老年心血管疾病的遺傳學(xué)研究現(xiàn)狀

索樹(shù)珍 王鳳玲 隋小芳 李雪杰 楊 澤

心血管疾病(CVD)是一組涉及循環(huán)系統(tǒng)、神經(jīng)系統(tǒng)和外周血管疾病的多基因復(fù)雜疾病。它是全世界范圍內(nèi)導(dǎo)致人類死亡主要原因，據(jù)估計(jì)全世界每年大約有1700 萬(wàn)人死于心血管疾病，占所有死亡人數(shù)的30%［1］。遺傳因素在幾乎所有心血管疾病的發(fā)病風(fēng)險(xiǎn)中起著重要的作用。自2007 年以來(lái)，隨著人類基因組計(jì)劃和基因組單倍體圖譜計(jì)劃的完成，一種新的性狀遺傳分析策略-全基因組關(guān)聯(lián)分析(genome wide association study，GWAS)應(yīng)運(yùn)而生，它成為目前研究復(fù)雜疾病的主要方法。近年來(lái)，研究復(fù)雜性疾病遺傳變異有效的研究策略--全基因組關(guān)聯(lián)分析(GWAS)發(fā)現(xiàn)了許多與該病相關(guān)的基因，人們通過(guò)GWAS 研究探索心血管疾病的易感基因或保護(hù)基因付出了巨大的努力，同時(shí)也取得了豐碩成果。這不僅極大地推動(dòng)了CVD 分子遺傳學(xué)研究進(jìn)展，而且為未來(lái)的轉(zhuǎn)化醫(yī)學(xué)研究和臨床實(shí)踐奠定了基礎(chǔ)。

1.研究策略的轉(zhuǎn)變

最早發(fā)展起來(lái)的多基因病的易感位點(diǎn)篩查以候選基因關(guān)聯(lián)分析為主。即以基因的功能變異為靶點(diǎn)，分析基因內(nèi)部所有變異的等位基因頻率在病例組和對(duì)照組中是否有統(tǒng)計(jì)學(xué)差異。雖然也取得了一些成績(jī)，發(fā)現(xiàn)了PCSK9，APOE，MEF2A，LRP6D［2］等多個(gè)CVD 易感基因。但是，CVD 是一種典型的由多基因控制的多表型分布的遺傳性復(fù)雜疾病，而通過(guò)候選基因研究策略發(fā)現(xiàn)的易感基因或突變僅可解釋少數(shù)CVD 的發(fā)生原因，并且需要在研究之前提出假設(shè)，即需要預(yù)先依據(jù)某些尚未充分闡明的生物學(xué)基礎(chǔ)來(lái)假設(shè)某些特定的基因或位點(diǎn)與疾病相關(guān)，很難發(fā)現(xiàn)罕見(jiàn)新變異，因此需要新的遺傳分析方法對(duì)CVD 等復(fù)雜疾病的遺傳發(fā)病機(jī)制進(jìn)行研究。

隨著基因分型技術(shù)的飛躍發(fā)展和人類基因組計(jì)劃及基因組單倍體圖譜計(jì)劃的順利完成，一種新的遺傳分析策略即全基因組關(guān)聯(lián)分析(GWAS)應(yīng)運(yùn)而生，成為目前研究多基因復(fù)雜性狀的主要方法。GWAS 是通過(guò)對(duì)人類基因組中數(shù)以百萬(wàn)計(jì)的SNPs 進(jìn)行病例-對(duì)照關(guān)聯(lián)分析，來(lái)發(fā)現(xiàn)與復(fù)雜性疾病發(fā)生相關(guān)的遺傳標(biāo)記。它不僅可以評(píng)價(jià)已知基因的遺傳效應(yīng)，還能發(fā)現(xiàn)更多新的易感基因。

自2005 年Science 雜志首次報(bào)道了視網(wǎng)膜黃斑變性的GWAS 結(jié)果以來(lái)，生物醫(yī)學(xué)界此后陸續(xù)展開(kāi)一系列GWAS 研究。截至到2015 年3 月，已有1000 多項(xiàng)研究報(bào)道了包括CAD、腦卒中、糖尿病等在內(nèi)的222 個(gè)多基因復(fù)雜疾病的研究結(jié)果［3］，這些研究不僅重復(fù)驗(yàn)證了過(guò)去已發(fā)現(xiàn)的關(guān)聯(lián)位點(diǎn)，而且還篩選出了很多新的基因變異，這些研究成果極大地促進(jìn)了多基因復(fù)雜性疾病CVD 的遺傳學(xué)研究進(jìn)展。

