白质消融性白质脑病致病基因EIF2B的突变功能研究

ｆａｃｔｏｒ，ＧＥＦ）活性，它
’国家自然科学基金（３０７７２３５５，３０８７２７９３）、北京市自然科 学基金（７０８２０９３）资助课题 △通讯作者
（Ｍａｌｅｔｋｏｖｉｃ等．２００８）。９５％临床诊断的ＶＷＭ患者
可发现其ＥＩＦ２８１－５基因之一突变。其中，国外报道
万方数据
生翌型堂遘星垫！Ｑ生筮堡！鲞筮！翅
白质消融性白质脑病致病基因ＥＩＦ２Ｂ的 突变功能研究木
冷雪荣 吴晔姜玉武△
（北京大学第一医院儿科，北京１０００３４）
摘要
白质消融性白质脑病（１ｅｕｋｏｅｎｃｅｐｈａｌｏｐａｔｈｙ
ｗｉｔｈ ｖａｎｉｓｈｉｎｇ ｗｈｉｔｅ
ｍａｔｔｅｒ，ＶＷＭ）是儿童最常见
的遗传性白质脑病之一，是目前人类遗传性疾病中首个被确定由于ｍＲＮＡ翻译启动异常所致疾 病，是由编码真核细胞翻译启动因子２Ｂ（ｅｕｋａｒｙｏｔｉｃ
颅ＭＲＩ具有特征性改变：弥漫性大脑白质广泛受 累，累及中央区及皮层下白质，白质异常在Ｔｌ、亿
及Ｆｌａｉｒ像上逐渐演变为与脑脊液相同的信号。
Ｇ，Ｐ．Ｎ３７６Ｄ；Ｅ，尼仍：Ｃ．１４０Ｇ＞Ａ，Ｐ．Ｇ４７Ｅ；Ｃ．
１０３７Ｔ＞Ｃ，Ｐ．１３４６Ｔ）和一种缺失突变（ＥＩＦ２８５：Ｃ． １８２７—１８３８ｄｅｌ，Ｐ．ｓ６１０．Ｄ６１３ｄｅｌ）。其中Ｅ／Ｆ２８３突 变占所有突变的２０％，明显多于国际上报道的
这些转录因子可激活下游多种基因的转录，从而调 节细胞功能（Ｍａｌｅｔｋｏｖｉｃ等．２００８）。ＥＩＦ２Ｂ基因突
变导致ｅｌＦ２Ｂ蛋白功能下降，从而影响上述应激状
态下的调节机制。 ＥＩＦ２Ｂ基因突变减弱了ｅｌＦ２Ｂ蛋白的功能，同 时也改变了受翻译调控的应激反应。在ＧＣＮ２（ｇｅｎ—
ｅｒａｌ ｃｏｎｔｒｏｌ ｎｏｎ．ｄｅｐｒｅｓｓｉｂｌｅ
ｔｒａｎｓｌａｔｉｏｎ ｉｎｉｔｉａｔｉｏｎ
ｆａｃｔｏｒ２Ｂ，ｅｌＦ２Ｂ）的五个亚单
位（ｅｌＦ２Ｂ ｄ、Ｂ、“８、￡）的基因（ＥＩＦ２８１—５）任一突变所致。ｅＩＦ２Ｂ是一种鸟嘌呤核苷酸交换因子， 调控全部ｍＲＮＡ的翻译起始过程。ｅｌＦ２Ｂ突变功能研究尚处于起步阶段。ＥＩＦ２Ｂ突变可能通过不 同的途径影响ｅｌＦ２Ｂ的功能。例如，通过影响ｅＩＦ２Ｂ复合体的形成或其与底物的结合从而破坏 ｅｌＦ２Ｂ的鸟苷酸转移因子（ＧＥＦ）活性或引起细胞应激反应异常。ＥＩＦ２Ｂ突变是否影响胶质前体细 胞的分化是ＶＷＭ发病机制的另一个关键问题。 关键词 白质消融性白质脑病；真核翻译起始因子２Ｂ；基因突变 中图分类号Ｒ７２ 白质消融性白质脑病（１ｅｕｋｏｅｎｃｅｐｈａｌｏｐａｔｈｙ ｗｉｔｈ
ｒｅｓｐｏｎｓｉｖｅ ｎｅｕｒａｌ ｓｔｅｍ ｇｒｏｗｔｈ ｆａｃｔｏｒ．
体翻译速率下降所造成的应激反应正常，但是ＡＴＦ４
诱导与对照组相比明显增加。ＡＴＦ４异常增加随后 将影响许多其它基因的表达（Ｇｏｍｅｚ等．２００２）。这 种由于ｅｌＦ２Ｂ功能降低引起的应激反应增强，可能 是ＣＡＣＩ－Ｌ／ＶＷＭ患者每遇感染所致发热或轻微头部
