阿爾茨海默病相關(guān)基因研究進(jìn)展

黃少軒　婁季宇(通訊作者)　白宏英

鄭州大學(xué)第二附屬醫(yī)院　鄭州　450014

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阿爾茨海默病相關(guān)基因研究進(jìn)展

黃少軒婁季宇(通訊作者)白宏英

鄭州大學(xué)第二附屬醫(yī)院鄭州450014

【關(guān)鍵詞】阿爾茨海默?。辉缋系鞍?；β-淀粉樣前體蛋白；載脂蛋白E

阿爾茨海默病(Alzheimer′s disease，AD)是一種常見的中樞神經(jīng)系統(tǒng)退行性變性疾病，是引起老年人癡呆的主要疾病之一。發(fā)病年齡以65歲為界可將AD分為早發(fā)型阿爾茨海默病(early-onset Alzheimer’s disease，EOAD)和晚發(fā)型阿爾茨海默病(late-onset Alzheimer’s disease，LOAD)兩種。其主要臨床表現(xiàn)為進(jìn)行性認(rèn)知障礙、記憶減退、個性改變；主要病理特征為Tau蛋白異常聚集形成的神經(jīng)原纖維纏結(jié)(neurofibrillary tangles，NFT)、大腦皮質(zhì)級海馬出現(xiàn)β-樣淀粉蛋白(amyloid-β protein，Aβ)聚集形成的老年斑(senile plaque，SP)以及海馬區(qū)和大腦皮質(zhì)神經(jīng)元的丟失[1-2]。除少數(shù)家族性AD(FAD)外，絕大多數(shù)AD都呈散發(fā)性(SAD)，其病因和發(fā)病機(jī)制非常復(fù)雜，至今仍不明確，但已證明其發(fā)病與多種因素密切相關(guān)，如遺傳、年齡、性別、種族、環(huán)境等，其中遺傳因素在其發(fā)病過程中起至關(guān)重要的作用。目前已有多個基因被證實與AD相關(guān)，其中與LOAD相關(guān)的基因主要有β淀粉樣蛋白前體(amyloid precursor protein，APP)基因、早老蛋白1(presenilin-1，PSEN1)和早老蛋白2(presenilin-2，PSEN2)基因[3]；與晚發(fā)型相關(guān)的基因主要有載脂蛋白E基因；這些基因的突變可能導(dǎo)致β-淀粉樣蛋白水解產(chǎn)物發(fā)生變化，從而引起神經(jīng)細(xì)胞的凋亡以及AD的發(fā)病。目前，單核苷酸多態(tài)性研究已經(jīng)開始應(yīng)用于基因的研究以及單核苷酸多態(tài)性的分析，全基因組關(guān)聯(lián)研究(GWASs)已經(jīng)成功的應(yīng)用于多基因疾病的研究[4-5]。研究發(fā)現(xiàn)了多個與AD相關(guān)的基因。本文對與AD相關(guān)的基因綜述如下。