2.冠心病和心肌梗死(CAD/MI)

冠心病及其重要并發(fā)癥如心肌梗死，是最常見(jiàn)的心血管疾病，也是由環(huán)境和遺傳因素相互作用的遺傳性疾病，是世界十大“疾病殺手”之一。在我國(guó)，CAD/MI 的死亡率逐年上升，每年有超過(guò)70 萬(wàn)人死于CAD/MI，嚴(yán)重威脅人類健康。

由于CAD/MI 一直是GWAS 研究的熱點(diǎn)，所以關(guān)于CAD和M I 的GWAS 研究較多。自2007 的三個(gè)里程碑的研究，AnnaHe.lg.adottir、病例控制協(xié)會(huì)(WTCCC)和SamaniN 等［4］的GWAS 研究發(fā)現(xiàn)了常染色體區(qū)域9p21.3 的一個(gè)變異位點(diǎn)和高加索人群CAD/MI 有關(guān)。2009 年2 月，MI 遺傳學(xué)研究協(xié)會(huì)在全基因組范圍篩選MI 相關(guān)SNP 位點(diǎn)，發(fā)現(xiàn)了3 個(gè)新的相關(guān)易感位點(diǎn)(21q22，6p24 和2q33)。2011 年3 月，全球聯(lián)盟Schunkert［5］對(duì)來(lái)自20000 多的CAD 病例和60000 例對(duì)照的GWAS 數(shù)據(jù)進(jìn)行薈萃分析，發(fā)現(xiàn)13 個(gè)新的CAD 風(fēng)險(xiǎn)相關(guān)變異位點(diǎn)并驗(yàn)證了10 個(gè)之前報(bào)道的與CAD 有關(guān)的變異位點(diǎn)。同年Wang F 等通過(guò)多階段多中心GWAS 研究，發(fā)現(xiàn)兩個(gè)與中國(guó)漢族人群CAD 發(fā)病風(fēng)險(xiǎn)相關(guān)的已報(bào)道位點(diǎn)9p21.3 和新位點(diǎn)6p24.1。

在這些研究結(jié)果中，目前已經(jīng)證實(shí)染色體9p21.3 區(qū)域的變異位點(diǎn)在CAD/ MI 的發(fā)病風(fēng)險(xiǎn)中起著重要的作用，是目前關(guān)聯(lián)最強(qiáng)并且能夠復(fù)制出的CAD/ MI 遺傳風(fēng)險(xiǎn)效應(yīng)位點(diǎn)。這個(gè)9p21 位點(diǎn)僅包含一個(gè)很長(zhǎng)的非編碼RNA 區(qū)域，被稱作ANRIL (INK4 基因座中反義非編碼RNA)。研究人員正在積極調(diào)查這非編碼RNA 在動(dòng)脈粥樣硬化的作用。McPherson R等在對(duì)該9p21.3 區(qū)域的基因變異的可能機(jī)制研究時(shí)，發(fā)現(xiàn)該9p21.3 變異與CAD/MI 的病理聯(lián)系與INF-1 的微調(diào)節(jié)反應(yīng)無(wú)關(guān)［6］。

3.缺血性腦卒中(IS)

腦卒中是目前導(dǎo)致全球死亡的第四大原因和成人殘疾的主要原因。在美國(guó)每年近80 萬(wàn)人患有腦卒中。據(jù)統(tǒng)計(jì)［7］，在中國(guó)每年約150～200 萬(wàn)人新發(fā)腦卒中，大多數(shù)的腦卒中(87%)是缺血性腦卒中［8］。缺血性腦卒中與MI/CAD 具有相同危險(xiǎn)因素，如高血壓、高血脂、糖尿病、肥胖和炎癥。另一個(gè)風(fēng)險(xiǎn)因素是腦卒中或心肌梗死家族史，表明遺傳因素對(duì)腦卒中也有影響。

