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天使综合征

上次OOXX过吸血鬼，丑八怪还是万人迷？ 得出给那些委屈了几千年的吸血鬼一个卟啉症＋狂犬病＋鼠疫？（待排）的诊断。 这次我们分析一下天使。
天使有什么特点？背后有翅膀？（那只能称作鸟人）天使应该是善良纯洁的化身，面带微笑、强大有力、举止优雅......想做一个像天使一样优雅的人 么？我初中班主任曾用学校门口卖豆腐脑的大叔为例的这样打击过幻想成为万人迷的祖国花花草草：“见人就笑，脑子差窍”。这句老话用陕西方言说出来（坚韧九 霄，闹子插敲），配合打豆花的大叔那个惨淡的经济状况，一脸微笑的憨厚事实，绝对有说服力。事实也再一次证明我们老祖宗经验的正确性，现实中，还真的有这 样的人。他们总是微笑，绝对善良，同时.....都有严重的智力发育障碍。我们把哪种总是微笑的善良天使（白痴）称作天使综合征 Angelman syndrome (AS)，

天使综合征 Angelman syndrome (AS)，又称天使征候群、安琪儿综合症等）也叫做“快乐木偶病Happy Puppet Disease“。病例特点是愉快面容，一逗就笑，手臂有木偶样动作，肌张力低，智力严重低下，严重运动、智力障碍, 共济失调, 肌张力低下,癫痫,语言障碍和以巨大下颌及张口吐舌为特征的特殊面容。临床表现的特征为患者常无明显诱因的大笑。Angelman综合征是一种神经遗传性 疾病，有时患者可能就诊于儿科或精神科。

Angelman综 合征疾病是怎样发现的？1965年，英国儿科医生Harry Angelman有三个智力低下，总是微笑，不会言语的小病人，他在没有任何进一步实验室检查条件的基础下，仅仅根据临床表现发表了他的发现。后来他去 Verona 的Castelvecchio博 物馆，看见这幅一个孩子完成木偶以后得意的回头微笑的油画a Boy with a Puppe，一瞬间灵魂附体，将那个疾病命名为“快乐木偶病”。后人为了纪念，也叫做天使病（没办法，人家名字就是天使男）
对比油画和患者，确实神似，都是那种纯粹的没有杂质的快乐。

很多年以后（1991），他这样写信给他的朋友讲述他的发现经过：
 "The history of medicine is full of interesting stories about the discovery of illnesses. The saga of Angelman's Syndrome is one such story. It was purely by chance that nearly thirty years ago three handicapped children were admitted at various times to my children's ward in England. They had a variety of disabilities, and although at first sight they seemed to be suffering from different conditions, I felt that there was a common cause for their illness. The diagnosis was purely a clinical one, because in spite of technical investigations, which today are more refined, I was unable to establish scientific proof that the three children all had the same handicap. In view of this I hesitated to write about them in the medical journals. However, when on holiday in Italy I happened to see an oil painting in the Castelvecchio museum in Verona called . . . a Boy with a Puppet. The boy's laughing face and the fact that my patients exhibited jerky movements gave me the idea of writing an article about the three children with a title of Puppet Children. It was not a name that pleased all parents, but it served as a means of combining the three little patients into a single group. Later the name was changed to Angelman syndrome. This article was published in 1965, and after some initial interest lay almost forgotten until the early eighties." 这病Angelman综合征在白人中发病率为1/10000-1/40000，他就见到3个，不得不说，丫的人品是好。
目前已知引起Angelman综合征的遗传机制共有4种。最常见的是15q11-13区段染色体微缺失，见于70-75%的患者，多数缺失大小相 似，约4Mb，且断裂点相同，多数缺失为新发的母源性15q11-13缺失，缺失机制与该区域上的低拷贝重复序列有关；其次有约20%的患者为编码泛素蛋 白连接酶的UBE3A基因突变，其余患者为15号父源单亲二体或相关区域异常甲基化引起。95%以上的患者为散发病例，但在UBE3A基因突变的患儿其母 亲约有20%可能带有相同突变。