外伤即可引起病情明显加重的原因之一。
糖体亚单位上，识别并结合ｍＲＮＡ上相应的起始密
码ＡＵＧ，之后翻译过程进入延伸阶段，同时，ｅｌＦ２－ ＧＴＰ脱磷酸变为ｅｌＦ２一ＧＤＰ而失去活性。而ｅｌＦ２Ｂ 就是负责ｅｌＦ２的ＧＤＰ／ＧＴＰ转化，使无活性的ｅＩＦ２．
形成ｅｌＦ２Ｂ五种亚单位形成复合体时其活性最
强，目前关于某一亚单位的错义突变是否影响其与 其它亚单位之间聚合的研究很少。某些错义突变已 被证实可不同程度影响聚合，ｅｌＦ２Ｂｅ（Ｔ９１ Ａ）突变对 ｅｌＦ２Ｂ复合物形成损害较轻，ｅＩＦ２Ｂ￡（Ｖ３１６Ｄ）突变 导致ｅｌＦ２Ｂ复合物形成严重受损。但研究表明当其 它四个亚基同时过度表达时，两种突变都能形成 ｅｌＦ２Ｂ复合物，这表明它们并不是完全不能与其它
ＧＤＰ再次转化为具有活性的ｅｌＦ２一ＧＴＰ，投入下一轮 蛋白翻译启动过程中。因此，ｅｌＦ２Ｂ通过ｅｌＦ２调节
翻译启动过程，从而对细胞内蛋白翻译水平进行调 控（Ｄｅｖｅｒ．１９９９）。 由此可以推测，ｅｌＦ２Ｂ蛋白的突变应该会影响
真核细胞蛋白的翻译水平。至于其通过何种机制影
响蛋白的翻译，导致如此严重的临床症状，还知之甚
ｖａｎｉｓｈｉｎｇ ｗｈｉｔｅ
ＥＩＦ２８５（编码ｅｌＦ２Ｂｅ亚单位，位于３ｑ２７）突变最为 常见，占５７％；Ｅ／Ｆ２８２（位于１４ｑ２４）突变占１５％；
ｍａｔｔｅｒ，ＶＷＭ）又称儿童共济失调伴
ａｔａｘｉａ ｗｉｔｈ
ｃｅｎ．
中枢神经系统髓鞘化不良（ｃｈｉｌｄｈｏｏｄ
ｔｒａ］ｎｅｒｖｏｕｓ ｓｙｓｔｅｍ
亚基结合，只是这种能力有所降低。７｜。
（二）ＥＩＦ２Ｂ基因突变影响ｅｌＦ２Ｂ与底物ｅｌＦ２ 的结合 现已知有三种突变影响ｅｌＦ２Ｂ与其底物
少。目前，国际上对于该病的突变蛋白功能研究尚
处于起步阶段，国内尚缺乏此方面的研究。本文对 白质消融性白质脑病致病基因ＥＩＦ２Ｂ的突变功能 研究进展予以综述。 一、ＥＩＦ２Ｂ基因突变引起其鸟苷酸转移因子活 性降低 如前所述，ｅＩＦ２Ｂ具有鸟苷酸转移因子活性，是 调控蛋白翻译水平的重要因子。有研究表明，利用 带有ＥＩＦ２Ｂ突变基因的病人的转化淋巴细胞可以 测得ｅＩＦ２Ｂ的鸟苷酸转移因子（ＧＥＦ）活性，并且测 得３０种错义突变（纯合子和复合杂合子两种类型 的突变）都可以导致ＧＥＦ活性降低∞Ｊ。ＧＥＦ活性降 低的程度与发病年龄相关，这种相关性在发病年龄 小于５岁和ＧＥＦ活性降低小于５０％的病人中尤为 明显，而那些发病较晚和ＧＥＦ活性较高的病人没有 明显的相关性，提示存在其它因素调控突变对于表 型的影响∞Ｊ。 在ＨＥＫ－２９３细胞中，ＥＩＦ２Ｂ基因移码突变能够 产生截短的蛋白质，这种蛋白质表达量很少，并且不 能形成ｅｌＦ２Ｂ全酶，也不能组成具有功能的ｅｌＦ２Ｂ 复合体。这种突变几乎造成其ＧＥＦ活性完全缺失，
＞Ｔ，Ｐ．Ｄ６２Ｖ；ｃ．１００４Ｇ＞Ｃ，Ｐ．Ｃ３３５Ｓ；Ｃ．１１２６Ａ＞
ｈｙｐｏｍｙｅｌｉｎａｔｉｏｎ，ＣＡＣＨ），是儿童
最常见的遗传性脑白质病之一。临床特点包括：以