到目前為止，GWAS 用于腦卒中遺傳學(xué)上的研究較少。2007 年Matarin 等［9］首次公布了關(guān)于缺血型腦卒中的GWAS研究結(jié)果。雖然最初他們對(duì)249 個(gè)IS 和268 個(gè)對(duì)照的隊(duì)列樣本進(jìn)行分析，檢測(cè)了超過(guò)40 萬(wàn)種的SNP，但未發(fā)現(xiàn)與腦卒中相關(guān)的基因風(fēng)險(xiǎn)變異。他們后續(xù)通過(guò)對(duì)一些有意義的SNP與腦卒中亞型分析發(fā)現(xiàn)，選擇性表達(dá)基因l(APEGl)和心源性栓塞型腦卒中的相關(guān)性。同年，Kubo 等研究了蛋白激酶cη(PKCη)家族的一個(gè)成員—PRKCH 基因的一個(gè)SNP，與腔隙性腦梗死相關(guān)。隨后這些研究證實(shí)SNP1425G/A 是腦卒中的常見(jiàn)遺傳學(xué)風(fēng)險(xiǎn)因素，并與PRKCH 基因變異在動(dòng)脈硬化疾病中的作用相吻合。2009 年國(guó)際卒中遺傳聯(lián)盟(ISGC)研究發(fā)現(xiàn)，染色體9p21 位點(diǎn)上的6 個(gè)SNP 是動(dòng)脈粥樣硬化性缺血性卒中的獨(dú)立風(fēng)險(xiǎn)因素并隨后對(duì)該變異導(dǎo)致IS 可能機(jī)制及臨床應(yīng)用進(jìn)行了深入研究［10］。衰老基因組流行病學(xué)研究聯(lián)盟(CHARGE)一項(xiàng)研究結(jié)果顯示，染色體12p13 上的一個(gè)基因位點(diǎn)增加了卒中發(fā)病風(fēng)險(xiǎn)。該研究隨后對(duì)四個(gè)大樣本隊(duì)列人群GWAS 研究進(jìn)行了Meta 分析，包括19602 個(gè)白人(1544 例初發(fā)卒中，包括1164 個(gè)IS)，并將該結(jié)果在隨后的黑人和白人人群隊(duì)列中成功復(fù)制。另外一個(gè)在亞洲人群中的研究顯示，CELSR1 是日本人群IS 的易感基因，但在非日本人群中沒(méi)有得到證實(shí)［11］。

由于IS 是由不同病因和發(fā)病機(jī)制構(gòu)成的一組臨床綜合征，只有某一特定亞型的IS 才有可能存在相關(guān)特異基因，因此，針對(duì)IS 亞型的特異性相關(guān)基因的研究越來(lái)越受到重視。一項(xiàng)1661 例IS 病例和10815 例對(duì)照的研究發(fā)現(xiàn)，染色體4q25 上一個(gè)與轉(zhuǎn)錄因子PITX2(pituitary homeobox 2)相鄰位點(diǎn)的基因與心源性卒中有關(guān)。隨后一項(xiàng)研究證實(shí)，染色體16q22 上的ZFHX3 基因也和心源性卒中相關(guān)［12］。Traylor M等近期對(duì)一個(gè)納入了包括12389 個(gè)病例和62004 個(gè)對(duì)照的15個(gè)歐洲裔人群進(jìn)行Meta 分析，進(jìn)一步證實(shí)PITX2 和ZFHX3與心源性卒中明顯相關(guān)，并且發(fā)現(xiàn)9p21 位點(diǎn)和組蛋白去乙酰化酶9(HDAC9)參與了大血管卒中的發(fā)?。?3］。另一項(xiàng)由ISGC 參與的歐洲人群的研究也得出了相似結(jié)果［14］。而英國(guó)倫敦國(guó)王大學(xué)的研究人員發(fā)現(xiàn)ABO 基因變異與大血管和心源性卒中相關(guān)，但與小血管病無(wú)關(guān)［15］。除歐洲人群外，ISGC 分析了來(lái)自澳大利亞的1162 例IS 患者，發(fā)現(xiàn)在6p21.1 位點(diǎn)的rs556621 片段與大動(dòng)脈粥樣硬化性卒中相關(guān)［16］。之后在10個(gè)獨(dú)立人群的1715 例大動(dòng)脈粥樣硬化型卒中和52695 例對(duì)照中重復(fù)了這一結(jié)果。