特别有趣的是， 染色体15qll-13的缺失在临床上可以引起完全不同的疾病，Angelman综合征和Prader-Willi综合征。这也是第一个人类基因组印迹 (genomic imprinting)的例子。当15qll-13缺失是由母系传递时，临床表现为Angelman综合征（左图）；当其由父系传递时，临床为 Prader- Wi]li综合征（右图）AS表现为共济失调、过度活跃、严重智障、少语、表情愉悦，（左图）PWS表现为肥胖、身材矮小和轻度智力发育迟缓（右图）

Angelman综合征的典型临床特征是：严重的生 长发育迟缓和智力发育迟缓，癫痫发作，共济失调，语言障碍，下颚突出，张口吐舌，小头畸形，枕部扁平；部分患者还可出现毛发色素减少和蓝眼病等。 Angelman综合征还有其特有的行为改变即频繁出现的、易激惹的、不合时宜的大笑、伴有明显的兴奋动作和手扑翼样运动、多动、注意力仅能短暂集中等， 但并非所有患者均表现出以上典型特征。
Prader-Willi PWS综合征的典型临床特征是：在 出生前，PWS胎儿即可表现出胎动减少；PWS新生儿可出现张力减退，反射减弱，吸吮反应弱，吞咽困难，及外生殖器发育不全，1岁内手脚发育在正常；患者 在1岁到1岁半后出现无法控制的过量饮食、向心性肥胖，但同时伴有生长发育迟缓和智力发育迟缓、特征性面容（窄长脸，杏仁眼，斜眼，大下巴）和肌肉张力减 弱引起的模仿能力降低；6岁后，患者可出现体痒，抓后留痕，腹部出现嗅纹，嘴角含稠的唾液，对疼痛不敏感；青春期后因糖摄入过多引发饮食性糖尿病，青春期 发育差，大多数患者25-30岁以后死于糖尿病和心肌衰竭。

下图示(PWS/AS)遗传谱。PWS左/AS右

Angelman 综合征（AS）在白人中发病率为1/10000-1/40000，男女发病率无明显差异，大概有70-75%的患者发生15q11-13中间约4Mb片段 的染色体微缺失。95%以上的患者为散发病例，但在UBE3A基因突变的患儿其母亲约有20%可能带有相同突变。
Prader-Willi综合征(PWS)本病呈常染色体显性遗传，通常由于父源的15号染色体长臂的SNRPN基因和其它未知基因缺失而导致。人群中发 病率为1/25000左右，70-80%的PWS患者可检出染色体微缺失。本病大多为散发，70%-80%的患者有为染色体15q11.2-q12微缺 失，少量患者为染色体不平衡易位引起，在部分患者还发现有额外染色体。研究发现①父源的15q11.2-q12微缺失和②母源15q11.2-q12单亲 二体均可导致PWS。目前已在PWS关键区15q12（大小约320kb）定位了SNRNP基因，该基因在脑和中枢神经元有表达，其功能可能是参与脑部特 定mRNA剪切。

遗传印迹是指同一个遗传物质，由父系传递和由母系传递的表达有所不同。这两种疾病都和神经功能失调相关。PWS 是由 于突变导致父本印记基因在大脑中高表达所致，如SNPNP基因高表达；AS是由于母本的UBE3A基因的缺失或受到抑制所致，该基因编码泛素蛋白连接酶并 在脑中表达。父本表达的SNRNP基因的微缺失可导致PWS，而在其上游进一步缺失则可导致AS，这说明这两个区域就是印记中心所在的位置。如果缺失父本 染色体上的PWS印记中心将导致SNRNP基因以及附近的父本表达的等位基因被抑制，而缺失父本染色体上的AS印记中心则没什么变化，但若缺失母本染色体 上的AS印记中心将导致UBE3A被抑制而导致AS。

