腦白質(zhì)疏松癥的基因與蛋白組學(xué)研究進(jìn)展

張禹　馮園　郭大志

[摘要] 腦白質(zhì)疏松是指腦室周圍或皮質(zhì)下區(qū)腦白質(zhì)在CT或者核磁上的一些非特異性表現(xiàn)。目前對(duì)于腦白質(zhì)疏松的研究集中于其危險(xiǎn)因素、臨床表現(xiàn)、治療等各個(gè)方面。多數(shù)研究表明腦白質(zhì)疏松主要與低灌注造成白質(zhì)區(qū)慢性缺血有關(guān)，也有研究認(rèn)為腦白質(zhì)疏松與人體某些基因和蛋白的改變關(guān)系密切，本文對(duì)腦白質(zhì)疏松的基因組學(xué)和蛋白組學(xué)的最新研究進(jìn)行綜述。

[關(guān)鍵詞] 腦白質(zhì)疏松；基因組學(xué)；蛋白組學(xué)；炎癥因子

[中圖分類號(hào)] R742 [文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼] A [文章編號(hào)] 1673-7210（2017）08（a）-0055-04

[Abstract] Leukoaraiosis is a descriptive term for rarefaction of the white matter， showing up as nonspecific changes in the periventricular and sub-cortex white matter frequently seen on CT and MRI. Currently researches focus on its risk factors， clinical manifestations， treatment， and so on. Most studies have shown that leukoaraiosis is caused by low perfusion of white matter area related to chronic ischemia. Studies also demonstrate the relationship between leukoaraiosis and certain changesof human genes and protein. In this paper， the newest genomics and proteomics researches of leukoaraiosis are reviewed.

[Key words] Leukoaraiosis； Genomics； Proteomics； Inflammatory factor

腦白質(zhì)疏松癥（LA）是一個(gè)影像學(xué)術(shù)語，最早于1987年由Steingart等[1]提出，用于描述腦室周圍及半卵圓中心區(qū)腦白質(zhì)在CT的彌漫性低密度影或核磁T2加權(quán)像的高信號(hào)表現(xiàn)，常兩側(cè)對(duì)稱，病理表現(xiàn)為少突膠質(zhì)細(xì)胞損傷、髓鞘脫失及星形膠質(zhì)細(xì)胞增生等[2]，臨床出現(xiàn)認(rèn)知障礙和步態(tài)異常等癥狀，多見于血管性癡呆、腦外傷、一氧化碳中毒、阿爾茨海默病等疾病，也可見于正常老年人，給社會(huì)造成巨大經(jīng)濟(jì)負(fù)擔(dān)。目前認(rèn)為LA的危險(xiǎn)因素主要包括年齡、性別、高血壓、高同型半胱氨酸血癥、頸動(dòng)脈狹窄和腦卒中等。然而，LA的發(fā)病機(jī)制至今尚不完全清楚。許多研究發(fā)現(xiàn)LA與低灌注損害、血腦屏障受損、內(nèi)皮損傷、β淀粉樣蛋白沉積、基因多態(tài)性等原因密切相關(guān)，在這些發(fā)病原因和危險(xiǎn)因素共同作用的基礎(chǔ)上，大腦深部白質(zhì)發(fā)生缺血性脫髓鞘改變，最終造成腦白質(zhì)疏松。近年來，隨著基因組學(xué)和蛋白質(zhì)組學(xué)理論和技術(shù)的進(jìn)步，一系列基因、蛋白被發(fā)現(xiàn)在LA的發(fā)病中發(fā)揮重要作用?，F(xiàn)對(duì)LA的基因和蛋白組學(xué)相關(guān)研究進(jìn)展做一綜述。

