多巴胺D₄受体基因及其与精神分裂症的关系

　　中华精神科杂志CHINESE JOURNAL OF PSYCHIATRY

　　1999年第32卷第2期VoI.32No.2 1999

罗星光　江开达　左玲俊

　　 关键词：多巴胺 D₄受体基因 精神分裂症

　　多巴胺功能亢进是解释精神分裂症病因机制的主要生化假说。近年来发现, 多巴胺D₄受体在精神分裂症病因发病中起着重要的作用，编码D₄受体的基因与精神分裂症间可能也有着重要的联系。

　　一、关于多巴胺D₄受体

　　根据多巴胺受体对腺苷酸环化酶(AC)活性的不同影响,多巴胺受体可分为多巴胺D₁类受体和D₂类受体,D₁类受体可激活AC的活性,D₂类受体则抑制或不影响AC的活性。由于这两类受体对不同的多巴胺受体激动剂、拮抗剂的选择性及亲合力不同, D₁类受体又可分成D₁受体和D₅受体,D₂类受体则可分成D₂、D₃和D₄受体。

　　1.D₄受体的结构特征：D₄受体属于G蛋白偶联的受体族，其肽链共7次跨越细胞膜，肽链的氨基端(N端)在细胞外，羧基端(C端)在细胞内，氨基端附近有1个糖基化位点(表明其是糖蛋白)，第3跨膜区与第5跨膜区上有与配基结合的位点，第5，6跨膜区之间有1个第3胞内环(intracellular loop，IL3)。IL3上有cAMP依赖性蛋白激酶的磷酸化位点，能识别并与G蛋白偶联；IL3表现出极大的多态性，其上1个含16个氨基酸残基的片段可出现2～8、10倍的重复，它决定了D₄受体具有较多的变异体^［1］。

　　2. D₄受体的大小、分布及药理学特性：D₄受体约387个氨基酸大小，主要分布在额叶皮质，其次是边缘区，少量在新纹状体。D₄受体可以与Gi/o蛋白偶联，它被激动时可抑制AC的活性，使cAMP水平下降，也可抑制钙离子通道，激活钾离子通道。一般来说，典型的抗精神病药对D₂受体亲和力强(如雷氯必利对D₂受体的亲和力是对D₄受体亲和力的100倍)，而非典型抗精神病药对D₄受体亲和力强(如氯氮平对D₄受体的亲和力是对D₂受体亲和力的2～20倍)^［1-2］。

　　二、关于D₄受体基因

　　多巴胺D₄受体基因编码多巴胺D₄受体,它包含5个外显子和4个内含子。D₄受体基因定位于第11号染色体短臂15区5带(11P15.5),在11P15.5末端Harvey ras-1位点(HRAS)与酪氨酸羟化酶(TH)基因之间,与TH基因间距8.6 cM(厘摩尔根)。多巴胺D₄受体基因的外显子可转录mRNA(约5.3 kb大小),再由mRNA翻译成多巴胺D₄受体,因此D₄受体多态性是由D₄受体基因多态性所决定的。由D₄受体基因所转录的mRNA主要分布于额叶皮质、杏仁核,而在新纹状体的分布几乎可以忽略不计^［2］。

　　目前共发现D₄受体基因有7种多态性，其中包括2种静息多态性(silent polymorphism),即SmaⅠ PCR-RFLP和HincⅡ PCR-RFLP多态性；5种结构多态性(structure polymorphism)，即12 bp的可变数串联重复序列(variable number of tandem repeat,VNTR)、13 bp碱基缺失、G碱基重复序列、Val194Gly、48 bp的VNTR多态性等：（1）SmaⅠ PCR-RFLP多态性含两个等位基因A1、A2，A1等位基因的5′端非编码区有一个SmaⅠ位点，可被内切酶SmaⅠ切开，而A2等位基因的5′端非编码区没有SmaⅠ位点，不能被内切酶SmaⅠ切开，A1出现的频率为0.95,A2出现的频率为0.05，该多态性的杂合度为0.095^［3］；（2）D₄受体基因上可有1～3个HincⅡ位点，所以HincⅡ PCR-RFLP多态性可有4个等位基因A1、A2、A3、A4，出现的频率分别为0.04，0.15，0.20，0.61，该多态性的杂合度为0.44^［4］；（3）D₄受体基因第1外显子上有1段12 bp长的碱基序列，它编码D₄受体胞外N端紧邻第1个跨膜区的4个氨基酸，它可出现1～2倍的重复，因而所形成的多态性的等位基因A1(频率为0.92)上该重复序列数为2,等位基因A2(频率为0.08)上该重复序列数为1，该多态性的杂合度为0.15^［5］；（4）D₄受体基因第1外显子上有1段13 bp长的碱基序列可出现缺失，因而所形成的多态性的等位基因A1(无13 bp的缺失)频率为0.98，等位基因A2(有13 bp的缺失)频率为0.02，该多态性的杂合度为0.04^［6］；（5）D₄受体基因第1内含子上有一碱基G可出现7，9，10倍的重复，因而所形成的多态性有3个等位基因A1、A2、A3，其频率分别为0.22，0.65，0.13, 该多态性的杂合度为0.51^［3］；（6）D₄受体基因第3外显子上第581位碱基T可置换为G，使所编码的D₄受体上第194位氨基酸Val置换为氨基酸Gly，从而形成多态性Val194Gly，等位基因A1(即第581位碱基为T)频率为0.875,A2频率为0.125, 该多态性的杂合度为0.22^［7］；（7）D₄受体基因第3外显子上的1个48 bp的序列可出现2～8、10倍的重复,这些48 bp序列的内部残基变化、各重复序列间先后排列顺序的变化以及重复倍数的变化使多巴胺D₄受体基因极具多态性，目前已发现19个序列各异的48 bp重复序列,共组合成25种不同类型的单体、8种等位基因，常见等位基因A4、A7、A2频率分别为0.69，0.16，0.08^［8］。