诊断与产前诊断
    临床诊断需有赖于其详细的生长发育史和新生儿神经行为检查，FISH技术可检测SNRNP基因是否缺失，PCR技术可有效检出UBE3A基因突变的患者。 PCR和甲基化检测技术可区别PWS和AS（Angelman综合征）。先证者父母再次生育时需行产前诊断，对临床疑似患者进行Fluorescent in situ hybridization (FISH) 检测( 75% 阳性)，有利于提供 遗传咨询和临床决策依据；对携带UBE3A突变基因的母亲进行植入前诊断或产前诊断可早期检出胎儿，有效防止患儿出生。CompGene检测 AS 相关基因 (GABRB3, D15S11, D15S113)。
Southern blot analysis is shown below. A photograph of the ethidium bromide stained gel is shown in the left panel while the Southern blot of this gel is shown in the right panel. In this situation (see right panel), a deletion of maternal origin is detected in the affected individual. This is seen as a reduced intensity in the 6 Kbp Hind III maternal and paternal co-migrating fragments (Lane 3) and as a complete absence of the 6 Kbp Hind III/Hpa II fragment which is of maternal origin (Lane 6).

Left and right panels: Lane 1, DNA size markers; lane 2/5, normal control DNA sample; lane 3/6, AS patient; lane 4/7, query AS patient.
In the example shown below, the parents were concerned about the recurrence of a child affected with AS despite a very low recurrence risk in AS shown to be due to a deletion of maternal origin or paternal uniparental disomy. In this case, the AS patient shows absence of maternal alleles at GABRB3 and D15S113. D15S11 was uninformative. In the current pregnancy, normal maternal and paternal contributions were observed at all three loci.

研究历程
神经电生理部分我的中文背景知识很差，这部分我不做翻译，尽量用原文。找了很多很好的讲 解，作者beckyhuang bluebacopa chenzhiyong2008 。更多背景资料参见。 
1
2006 年 人类第15号染色体的分析结果（Zody AKE）对人类第15号染色体所做的分析表明，该染色体是高度分段复制的。该染色体复制的不寻常之处是，它们集中在两个遥远的区域，而不是沿染色体分布。 其中一个区域包括可引起Prader-Willi 和 Angelman综合症的基因删除。复制的绝大部分都有一个共同的祖先，可以追溯到同一个起源事件。（Nature杂志，2006年3月30日 Letter p. 671）

a | The imprinted gene UBE3A (ubiquitin protein ligase E3A) lies within the Prader-Willi syndrome (PWS)–Angelman syndrome (AS) locus. The methylation status of the paternal and maternal alleles are indicated above and below the chromosome, respectively. The imprinting control region (ICR) for the PWS–AS locus consists of two parts, with the more centromeric component functioning as the AS ICR. The two ICRs direct the allele-specific expression of imprinted genes within these regions (indicated by arrows; not all genes in the region are shown). The SNRPN (small nuclear ribonucleoprotein polypeptide N)–SNURF (SNRPN upstream reading frame) gene produces a long and complex transcript that leads to the expression of not only SNURF–SNRPN, but also several small nucleolar RNAs (snoRNAs). This transcript is also thought to inhibit the expression of UBE3A from the paternal allele through an antisense mechanism. UBE3A expression has been shown to be regulated by MeCP2 (methyl-CpG-binding protein 2), as UBE3A mRNA levels are reduced in MeCP2-deficient cells. This downregulation of expression correlates with a biallelic production of UBE3A antisense RNA and changes in chromatin structure, with increased acetylation and methylation of H3K4 (histone 3 lysine 4), and reduced methylation of H2K9 at the PWS–AS imprinting centre87. This indicates that MeCP2 might mediate the interpretation of imprinted DNA-methylation marks in this region, in combination with other chromatin-binding proteins. b | MeCP2 can also regulate gene expression and maternal imprinting through formation of a silent chromatin loop. The yellow and blue arrows indicate MeCP2-interacting sequences that have been identified by chromatin immunoprecipitation. When MeCP2 is present (left panel), it interacts with sequences that are near the imprinted DLX5 (distal-less homebox 5) and DLX6 genes and define the boundaries of an 11-kb chromatin loop, the formation of which is induced by MeCP2 binding88. This leads to an integration of DLX5 and DLX6 into a loop of silent, methylated chromatin, and represses their expression. In neurons that are deficient for MeCP2 (right panel), the chromatin in this region is structured into a distinct conformation that corresponds to active chromatin loops, which are delimited by sequences (indicated by purple and orange arrows) that interact with chromatin factors. Therefore, in MeCP2-deficient neurons, the expression of DLX5 and DLX6 is no longer repressed, which results in the overexpression of these genes. Part b is modified with permission from Nature Genetics Ref. 88 © (2005) Macmillan Publishers Ltd.
2 LTP的机制 （作者bluebacopa）

