尼古丁成瘾；癫痫；胆碱受体，神经元烟碱，α多肽4 (CHRNA4 20q13.33)

烟碱乙酰胆碱受体（nAChRs）是配体门控离子通道超家族的成员，该通道在突触中介导快速信号传输。nAChR被认为是由同源亚基组成的（杂）戊烷。有关nAChR的其他背景信息，请参见118508。

细胞遗传学位置：20q13.33
基因座标（GRCh38）：20：63,343,222-63,375,470

▼ 克隆和表达
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Monteggia等（1995）获得了α-4神经元烟碱乙酰胆碱受体亚基的全长cDNA序列。预测的氨基酸序列与大鼠序列相似，为89％，胞质结构域的差异最大。Elliott等（1996）也克隆了α-4基因。

▼ 基因结构
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Steinlein等（1996）确定CHRNA4基因由分布在大约17 kb的基因组DNA上的6个外显子组成。

▼ 测绘
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通过对仓鼠/人体细胞杂种DNA的基因组DNA印迹分析，Anand和Lindstrom（1992）将编码人神经元烟碱型乙酰胆碱受体的α-4亚基的基因定位到20号染色体（1992年）同样通过人/啮齿动物体细胞杂种的Southern印迹分析将该基因定位到20号染色体。相应的基因位于小鼠的2号染色体上（Bessis等，1990）。

通过荧光原位杂交，斯坦因等（1994）将CHRNA4定位在染色体20q13.2-q13.3上的D20S24和D20S20之间的重叠群上。2个标记分开160 kb。Steinlein等（1994）提出，CHRNA4的位置使其可能成为良性新生儿家族性惊厥（EBN1；121200）或脑电图变异模式1（EEGV1；130180）的候选基因。

▼ 基因功能
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Monteggia等（1995）中发现的表达载体的转染为α-4-和β-2（CHRNB2; 118507）胆碱受体亚基到HEK293细胞中产生了结合有用于胞嘧啶预期高亲和性位点的形成。

Elliott等（1996）证明了当与人β-2或β-4（CHRNB4；118509）组合在非洲爪蟾卵母细胞中表达时，人α-4编码功能性受体。

通过对小鼠纹状体提取物的免疫沉淀分析，Champtiaux等（2003年）确定了3种主要的异源nAChRs：α-4/β-2，α-6（CHRNA6；606888）/β-2和α-4/α-6/β-2。α-6 / β-2 nAChRs主要位于多巴胺（DA）神经末端，并且是α-芋螺毒素MII抑制的直接目标。α-6/β-2和α-4/β-2nAChRs的组合介导了神经末梢全身性尼古丁给药引起的DA释放的内源性胆碱能调节。α-4 / β-2 nAChRs似乎代表了DA神经元体上的大多数nAChRs，并有助于尼古丁的增强。

▼ 生化特征
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晶体结构

修等（2009年）结果表明，在大脑中被认为是尼古丁成瘾基础的乙酰胆碱受体α-4（CHRNA4）-β-2（CHRNB2）上，对尼古丁的高亲和力是与该受体特定芳香族氨基酸的强烈阳离子-π相互作用的结果，TrpB。相反，尽管在大脑和肌肉受体中包括关键氨基酸TrpB在内的直接结合位点残基相同，但在肌肉型乙酰胆碱受体上对尼古丁的亲和力低主要是由于缺乏这种关键相互作用。同时，相对于肌肉类型，神经元受体中尼古丁与TrpB骨架羰基的氢键得到增强。TrpB附近的一个点突变可以区分α-4-β-2和肌肉型受体，似乎会影响结合位点的形状，

低温电子显微镜

Walsh等（2018）使用冷冻电子显微镜从单个样品中获得了2-α-to-3-β和3-α-to-2-β化学计量的α-4-β-2烟碱乙酰胆碱受体的结构。β-2特异的抗体片段被用来破坏粒子排列过程中的对称性，并获得与尼古丁复合的两种化学计量受体的高分辨率重构。结果揭示了子单元组装的原理以及该受体2种不同化学计量的独特生物物理和药理学性质的结构基础。

▼ 分子遗传学
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夜间额叶癫痫1

Steinlein等（1995）证明了CHRNA4基因（S252F；118504.0002）的错义突变与常染色体显性夜夜额叶癫痫（ENFL1；600513）有关，该突变先前已定位于20q。寻求突变是因为CHRNA4定位到20q的候选区域，并且该基因在额叶皮层的所有层中均表达。CHRNA4基因的突变似乎仅占夜间额叶癫痫病例的一小部分。