1 LA的基因組學(xué)研究

家族史和雙生子研究發(fā)現(xiàn)，遺傳因素影響缺血性腦卒中風(fēng)險(xiǎn)，其中腦白質(zhì)疏松的遺傳可能性在55%～80%[3]。因此，腦白質(zhì)疏松和基因多態(tài)性研究成為近年研究的熱點(diǎn)，相關(guān)基因多與脂質(zhì)代謝、血管張力調(diào)節(jié)及血壓調(diào)控通路相關(guān)基因有關(guān)。至今尚沒有發(fā)現(xiàn)某種或某些基因多態(tài)性與白質(zhì)疏松明確相關(guān)，白質(zhì)病變的基因組研究是一個(gè)很有前景的領(lǐng)域。

1.1 載脂蛋白E（apoE）基因多樣性與LA

apoE是一種多肽性蛋白，主要分布于乳糜微粒、極低密度脂蛋白及其殘骸中，參與脂蛋白的轉(zhuǎn)化與代謝過程。apoE基因的外顯子4上有3種等位基因，即ε2、ε3、ε4，具有多態(tài)性。研究[4-5]表明ε4等位基因比其它基因型更易導(dǎo)致白質(zhì)損傷，從分子學(xué)角度講，可能是apoE基因的ε4等位基因通過降低神經(jīng)膠質(zhì)細(xì)胞骨架的機(jī)械和化學(xué)彈性增加白質(zhì)脆性而引起的[6]。也有學(xué)者認(rèn)為apoE基因的ε4等位基因增加了白質(zhì)β淀粉樣蛋白的沉積，進(jìn)而引起淀粉樣蛋白斑塊的形成。目前關(guān)于該等位基因引起腦白質(zhì)疏松的病理機(jī)制尚有待進(jìn)一步研究證實(shí)[7]。

1.2 血管緊張素轉(zhuǎn)換酶（ACE）基因多樣性與LA

ACE屬血管內(nèi)皮細(xì)胞膜結(jié)合酶，其廣泛分布于心、肺、腎、腎上腺等的血管內(nèi)皮細(xì)胞和血管平滑肌細(xì)胞中?？纱呋芫o張素Ⅰ水解成血管緊張素Ⅱ，進(jìn)而使血管進(jìn)一步收縮，血壓升高。ACE還可催化具有降壓作用的緩激肽水解而使其失去活性，故對(duì)血壓調(diào)節(jié)起重要作用。近年研究表明ACE第16內(nèi)含子的ALU片段插入/缺失（ACE I/D）可能與腦白質(zhì)疏松有關(guān)。Hassan等[8]在他的研究中指出，在腔隙綜合征患者中，ACE基因DD型比ACE基因Ⅱ型和ID型更易患腦白質(zhì)疏松，通過Logistic回歸發(fā)現(xiàn)ACE基因DD型可作為預(yù)測(cè)腦白質(zhì)疏松的獨(dú)立因素。隨后，Szolnoki等[9]在關(guān)于腦白質(zhì)疏松的基因突變研究中也證實(shí)了該觀點(diǎn)。

1.3 解偶聯(lián)蛋白4基因多樣性與LA

線粒體解偶聯(lián)蛋白（UCPs）是近年來發(fā)現(xiàn)的線粒體膜蛋白家族中的新成員，該蛋白可通過消除線粒體內(nèi)膜兩側(cè)的跨膜質(zhì)子濃度差來減慢利用質(zhì)子濃度差驅(qū)動(dòng)的氧化磷酸化過程，阻礙三磷酸腺苷的正常產(chǎn)生。即UCPs可抵消線粒體膜電位，進(jìn)而抑制活躍的自由電子進(jìn)入線粒體膜內(nèi)的呼吸鏈，減緩有害活性氧引起的神經(jīng)細(xì)胞和膠質(zhì)細(xì)胞的老化。研究[10]證實(shí)，線粒體解偶聯(lián)蛋白4（mUCP4）的純合基因變異可導(dǎo)致腦白質(zhì)疏松發(fā)生易感性增加。線粒體解偶聯(lián)蛋白可抵消線粒體膜電位，進(jìn)而抑制活躍的自由電子進(jìn)入線粒體膜內(nèi)的呼吸鏈，減緩有害活性氧引起的神經(jīng)細(xì)胞和膠質(zhì)細(xì)胞的老化。而細(xì)胞的老化可使皮質(zhì)下小血管病引起的慢性腦缺血發(fā)展為腦白質(zhì)脫髓鞘，所以mUCP4可抑制腦白質(zhì)疏松的發(fā)生。endprint