1973 年，Bliss 等在海兔海马的单突触传入通路上给与短串强直刺激后，使突触后细胞的兴奋，突触后电位出现长达数天乃至数周的振幅增大，这种现象称之为长时程突触增强（LTP）。从此，LTP 受到了神经科学家的广泛重视，认为是学习和记忆的基本神经基础。191983 年，科学家发现NMDA（N—甲基—D—门冬氨酸）受体通道复合体在LTP 过程中起着重要作用。关 于LTP的诱导和形成机制，文献上研究和讨论最多的是哺乳动物海马CA1区的LTP。有关机制可以简略概括为：当突触前的传入纤维受到高频刺激时，兴奋性 神经递质谷氨酸从突触前膜到突触间隙，和突触后膜上的N M D A受体结合，激活N M D A受体，使阻碍钙离子内流的镁离子被移除，大量钙离子内流，激活细胞内的一系列分子过程，最终形成LTP。

关于LTP与LTD的分子机制,一般认为突触前谷氨酸(Glu)释放与突触后NMDA受体结合后导致的突 触后 Ca2+的量的多少以及PPI活性的强弱有关,例如高频刺激引起高浓度Ca,激活Ca-CaM激酶Ⅱ,突触蛋白磷酸化,导致LTP;而低频刺激引起低浓度 Ca,优先激活磷蛋白磷酸酶,使突触蛋白去磷酸化,导致LTD。
最近的观察发现,在LTP和LTD发生前,PPI由于内源性抑制物 1(inhibitor1)的存在而处于低水平的或潜在的磷酸化状态。当低频刺激时激活AMPA受体,使Ca2+轻度增加;轻度激活对Ca-CaM低亲和 力的calcineurin,使抑制物1去磷酸,进而PPI作用于AMPA受体和其他器官,引起LTD;高频刺激时,通过激活NMDA受体使Ca大量增 多,对Ca-CaM低亲和力的CaM激酶Ⅱ使PPI自身去磷酸化,磷酸化与去磷酸化转换,导致净磷酸化和LTP。
对LTP对记忆的作用在神经电生理方面的知识很多，这里仅仅放一个冷泉港malinow lab 经典模型

Synaptic model proposed to explain long-term synaptic potentiation (LTP), a possible cellular substrate of learning and memory. In this model, excitatory synapses have either AMPA receptors (AMPA-R) and ***A receptors (***A-R), or only ***A receptors. LTP causes postsynaptic activation of protein kinases (PK) and the delivery of AMPA receptors to both types of synapses.

 3 LTP的分子机制--CaMKII （作者bluebacopa beckyhuang chenzhiyong2008）
CaMKII这个蛋白是个很特殊的蛋白，在脑内含量非常高，大约占总蛋白量的1-2%。 在突触部位的含量很高，并且是PSD（postsynaptic density）主要蛋白。但这个蛋白最特殊之处是其具有自身调节能力，仿佛自己本身就是一个具有学习记忆的功能。

让我们看看这个蛋白的“光辉形象”。从外部看这个蛋 白的形状象两片重叠在一起的雪花，12个亚基（subunit）形成一个双层的六角形，12个亚基排列 的非常规则。除了这个美丽动人的外表之外，这个蛋白作为与学习记忆,与LTP密切相关的重要蛋白之一，有着她自己独特的分子生物学特性---自身具有记忆 功能。
CaMKII有四种亚型（isoform），分别为α，β，γ，δ，其中以α，β在脑内的含量最高。这里我只说α亚型，也就是αCaMKII的故事。