运动障碍起病、运动障碍重于智力障碍、神经影像学 改变显著重于临床表现、每遇感染所致发热或轻微 头部外伤该病头
ｅｌＦ２结合。ｅｌＦ２Ｂｅ的Ｗ６２８Ｒ突变明显减弱ｅｌＦ２Ｂ
复合体与ｅｌＦ２结合的能力Ｌ ７｜，该残基位于ｅＩＦ２８８ 的催化区（Ｇｏｍｅｚ等．２００２）。ｅｌＦ２Ｂ的两个点突变 Ｅ２Ｌ３Ｇ和Ｖ３１６Ｄ能够增强ｅＩＦ２Ｂ与ｅｌＦ２的结合，但 其活性却降低。这可能是由于它们同时也提高了磷 酸化的ｅＩＦ ２水平，从而导致ｅｌＦ２Ｂ活性受到抑 制‘７｜。 二、ＥＩＦ２Ｂ基因突变可能引起受翻译调控的应 激反应异常 ｅｌＦ２Ｂ活性受多种因素调节，例如ｅｌＦ２的Ｏｔ亚 单位磷酸化可使ｅｌＦ２Ｂ活性下降，ｅｌＦ２Ｂ自身的磷
的直接作用对象为真核细胞翻译启动因子２（ｅｎ—
ｋａｒｙｏｔｉｃ ｔｒａｎｓｌａｔｉｏｎ ｉｎｉｔｉａｔｉｏｎ ｆａｃｔｏｒ
可能是通过构象变化，或阻止特殊亚基结合到其它 亚基形成全酶，或阻止底物与其结合所致。具体情 况分析如下： （一）ＥＩＦ２Ｂ基因突变可以影响ｅＷ２Ｂ复合物的
２，ｅｌＦ２）ｏ在翻译
启动时，ｅｌＦ２一ＧＴＰ负责将Ｍｅｔ．ｔＲＮＡ结合至４０Ｓ核
细胞分化的影响因素众多，细胞自身的基因调控及 其它细胞因子的调控均影响神经干细胞的分化。例 如，碱性螺旋一环．螺旋（ｂａｓｉｃｈ ｅｌｉｘ．１００ｐ—ｈｅｌｉｘ，ｂＨＬＨ）
转录子是参与决定神经干细胞分化命运的功能基
因，在神经细胞谱系的决定中具有重要作用；表皮生 长因子敏感性神经干细胞（ｅｐｉｄｅｒｍａｌ
ＥＩＦ＇２８４（位于２ｐ２３）占１７％；肼忍仍（位于ｌｐ３４）
突变占７％；ＥＩＦ２８１（位于１２ｑ２４）突变仅占患者总 数的４％。约８８％的突变为点突变，约１０％的突变 为缺失和插入，另有２％的突变位于剪切位点【３Ｊ。 目前，国内已经诊断了１１例ＶＷＭ患儿，其中６例 ＶＷＭ患者发现ＥＩＦ２８５突变，５例发现ＥＩＦ２８３突 变。在这１１种突变中，６种突变是国际上尚未见报 道的新突变，包括５种错义突变（ＥＩＦ２８５：ｃ．１８５Ａ
ｔｉｏｎ ｉｎｉｔｉａｔｉｏｎ ｆａｃｔｏｒ ｔｒａｎｓｌａ．
ｅｌＦ２Ｂ的生理功能是什么？为何此蛋白的突变 能够引起如此严重的疾病？ｅｌＦ２Ｂ是由ｅｌＦ２Ｂｅｔ．￡
２Ｂ，ｅＩＦ２Ｂ）的５个亚单位
５个亚单位组成的五聚复合体，具有鸟苷酸转移因
子（ｇｕａｎｉｎｅ
ｎｕｃｌｅｏｔｉｄｅ—ｅｘｃｈａｎｇｅ
ｅｌＦ２Ｂａ、ｐ、７、６、８的相应编码基因（Ｅ１Ｆ２８１－５）的任 一基因突变所致¨１。 目前，国际上共报道该病有１２０多种突变
ｏｐｅｎ
ｒｅａｄｉｎｇ ｆｒａｍｅｓ，
ｕＯＲＦｓ），应激状态下仍可有效地进行翻译，如激活 转录因子４（ａｃｔｉｖａｔｉｎｇ
ｔｒａｎｓｃｒｉｐｔｉｏｎ
ｆａｃｔｏｒ４，ＡＴＦ４）。
因此是无效的。移码突变仅存在复合杂合子中，单
