常染色体显性遗传的脊髓小脑性共济失调具有遗传异质性，最具特征性的基因缺陷是扩增的cag三核苷酸重复编码多聚谷氨酰胺通道，该通道在功能不明蛋白和神经末梢上发现的p/q型钙通道αda亚单位上；其他类型突变包括ctg三核苷酸（sca8）和attct四核苷酸（sca10）重复序列扩增，在许多病例中这种扩增片断的大小与疾病严重性有关，且年龄愈小，病情愈重。scas基因突变改变蛋白的性质，实质无法被正常加工，异常加工的片断与一种参与非溶酶体降解的缺陷蛋白泛素结合，共同以蛋白酶体的符合体形式转运至核内，推测这种核内蛋白聚集可影响细胞核的功能。每种sca亚型基因位于不同的染色体，有不同的大小和基因突变部位，例如，sca1基因位于染色体6q22－23，基因组跨度450kb，cdna长11kb，含9个外显子，编码816个氨基酸残基组成ataxia－1蛋白，该蛋白位于细胞核，cag突变位于8号外显子，，扩增拷贝数为40－83，正常人为6－38。sca3（mjd）是我国最常见的sa亚型，基因位于14q24..3－32，至少含4个外显子，编码960个氨基酸残基组成ataxia－3蛋白，分布细胞地中，cag突变位于4号外显子，扩增拷贝数为61－89，正常人为12－41。尽管sca有共同的基因突变机制，导致各亚型临床表现雷同，但仍有差异，如有的伴眼肌麻痹，有的伴视网膜色素变性，病理损害部位和程度也不相同，提示除了多聚谷氨酰毒性作用外，其他因素可能也参与发病。
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