APOL1基因變異與高血壓腎病關(guān)聯(lián)的研究進(jìn)展

陳龍，岑東

作者單位： 315100寧波，寧波市鄞州區(qū)第二醫(yī)院

慢性腎病（CKD）已成為威脅人類健康的一類重大疾病，歐美國(guó)家發(fā)病率為6%～16%，我國(guó)發(fā)病率11%～12%，并呈上升趨勢(shì)。CKD導(dǎo)致的終末期腎?。‥SRD）預(yù)后差，費(fèi)用高，且逐年增加。在我國(guó)，糖尿病腎?。―M-RD）和高血壓腎?。℉-RD）是主要CKD。腎病遺傳學(xué)研究發(fā)現(xiàn)，單基因遺傳病較少，大多為復(fù)雜多基因病，但關(guān)于H-RD的遺傳學(xué)研究甚少。隨著對(duì)APOL1基因（APOL1）多態(tài)性研究的深入，其與H-RD的關(guān)聯(lián)性日益受到關(guān)注，將為提示H-RD的發(fā)病機(jī)制、優(yōu)化診斷和治療帶來(lái)新的線索和機(jī)遇。

1 高血壓腎病的研究現(xiàn)狀

研究發(fā)現(xiàn)每13例高血壓患者就有1例發(fā)展成ESRD。在美國(guó)，ESRD發(fā)病率以每年9%的速度增長(zhǎng)，其中因高血壓引起的ESRD患者為28%，僅次于糖尿病腎?。?4%）。我國(guó)18歲及以上成人高血壓患病率已達(dá)25.2%，患病人數(shù)2.7億，隨年齡增加而顯著增高[1]，是ESRD的主要病因之一。長(zhǎng)期的高血壓可導(dǎo)致心、腦、腎等靶器官的損害，H-RD是其常見(jiàn)的嚴(yán)重并發(fā)癥之一。腎臟既是高血壓損害的靶器官，也是導(dǎo)致高血壓的重要器官，高血壓與腎病互為因果關(guān)系?，F(xiàn)認(rèn)為H-RD的發(fā)病機(jī)制在于長(zhǎng)期持續(xù)高血壓的存在，導(dǎo)致良性小動(dòng)脈性腎硬化，腎血管阻力增加、血流量減少致腎功能減退；導(dǎo)致血管緊張素Ⅱ等血管活性物質(zhì)平衡失調(diào)，誘導(dǎo)腎膜細(xì)胞產(chǎn)生TGF 1，促進(jìn)腎小球系膜細(xì)胞增生、細(xì)胞外基質(zhì)形成和沉積，最終導(dǎo)致腎小球硬化。Nadkarni等[2]認(rèn)為青年人群的APOL1變異與高血壓和腎病相關(guān)。Ejaz[3]也認(rèn)為APOL G1/G2的轉(zhuǎn)錄和翻譯與高血壓ESRD、局灶性節(jié)段性腎小球硬化（FSGS）等相關(guān)。Lipkowitz等[4]認(rèn)為在非裔美國(guó)人中MYH9基因（MYH9）變異與H-RD相關(guān)。近年來(lái)，APOL1逐漸被納入H-RD遺傳學(xué)研究并迅速成為熱點(diǎn)。

2 APOL1基因的結(jié)構(gòu)和功能

APOL位于22q11.2-q13.2，含10個(gè)外顯子，6種亞型，構(gòu)成APOL家族。除APOL5含1個(gè)小C-末端外顯子外，其他APOL亞型序列由1～4個(gè)小的N-末端外顯子編碼，其組成因基因和亞型而不同，表達(dá)相應(yīng)6種APOL蛋白。與其他APO不同，APOL蛋白具有兼性 螺旋保守結(jié)構(gòu)，除APOL5呈組織限制性外，表達(dá)于所有組織，肺和胎盤最多。APOL1位于染色體22q12.3-13.1區(qū)域，全長(zhǎng)14461 bp，由7個(gè)外顯子編碼序列組成，除第一個(gè)外顯子外均具翻譯蛋白質(zhì)功能。與其他因無(wú)信號(hào)肽而定位于細(xì)胞內(nèi)的APOL蛋白不同，APOL1蛋白是唯一具N端信號(hào)肽而分泌至細(xì)胞外的APOL蛋白，與APOA蛋白結(jié)合存在于血漿的高密度脂蛋白（HDL）顆粒。APOL1蛋白具有三個(gè)不同的結(jié)構(gòu)和功能區(qū)域：（1）含C末端兩性分子的 螺旋，參于蛋白質(zhì)-蛋白質(zhì)間相互作用。（2）陰離子孔隙形成域，參與溶酶體滲透和細(xì)胞死亡。（3）膜定位區(qū)域，pH為中性時(shí)促進(jìn)HDL微粒結(jié)合，而pH為酸性時(shí)與胞內(nèi)細(xì)胞器定位相關(guān)。