總之，大部分關(guān)于中風(fēng)的遺傳研究已經(jīng)在北美和歐洲高加索人中完成，這些研究說(shuō)明不同的卒中亞型之間其發(fā)病機(jī)制不同。提示不同卒中亞型有各自獨(dú)立的相關(guān)致病基因，亞型特異基因?yàn)樽渲械倪z傳學(xué)研究奠定了一個(gè)新的里程碑。

4.轉(zhuǎn)化醫(yī)學(xué)的應(yīng)用前景

轉(zhuǎn)化醫(yī)學(xué)(translational medicine)是近年來(lái)國(guó)際醫(yī)學(xué)領(lǐng)域出現(xiàn)的新概念，它是探討如何更有效、更快捷地從試驗(yàn)臺(tái)到病床旁的一門學(xué)科，又稱B2B (beside to bedside)，是建立在基因組遺傳學(xué)基礎(chǔ)上的現(xiàn)代醫(yī)學(xué)。GWAS 研究使得越來(lái)越多的與CVD 發(fā)生、發(fā)展相關(guān)的易感基因或位點(diǎn)被發(fā)現(xiàn)，這使得人們對(duì)于CVD 有了更為深入的認(rèn)識(shí)，這也為科學(xué)家們帶來(lái)了新的挑戰(zhàn):那就是如何將CVD 的分子遺傳學(xué)研究結(jié)果應(yīng)用到臨床實(shí)踐中去。一個(gè)令人鼓舞的典范就是基于PCSK9 基因變異PCSK9 抑制劑的藥物治療，該藥物通過(guò)單克隆抗體合成，可以降低患者LDL-C，從而達(dá)到預(yù)防和治療CAD/MI 的目的，該藥已經(jīng)順利完成Ⅰ期和Ⅱ期臨床測(cè)試階段［17］。一個(gè)直接的應(yīng)用就是利用基因診斷對(duì)可能的CVD 高?；颊哌M(jìn)行篩查，從而及早給予生活方式和藥物等干預(yù)，使其收益。最近，美國(guó)和歐洲心臟協(xié)會(huì)達(dá)成一項(xiàng)共識(shí)，建議心臟電子傳導(dǎo)障礙疾病和心肌病患者進(jìn)行基因測(cè)試，使得基因檢測(cè)已廣泛應(yīng)用于單基因CVD 疾病如肥厚性心肌病、QT-間期延長(zhǎng)綜合征和類似中風(fēng)發(fā)作等篩查、診斷和治療中。但是不建議應(yīng)用于多基因CVD 疾病，因?yàn)槔眠z傳標(biāo)記是否可以全面評(píng)估這些疾病仍需要進(jìn)一步研究，繼而人們轉(zhuǎn)向其他可能的臨床應(yīng)用途徑。

2008 年Wingrove JA 等研究發(fā)現(xiàn)23 個(gè)基因在人外周血中表達(dá)量與冠狀動(dòng)脈粥樣硬化程度相關(guān)，提示這些基因的表達(dá)水平可以預(yù)測(cè)CAD 的發(fā)病程度。隨后，Eric J.Topol 等聯(lián)合美國(guó)30 個(gè)研究中心共同建立了PRDICT 研究，結(jié)果顯示單獨(dú)的基因表達(dá)水平評(píng)分系統(tǒng)(GES)就能有效地預(yù)測(cè)CAD 的粥樣硬化程度。而Daniels SE 等［18］于2014 年之前基礎(chǔ)上擴(kuò)大PRDICT 研究，顯示基因表達(dá)評(píng)分隨時(shí)間推移或/和藥物干預(yù)其變化不明顯，再次提示我們分析患者相關(guān)風(fēng)險(xiǎn)基因表達(dá)水平，用于臨床藥效學(xué)評(píng)估，可能是一種有效可行轉(zhuǎn)化途徑。

5.結(jié)語(yǔ)