与其他疾病的关联

尼古丁是卷烟中的主要成瘾性物质，与感测尼古丁有关的基因是易受尼古丁成瘾影响的逻辑候选物（188890）。冯等（2004）研究了在CHRNA4基因6个单核苷酸多态性（SNP）和4个SNP在CHRNB2基因（118507相对于901名受试者集合中尼古丁依赖）（815个SIBS和86个父母）从222级具有多个核的家庭尼古丁成瘾的同胞。他们发现CHRNA4基因第5外显子中的2个SNP与抗尼古丁成瘾的保护作用显着相关。此外，常见的（22.5％）CHRNA4单倍型与针对尼古丁成瘾的保护作用显着相关。

Li等（2005）分析了CHRNA4中的6个SNP与烟碱依赖性（ND）的相关性。在一个欧美家庭样本中，SNP rs2273504和rs1044396（118504.0005）分别与调整后的吸烟量和ND评分的Fagerstrom检验显着相关。在非裔美国人家庭中，SNP rs3787137和rs2236196均与至少2种调整后的ND量显着相关。rs2273505，rs2273504和rs2236196的单倍型分析 在Bonferroni校正CGG单倍型（53.4％）和非裔美国女性样本中的3项ND调整后，显示出显着相关性。

有关CHRNA4基因变异与避免伤害的心理特征之间的可能联系，请参阅607834。

▼ 历史
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良性家族性新生儿癫痫发作1（BFNS1; 121200）被证明是由KCNQ2基因突变（602235）引起的，该基因也对应到20q13染色体（Singh等，1998）。在CHRNA4基因中发现了一个推测的突变（Beck等，1994），该突变对应到20个家族中的1个家族的相同区域，这可能是一个错误。

▼ 动物模型
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Marubio等（1999）通过同源重组破坏了神经元烟碱乙酰胆碱受体的α-4亚基，并研究了纯合的α-4-空小鼠和缺乏nAChR的β-2亚基的小鼠。纯合的α-4-/-小鼠不再在整个大脑中表达高亲和力的尼古丁结合位点。此外，两种类型的突变小鼠在热板试验中均显示尼古丁的抗伤害作用降低，而在甩尾试验中对尼古丁的敏感性降低。膜片钳记录表明，缝大瓶和丘脑神经元不再对尼古丁有反应。Marubio等（1999）指出，α-4nAChR亚基被认为与β-2nAChR亚基缔合，因此对尼古丁引起的抗伤害感受至关重要。

电惊厥阈值（ECT）测试已广泛用于确定抗癫痫药物候选物对啮齿动物诱发癫痫发作的保护作用。杨等（2003年）通过ECT试验筛选了乙基亚硝基脲处理的雄性C57BL / 6J小鼠的后代。在小规模的筛选中，将几个赋予ECT最低阵挛性癫痫发作低阈值的突变株系对应到孤立创始人家族中小鼠染色体2的端粒区域。遗传和物理作图数据表明，数个品系共享一个单一突变Szt1（癫痫阈值1），该突变由涉及3个已知基因的基因组DNA缺失300 kb组成。已知其中两个基因Kcnq2和Chrna4在人类癫痫家族中发生了突变。Szt1纯合子和杂合子表现出与分别在Kcnq2基因敲除突变小鼠中发现的表型相似，这表明Kcnq2单倍体不足可能是Szt1癫痫发作敏感性的根源。

塔珀等（2004年）生成的突变小鼠的α-4烟碱亚基在成孔的M2结构域中含有一个单点突变，即leu9-ala到ala，使α-4突变体受体对尼古丁过敏。具有低剂量激动剂的尼古丁效应的低剂量选择性激活α-4突变烟碱乙酰胆碱受体被认为是重要的依赖性，包括对急性尼古丁给药的应答增强以及慢性尼古丁给药引起的耐受性和致敏性。塔珀等（2004）得出结论，α-4突变受体的激活足以引起尼古丁引起的奖赏，耐受和敏化。

Klaassen等（2006）通过引入S252F（118504.0002 ）生成了2种常染色体显性夜夜额叶癫痫小鼠模型）突变或Chrna4基因中的leu264插入。S252F突变或leu264插入杂合的小鼠表现出异常的大脑皮层脑电图，具有明显的δ和theta频率，频繁的自发性发作以及对尼古丁前惊厥作用的敏感性增加。电压钳位研究表明，相当一部分突变的含Chrna4的nAChR位于皮质GABA能神经元的突触前末端，这些受体的激活导致突触前钙水平升高。该结果与癫痫发生模型一致，在该模型中，乙酰胆碱显着增强了皮质GABA的能量传递，这通过抑制性重置和神经网络同步而有助于癫痫发生。