纯的纯合子缺乏有功能的ｅｌＦ２Ｂ蛋白，是不能存活 的（Ｌｅｅｇｗａｔｅｒ等．２００１）ｏ ｅｌＦ２Ｂｅ是ｅｌＦ２Ｂ的催化亚基，也是发生突变最 多的亚基。单一的ｅｌＦ２Ｂｅ突变就可以导致ＧＥＦ活 性降低（Ｇｏｍｅｚ等．２０００）。现有研究发现，其它四个 亚基的突变也可导致ＧＥＦ活性降低ｂ Ｊ。因此推论 ｅｌＦ２Ｂ的任何一个亚基突变都可以导致其ＧＥＦ活性
ｃｅｌｌｓ）多数分化为星形胶质细
ｇｒｏｗｔｈ ｆａｃｔｏｒ，
胞，而成纤维细胞生长因子（ｆｉｂｒｏｂｌａｓｔ
ＦＧＦ）敏感性神经干细胞则多数分化为神经元 （Ｗｈｉｔｔｅｍｏｒｅ等．１９９９）。这些因素往往相互作用，构 成复杂的调控系统。因此，目前还不能肯定ＥＩＦ２８５ 突变基因与胶质前体细胞的分化一定具有相关性。 即使ＥＩＦ２８５突变基因影响胶质前体细胞的分化， 这种现象是否普遍存在，还需要进一步证实。 究竟是少突胶质细胞还是星形胶质细胞参与了 白质消融性白质脑病的主要病理过程，目前尚不确 定。ＥＩＦ２８５突变基因究竟是如何特异性引发胶质 细胞的病变也不清楚。２００８年，Ｋａｎｔｏｒ等报道 ＥＩＦ２８５突变基冈能够导致少突胶质细胞处于持续 应激状态。利用ＲＮＡ干扰技术将大鼠的少突胶质 细胞系的ＥＩＦ２８５基因敲低，然后利用ＤＮＡ转染技 术，将突变的ＥＩＦ２８５（Ｒ１９５Ｈ）导人大鼠的少突胶质 细胞，使之持续表达，再利用药物诱导内质网应激状 态，结果表达ＥＩＦ２８５（Ｒ１９５Ｈ）的少突胶质细胞诱导 ＡＴＦ４等蛋白高表达，证实细胞具有异常高的内质网 应激反应。为何突变的ＥＩＦ２８５能特异性引起少突 胶质细胞应激反应过敏，即ＥＩＦ２８５突变基因为何 导致ＶＷＭ中胶质细胞高度选择性受累，是关于本 病发病机制中最悬而未决的问题。 综上所述，由于ＶＷＭ致病基因确定时间短，国 际上各项研究尚处于起步阶段，国内尚缺乏此方面
７％［引。
ＶＷＭ是一种常染色体隐性遗传的单基因遗传
病。此病是一种新认识的白质脑病，１９９８年荷兰医 生Ｄｒ．Ｖａｎｄｅｒ Ｋｎａａｐ正式命名此病，２００１年发现该 病的致病基因。ＶＷＭ是人类遗传性疾病中首个被 确定由于ｍＲＮＡ翻译启动异常所导致的疾病，是由 编码真核细胞翻译启动因子２Ｂ（ｅｕｋａｒｙｏｔｉｃ
２。一种蛋白激酶）失活的
情况下，酵母中ｅｌＦ２Ｂ蛋白功能障碍导致ＧＣＮ４翻 译激活归Ｊ。同样，在携带ＥＩＦ２Ｂ突变基因的ＨＥＫ－
降低，即引起ＧＤＰ／ＧＴＰ交换速率下降。这种现象
万方数据
生堡叠堂进屋！！！Ｑ生筮垒！鲞笠！翅
２９３细胞中，ｅｌＦ２Ｂ活性降低能够导致ＡＴＦ４翻译上 调一ｊ。新近，有人应用ＶＷＭ患者的原代成纤维细 胞研究内质网应激状态下整体蛋白质翻译和ＡＴＦ４ 诱导，证实那些表达ＥＩＦ２Ｂ突变基因的细胞，即使 在应激水平和上游ｅｌＦ２ｃｔ激酶活性相同时，对于整
酸化也可调节其自身活性哺］。在应激状态下，细胞
内通过不同的激酶使ｅｌＦ２ｃｔ亚单位磷酸化导致
ｅｌＦ２Ｂ活性下降，使真核细胞整体蛋白翻译水平下
降，这样有利于减少应激状态下折叠异常以及变性 蛋白的生成，保护细胞功能（Ｌｅｅｇｗａｔｅｒ等．２００１）。 而某些ｍＲＮＡ由于在５ ７非翻译区存在特异性调节 序列上游开放阅读框（ｕｐｓｔｒｅａｍ