Angelman综合征(AS)是以严重发育迟缓、智力低下、愉快表情、语言障碍、共济失调、癫痫发作为特征的神经发育障碍性疾病。母源染色体15q11-13上的UBE3A等位基因功能丧失是AS发生的主要原因，但目前对AS的发病机制、基因型-表型的相关性还未明确。现对近年来AS相关研究进展进行综述。
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Angelman综合征(Angelman syndrome，AS)又称天使综合征，是由于15q11-13染色体区域UBE3A基因异常所致的神经发育障碍性疾病，其特征为严重发育迟缓、智力低下、愉快表情、语言障碍、共济失调、癫痫发作等[1]。该病于1965年由英国儿科医师Harry Angelman首次发现并进行系列的报道，因此本病以他的名字命名为Angelman syndrome。国外报道AS的发病率为1/20 000~1/12 000，国内多为散发报道，尚无AS的流行病学资料。作为一种遗传性疾病，AS的发病机制、基因型-表型的相关性尚未明确，明确发病机制及基因型-表型的关系将对AS的诊断及治疗提供新的方向。因此，本文就AS的相关研究现状进行综述。
AS由母系遗传染色体15q11-13上的UBE3A等位基因功能丧失所致，在人体不同组织中，UBE3A基因在印记基因的调控下呈差异性表达[2]。正常脑组织中的母源性UBE3A基因表达活跃，而父源性UBE3A基因由于邻近的小核糖核蛋白多肽N(small nuclear ribonucleoprotein-associated protein N，SNRPN)基因的转录干扰而表达沉默[3]。因此，母源性UBE3A基因的不同缺陷可导致AS的发生，基因的主要缺陷方式依次为[4]：(1)母源染色体15q11-13缺失(70%~80%)；(2)母源性染色体15q11-13内的UBE3A基因突变(10%~20%)；(3)母源性染色体全部缺失单残留减数分裂未分离的父源性染色体[父源单亲二倍体(UPD)](3%~5%)；(4)印记缺陷导致母系遗传的UBE3A的表达障碍(3%~5%)。母源染色体15q11-13缺失最常见，多数长5~7 Mb，这些缺失是由重复序列之间发生的非平衡异位所致，而这些重复序列定义了断点簇区域BP1-BP5。根据2个不同的近端断点(BP1和BP2)和1个共同的远端断点(BP3)将缺失型分为两类：Ⅰ类和Ⅱ类。Ⅰ类缺失范围从BP1到BP3，占全缺失病例的40%；Ⅱ类缺失范围从BP2到BP3，占缺失病例的50%。Ⅰ类和Ⅱ类均有BP2到BP3片段的缺失，致病基因UBE3A位于BP2和BP3之间，因此均有AS的核心表现，由于Ⅰ类缺失片段更大，临床表现也更为严重[4]。在另外10%缺失型AS病例中，可能包含长约10.6 Mb的缺失，将端粒延伸到远BP3以外，断点位于BP4A、BP4B或BP5[5]。
UBE3A基因编码的蛋白被称为E6相关蛋白(E6-associated protein，E6-AP)，属于泛素蛋白连接酶E3家族一类。作为泛素蛋白连接酶，E6-AP可影响蛋白质降解的泛素途径，导致蛋白质在细胞内的积累、生理过程的改变，最终产生细胞水平上的代谢功能障碍，由于E6-AP主要分布在神经细胞中，E6-AP功能改变导致神经元功能障碍[6]。AS患者中，由于编码E6-AP的UBE3A基因表达异常，其黑质、纹状体、海马及小脑浦肯野细胞蛋白泛素化异常，从而导致神经元功能障碍；同时，E6-AP还可通过单泛素化的作用，修饰组蛋白和转录因子对转录的调控；也可以作为甾醇类激素受体的辅助激活剂，调节下游基因的转录，从而对细胞出现功能障碍发挥重要作用。