▼ 等位基因变异体（6个示例）：
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.0002癫痫发作，夜间前额叶，类型1
CHRNA4，SER252PHE
Phillips等报道，在澳大利亚的一个大家族中，患有常染色体显性遗传性夜额叶癫痫（ENFL1; 600513）（1995），Steinlein等（1995）使用单链构象分析鉴定了CHRNA4基因外显子5的C到T过渡，导致跨膜结构域2（M2）的第六个氨基酸位置被ser248到phe（SER248PHE）取代。并降低受体功能。它们的编号基于加州鱼雷Chrna4序列。Saenz等（1999）指出，在人类序列中，密码子252与鱼雷密码子248是同源的，他们将突变称为ser252到phe（S252F）。

Forman等（1996年）提出了与此CHRNA4突变相关的癫痫发病机制的另一种机制。根据对Forman等人的论文中对小鼠肌肉α-1烟碱样受体（100690）的研究（1995），Forman等（1996）推测CHRNA4的突变可能引起受体过度活跃，可能导致癫痫活动。

Saenz等人在一个西班牙的夜间夜额性癫痫大家庭的11名受灾成员中（1999）确定了S252F突变。Saenz等（1999年）指出，临床特征与Steinlein等报道的相似（1995）。该相同残基在S252L突变中受到影响（118504.0004）

使用PET扫描，Fedi等（2008年）观察到与正常人相比，常染色体显性夜夜额叶癫痫和S252L突变的12名个体的纹状体D1受体（DRD1; 126449）结合减少，特别是在右壳核中。假定D1受体结合减少代表细胞多巴胺水平升高引起的受体下调。多巴胺释放增加可能是由于具有突变CHRNA4亚基的nAChRs获得功能，因为nAChRs调节多巴胺释放。

.0003癫痫发作，前额叶，类型1
CHRNA4、3-BP INS，776GCT
在一个常染色体显性遗传性夜额叶癫痫的挪威家庭（ENFL1；600513），Steinlein等人（1997）确定在CHRNA4基因的编码M2结构域的C末端的核苷酸区域776的核苷酸中插入3-bp（GCT）。对突变的CHRNA4亚基重构的受体的生理研究表明，这种插入不会阻止受体的功能，但会增加其对乙酰胆碱的表观亲和力。此外，这种突变受体显示出明显较低的钙渗透性，在细胞水平上可能与功能丧失相对应。

.0004癫痫发作，前额叶，类型1
CHRNA4，SER252LEU
在一个常染色体显性遗传性夜额叶癫痫的日本家庭中（ENFL1; 600513），Hirose等人（1999）在CHRNA4基因的外显子5鉴定了755C-T转换，导致ser252对leu（S252L）替换。在200名健康志愿者的等位基因中未发现该突变。基于对氨基酸序列的分析，Hirose等（1999）提出丝氨酸到亮氨酸的变化大大破坏了通道功能。

Cho等人在一个韩国家庭中，三代中的9个成员受到ENFL1的影响（2003）确定了S252L突变。Cho等（2003年）指出，韩国家庭的临床表型与Hirose等报道的相似（1999）在日本家庭中具有相同的突变。共有的功能包括智力低下和耐药性。

该相同残基在S252F突变中受到影响（118504.0002）。

通过单倍型分析，黄某等（2011年）确定了Hirose等人鉴定的常见突变（1999）和Cho等（2003），Hwang等（2011）称为ser284-leu（S284L），不是由一个共同的创始人引起的，而是孤立发生的。该突变与CpG超变位点有关。

.0005烟碱成瘾，保护
CHRNA4，EX5，CT（rs1044396）
冯等。等人（2004）发现CHRNA4基因rs1044396外显子5的单核苷酸多态性与烟碱成瘾的保护作用显着相关（188890）。C到T的过渡是同义词（ser-ser）。变体T等位基因是保护性等位基因。

.0006烟碱成瘾，预防
CHRNA4，EX5，GA（rs1044397）
冯等（2004）发现，在CHRNA4基因，外显子5的单核苷酸多态性rs1044397，以与针对尼古丁成瘾（保护效果显著关联188890）。G到A的过渡是同义词（ala-ala）。变体A等位基因是保护性等位基因。