利鈉肽系統(tǒng)基因變異與高血壓病的研究進(jìn)展

鄭曉軍 崔翰斌

●綜 述

利鈉肽系統(tǒng)基因變異與高血壓病的研究進(jìn)展

鄭曉軍 崔翰斌

近30年來，對(duì)利鈉肽系統(tǒng)及其相關(guān)基因的研究日益豐富，發(fā)現(xiàn)利鈉肽具有多重生物學(xué)效應(yīng)，包括利尿、利鈉、擴(kuò)血管、維持血容量平衡和抑制交感神經(jīng)系統(tǒng)與腎素-血管緊張素系統(tǒng)，以及影響線粒體能量代謝、內(nèi)皮細(xì)胞功能和抗心肌重塑等作用；涉及高血壓病、冠心病、心力衰竭、心房顫動(dòng)、肺動(dòng)脈高壓和左心室肥厚等心血管疾病的病理生理機(jī)制。近年來，以利鈉肽系統(tǒng)基因研究為主，尤其是通過全基因組掃描方法來測(cè)定相關(guān)基因單核苷酸多肽性與心血管病的關(guān)系日益增多，本文旨在闡述利鈉肽系統(tǒng)基因變異與高血壓病的研究進(jìn)展。

1 利鈉肽系統(tǒng)的生物學(xué)特征和對(duì)血壓的調(diào)節(jié)

1.1 利鈉肽家族 包括心房利鈉肽（ANP）、腦鈉肽（BNP）和C型利鈉肽（CNP），分別由NPPA、NPPB和NPPC基因編碼；以及新近在樹眼鏡蛇中發(fā)現(xiàn)的利鈉肽和由腎臟分泌的尿鈉素。ANP、BNP和CNP的羧基末端均含有一個(gè)環(huán)形氨基酸序列，由兩個(gè)半胱氨酸提供殘基通過二硫鍵連接起來（圖1）。ANP、BNP和CNP前體分別主要由心房肌、心室肌和內(nèi)皮細(xì)胞合成，其他部位亦合成少量利鈉肽前體。利鈉肽前體的激活主要通過酶切降解，包括中性肽鏈內(nèi)切酶、雙肽蛋白水解酶Ⅳ、胰島素降解酶、絲氨酸蛋白酶和成對(duì)堿性氨基蛋白酶等，其作用位置各不相同（圖1）[1]。

1.2 利鈉肽受體的生物學(xué)特征 利鈉肽受體包括利鈉肽受體（NPRA）、利鈉肽受體B（NPRB）和利鈉肽受體C（NPRC），又分別稱為鳥苷酸環(huán)化酶A（GC-A）、鳥苷酸環(huán)化酶B（GC-B）和利鈉肽清除受體。NPRA、NPRB結(jié)構(gòu)相似，具有一個(gè)胞外配體結(jié)合結(jié)構(gòu)域、單次跨膜結(jié)構(gòu)域和胞內(nèi)GC結(jié)構(gòu)域，胞內(nèi)還有一個(gè)激酶同源結(jié)構(gòu)域，用于調(diào)節(jié)GC結(jié)構(gòu)域的活性。NPRC包含細(xì)胞外域和一個(gè)含37個(gè)氨基酸的細(xì)胞內(nèi)域。利鈉肽與利鈉肽受體的親和力并非一一對(duì)應(yīng)，在不同部位結(jié)合能力也是不同的。ANP、BNP可與NPRA結(jié)合，CNP與NPRB結(jié)合發(fā)揮作用；NPRC則可結(jié)合ANP、BNP和CNP，通過細(xì)胞內(nèi)化，經(jīng)胞內(nèi)溶酶體水解受體配體復(fù)合物而清除利鈉肽。

圖1 利鈉肽家族前體的結(jié)構(gòu)示意圖（NEP：中性肽鏈內(nèi)切酶；DPPIV：雙肽蛋白水解酶Ⅳ；IDE：胰島素降解酶；Corin：絲氨酸蛋白酶；Furin：成對(duì)堿性氨基蛋白酶）