　　三、精神分裂症与D₄受体基因的关系

　　D₄受体主要分布于额叶皮质,额叶皮质是与精神分裂症病理学明显相关的区域,这提示D₄受体与精神分裂症可能相关。Seeman等^［9］采用放射受体结合分析法研究发现，精神分裂症患者尸体脑壳核组织中的D₄受体密度是正常人的6倍。Strang等^［10］采用放射受体竞争结合分析法研究发现，精神分裂症患者尸体脑壳核组织中D₄受体密度增高达多巴胺受体总量的40％(正常人为10％)。Seeman等^［11］采用PET技术研究未服用过抗精神病药的精神分裂症患者，发现患者脑内多巴胺受体密度增高，并认为这个增高是D₄受体密度增高，而非D₂、D₃受体密度增高。这些研究均提示，脑中D₄受体的变化在精神分裂症的病因、发病中可能起着重要的作用。随着分子遗传学技术的发展，进一步研究编码D₄受体的基因与精神分裂症的关系十分必要。

　　D₄受体基因的5种结构多态性可以直接改变所编码的受体蛋白的氨基酸结构，从而改变受体的功能或表达水平，进而可能影响个体的疾病易感性。然而，2种静息多态性并不改变所编码的受体蛋白的氨基酸结构,它们本身不可能直接改变受体的功能或表达水平，但可间接地通过影响D₄受体基因的激活、或通过影响D₄受体二级结构的翻译及mRNA的稳定性,从而改变D₄受体的功能或表达水平；它们也可以与疾病的真正的致病基因连锁，而这个致病基因是在D₄受体基因的其它可能影响受体功能或表达水平的调节区上(如在它的起动子、增强子或抑制子上),或在1个与静息多态性邻近的基因上。所以，研究这2种类型的多态性与疾病的关系都具有重要的意义。

　　1. 精神分裂症与D₄受体基因的48 bp的VNTR多态性的关系：D₄受体基因第3外显子上的48 bp的VNTR多态性是该基因最常见的多态性，该重复碱基序列编码D₄受体第3胞内环上的16个氨基酸重复序列,第3胞内环上有环磷腺苷酸(cAMP)依赖性蛋白激酶的磷酸化位点,能识别并偶联G蛋白,是产生一系列细胞内效应的重要环节。近年的研究主要集中在精神分裂症与48 bp的VNTR多态性的关系上:Sommer等^［12］研究了西、北欧的高加索人115例不相关的精神分裂症患者和115名正常人(种族与病例组类似,年龄大于45岁,无精神疾病),发现两组间等位基因A4与非A4间、基因型A4/A4与非A4/A4间差异均无显著性,继续按年龄、性别、种族分层分析, 差异亦未见显著性。Nanko等^［13］研究了日本80例精神分裂症患者、81名正常人,显示两组间等位基因、基因型的频率差异均无显著性；按药物反应性、遗传负荷、发病年龄、严重度将患者分组比较，各组间等位基因、基因型频率差异亦无显著性。Petronis等^［3］研究了欧洲白种人的50例精神分裂症患者与100名正常人,比较等位基因频率的分布、含A4的基因型频率和不含A4的基因型频率、含A7的基因型频率和不含A7的基因型频率,结果差异均无显著性。Tanaka等^［14］研究了日本人的70例精神分裂症患者和70名正常人,比较两组间A4和非A4的频率、A4纯合基因型与非A4纯合基因频率,差异无显著性，按发病年龄、家庭负荷、症状的严重性分组比较，差异亦无显著性。Macciardi等^［15］研究了北、中意大利的42例精神分裂症患者，而且选择这些患者的父母作对照,比较两组间等位基因、基因型的频率,以及A4频率与非A4频率、A3频率与非A3频率、A2频率与非A2频率,结果差异均无显著性。

