TOMM40基因多態(tài)性與阿爾茨海默病的相關性研究進展

王麗霞 綜述，楊 林審校

（大理學院附屬醫(yī)院神經(jīng)內(nèi)科，云南大理671000）

阿爾茨海默?。╝lzheimer′s disease，AD）是一種常見的與年齡相關的進行性神經(jīng)變性疾病。臨床上表現(xiàn)為記憶障礙、失語、失用、失認、視空間能力損害、抽象思維和計算力損害、人格和行為改變等［1］。以神經(jīng)炎性斑（neuritic plaques，NP）、神經(jīng)原纖維纏結（neur ofibrillary tangles，NFT）及腦血管淀粉樣變性（cerebrovascular amyloidosis，CAA）為典型病理特征。雖然AD的病因還未完全清楚，但隨著遺傳分子生物學的發(fā)展，人類開始從基因層面來尋找AD的發(fā)病機制。研究發(fā)現(xiàn)58%～79%的AD與遺傳因素有關［2］。全基因組關聯(lián)研究（genomewide association studies，GWAS）發(fā)現(xiàn)許多染色體區(qū)域很可能存在與AD有關的基因突變，目前只有載脂蛋白E（apolipoprotein E，ApoE）ε4等位基因在世界范圍內(nèi)得到了公認，但ApoEε4等位基因只占遲發(fā)型阿爾茨海默?。╨ate-onset alzheimer′s disease，LOAD）患者遺傳風險的42%［3］，其基因的多態(tài)性并不能完全解釋所有因染色體19q13等區(qū)域突變而引起的基因變異。因此，尋找更多的候選基因，對AD的基因診斷和治療至關重要。隨著研究的進行，有學者發(fā)現(xiàn)線粒體外膜轉移酶 40（translocase of outer mitochondrial membrane 40，TOMM40）基因多態(tài)性可增加 AD的易感性［4］。本文就TOMM40基因多態(tài)性與AD的相關性研究進展綜述如下。

1 TOMM40概述

TOMM40定位于19q13，是外膜轉移酶（translocase of the outer membrane，TOM）形成的復合體，是在蛋白進入線粒體的重要入口通道形成的亞基，它對于蛋白質(zhì)導入線粒體必不可少，與AD密切相關，其可變長度的多態(tài)性?？深A測LOAD的年齡［5］。線粒體是哺乳動物細胞內(nèi)惟一含有DNA的細胞器，是細胞內(nèi)氧化磷酸化和合成三磷酸腺苷（adenosine triphosphate，ATP）的主要場所，為細胞的活動提供了能量。線粒體包含37種基因：2種RNA，22種tRNA，其余基因編碼13種氧化磷酸化系統(tǒng)所需的蛋白質(zhì)。作為一種細胞器，線粒體功能及其DNA的復制、表達等同時受到核基因的調(diào)控［6－8］。此外，與線粒體有關的特定蛋白質(zhì)如DNA聚合酶，重組與修復所需的RNA聚合酶、氧自由基清除因子 Mn-SOD等均由核基因編碼，能夠正常輸入到線粒體是這些蛋白發(fā)揮其重要作用的前提。近年來，研究發(fā)現(xiàn)線粒體功能異常在神經(jīng)系統(tǒng)疾病中起重要作用［9］。因此，維持蛋白質(zhì)導入線粒體功能的TOMM40在相關疾病發(fā)病機制中的作用越來越受到重視。

2 TOMM40基因在AD中的作用機制

核基因編碼線粒體蛋白質(zhì)向線粒體的輸入需要線粒體外膜轉移酶（TOMM）如TOMM20、TOMM40、TOMM70等和線粒體內(nèi)膜轉移酶（TIMM）如TIMM23、TIMM44等的參與［10］。前體蛋白首先錨定于前導肽受體TOMM20或TOMM70，再經(jīng)主要由TOMM40組成的通道轉運到線粒體內(nèi)。隨后TIMM及分類組裝裝置將蛋白引導到內(nèi)膜、外膜、基質(zhì)或膜間隙發(fā)揮作用。同時，TOMM40是TOMM復合體中最主要的元素。有學者進行TOMM40對酵母菌的影響研究時發(fā)現(xiàn)，在TOMM復合體所有的組成元素中，TOMM40是酵母菌維持其生長力惟一嚴格必需的基因，在生長狀態(tài)下，TOMM40的缺失可以導致酵母菌產(chǎn)生致命性的表型［11］。另外，線粒體是機體能量產(chǎn)生的中心，是氧化磷酸化和合成ATP的場所，在產(chǎn)生能量的同時也產(chǎn)生大量的氧自由基，大部分內(nèi)源性活性氧簇（reactive oxygen species，ROS）都是由線粒體內(nèi)產(chǎn)生。TOMM40的異常表達將直接影響到線粒體蛋白質(zhì)輸入功能，導致核編碼蛋白質(zhì)向線粒體轉運受阻，從而不能進入線粒體發(fā)揮正常作用，最終導致線粒體功能障礙，產(chǎn)生更多的氧自由基，形成惡性循環(huán)［12－13］，影響腦組織正常功能。