1β-淀粉樣前體蛋白(APP)基因

APP基因位于21號染色體上，由19個外顯子組成，β-淀粉樣蛋白(Aβ)由外顯子16、17編碼；由于轉(zhuǎn)錄后的剪切和拼接，APP表達(dá)的蛋白質(zhì)中，至少有5種含有Aβ序列。研究顯示，正常情況下，APP先由α-分泌酶酶切產(chǎn)生較大的可溶性的N末端片段和跨膜片段(C83)，后者再由α-分泌酶酶切產(chǎn)生p3和一細(xì)胞內(nèi)片段AICD(APP intracelluar domain)。而異常情況下，APP先由β-分泌酶酶切產(chǎn)生一大的N末端片段和一較小的跨膜片段(C99)，后者再經(jīng)γ-分泌酶酶切產(chǎn)生Aβ和另一細(xì)胞內(nèi)片段AICD。由于γ-分泌酶酶切位點的不同，可形成Aβ40和Aβ42兩種產(chǎn)物，其中Aβ40是淀粉樣腦血管病(cerebral amyloid angiopathy，CAA)中沉積于動脈壁上淀粉樣物質(zhì)的主要成分，而Aβ42是腦組織中SP的主要成分[1]，因此二者的比例將決定Aβ是沉積在腦實質(zhì)還是脈管系統(tǒng)。研究發(fā)現(xiàn)，APP基因大多數(shù)致病性突變位點位于α、β、γ分泌酶處，這表明其可能通過改變Aβ的水解產(chǎn)物而導(dǎo)致AD。APP基因編碼γ-分泌酶的密碼子中，第714～715位密碼子的錯意突變會減少Aβ40的分泌，第716～717位密碼子的錯義突變會增加Aβ42的分泌。這項研究表明，γ-分泌酶剪切處的突變可能會使Aβ42和Aβ40的比例升高。有人認(rèn)為Aβ42與Aβ40比值的增高是導(dǎo)致AD發(fā)病的原因之一[6-7]。已有報道顯示，伴21三體綜合征的AD患者，其腦組織中NFT和SP的沉積要高于無21三體綜合征的AD患者；這可能是由于21三體綜合征患者出現(xiàn)APP基因的高表達(dá)，以及其產(chǎn)物Aβ的累積[8]。上述研究表明，APP基因可能與AD的病理變化有關(guān)。

2PSEN1基因

PSEN1基因位于14號染色體上，含有12個外顯子，其中包括10個編碼外顯子，編碼一個由467個氨基酸組成的7次跨膜蛋白質(zhì)。在正常生理條件下，PSEN1很少以全長蛋白的形式出現(xiàn)，而是表現(xiàn)出一定的方向性，與細(xì)胞膜近細(xì)胞質(zhì)的一側(cè)結(jié)合，或折疊形成疏水性環(huán)，C端、N端以及6個親水環(huán)也朝向細(xì)胞質(zhì)，形成這種7次跨膜的結(jié)構(gòu)[9]。PSEN1在腦組織內(nèi)的分布模式與APP相似，參與調(diào)節(jié)γ-分泌酶的功能，從而影響其水解產(chǎn)物。PSEN1的幾個錯義突變可能導(dǎo)致Aβ42和Aβ40的增多[10]，這可能是PSEN1突變引起AD的主要原因。Wolfe等第一次指出其中2個跨膜處：第6和第7跨膜處的天冬氨酸可能是決定了γ-分泌酶活性的一個關(guān)鍵因素[11]。據(jù)目前研究發(fā)現(xiàn)，30%～70%的突變與早發(fā)型AD(EOAD)有關(guān)；有PSEN1突變的AD患者多在40～50歲發(fā)??；目前發(fā)現(xiàn)與EOAD有關(guān)的突變超過180個，而這些突變也很可能與LOAD有關(guān)[12]。

3PSEN2基因

PSEN2基因位于1號染色體上，含有12個外顯子，編碼1個含有448個氨基酸組成的7次跨膜蛋白，其拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)與PSEN1高度相似，約67%的同源性，尤其是在跨膜區(qū)的序列更為相似，約84%[9]。這提示其可能有類似的生物學(xué)功能。PSEN2在腦組織內(nèi)的分布模式同樣與APP相似，參與調(diào)節(jié)γ-分泌酶的功能，從而影響其水解產(chǎn)物。1995年第一次報道了因PSEN2突變導(dǎo)致AD的病例?，F(xiàn)在在EOAD患者中，已發(fā)現(xiàn)5種PSEN2基因的突變。然而目前的研究發(fā)現(xiàn)，并不是所有PSEN2的突變都與神經(jīng)退行性病變有關(guān)，有些甚至與乳腺癌有關(guān)，這些突變引起AD的病理機(jī)制目前尚不清楚[13]。