Avagliano Trezza等[7]研究发现，E6-AP可分布于细胞核和细胞质中，但主要分布在神经元细胞核内。已有研究从亚细胞定位的机制，发现细胞核E6-AP是AS的病理生理学基础[8]。小鼠模型已证实，缺乏细胞核E6-AP的小鼠，表现出了母系UBE3A基因缺失的AS模型所具有的主要行为表型；而缺乏细胞质E6-AP的小鼠则没有明显的异常。此外，电生理研究进一步发现，神经元细胞核内E6-AP丢失所致的突触损伤，与既往在AS小鼠模型中观察到的结果相同，提示细胞核内E6-AP对AS相关的病理生理学起着关键的作用。研究表明，与AS相关的UBE3A错义突变干扰了UBE3A的核靶向性或核保留，从而影响E6-AP的细胞内分布，导致疾病的发生[7]。
Ephexin 5(一种RhoA鸟嘌呤核苷酸交换因子)是E6-AP的直接底物，E6-AP通过对Ephexin 5的调节和靶向降解，从而在大脑皮质和海马兴奋性突触的调控中起重要作用。Ephexin 5作为一种负性因子，参与突触形成和经验依赖性突触重塑的调节。UBE3A基因缺陷导致E6-AP缺乏，而不能靶向降解Ephexin 5，导致Ephexin 5表达的增加，进而增强活性RhoA表达水平，导致突触形成减少[9]，与AS小鼠模型中海马、皮质和小脑等神经元树突棘密度降低的结果一致[10]。另一项研究发现，成年AS小鼠脑中Ephexin 5表达升高，去除Ephexin 5可以逆转AS小鼠海马CA1锥体细胞电生理的缺陷[11]，提示Ephexin 5作为E6-AP底物在AS病理生理中发挥重要作用。
自噬可以传递细胞内的蛋白质聚集物或受损的细胞器以促进溶酶体的降解，维持细胞稳态，而缺乏或过度的自噬可能扰乱突触连接的稳态和正常功能，导致神经系统疾病，有报道自噬通量增加可使AS患者树突棘密度降低。HAP 1是一种自噬调节因子，可增强自噬体的运输。HAP 1在自噬起始阶段，通过促进PtdIns3K复合物的形成和增强其活性来调节自噬；同时，HAP 1还与MAP1LC3(LC3)和其他参与自噬体扩张的蛋白质共同定位调节自噬。在动物模型中，敲除HAP 1可减轻AS小鼠神经元的异常自噬，有助于解除AS小鼠中枢神经系统的自噬和突触功能障碍；使用自噬抑制剂治疗后，AS皮质神经元树突棘密度的降低有减轻，并在一定程度上缓解AS小鼠的社会互动缺陷。而Wang等[12]的研究表明，HAP 1为E6-AP的新靶点，E6-AP通过泛素-蛋白酶体途径影响HAP 1蛋白水平。
PP2A是细胞丝氨酸/苏氨酸磷酸酶活性的重要组成部分，在神经系统中，PP2A是与神经元生长和分化、细胞骨架组装、树突棘形态和突触可塑性相关的关键因子[13]。而PP2A的激活剂PTPA是E6-AP的底物，E6-AP可直接结合并降解PTPA，影响PP2A的作用。E6-AP-PTPA-PP2A通路对维持发育中大脑的树突棘形态和兴奋性突触的功能至关重要，该通路的调控异常可导致UBE3A相关的神经发育障碍。在神经元中过表达PTPA，可部分模拟AS小鼠的表型，成熟树突棘比例的下调；降低AS小鼠中PTPA的水平，可改善该疾病模型中树突棘形态的异常；抑制PP2A活性后，AS小鼠在树突棘形态、突触传递水平以及运动行为等不同层面上，都得到了改善。有学者在AS小鼠模型中发现，PTPA表达升高，PP2A催化亚基的甲基化水平上调，PP2A活性上升[14]。由此说明，E6-AP通过调控磷酸酶PP2A的激活因子PTPA的泛素化降解，从而影响磷酸酶活性，为揭示E6-AP缺失导致AS的病理机制提供新的依据。