3 TOMM40的單核苷酸多態(tài)性（single nucleotide polymorphisms，SNPs）與AD的相關性研究

3.1 TOMM40和APOE 20年前，首次發(fā)現(xiàn)了APOE基因型與AD相關。Strittmatter等［14］通過從30個家庭，91名未進行年齡匹配的人群中選出30例AD患者，通過基因分析發(fā)現(xiàn)APOEε4等位基因存在顯著差異（P＝0.01）。且這些差異很容易在生物學研究中進行復制、觀察，特別是GWAS的問世使這個特殊的遺傳關系可以在不同人群的研究中被證實。此外，自從第1個AD全基因組的相關性研究開始以來，不斷發(fā)現(xiàn)位于19號染色體上的APOE基因附近的位點表現(xiàn)出與AD有密切的聯(lián)系［15］。事實上，不僅僅是在APOE內(nèi)特定染色體的遺傳變異表現(xiàn)出與AD相關，在這些基因周圍的SNPs位點也呈現(xiàn)與AD有較強的相關性。因此，整個19號染色體區(qū)域均顯示與AD的關聯(lián)性。

3.1.1 當Roses等［16］用系統(tǒng)發(fā)育分析方法評估相關基因位點對于AD的風險后，在19號染色體上存在的AD風險基因（超越了APOE多態(tài)性）的相關討論又再次開始。在對APOE深度測序后，她們通過小樣本研究分析得出不同的進化分支可以通過一個重復位于TOMM40內(nèi)含子的聚-T形態(tài)來區(qū)分，長聚-T與增加AD發(fā)展的風險以及減小發(fā)病的年齡均有關。另外，在與AD遺傳研究相關的AlzGene數(shù)據(jù)庫中的近700個優(yōu)選候選基因里，只有不到15個基因被認為是AD的真正易感基因［17］。因此，TOMM40被認為是一個優(yōu)選的 AD候選基因。

3.1.2 學者們常進行一些小樣本研究來探究APOE和AD相關的基因在遺傳變異中到底扮演什么角色。但Cruchaga等［18］通過近2 500例樣本進行研究評估發(fā)現(xiàn)，TOMM40聚-T的重復與AD發(fā)展的顯著關聯(lián)性在原始報告中曾出現(xiàn)過陰性結果，AD與發(fā)病年齡沒有確切的關聯(lián)。這個問題在Jun等［19］對APOE相關區(qū)域的SNPs與AD的關聯(lián)進行評價，并嘗試通過進行相關復制來研究TOMM40聚-T rs10524523與AD的發(fā)病風險和年齡的關系。為此，他們使用一系列的條件Logistic回歸模型和生存分析對一個樣本數(shù)超過10 000且控制條件也超過10 000項的大型隊列進行研究。調(diào)整模型的APOE基因型后，在APOE相關區(qū)域中，AD和任何SNPs的研究并沒有表現(xiàn)出他們有顯著獨立的相關性。通過統(tǒng)計結果，很難得出TOMM40的遺傳和APOE在AD發(fā)展的風險和發(fā)病年齡間的獨立關系。

3.2 TOMM40基因的SNPs

3.2.1 Lyall等［20］發(fā)現(xiàn) TOMM40rs10524523獨立于 APOE與AD早期病理改變相關，認為其基因位點的重復可能影響大腦白質(zhì)的完整性。Roses等［21］發(fā)現(xiàn)TOMM40內(nèi)含子6的rs10524523位點的多態(tài)性、多聚-T與AD的發(fā)病年齡相關。Ma等［22］對TOMM40多態(tài)性與LOAD在中國北方漢族人群中的關系進行了調(diào)查分析，通過觀察3個SNPs位點（rs157580、rs2075650和rs11556505）與 LOAD的風險發(fā)現(xiàn)，TOMM40多態(tài)性可能在中國漢族人群的LOAD發(fā)病機制中扮演一定的角色。

3.2.2 但Bagnoli等［23］對 TOMM40在意大利的 AD和額顳葉癡呆患者中的多態(tài)性進行調(diào)查分析，通過觀察3個SNPs（rs157580、rs2075650和rs157581）發(fā)現(xiàn)，TOMM40多態(tài)性與APOE有關聯(lián)，并未發(fā)現(xiàn)TOMM40獨立于APOE成為LOAD的風險因素。Bernardi等［24］調(diào)查研究發(fā)現(xiàn)，在家族性AD群體中，在TOMM40（rs10524523）基因的影響下，AD的發(fā)病年齡略有差異，但是要排除該差異由附近的其他基因變異引起也尤為困難。

4 小 結

總之，目前對于TOMM40的SNPs與AD的相關性研究有2種不同觀點。部分學者認為TOMM40SNPs與AD發(fā)病相關，可以解釋為：（1）TOMM40與APOE的強連鎖不平衡，即TOMM40促使AD特征性的病理改變NP、NFT的形成；（2）TOMM40SNPs可直接導致能量代謝障礙、氧化應激損傷等線粒體功能障礙表現(xiàn)。而另一部分學者則認為TOMM40在AD發(fā)展中不能得出明確的獨立關系，對研究中出現(xiàn)的陰性結果［25］，有3種可能解釋：（1）在19號染色體區(qū)域內(nèi)還存在其他的重要致病基因；（2）APOE可調(diào)控區(qū)域內(nèi)的遺傳變異增加了患AD的風險；（3）這些相關性可能只是簡單地反映在這些區(qū)域的強連鎖不平衡，即該區(qū)域的序列變異共同的作用，于是AD在顯示出與APOEε4相關聯(lián)的同時也顯示出了與鄰近區(qū)域的TOMM40等基因序列變異的多態(tài)性相關聯(lián)。

隨著GWAS的完善，AD發(fā)病機制中線粒體功能障礙學說的相關研究逐漸增多，國外已有較多學者對TOMM40基因多態(tài)性與AD的相關性進行研究，但因結果的不確定性，仍未能將相關基因位點的檢測運用到AD的基因診斷、預后評估和治療策略中，且國內(nèi)相關報道較少。因此，TOMM40的SNPs與AD有怎樣的相關性，以及如何指導臨床工作，有待進一步探討。

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