1.3 利鈉肽系統(tǒng)對(duì)血壓的調(diào)節(jié) 利鈉肽系統(tǒng)對(duì)血壓的調(diào)節(jié)是比較復(fù)雜的，當(dāng)前還不是十分清楚。利鈉肽的生成受到血液動(dòng)力學(xué)和神經(jīng)體液的雙重調(diào)節(jié)。參與調(diào)節(jié)血壓的信號(hào)通路主要為環(huán)磷酸鳥苷（cGMP）、環(huán)磷酸腺苷（cAMP）和磷酸二酯酶（PDE）信號(hào)通路，并經(jīng)靶蛋白蛋白蛋白激酶G（PKG）、蛋白激酶C（PKC）和三磷酸肌醇（IP3）等對(duì)血管的舒縮、心肌舒縮和利鈉、利尿的影響而調(diào)節(jié)血壓（圖2）[1-3]。

2 利鈉肽系統(tǒng)基因變異與高血壓病

2.1 NPPA、NPPB、NPR1基因 人類NPPA、NPPB、NPR1基因均位于1號(hào)染色體,NPPA/NPPB基因位于p36.1, NPPA/NPPB基因間隔9.7kb，染色體空間上串聯(lián)相接；NPR1基因位于q21→q22；三者分別編碼Pre-ANP、Pre-BNP和NPRA。

對(duì)NPPA/NPR1基因敲除小鼠模型的研究，為證實(shí)利鈉肽系統(tǒng)調(diào)節(jié)血壓提供了充足的依據(jù)。NPPA基因敲除小鼠純合子突變型（NPPA-/-），血液循環(huán)和心房細(xì)胞中無ANP，通過喂以0.5%氯化鈉或2%氯化鈉的飲食，發(fā)現(xiàn)血壓升高8～23mmHg。雜合子突變型（NPPA+/-），血液ANP濃度和血壓在正常范圍，給標(biāo)準(zhǔn)鹽飲食喂養(yǎng)，血壓正常；但以含8%NaCl飲食喂養(yǎng)后，血壓升高27mmHg。這些結(jié)果表明NPPA基因缺陷，引起ANP表達(dá)減少，導(dǎo)致鹽敏感性高血壓，其機(jī)制是合成pre-ANP能力的障礙[4]。另外，NPR1基因敲除小鼠以正常鹽飲食喂養(yǎng)，可出現(xiàn)慢性血壓升高；而且這個(gè)血壓升高水平繼續(xù)升高或保持不變，與低鹽或高鹽飲食有關(guān)。故NPR1基因突變表明參與鹽敏感性高血壓。其機(jī)制一方面與NPRA信號(hào)通路調(diào)控，增加腎球旁細(xì)胞合成和釋放腎素，引起外周血管阻力增加有關(guān)；另一方面，可能是腎上腺素、腎素mRNA水平升高和ANGⅡ與醛固酮聚集導(dǎo)致高血壓[5-6]。相反地，轉(zhuǎn)基因小鼠ANP的過表達(dá)，可造成持續(xù)性低血壓，較非轉(zhuǎn)基因小鼠低25～30mmHg[7]，其機(jī)制可能是根據(jù)NPR1基因拷貝數(shù)決定腎血流量、腎小球率過濾、尿量和鈉的分泌[8]。因此，亦有對(duì)自發(fā)性高血壓小鼠給予外源性ANP研究，導(dǎo)致收縮壓持續(xù)下降，這為ANP治療人高血壓病提供了依據(jù)。