E6-AP是ER的辅助激活剂，E6-AP和ER可直接转录调控Cyp26b1基因，参与学习和记忆过程。Cyp26b1是雌激素依赖的E6-AP-ERα转录调控的直接靶点，在AS小鼠海马中，Cyp26b1的mRNA和蛋白表达水平均降低；Cyp26b1基因敲除的小鼠，表现为学习记忆障碍、头颅畸形、小头畸形和共济失调，构成与AS核心症状相同的表现。Cyp26b1基因编码一种重要的单加氧酶，它可以分解维A酸(RA)，而后者是神经元分化和发挥功能的关键分子。AS中E6-AP缺失可能通过RA的积累导致RA内稳态的破坏，损伤正常的脑细胞，导致学习和记忆的障碍和其他神经表现。研究表明E6-AP通过ER激活Cyp26b1表达，介导雌激素和RA转录信号之间形成一种新的转录串扰，这种新的转录串扰对维持海马中RA和RA转录信号的关键水平至关重要。提示E6-AP的转录协同激活功能可能在AS的病理生物学中起至关重要的作用[15]。
Na/K-ATP酶(NaKA)是维持细胞数量、内在特性和兴奋性的重要分子，它还通过控制Na梯度调节Ca2+动力学。α1和α3是成年小鼠神经元中的两种主要NaKA亚型，在AS小鼠模型中发现α1-NaKA的表达增加。Rayi等[16]研究发现α1-NaKA表达增加导致泵活性增加，从而降低AS海马中活性依赖的树突状Ca2+动力；而抑制α1-NAKA泵活性，可促进异常Ca2+动力学的正常化，减轻成年小鼠海马突触可塑性受损和记忆缺陷。此外，miR-708也可调节细胞内的Ca2+稳态。Vatsa等[17]发现在AS小鼠大脑中，miR-708是一种下调的miRNA，miR-708可通过靶向作用于神经元蛋白(NNAT)调节细胞内的Ca2+稳态，导致AS小鼠脑内Ca2+信号异常；NNAT诱导的Ca2+信号异常可能与AS小鼠脑CaMKIIα的异常磷酸化有关，Ca2+稳态破坏所致的Ca2+信号异常在AS模型小鼠海马损伤中发挥作用。
虽然AS的症状类似，但不同基因型患者的临床表型仍有较大差异。缺失型AS个体比非缺失型AS个体的临床表型更为严重，提示除UBE3A以外，其他基因的缺失亦会增加疾病的严重性，但是不同AS基因型之间的病理生理学差异仍然未知[18]。缺失型除严重发育迟缓、愉快表情等AS核心症状外，通常还包括小头畸形、癫痫和眼、皮肤色素减退。研究表明，AS患儿的癫痫易感性增加，与非印迹GABA受体基因GABB 3、GABRA 5和GABRG 3的单倍体功能不全有关[19]；眼、皮肤色素沉着减少，可能是OCA 1单倍体功能不全以及E6-AP对皮肤黑素皮质素1受体(MC1R)功能的调节作用所致。既往研究发现，基因缺失型患者中，Ⅰ类缺失与Ⅱ类缺失的临床表现有所不同，Ⅰ类缺失包括其他基因(NIPA 1、NIPA 2、CYFIP 1和GCP 5)，Ⅱ类缺失则不包含这些基因，而这些基因缺失可能会增加孤独症样表现、严重语言损伤和癫痫发作的风险[4]，而在一项研究中发现缺失的长度(Ⅰ类与Ⅱ类)在临床表型的严重程度上没有差别[20]。UBE3A突变型概括了AS的所有核心症状，且该型患儿智商最高，适应行为接近健康儿童。UPD较缺失型患者癫痫发病率更低，生长发育水平更好，表达性语言能力较好。UBE3A基因突变和印记缺陷的患儿较UPD患儿临床表型更轻[21]。Brennan等[22]报道称UPD和印记缺陷似乎较15q11.2-q13缺失和UBE3A突变更易导致肥胖，但原因尚不清楚。