4載脂蛋白E(apolipoprotein E，APOE)基因

APOE基因位于19號染色體長臂上，編碼1個由299個氨基酸組成的堿性蛋白APOE。人類的APOE有3個等位基因：E2、E3、E4。其多態(tài)性的分子基礎(chǔ)是第112位和第158位上半胱氨酸和精氨酸間相互的取代。APOE2第112位上和第158位上均是半胱氨酸；APOE3第112位上是半胱氨酸，第158位上是精氨酸；APOE4第112位上和第158位均是精氨酸；這種氨基酸序列的差異歸因于編碼此蛋白的基因中單個堿基的替換，即T→C[14]。APOE有6種不同基因型：E2/2、E2/3、E2/4、E3/3、E3/4、E4/4；其中E3是APOE最常見的等位基因(77%)，而E2(8%)和E4(15%)則相對較少見，故而一般認(rèn)為E3為野生型，E2和E4為突變型。APOE富含精氨酸，分子量為34 kD，包括N端和C端2個片段，中間由單鏈的氨基酸片段鏈接，是各種脂蛋白的載脂蛋白成分，也是腦組織中膽固醇的主要載體，參與神經(jīng)元的保養(yǎng)與修復(fù)。經(jīng)水解APOE可產(chǎn)生1個分子量為22 kD的N端區(qū)，包含4個螺旋區(qū)域，是與細(xì)胞表面受體結(jié)合區(qū)域；1個分子量為10 kD的C端區(qū)，是高度螺旋的a螺旋區(qū)域，與脂肪的結(jié)合有關(guān)。APOE與細(xì)胞表面的幾個固定受體結(jié)合，參與脂質(zhì)的運輸、葡萄糖的代謝、神經(jīng)信號的傳導(dǎo)以及線粒體功能的維持[15]，通常APOE參與Aβ的清除過程[16]。

APOE基因是LOAD的一個易感基因，在LOAD的研究中占重要地位。目前研究表明，E3/4、E4/4基因型阿爾茨海默病的發(fā)生頻率高于其他基因型，這可能與APOE蛋白的結(jié)構(gòu)變化有關(guān)。E4等位基因可能通過改變N端與C端第61位上的精氨酸之間的鏈接改變APOE的結(jié)構(gòu)；第112位上的精氨酸與C端第255位上的谷氨酸相互作用，也可導(dǎo)致APOE蛋白結(jié)構(gòu)的變化，從而出現(xiàn)神經(jīng)元的死亡和退行性改變。動物實驗顯示，第61位上的精氨酸突變成蘇氨酸或第255位上的谷氨酸突變成丙氨酸都可能導(dǎo)致這2個位點間鏈接的減少[17-18]。一項Meta分析研究表明，含有E4等位基因的人患AD的風(fēng)險增大[19]；一項對287個個體的大型前瞻性隊列研究也得出了相同結(jié)論[20]；Karin等研究也支持APOE4會增加AD患者大腦血栓的形成和纖維蛋白的溶解[21]；Hostage等[22]研究發(fā)現(xiàn)，AD患者海馬的體積與ApoE 等位基因存在相關(guān)性，含有E4等位基因的個體與不含有E4等位基因的個體相比，海馬體積縮小約4%；E2 等位基因與無E2 等位基因的對照組相比，海馬體積增加約20%；然而韓國的一項研究發(fā)現(xiàn)，在正常人群和AD患者中，E2等位基因的比例并無差異，表明E2等位基因可能不會起到保護(hù)作用[23]。雖然目前關(guān)于APOE與AD的研究較多，但很多病理機(jī)制目前仍不很清楚。