　　2.精神分裂症与D₄受体基因的其它多态性的关系：(1)D₄受体基因5′端非编码区SmaⅠ PCR-RFLP多态性：Petronis等^［3］研究了50例精神分裂症患者和100名正常人，比较两组间该多态性的等位基因、基因型频率，结果均差异无显著性。(2)D₄受体基因第1外显子上12 bp的VNTR多态性：Catalano等^［5］研究了79名精神分裂症患者和79名正常人，比较两组间基因型频率，结果差异无显著性。进一步把病例组按诊断亚型分组后，与对照组比较，发现妄想型精神分裂症患者组与对照组间基因型频率差异有非常显著性，妄想组患者含等位基因A2的基因型占27%，明显比对照组(8%)高，提示D₄受体基因第1外显子上12 bp重复序列多态性含A2的基因型与妄想型精神分裂症相关联。(3)D₄受体基因第1外显子上13 bp碱基序列缺失：这个13 bp碱基序列编码D₄受体第2跨膜区上包含第80位精氨酸在内的1段氨基酸序列，第80位精氨酸在受体与儿茶酚胺结合中起着对抗作用。13 bp碱基序列缺失可改变D₄受体从第79位氨基酸开始的阅读框架，并因此在下游20个氨基酸处产生1个新的终止密码子，使所编码的整个受体蛋白变成1个截断的、无功能的蛋白，从而影响疾病的易患性。但是，Nothen等^［6］研究白种人118例精神分裂症患者和232名正常人，比较两组间该多态性的等位基因及基因型频率，结果发现二者差异无显著性。(4)D₄受体基因第1内含子上碱基G重复序列多态性：Petronis等^［3］研究了50例精神分裂症患者和100名正常人，比较两组间各等位基因频率，结果均差异无显著性。(5)D₄受体基因第3外显子上T 581G多态性：T 581G多态性使所编码的D₄受体上第194位氨基酸Val置换为氨基酸Gly，从而形成Val194Gly多态性，Val194Gly多态性距离色氨酸(Ser)仅1个氨基酸间隔，而Ser在受体与多巴胺结合中起着重要的作用，因此Val、Gly置换可能改变D₄受体对多巴胺的亲和力，即可能改变D₄受体的功能，从而影响疾病的易感性。但是，Seeman等^［7］研究了34例白种人精神分裂症患者和213名白种人正常人，均未发现存在Val194Gly多态性；而在24例黑人精神分裂症患者和183名黑人正常人中却发现有Val194Gly多态性，但两组间该多态性的等位基因频率比较，差异无显著性。

　　总之，D₄受体基因第1外显子上12 bp的VNTR多态性含A2的基因型与妄想型精神分裂症相关联，提示D₄受体基因与妄想型精神分裂症易感性有关，即D₄受体基因可作为妄想型精神分裂症的候选基因。目前除了发现该多态性与妄想型精神分裂症相关联外，其它研究均未发现精神分裂症与D₄受体基因其它多态性相关联。D₄受体基因第3外显子上48 bp的VNTR多态性是该基因最具变异性、最具研究意义的DNA标志，也是与精神分裂症作关联研究最多的DNA标志。但迄今为止,该多态性与精神分裂症的关联研究均未发现阳性结果。由于该多态性除了有8个长度不同的变异体(8个等位基因)外,尚有25个序列各异的单体(haplotype),其中等位基因A4、A7分别有9个、7个单体^［8］。所以，即使未发现精神分裂症与该多态性等位基因相关,也不能否认精神分裂症与该多态性的单体可能相关。要找到精神分裂症与该多态性的单体之间的联系,就需要更大的样本,尤其当一个罕见的单体是精神分裂症的易感因素时,只有很大的样本,差异才能达到显著性。因此该多态性与精神分裂症的关系有待深入研究，以进一步确定D₄受体基因在精神分裂症病因发病中的作用。

　　由于迄今为止所发现的多态性尚未覆盖D₄受体基因所有的编码区和非编码区，所以仍有发现新多态性的可能，这些可能存在的新多态性与精神分裂症的关系有待进一步研究。此外，由于目前所用的关联分析方法有其本身的局限性，常常会因为选择性偏倚而造成假阴性结果，所以，未来的研究有待于改进遗传调查设计(如用HRR设计)，选用TDT、SDT、NAL等更先进的分析方法，以重新调查D₄受体基因各多态性与精神分裂症的关系。

　　作者单位：罗星光　江开达　左玲俊　　 上海医科大学精神医学教研室　200032

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（收稿：1998-05-20　修回：1998-07-31）

（本文编辑：杨小昕）