1.4 NOTCH3基因與LA

NOTCH3基因編碼的受體是一個(gè)單程跨膜蛋白，其主要表達(dá)在成年人的血管平滑肌細(xì)胞，負(fù)責(zé)轉(zhuǎn)換相鄰細(xì)胞間信號(hào)，對(duì)于血管的分化、發(fā)育和重構(gòu)至關(guān)重要。有研究發(fā)現(xiàn)，NOTCH3基因突變可引起腦血管病變，進(jìn)而導(dǎo)致皮質(zhì)下白質(zhì)區(qū)低灌注，出現(xiàn)腦白質(zhì)疏松。Choi[11]進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)19號(hào)染色體1區(qū)2帶的常染色體顯性基因NOTCH3與腦白質(zhì)病變有關(guān)。此外，Schmidt等[12]的研究還證實(shí)NOTCH3 基因在老年人中存在高度變異性，這些常見的變異型增加了高血壓患者年齡相關(guān)白質(zhì)病變的危險(xiǎn)。

1.5 TREX1基因多樣性與LA

TREX1基因編碼3-5核酸外切酶，C-末端的編碼突變，形成截短蛋白，這些截短蛋白仍可保留核酸外切酶活動(dòng)，但卻失去正常的核定位，進(jìn)而引起血管內(nèi)皮的改變。由Richards等[13]進(jìn)行的研究表明，由于TREX1基因突變影響了血管的完整性，引起退行性腦微血管病變導(dǎo)致LA和視網(wǎng)膜血管病變。該基因突變多在中年發(fā)生。因此，目前認(rèn)為TREX1基因突變也可導(dǎo)致LA。

1.6 COL4A1基因多樣性與LA

COL4A1基因也被認(rèn)為是一種導(dǎo)致LA的常染色體顯性基因[14]，該基因由52個(gè)外顯子組成，編碼Ⅳ型膠原α1鏈，非膠原域已被證明含有編碼COL4A1啟動(dòng)子和網(wǎng)絡(luò)組件的特異性分子識(shí)別序列，涉及這一領(lǐng)域的突變可能會(huì)影響網(wǎng)絡(luò)組裝，進(jìn)而降低基底膜穩(wěn)定性。COL4A1基因突變?cè)诔扇嘶颊弑憩F(xiàn)為腦小血管病已經(jīng)被認(rèn)知，臨床表現(xiàn)包括缺血性卒中、腦出血、腔隙性腦梗死和腦白質(zhì)疏松癥的影像學(xué)特征。

1.7 HTRA1基因多樣性與LA

與常染色體顯性遺傳相比，鮮有文獻(xiàn)報(bào)道LA有常染色體隱性遺傳的可能性[15]。不過，1976年日本學(xué)者最早發(fā)現(xiàn)不伴有高血壓的家族型皮質(zhì)下動(dòng)脈硬化性腦病主要是由絲氨酸蛋白酶的HTRA1基因突變導(dǎo)致，該突變引起腦小動(dòng)脈平滑肌細(xì)胞大量消失，內(nèi)膜纖維化增厚并含有肌內(nèi)膜細(xì)胞，動(dòng)脈外膜變薄并減少了免疫反應(yīng)性Ⅰ、Ⅲ、Ⅵ型膠原蛋白。這種變化將會(huì)擾亂腦血流量的自動(dòng)調(diào)節(jié)機(jī)制，導(dǎo)致深部腦白質(zhì)的缺血性改變。