说到分子结构，首先要知道的就是这个分子有几个结构域（domain） 。αCaMKII的每一个亚基有四个结构域，一个催化活性结构域，自身抑制结构域，自身磷酸化结构域，一段Self-association domain（包含一段自由可变区）。催化活性域由底物结合位点，具有催化活性，这一结构域具有催化磷酸转移酶反应的作用；Self- association domain是多个亚基互相结合不可缺少的，我想不需要过多的讨论。但这个蛋白的自身抑制结构域和自身磷酸化结构域非常特殊，咳，咳，注意了，你可以忽略 刚说的这一段让人感觉很枯燥的话，但不要忽略下边一段。

刚说了，这个蛋白分子有一个催化活性结构域，但由于有自身抑制结构域的存在，在正常的情况下催化活性结构域并没有催化活性。自身抑制结构域的作用就像是一 把锁，在自身抑制结构域内有一段蛋白结构和CaMKII的催化底物结构相似，这个假催化底物区占据催化域中的底物结合位点（S-site）, 使酶无法和底物结合，抑制其磷酸激酶活性。开这把锁的钥匙就是“钙离子/钙调蛋白复合物”，当细胞受到高频刺激，NMDA受体开放，钙离子内流，细胞内钙 离子浓度增高，就有了开锁的钥匙了。不过这把锁很怪，一旦打开了，就很难再锁上了，总开着。是因为和钙离子/钙调蛋白结合以后，“锁区”---自身抑制结 构域中的T-site中的一个氨基酸位点（Thr286）被相邻的亚基磷酸化，邻近结构发生变化，不再能够和S-site结合了。这时即便是细胞内的钙离 子已经降低了，由于相邻亚基的互相磷酸化作用，这个CaMKII一直处于活化状态（记忆？）。CaMKII的分子记忆功能就表现在这里：她自己能够“记住 ”曾经和钙离子/钙调蛋白复合物结合过，并且这个记忆可以保持一段时间（几分钟到一小时，对分子来说已经很长了）。

CaMKII在细胞内有3种不同程度的活化状态：

a. 不包括自身磷酸化的活化状态：受到的刺激比较弱，12个亚基中的某一个或两个不相邻的亚基和钙离子/钙调蛋白短暂结合而活化， 0.1s -0.2s后失活。（0.1s -0.2s正好是钙调蛋白和CaMKII的解离时间常数）
b. 自身磷酸化状态：受到的比较强的刺激的时候，钙离子升高的时间和幅度都增大，同一个全酶（holoenzyme）结构中的至少两个亚基和两个钙离子/钙调 蛋白复合体结合。一个钙离子/钙调蛋白复合体激活一个亚基A ，同时另一个钙离子/钙调蛋白复合体激活相邻的亚基B并引起亚基B的变构，使Thr286暴露出来，被亚基B被亚基A激活，然后亚基B可以进一步激活亚基 C,直到整个全酶的12个亚基都被活化。一旦被激活后，即使是细胞内的钙离子水平已经下降到正常水平，CaMKII还可以继续保持活化状态。这种活性状态 可以持续几分钟，直到Thr286位点去磷酸化失活。
c. 第三种状态：自身磷酸化的过程经常和去磷酸化过程同时存在，但当细胞受到的外界刺激很强时，自身磷酸化的速率大于去磷酸化的速率，CaMKII蛋白表现为 长时间持续活化状态。

敲除了脑内一个蛋白--CaMKII，彻底抑制了 LTP的诱导，同时发现动物的空间学习记忆功能严重受损。证明了CaMKII在 LTP的诱导和学习记忆中的作用，从CaMKII的特殊分子特点可以推断出，下一步就是需要证明CaMKII的这一特殊分子特点（Thr286位点磷酸化 引起的自身磷酸化）在LTP和学习记忆中的作用了。这时Alcino Silva已经在冷泉港实验室建立了自己的实验室，后来的结果证明是，只需改变CaMKII蛋白中的的一个氨基酸，就足以对LTP和学习记忆产生影响了。

3 关于突触链接的相关蛋白，这里也简单放一张图，作为背景了解（作者chenzhiyong2008） Synaptic Proteins at the Synaptic Junction 