5叢生蛋白(clusterin，CLU)基因

CLU基因是全基因組關(guān)聯(lián)研究(GWASs)發(fā)現(xiàn)的與AD相關(guān)的另一個基因，人類的CLU基因位于8號染色體上，包含9個外顯子和8個內(nèi)含子，在哺乳動物中CLU基因序列的保守性高達(dá)70%～80%。CLU是一種在所有哺乳動物組織中表達(dá)的、高度保守的異源二聚體硫酸化糖蛋白，該蛋白廣泛的表達(dá)與機(jī)體幾乎所有組織中，發(fā)揮生殖調(diào)節(jié)、細(xì)胞聚集、組織修復(fù)、免疫調(diào)節(jié)、脂類運輸?shù)榷喾N功能。此外，CLU不僅與多種生理過程有關(guān)，還與多種病理機(jī)制有關(guān)，如神經(jīng)退性疾病、衰老和腫瘤。研究表明CLU蛋白具有2種完全相反的功能：一方面CLU有促進(jìn)細(xì)胞凋亡的調(diào)節(jié)作用，另一方面CLU 參與促進(jìn)細(xì)胞存活、腫瘤演進(jìn)和耐藥。這種在功能上的顯著區(qū)別可能是由于其基因存在2中可變剪切體。動物模型實驗表明，CLU可能與可溶性Aβ的分泌有關(guān)，同時阻止Aβ的低聚和纖維化[5]。目前研究發(fā)現(xiàn)，在AD患者的腦組織中CLU的表達(dá)較健康人上調(diào)[24]。這表明CLU基因的突變可能與LOAD有關(guān)；此外，也有研究發(fā)現(xiàn)，E4等位基因與CLU基因突變之間可能存在某種相關(guān)性[24-25]。

6三磷酸腺苷結(jié)合盒轉(zhuǎn)運蛋白7抗體 (transporter A7，ABCA7)基因

ABCA7基因位于19號染色體上，是一類ATP結(jié)合的蛋白質(zhì)超家族(ATP-binding cassette)，其家族中還包括與ABCA7高度同源的ABCA1，二者共同參與高密度脂蛋白、膽固醇的轉(zhuǎn)運，磷脂的生成以及膽固醇的胞吐作用；其在調(diào)節(jié)膽固醇體內(nèi)平衡以及宿主防御系統(tǒng)中起重要作用[26-27]。ABCA7是一種多次跨膜轉(zhuǎn)運蛋白，廣泛存在與小膠質(zhì)細(xì)胞中，在脂質(zhì)包括APP的代謝過程中起重要作用。在AD患者的腦組織中，ABCA7的水平被檢測到升高，且升高水平與腦組織中Aβ的沉積以及疾病病情正相關(guān)。最新證據(jù)顯示，ABCA7可能有多個通路與AD相關(guān)，如脂質(zhì)代謝和吞噬作用、Aβ的聚集等。目前研究表明，ABCA7的2個突變型rs3752246 和 rs3764650與LOAD有關(guān)，其中rs3764650位于第13內(nèi)含子，rs3752246是第32外顯子的一個錯義突變[26]。

總之，AD是一種最常見的老年性癡呆，但很多時候很難鑒別AD與其他種類的神經(jīng)退行性疾病，如額顳葉癡呆、路易體癡呆、克雅二氏癥等。AD是一個復(fù)雜的疾病，多條染色體上的不同基因可能共同參與其發(fā)病，因此找到這些可能與AD發(fā)病有關(guān)的基因?qū)⑹茿D分子診斷上的重要一步，基因檢測將是研究導(dǎo)致AD的發(fā)病機(jī)制和途徑的重要方法?；蛐揎棷煼ㄔ贏D發(fā)病的早期，尤其還無出現(xiàn)臨床癥狀的時候很可能是有效的；在患者家屬中基因檢測同樣是預(yù)測未來患病風(fēng)險的重要方法。將疾病標(biāo)記和基因檢測的方法結(jié)合在一起可能會成為更有效的AD診斷方法。因此，發(fā)現(xiàn)更多與AD發(fā)病相關(guān)的基因?qū)锳D的診斷提供更多的信息。

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(收稿2015-06-18)

【中圖分類號】R743.34

【文獻(xiàn)標(biāo)識碼】A

【文章編號】1673-5110(2016)04-0082-03