圖2 利鈉肽系統(tǒng)對(duì)血壓調(diào)節(jié)的示意圖

近期有關(guān)人類基因的基礎(chǔ)和臨床研究表明，NPPA、NPPB、NPR1基因多態(tài)性與高血壓病有關(guān)。研究發(fā)現(xiàn)，NPPA/NPPB基因rs5068、rs198358涉及增加血液利鈉肽濃度，與降低收縮壓、舒張壓有關(guān)，且降低患高血壓病的風(fēng)險(xiǎn)；在NPPA/NPPB基因位點(diǎn)的突變影響血液ANP和BNP濃度；順式作用基因突變影響利鈉肽水平，并因此成為個(gè)體間產(chǎn)生血壓增高和高血壓病差異的原因[9]。Katrina等[10]通過對(duì)1 810例血壓正常的急性冠狀動(dòng)脈綜合征患者進(jìn)行2.8年的跟蹤研究發(fā)現(xiàn)，NPPA rs 5068、rs5065、rs198358等位基因?yàn)榧兒献诱呋几哐獕翰〉牟〕谈獭Ａ硗?，在?duì)18 437例無高血壓病的白種人婦女進(jìn)行前瞻性研究，隨訪到48個(gè)月時(shí)，47.4%的納入者血壓升高；隨訪到9.8年時(shí)，29.6%發(fā)展為高血壓病。該研究發(fā)現(xiàn)NPPA基因rs5063、rs5065分布者減少血壓升高和降低隨之發(fā)展為高血壓病的風(fēng)險(xiǎn)，尤其是rs5063 AA型和rs5065最小C等位基因型具有更好的保護(hù)作用[11-12]。其可能的機(jī)制是NPPA rs5063、rs5065均可使pro-ANP活性增加，血ANP水平增高，通過舒張血管平滑肌，降低血管對(duì)內(nèi)皮素1和血管緊張素受體Ⅱ（ATⅡ）的縮血管反應(yīng)，選擇性的舒張入球小動(dòng)脈和抑制腎集合管鈉重吸收，直接抑制中樞神經(jīng)系統(tǒng)（SNS）和腎素-血管緊張素系統(tǒng)（RAAS）軸，直接抑制腎素釋放，減弱ATⅡ在腎小管和心肌的作用，使球狀帶喪失合成和釋放醛固酮功能，從而有效降壓[13-14]。有意思的是，Artur Fedorowski等[15]從反向角度出發(fā)，對(duì)38 970例歐洲人群進(jìn)行薈萃研究以了解血壓相關(guān)基因與低血壓的關(guān)系發(fā)現(xiàn)，NPPA/NPPB基因多態(tài)性rs17367504、rs198358和rs5068與血壓降低有關(guān)，并增加患低血壓的風(fēng)險(xiǎn)。在對(duì)210例高血壓患者與210例對(duì)照組的病例對(duì)照研究發(fā)現(xiàn)，NPR1 M341I C/C純合子基因型與原發(fā)性高血壓病有關(guān)[16]。此外，胰島素抵抗是高血壓病的發(fā)病機(jī)制之一。NPPA T2238C攜帶者與胰島素抵抗有關(guān)，推測(cè)NPPA T2238C有可能引起高血壓病[17]。然而，Rahmutula等[18]在對(duì)233例高血壓患者與213例對(duì)照組研究發(fā)現(xiàn)，NPPA T2238C多態(tài)性與原發(fā)性高血壓無關(guān)，需進(jìn)一步的研究來證實(shí)。

近期觀察到利鈉肽基因多態(tài)性與使用常規(guī)抗高血壓藥物降血壓療效之間存在著聯(lián)系。Amy等入選38 462例來自ALLHAT研究的高血壓患者，對(duì)其進(jìn)行隨機(jī)分組，并分別接受利尿劑、鈣拮抗劑、血管緊張素轉(zhuǎn)化酶抑制劑和α受體阻滯劑治療，發(fā)現(xiàn)NPPA T2238C變異影響抗高血壓藥物療效，最小C等位基因攜帶者接受利尿劑和TT等位基因型接受鈣拮抗劑治療時(shí)，對(duì)心血管疾病獲益更大。在對(duì)其進(jìn)一步按基因型分組治療，發(fā)現(xiàn)NPPA rs5065變異在接受氨氯地平片治療時(shí)，心血管疾病預(yù)后更好，這也是抗高血壓藥治療的真正目的[19-20]。當(dāng)然，需要更大樣本來證實(shí)按利鈉肽基因來指導(dǎo)抗高血壓藥物的療效。