The postsynaptic density (PSD) is a submembranous structure at the postsynaptic membrane mainly at the excitatory synapses. The neurotransmitter receptors are assembled and fixed at the PSD, and several molecules implicated in thesynaptic plasticity are also enriched. PSD-95/synapse-associated protein (SAP) 90 is involved in the molecular organization of these components of the PSD and essential for learning and memory. The common feature of these postsynaptic proteins is that they have PSD-95/Dlg/ZO-1 (PDZ) modular domains for protein-protein interaction. PDZ domains of these proteins directly recognize the C termini of their target proteins and are believed to play a central role in targeting and clustering of receptors to propersynaptic membranes
2007年UNC-Duke大学的研究员建立小鼠模型，发现AS的小鼠CaMKII含量低下，导致 Long-Term Potentiation (LTP)长时程突触增强的抑制。对于CaMKII的研究2008年被评为Scientific Highlight of the Year（Nat Neurosci 2007, 10:280-282）

Motor performance. AS mice show impaired motor performance when tested on the rotarod compared to their wild type littermates, which is rescued when the mice are crossed with mice that have a mutation in the CaMKII gene, resulting in less inhibition of CaMKII (AS/CaMKII-305/6 /-).

Learning of the hidden platform watermaze. Shown are the color plots of the probe trial, indicating where the mice spent most of their swimming time searching for the platform. The black dashed circle indicates the position of the platform during training. AS mice show impaired hippocampal learning at the probe trial given at day 6 compared to their wild type littermates. This impairment in spatial learning is rescued when crossed with the CaMKII-305/6 /- mice, indicating that this learning deficit is a result of increased phosphorylation of CaMKII at Thr305/306.

Synaptic plasticity in AS mice. AS mice show impaired Long-Term Potentiation (LTP), which again is restored to Wild-type level when crossed with CaMKII-305/6 /- mice.
5
2009年5月，UNC-Duke大学的研究员研究暴露光或黑暗中的小鼠视觉区如何形成新的脑细胞突触连接。结果表明，正常小鼠的脑细胞具有可塑性，可适应视觉的变化，而脑细胞Angelman综合征模型小鼠不能形成新的突触连接。也就是说，AS的患者因CaMKII变异导致 LTP抑制，进而幼年发育时期不能形成为新的神经突触。因为神经突触没有可塑性，所以有严重的智力障碍。May 10 in Nature Neuroscience.

Pyramidal cell with staining. A type of neuron found in the cerebral cortex, the hippocampus and amygdala. These are the primary excitation units of the prefrontal cortex and spinal tract in mammals. Recent studies on pyramidal neurons have focused on topics ranging from neuroplasticity to cognition. (Credit: Image provided by Ben Philpot lab)

写到这里的感慨，
 1
像天使一样，纯粹的微笑，单纯的快乐，这样的人，任何人都会被吸引吧。但是，如果说代价是永久严重的智力障碍，又有几个人愿意成为那样的天使？换个角度讲，如果人能够纯粹的活着，不去介意一切的烦扰，是不是就会自然呈现出天使的微笑？可是赤子之心，说道容易，能够做到的，又有几个? 命运就是让一个个灵魂逐渐的经历、承受、体验快乐和悲伤，最后变得成熟而终结于死亡。如若能放开一切，回归本源，是否最后剩下的就是这样透明而纯粹的快乐？
2
恶搞的进一步推理：
已知：天使=快乐+爱 
           语言障碍=无语  癫痫=抽风 智力障碍=傻瓜
           天使+病 =快乐+智力障碍+语言障碍+癫痫
合并“天使”“快乐”的同类项可得        有病 =语言障碍+智力障碍+癫痫+爱 ；
即：有病 =傻瓜+无语+抽疯+爱
嗯，我承认，我是一个像傻瓜一样不爱说话，喜欢疯狂做事内心充满浓浓爱的感动的人。 被你们发现了，千万别告诉我老妈。
3
下次我遇到我讨厌的人，我一定这样说，“你真是个天使”，丫的肯定不知道我是骂人~~~这就是知识的力量（我邪恶的笑）。
4
有人进一步问我，怎么选题阿写这些，老实说，我也不知道，刚好找到这张图，我觉得老米（Michelangelo 米开朗基罗）这话说得挺有道理的。确实，创作只不过是让自己内心地感动通过努力让其他人也能感知到而已。就用这句话作为这篇文章的结语。
 ”据