綜上所述，在過(guò)去幾年中GWAS 研究取得的巨大成果，將疾病變異的遺傳分析推進(jìn)了一個(gè)新的時(shí)代。通過(guò)GWAS研究不僅將以前發(fā)現(xiàn)的已知變異位點(diǎn)在CVD 大樣本人群中得到驗(yàn)證，而且還發(fā)現(xiàn)了許多與CVD 疾病常見(jiàn)類型CAD/MI、IS 相關(guān)的新基因變異，這無(wú)疑對(duì)我們理解CVD 的遺傳發(fā)病機(jī)制奠定了基礎(chǔ)，也大大地促進(jìn)了CVD 遺傳學(xué)的發(fā)展。但是仍有一些不足，一方面對(duì)GWAS 發(fā)掘出的大量基因變異數(shù)據(jù)的分析處理能力不足，另一方面GWAS 又難以檢出少見(jiàn)或罕見(jiàn)的可能致病變異。因此我們要對(duì)已發(fā)現(xiàn)的CVD 相關(guān)變異區(qū)域深度基因組序列分析，同時(shí)也需要積極發(fā)掘少見(jiàn)或罕見(jiàn)變異，以便縮短基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)向臨床醫(yī)學(xué)的轉(zhuǎn)化時(shí)間，早日使CVD基因組學(xué)應(yīng)用于臨床造福人類!

1 徐曼，逯星竹，畢學(xué)苑，等.肌漿網(wǎng)/內(nèi)質(zhì)網(wǎng)鈣調(diào)控在心血管疾病中的研究進(jìn)展［J］.心臟雜志，2015，02:216-220.

2 Schunkert H，Erdmann J，Samani NJ，et al.Genetics of myocardial infarction:A progress report［J］.EuropeanHeart Journal，2010，31(8):918-925.

3 李修春.中國(guó)漢族人群冠心病的分子遺傳學(xué)研究［D］.華中科技大學(xué)，2013.

4 Samani NJ，Erdmann J，Hall AS，et al.Genomewideassociation analysis of coronary artery disease［J］.N Engl JMed，2007，357(5):443-453.

5 Schunkert H，Konig IR，Kathiresan S，et al.Largescaleassociation analysis identifies 13 new susceptibility loci for coronary artery disease［J］.NatureGenetics，2011，43(4):333-338.

6 McPherson R.Chromosome 9p21.3 locus for coronary artery disease:how littlewe know［J］.J Am CollCardiol，2013，62(15):1382-1383.

7 柳華，季一飛，熊利，等.缺血性腦卒中的遺傳研究進(jìn)展［J］.西部醫(yī)學(xué)，2013，06:803-806.

8 Roger VL，Go AS，Lloyd-Jones DM，et al.Heartdisease and stroke statistics-2011 update:A report from the American Heart Association［J］.Circulation，2011，123(4):208-219.

9 MatarinM，Brown WM，Seholz S，et al.A genuine-widegenotyping study in patients with isehaemic stroke:initial analysis and data release［J］.Lancet Neurol，2007，26(6):414-420.

10 Gschwendtner A，Dichgans M.Genetics of ischemic stroke［J］.Nervenarzt，2013，84(2):166-172.

11 Yamada Y，Nishida T，Horibe H，et al.Identification of hypo and hypermethylated genes related to atherosclerosis by a genome-wide analysis of DNA methylation［J］.Int J Mol Med，2014，33(5):1355-1363.

12 Gudbjartsson DF，Holm H，Gretarsdottir S，et a1.A sequence variant in ZFHX3 on 16q22 associates with atriaI fibrillation and ischemic stroke［J］.Nat Genet，2009，41(8):876-878.

13 Traylor M，F(xiàn)arrall M，Holliday EG，et a1.Genetic risk factorsforischemic stroke and its subtypes:a meta-analysis of genomewide association studies［J］.Lancet Neurol，2012，11(11):951-962.

14 International Stroke Genetics Consortium (ISGC)，WellcomeTrust Case Control Consortium 2(WTCCC2)，Bellenguez C，et al.Genomewide association study identifies a variant in HDAC9 associated with large vessel ischemic stroke［J］.NatGenet，2012，44(7):328-333.

15 Williams FM，Carter AM，Hysi PG，et al.Ischemic stroke is associated with the ABO locus［J］.AnnNeurol，2013，73(1):16-31.

16 Holliday EG，Maguire JM，Evans TJ，et al.Common variants at 6p21.1 are associated with large artery atherosclerotic stroke［J］.Nat Genet，2012，44(3):1147-1151.

17 Roberts R.PCSK9 inhibition-a new thrust in the prevention of heart disease:genetics does it again［J］.Can J Cardiol，2013，29(6):899-901.

18 Daniels SE，Beineke P，Rhees B，et al.Biological and analytical stability of a peripheral blood gene expression score for obstructive coronary artery disease in the PREDICT and COMPASS studies［J］.CardiovascTransl Res，2014，7(7):615-622.