2.2 NPPC、NPR2基因 人類NPPC基因，位于2號(hào)染色體q24-qter，NPR2基因位于9號(hào)染色體p12→p21，分別編碼CNP和NPRB。對(duì)人類NPR2基因結(jié)構(gòu)研究發(fā)現(xiàn)，在第2個(gè)內(nèi)含子內(nèi)的GT重復(fù)與高血壓病有密切聯(lián)系，并對(duì)該重復(fù)結(jié)構(gòu)研究，提示NPR2基因或附近基因在該位點(diǎn)上可能存在著連鎖不平衡遺傳現(xiàn)象。該延續(xù)研究發(fā)現(xiàn)，NPR2 N端第11個(gè)外顯子C-T堿基發(fā)生替換，第18個(gè)內(nèi)含子中有9個(gè)堿基插入/缺失，前者與高血壓病有關(guān)，后者則無關(guān)?？傊@兩個(gè)基因多態(tài)性為以后研究NPR2基因與心血管疾病的關(guān)系提供了為數(shù)不多的線索[21-22]。臨床研究表明NPPC基因3＇端非編碼區(qū)G2628A基因型與血壓有關(guān)，高血壓患者G2628A多態(tài)性出現(xiàn)AG和AA基因型頻率更高，而且對(duì)＜65歲的高血壓病患者意義更大[23]。綜合利鈉肽基因的研究顯示，NPPA rs5068和rs198358與高血壓有關(guān)，而NPPC和NPR2與血壓無關(guān)；但NPPC rs1107928、rs479651與血CNP、NTPro-BNP高濃度有關(guān)，NPPC rs479651與左心室末壓有關(guān)；NPR2 rs10758325變異發(fā)生左心室心肌梗死更少[10]。2.3NPR3基因 人類NPR3基因位于5號(hào)染色體p13→p14，編碼NPRC。對(duì)NRR3基因敲除小鼠研究顯示，減少利鈉肽的清除引起血壓降低[24]。在新近的兩項(xiàng)全基因組掃描研究中發(fā)現(xiàn)，NPR3-C5orf23為新的血壓調(diào)節(jié)位點(diǎn)，證實(shí)東亞人群和白種人人群NPR3-C5orf23多態(tài)性與調(diào)節(jié)血壓有關(guān)。其中，東亞人群NPR3 rs1173766收縮壓降0.63mmHg，P=1.98×10-8；白種人人群中NPR3 rs1173771收縮壓降 0.504 mmHg，P=1.8×10-16，舒張壓降0.261 mmHg，P=9.1×10-12[25-26]。最新發(fā)現(xiàn)NPR3-C5orf 23 rs1173771變異，由于調(diào)節(jié)血壓下降，使發(fā)生體位性低血壓的風(fēng)險(xiǎn)增加[15]。當(dāng)前，NPR3基因變異引起血壓降低的機(jī)制尚不完全清楚。NPR3基因非同義轉(zhuǎn)換可引起NPRC蛋白表達(dá)減少，導(dǎo)致利鈉肽清除的減少，誘發(fā)低血壓。研究發(fā)現(xiàn)，與野生型比較，NPR3 Arg146異構(gòu)體酶在翻譯過程中引起NPRC的錯(cuò)位折疊并失去穩(wěn)定性，誘導(dǎo)細(xì)胞自噬，造成利鈉肽降解，這種變異影響利鈉肽的代謝[27]。另外，在高血壓患者和具有高血壓家族史者中，發(fā)現(xiàn)NPR3啟動(dòng)子區(qū)域NPR3-55C＞A基因突變可減少脂肪組織利鈉肽清除受體表達(dá)，利鈉肽清除減少，導(dǎo)致血清利鈉肽濃度升高；并在高血壓病人群中證實(shí)，NPR3-55 AA基因型血清利鈉肽濃度亦更高，與早發(fā)型缺血性卒中有關(guān)聯(lián)[28]。期待更多相關(guān)研究來進(jìn)一步闡釋NPR3基因變異與高血壓發(fā)病機(jī)制。

高血壓病主要由遺傳因素和環(huán)境因素決定的，且其遺傳機(jī)制是由多基因遺傳因素參與。通過對(duì)利鈉肽系統(tǒng)基因變異的研究發(fā)現(xiàn)，其參與多個(gè)途徑的血壓調(diào)節(jié)，包括通過cGMP、cAMP和磷酸二酯酶信號(hào)通路等，調(diào)節(jié)血液利鈉肽濃度，從而發(fā)揮其利尿、利鈉、維持容量平衡和血管舒張等作用，對(duì)高血壓病的發(fā)生、發(fā)展起到保護(hù)作用。并且，已涌現(xiàn)利用利鈉肽基因變異來指導(dǎo)高血壓病的個(gè)體化治療?？傊?，通過對(duì)利鈉肽系統(tǒng)基因變異的研究進(jìn)展分析發(fā)現(xiàn)，對(duì)高血壓病的早期診斷和基因靶向的個(gè)體化治療，并對(duì)心血管疾病預(yù)后的判斷具有一定意義。

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2014-07-01）

（本文編輯：楊麗）

315211 寧波大學(xué)醫(yī)學(xué)院（鄭曉軍）；寧波市第一醫(yī)院心內(nèi)科（崔翰斌）