1.8 COX-2的基因多樣性與LA

環(huán)氧化酶（COX）是一種雙功能酶，具有環(huán)氧化酶和過氧化氫酶活性，是催化花生四烯酸轉(zhuǎn)化為前列腺素的關(guān)鍵酶。目前發(fā)現(xiàn)環(huán)氧化酶有兩種同工酶COX-1和COX-2。COX-1主要參與血管舒縮、血小板聚集、胃黏液分泌及腎功能調(diào)節(jié)。COX-2是一種膜結(jié)合蛋白。絕大部分組織細(xì)胞生理狀態(tài)下不表達(dá)COX-2，而在受炎癥刺激物、損傷、有絲分裂原和致癌物質(zhì)等促炎介質(zhì)誘導(dǎo)后，呈表達(dá)增高趨勢(shì)，參與多種病理生理過程。研究證實(shí)，在巨噬細(xì)胞、成纖維細(xì)胞、內(nèi)皮細(xì)胞和單核細(xì)胞中COX-2均可被誘導(dǎo)表達(dá)。Shan 等[16]通過大量研究，認(rèn)為COX-2的基因多樣性可能會(huì)增加LA的風(fēng)險(xiǎn)，但此研究并未得出確切結(jié)論，有待進(jìn)一步研究證實(shí)。

2 LA的蛋白組學(xué)研究進(jìn)展

蛋白質(zhì)組學(xué)本質(zhì)上指的是在大規(guī)模水平上研究蛋白質(zhì)的特征，包括蛋白質(zhì)的表達(dá)水平，翻譯后的修飾，蛋白與蛋白相互作用等，由此獲得蛋白質(zhì)水平上的關(guān)于疾病發(fā)生，細(xì)胞代謝等過程的整體而全面的認(rèn)識(shí)。實(shí)際上，LA并不完全由基因改變所造成，某一基因在不同條件、不同時(shí)期可能發(fā)揮完全不同的作用。因此，利用蛋白質(zhì)組學(xué)的方法可能幫助我們進(jìn)一步認(rèn)識(shí)LA的遺傳相關(guān)發(fā)病機(jī)制。

2.1 C反應(yīng)蛋白與LA

C反應(yīng)蛋白（CRP）是由肝細(xì)胞所合成盤形多聚體、在機(jī)體受到感染或組織損傷時(shí)血漿中一些急劇上升的一種蛋白質(zhì)，可以激活補(bǔ)體和加強(qiáng)吞噬細(xì)胞而起到調(diào)理作用，從而清除入侵機(jī)體的病原微生物和損傷，壞死，凋亡的組織細(xì)胞，在機(jī)體的天然免疫過程中發(fā)揮重要的保護(hù)作用。CRP是對(duì)組織損傷、傳染性病原體、免疫刺激和炎癥等反映敏感的標(biāo)志物。Van Dijk等[17]稱在非癡呆老年人群中，腦室旁及皮質(zhì)下白質(zhì)損傷的出現(xiàn)和進(jìn)展與C反應(yīng)蛋白水平較高有關(guān)，這種關(guān)聯(lián)獨(dú)立于心血管危險(xiǎn)因素及頸動(dòng)脈粥樣硬化，CRP是動(dòng)脈粥樣硬化和腦小血管疾病的標(biāo)志，血管病變進(jìn)一步導(dǎo)致腦白質(zhì)病變。因此CRP被認(rèn)為是心腦血管疾病獨(dú)立的危險(xiǎn)因素。但對(duì)于CRP水平增高能否引起LA仍存在爭(zhēng)議。有研究表明LA患者與非LA患者相比，CRP水平均無明顯差異，而認(rèn)知障礙患者的血清CRP水平卻明顯高于對(duì)照組，因此CRP水平與認(rèn)知障礙相關(guān)，與LA明確無相關(guān)性。

總之，關(guān)于CRP是否與LA有關(guān)仍需通過循證醫(yī)學(xué)進(jìn)一步研究探索。

2.2 β淀粉樣蛋白與LA

β淀粉樣肽由淀粉樣前體蛋白水解的42或40種氨基酸形成，其中淀粉樣斑塊主要由β42組成，而血管淀粉樣蛋白是由β40形成[18]。β淀粉樣蛋白是一個(gè)潛在導(dǎo)致微血管功能障礙的介質(zhì)。體外研究表明，β淀粉樣蛋白直接的生理毒性作用有導(dǎo)致血管障礙。最近的一項(xiàng)研究結(jié)果明確指出了β淀粉樣蛋白對(duì)腦血管疾病的損傷機(jī)制，該損傷的影像學(xué)表現(xiàn)為LA[19]。Gurol等[20]的研究也證實(shí)，腦血管淀粉樣變與LA有強(qiáng)相關(guān)性。

