神经系统遗传病是指由于生殖细胞或受精卵遗传物质改变，使发育的个体出现以神经系统功能缺损为主要临床表现的疾病。神经系统遗传病的病种最多，在人类单基因遗传病约50%是神经系统遗传病，该病具有先天性和终身性特点，致残率和致死率高，患者终身受累。很多神经系统遗传病的病因和发病机制尚未阐明，临床上缺少有效的诊断和治疗手段。阐明其发病的分子基础、揭示发病机制将推动神经系统遗传学的基础研究和临床应用。本课题组从2004年至今走遍10多个省几百个山区乡镇，收集了约220多个遗传病家系。其中70%是致残率和致死率高、治疗困难和危害极大神经系统遗传病，发现及检测45个致病基因涉及138个突变，这些突变为临床的精准诊断和产前诊断奠定基础。其中SLC20A2、SCN11A和SN基因是本课题组首次将其突变与特发性基底节钙化（IBGC）、发作性疼痛和特发性震颤（ET）疾病关联。因此，本课题组主要关注：IBGC、发作性疼痛和ET疾病致病分子机理及针对性防治药物研发。 

　　IBGC疾病致病机理及防治药物研发 

　　特发性基底节钙化（简称IBGC）是一种先天性大脑双侧对称性基底节钙化为特征的神经系统疾病。因钙化常伴随偏头疼、癫痫发作、精神障碍、帕金森、脑梗和 痴呆等锥体外系临床症状，使患者苦不堪言，群体中基底节钙化CT检测率1-2%。IBGC疾病1850年首次报道，常呈常染色体显性遗传，致病基因是什么？本课题组经过5年的努力，于2012年成功揭秘了IBGC疾病的罪魁祸首-是SLC20A2基因突变所致。初步体外实验发现该基因突变导致其编码蛋白PiT2的转运无机磷（Pi）障碍，首次将脑钙化与局部磷稳态失衡联系起来，揭秘160多年来一直是困扰着国内外科学家和临床医生的难题。该研究成果2012年发表于Nature  Genetics。成果发表后，世界各地研究者在IBGC患者中验证该基因突变，SLC20A2在IBGC患者中的突变率为40-50%。SLC20A2作为IBGC的常见致病基因，已编入国外多部教材中。 

　　SLC20A2突变是如何导致IBGC发生呢？SLC20A2编码III型钠磷转运蛋白2（PiT2），由652个氨基酸组成的跨膜蛋白，生物信息学预测PiT2有12个跨膜区，6个胞质区，5个胞外区，其中第7个胞质区由246个氨基酸组成（loop7，占整个蛋白氨基酸组成的38%）。经比对该蛋白有两个区域在进化中高度保守，这两区域称为PD结构域，两个PD-domain之间是loop7，进化中不是十分保守。 

　　一些生理学家对PiT2的PD-domain的一些氨基酸进行定点突变，体外检测发现导致Pi转运功能障碍，说明该区域与Pi的运输有关。PiT2是一种生电性的钠磷转运蛋白，在人类IBGC患者中检测PiT2各类突变体造成Pi转运的真实机制是什么？而发生在第7个loop环区域突变的功能如何？如何对IBGC疾病进行预防和治疗呢？为了回答上述问题，本课题拟从以下4个方面研究：PiT2突变的Pi转运功能影响及电生理分析，揭示SLC20A2突变导致IBGC生理分子机制；PiT2-loop7调控PiT2上膜等功能分析；小鼠IBGC疾病模型建立揭示SLC20A2体内功能，为后续药物研发奠定基础；IBGC防治药物研究（初步发现LJY-001中药复合物对小鼠颅内钙化有抑制作用。LJY-001的作用机制是什么?是否是PiT2的靶点药物？对其他异位性钙化是否有作用？LJY-001复合物中主要有效成分是什么？有什么毒性等等）。 