AS具有较为特征的EEG异常，包括3种图形：(1)δ图形：表现为前额为主的节律性高/极高波幅2~3 Hz δ活动或三相δ波，常夹杂棘波、尖波，慢波活动可趋于泛化全导；(2)θ图形：主要为持续广泛的节律性高波幅4~6 Hz θ慢波活动，混杂或不混杂棘波活动；(3)后头部棘慢波图形：后头部节律性棘慢波混合高波幅3~4 Hz慢波活动，夹杂棘波、尖波发放。AS小鼠模型显示神经元树突状棘形态和突触功能受损，可能是AS EEG整体电生理异常的基础[23,24,25]。在AS患者中除EEG异常外，也发现皮质锥体神经元细胞异常，包括分布不规则、树突化减少、树突棘数目减少，与AS小鼠的改变一致。有学者尝试将EEG作为识别AS睡眠障碍的病理生理学生物标志物。在一项回顾性研究中，den Bakker等[26]发现AS儿童睡眠失调的两个定量读数：γ波相干性增加和睡眠纺锤波减少。γ波相干性是注意清醒的指标，因此，睡眠期间的γ波相干性通常比清醒时低，而在AS患儿中睡眠和清醒期间长程γ波相干性均增加，表明尽管神经元结构连接性降低，但对AS患者大脑传出投射的抑制作用可能较小，故临床表现为睡眠障碍；而睡眠纺锤波对记忆巩固和学习起重要作用，睡眠纺锤波减少将影响学习和记忆。另一组Frohlich等[18]的试验假设是，位于15q11-13上的UBE3A以外的其他基因导致AS基因型之间的病理生理差异，在患有AS的儿童和青少年中，他们发现δ波EEG异常是与UBE3A基因相关的病理生理，而θ和β波EEG异常则是来自其他基因，很可能是GABRB3-GABRA5-GABRG3基因簇。EEG能否作为AS睡眠障碍的生物标志物，尚需进一步研究。
目前尚无针对AS患儿的精准治疗，积极的对症和支持治疗有助于提高患儿的生活自理能力，改善生活质量。分子靶向治疗是当下AS治疗的研究热点，也是唯一可能治愈AS的方法。
所有AS患者至少有一个父源UBE3A基因沉默，激活该基因以补偿母源基因的功能丧失已经成为可望有效的治疗策略。父源UBE3A等位基因由于SNHG14转录物的转录干扰而表达沉默，SNHG14转录在SNRPN位点启动，防止该转录产生可能有助于父源UBE3A等位基因的激活。研究发现拓扑异构酶抑制剂拓扑替康通过干扰SNHG14的表达成功地激活了父源等位基因UBE3A[27]。然而，作为抗癌药物，该药物毒性很大；它不仅会干扰SNHG14的表达，也可干扰其他长序列基因的表达，从而造成其他精神系统的症状。Lee等[28]的研究发现，吲哚喹啉衍生物拓扑异构酶抑制剂吲哚替康可以激活父源等位基因UBE3A；与拓扑替康相比，吲哚替康具有更好的激活父源UBE3A表达的药效，且在临床人群中有很好的耐受性，但其安全性和中枢神经系统生物利用度仍需进一步评估。Meng等[29]在AS小鼠模型中发现反义寡核苷酸通过对SNHG14的RNA干扰，导致该转录物降解，从而激活大脑神经元中沉默的父源UBE3A基因，对AS模型有效，但其安全性需要进一步研究。尽管分子靶向治疗为AS的治疗提供了新的视角，但还需要在人体试验的靶向性、脱靶效应、分布区域、安全性等方面进行大量研究。
近年来，研究者对AS的发病机制进行了深入研究，但仍未形成统一学说。而提高对AS发病机制的认识对制定针对性的治疗方法至关重要。接下来应着重于对AS发病机制及分子靶向治疗进行深入的研究，以期待AS的分子靶向治愈方法。
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