2.3 Tau蛋白與LA

Tau蛋白是含量最高的微管相關(guān)蛋白，微管由微管蛋白及微管相關(guān)蛋白組成。正常腦中Tau蛋白的細(xì)胞功能是與微管蛋白結(jié)合促進(jìn)其聚合形成微管然后與微管結(jié)合，維持微管穩(wěn)定性，降低微管蛋白分子的解離，并誘導(dǎo)微管成束。Brickman[21]在研究中闡述了阿爾茨海默癥引起的LA，發(fā)現(xiàn)Tau蛋白的磷酸化引起的神經(jīng)纖維退化是LA的發(fā)生的重要機(jī)制。

2.4 基質(zhì)金屬蛋白酶與LA

基質(zhì)金屬蛋白酶（MMPs），因其需要Ca2+、Zn2+等金屬離子作為輔助因子而得名。它是一種可以破壞血腦屏障，并且降低神經(jīng)炎癥環(huán)境中的髓磷脂蛋白酶的中性蛋白酶，血管性認(rèn)知障礙患者的腦組織和腦脊液中多存在MMPs水平增高，Candelariojalil等[22]的研究進(jìn)一步證實(shí)了MMPs與腦脊液蛋白的增加具有相關(guān)性。Rosenberg等[23]的研究同樣證明了MMPs參與腦白質(zhì)損傷，最終造成血管性認(rèn)知障礙。因此，MMPs是引起LA發(fā)生的機(jī)制之一。endprint

2.5 炎癥因子引起LA

眾所周知，LA和血管周圍間隙（PVS）被認(rèn)為是小血管疾病的特征性表現(xiàn)，而炎癥又是小血管疾病的主要病理特征，對(duì)此Aribisala等[24]做了相關(guān)研究，最后證實(shí)炎癥因子（CRP和IL-6）與血管周圍間隙具有微弱但確切的相關(guān)性，但與LA無明確相關(guān)性。而Fornage 等[25]研究發(fā)現(xiàn)，血清IL-6與腦白質(zhì)病變（WML）具有明確相關(guān)性。筆者認(rèn)為，關(guān)于IL-6及其他炎癥因子是否參與LA的發(fā)病過程需要進(jìn)一步深入研究。

3 小結(jié)與展望

腦白質(zhì)疏松是一種大腦深部腦白質(zhì)缺血性血管疾病，可造成認(rèn)知障礙和運(yùn)動(dòng)異常等，降低患者生活質(zhì)量，給社會(huì)造成負(fù)擔(dān)，早期診斷和治療顯得十分必要?；蚪M學(xué)和蛋白組學(xué)研究可幫助我們發(fā)現(xiàn)LA的可能發(fā)病機(jī)制，從而及早干預(yù)，避免病情進(jìn)展和惡化。需要指出的是，LA的發(fā)病環(huán)節(jié)十分復(fù)雜，可能由某一或許多致病因素共同發(fā)揮作用，未來需要聯(lián)合基因組學(xué)、蛋白質(zhì)組學(xué)、代謝組學(xué)和生物信息學(xué)等多種研究手段對(duì)LA的發(fā)病機(jī)制進(jìn)行更深入研究。近年來高壓氧治療腦白質(zhì)疏松的臨床及基礎(chǔ)研究越來越多，其治療效果較好，但具體機(jī)制仍有待研究。對(duì)LA發(fā)病機(jī)制的探討有利于我們更加有針對(duì)性地開展高壓氧治療，制訂合理的治療方案。

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（收稿日期：2017-04-12 本文編輯：蘇 暢）endprint