅内高压并伴有窦血栓形成。

.0002 无激素抵抗的 ACRODYSOSTOSIS 2
PDE4D、PHE226SER

Michot 等人在一名患有 2 号肢端骨质增生（ACRDYS2; 614613）的 4 岁男孩中（2012）鉴定了 PDE4D 基因中的从头杂合 677T-C 转变，导致保守残基中的 phe226 到 Ser（F226S）取代。该突变通过外显子组测序鉴定，并通过桑格测序证实；在 200 个对照中未发现该物质。患者骨龄较高，面部骨发育不全，伴有鼻发育不全和鼻梁凹陷，严重的短指，掌骨、跖骨和指骨较短，骨骺呈圆锥形。他没有激素抵抗的迹象。他患有智力障碍、言语迟缓以及精细运动技能障碍。

.0003 无激素抵抗的 ACRODYSOSTOSIS 2
PDE4D、SER190ALA

Michot 等人在一名患有 2 号肢端骨质增生（ACRDYS2; 614613）的 4 岁男孩中（2012）在 PDE4D 基因中发现了一个从头杂合的 568T-G 颠换，导致 Ser190 到 ala（S190A）的取代。他骨龄较老，面部骨发育不全伴鼻发育不全，鼻梁凹陷，下颌骨突出，严重的短指，掌骨、跖骨和指骨短，骨骺呈圆锥形。他没有激素抵抗的迹象。他患有智力障碍、言语和精神运动迟缓，以及颅内高压并伴有血栓性静脉炎。

.0004 无激素抵抗的 ACRODYSOSTOSIS 2
PDE4D、THR587PRO

Michot 等人在一名患有 2 号肢端骨质增生（ACRDYS2; 614613）的 3 岁男孩中（2012）鉴定了 PDE4D 基因中的从头杂合 1759A-C 颠换，导致保守催化结构域中的 thr587-to-pro（T587P）取代，从而赋予磷酸二酯酶活性。患者骨龄较高，面部骨发育不全，伴有鼻发育不全和鼻梁凹陷，严重的短指，掌骨、跖骨和指骨较短，骨骺呈圆锥形。他没有激素抵抗的迹象。他还患有言语和精神运动迟缓等智力障碍。

.0005 ACRODYSOSTOSIS 2 无激素抵抗
PDE4D，GLN228GLU

Lee 等人在一名患有 2 号肢端发育不良（ACRDYS2; 614613）的女孩中（2012）鉴定了 PDE4D 基因中的从头杂合 682C-G 颠换，导致较长亚型中存在的氨基末端 UCR1 结构域中的保守残基发生 gln228-to-glu（Q228E）取代。该突变是通过外显子组测序发现的，并通过桑格测序证实。患者手小，面中部发育不全，但没有身材矮小或发育迟缓。没有内分泌异常。

.0006 无激素抵抗的 ACRODYSOSTOSIS 2
PDE4D、GLU590ALA

Lee 等人在一名患有 2 号肢端骨质增生（ACRDYS2; 614613）的男孩中（2012）鉴定了 PDE4D 基因中的从头杂合 1769A-C 颠换，导致催化结构域中的保守残基发生 glu590-to-ala（E590A）取代。该突变是通过外显子组测序发现的，并通过桑格测序证实。Graham 等人此前曾报道过该患者（2001）（案例 R1）。胎儿宫内发育迟缓，轻度身材矮小，手脚小，中面部发育不全，上颌骨发育不全，发育明显迟缓。其他特征包括腰椎管狭窄和隐睾，但不存在其他内分泌异常。

.0007 具有激素抗性的 ACRODYSOSTOSIS 2
PDE4D、GLY673ASP

Lee 等人在一名患有 2 号肢端骨质增生（ACRDYS2; 614613）的男孩中（2012）鉴定了 PDE4D 基因中的从头杂合 2018G-A 转变，导致催化结构域中的保守残基发生 gly673 到 asp（G673D）的取代。该突变是通过外显子组测序发现的，并通过桑格测序证实。Graham 等人此前曾报道过该患者（2001）（案例2）。4岁时，他因发育迟缓、言语迟缓、面部特征畸形和短指畸形而被转诊。他患有肢端骨质疏松症，伴有短指、锥形骨骺和腰椎狭窄。他还患有先天性甲状腺功能减退症，但在 3 岁时就痊愈了。

.0008 无激素抵抗的肢解症 2
PDE4D、ALA243VAL

Lynch 等人在 3 名患有 acrodysostosis-2（ACRDYS2; 614613）的同胞中（2013）鉴定出 PDE4D 基因中的杂合 728C-T 转变，导致上游保守区（UCR）中高度保守的残基处由 ala243 替换为 val（A243V）。患者具有该疾病的典型特征，包括圆脸、鼻发育不全、鼻梁扁平、短指、言语迟缓和智力缺陷。其中两人还出现肥胖症。没有人出现内分泌异常。父亲被发现携带这种突变，回顾性观察发现他有这种疾病的微妙特征，包括学习障碍、掌骨缩短和变异性短指。

.0009 ACRODYSOSTOSIS 2 具有激素抵抗
PDE4D、PHE226CYS

Lindstrand 等人在一名 14.7 岁患有 acrodysostosis-2（ACRDYS2; 614613）的男孩中（2014）在 PDE4D 基因的外显子 3 中发现了从头杂合的 c.677T-G 颠换，导致 UCR1 结构域中的 phe226 替换为 cys（F226C）。患者身材矮小，上颌骨发育不全，鼻短，鼻尖呈球根状，红头发，蓝眼睛，手脚小，短指。他还患有言语迟缓和智力障碍。实验室研究显示轻度甲状旁腺激素抵抗和 1 型糖尿病。斑马鱼胚胎中突变 mRNA 的过度表达会导致发育缺陷，包括 20% 的胚胎出现短而弯曲的身体、脆弱的尾巴、小头畸形、心脏水肿、独眼和下巴突出。林斯特兰德等人（2014）假设突变导致调节区功能丧失，

.0010 ACRODYSOSTOSIS 2
PDE4D，ILE678THR

Lindstrand 等人在一名 3.5 岁患有 acrodysostosis-2（ACRDYS2; 614613）的女孩中（2014）在 PDE4D 基因的外显子 15 中鉴定出从头杂合的 c.2033T-C 转变，导致催化结构域中的 ile678 到 thr（I678T）取代。患者鼻、上颌骨发育不全，鼻尖呈球状，内眦赘皮，耳朵位置低，金发蓝眼，手指和手臂较短，手脚较小。她因言语迟缓而导致精神运动发育迟缓。斑马鱼胚胎中突变 mRNA 的过度表达会导致发育缺陷，包括 35% 的胚胎出现短而弯曲的身体、脆弱的尾巴、小头畸形、心脏水肿、独眼和下颌突出。林斯特兰德等人（2014）假设突变导致了催化活性的增加。