　　发作性疼痛疾病致病机理及防治药物研发 

　　疼痛发生机制非常复杂，一般认为各种伤害性刺激，激活伤害性感受器上的一些离子通道和受体等，继而激活外周神经元膜上的离子（如Na⁺、K⁺等）通道产生动作电位（AP），将伤害性刺激变为电信号，传入中枢神经系统产生痛感觉和痛反应。在疼痛发生中，伤害感受器细胞膜上电压门控钠离子通道的激活及其引发的AP是疼痛产生的关键因素之一，其中Nav1.7和Nav1.8突变和疼痛关联，而外周神经元上特异表达的Nav1.9，2013年之前在人类疼痛中还没有发现突变。 

　　本课题组收集的两个发作性疼痛家系共28个患者，经过连锁定位、候选基因测序、家系共分离等分析分别发现编码Nav1.9钠通道蛋白基因SCN11A两个突变。对其进行电生理分析这两个突变导致外周神经元电流密度增加。继而增强了外周神经元动作电位发放，使伤害感受器对伤害性刺激更敏感而致痛。首次发现SCN11A获得性功能突变导致人类疼痛的发生，该成果2013年11月发表在Am J Hum Genet上。几乎同时在Nat Genet上发表两个散发无痛患者该基因一个de novo获得性功能突变导致无痛。Nav1.9同样的突变功能，但临床表现却相反，引起了广泛关注。那么SCN11A基因获得性功能突变究竟是引起疼痛或是无痛？ 

　　因此本研究拟从以下3个方面研究Nav1.9在疼痛紊乱中的发生机理，同时开发对应的治疗药物。SCN11A突变导致痛觉异常的基因型与表型关系；已发现的SCN11A突变对所编码的Nav1.9通道功能影响；构建scn11a敲入和敲除小鼠模型，研究Nav1.9突变导致痛觉异常的分子机制，为开发以Nav1.9为药靶的止痛药物。 

　　特发性震颤新的致病基因-SN功能研究 

　　特发性震颤（Essential Tremor，ET）是最常见的运动障碍、退行性神经系统疾病之一。ET在总体人群发病率为1%，且随年龄增长逐渐升高。最新研究显示ET并非良性病程，累及身体多个系统，15-25%患者因震颤加重而致残，60%患者无法正常生活。ET患者晚年患帕金森是正常人群的24倍，ET可能是帕金森的一个重要危险因素。临床上ET没有明显的生物标志物，其病因学尚不明确，一直困扰临床医生对ET患者的精确诊断与针对性治疗。研究显示30-70%的ET患者有家族史，因此遗传因素被认为在ET病因学中占有重要地位。由于ET具有高的发生率，缺乏相应的诊断标志，具有外显不全和表型模拟等现象，困扰遗传学家，至今还没有发现其特异性致病基因。 

　　尽管有多个易感基因可能与ET关联，但其主要病因（主效致病基因）一直没有找到。本课题组收集并鉴定144个ET家系，通过分子遗传学研究发现一个可疑的致病基因SN，该基因在ET患者的突变检出率为7.6%，有可能是该病的主效基因。文献检索，全世界不知道sn这个基因的功能。免疫荧光检测该基因主要在小脑的浦肯野神经元中表达。因此我们制备了sn-KO小鼠，发现sn丧失会导致小鼠有震颤表型，进一步震颤小鼠脑部有结构改变。 

　　下一步我们主要从下面3个方面研究SN突变导致ET发生的分子机制，为精确诊断和治疗该病将发挥重大作用。（1）ET可疑致病基因SN突变的基因型与表型的关系；（2）SN蛋白主要功能是什么？已发现SN突变对所编码蛋白SN功能如何影响？SN改变如何影响的皮质-橄榄体-小脑-丘脑神经环路前馈/反馈稳态？解析以PC神经元为核心的神经环路在ET发生中的作用；（3）野生型SN基因、SN转运底物或PC神经元RNA-seq分析的关键分子的激活剂或拮抗剂是否可以回补sn-KO小鼠表型？