APOL1蛋白參與細(xì)胞膜HDL的轉(zhuǎn)運(yùn)，對(duì)細(xì)胞膜的結(jié)構(gòu)和功能發(fā)展與維持具有重要作用，也是導(dǎo)致APOL1相關(guān)疾病發(fā)病機(jī)制的基礎(chǔ)。研究發(fā)現(xiàn)，APOL1變異與錐蟲病、脂代謝紊亂、膠質(zhì)瘤、乳腺癌、CKD及心血管病等有關(guān)；但在肥胖、精神分裂癥等存在不同甚至相反的研究結(jié)果[2-4]。作為一種正選擇效應(yīng)，APOL1變異使非裔人群可抗錐蟲感染，經(jīng)細(xì)胞凋亡和免疫途徑發(fā)揮作用[4]。APOL1分型還可加快供體選擇，提高異體移植腎存活時(shí)間[5]，但含APOL1 G1/G2的供體存活較差[6]。

3 APOL1基因與高血壓腎病

研究發(fā)現(xiàn)，APOL1變異增強(qiáng)了對(duì)非糖尿病腎?。∟DM-RD）的易感性，且與變異數(shù)量相關(guān)，使 CKD更快進(jìn)展為ESRD[5-6]，致ESRD發(fā)病年齡更輕[7]，其與APOL1變異高度相關(guān)，但與血壓控制情況、DM無(wú)關(guān)[8]。同時(shí)，藥物治療對(duì)延遲APOL1變異患者 CKD進(jìn)展的作用有限，且患者間反應(yīng)相似[8]。APOL1變異還與非裔FSGS、HIV相關(guān)腎病、H-RD及NDM-ESRD相關(guān)[3,9]，但與DM-ESRD無(wú)關(guān)[9]。APOL1變異導(dǎo)致腎病的機(jī)制不清，細(xì)胞內(nèi)鉀或其他陽(yáng)離子的異常流出是其顯著特征[7]。病例對(duì)照研究發(fā)現(xiàn)，非裔人群APOL1變異的兩個(gè)錯(cuò)義突變單倍型G1、G2與H-RD高度相關(guān)，提示APOL1變異可能是 H-RD發(fā)生的分子基礎(chǔ)。G1和G2是相互排斥的，不存在同一條染色體上[3]。含兩個(gè)APOL1風(fēng)險(xiǎn)等位基因（G1/G1、G1/G2或G2/G2）者CKD患病風(fēng)險(xiǎn)明顯增加。Young等[10]發(fā)現(xiàn)，存在APOL1 G1/G2的美國(guó)非裔患者發(fā)展為 NDM-ESRD風(fēng)險(xiǎn)較不存在APOL1G1/G2的高7～10倍。Lipkowitz等[4]發(fā)現(xiàn)，APOL1變異與原發(fā)性高血壓所致CKD有很強(qiáng)的相關(guān)性，并且高血壓治療不能阻止腎臟疾病的進(jìn)展。GSTM1無(wú)效等位基因和APOL1高風(fēng)險(xiǎn)等位基因可影響患有高血壓黑人的CKD進(jìn)展[11]。Tin等[12]發(fā)現(xiàn)，高血壓導(dǎo)致的CKD患者中，存在APOL1高危基因型（有兩個(gè)G1或G2風(fēng)險(xiǎn)等位基因）的eGFR下降更為明顯。

4 APOL1基因與MYH9基因

通過(guò)混合連鎖不平衡繪圖分析，發(fā)現(xiàn)位于染色體 22q區(qū)域的 APOL1和MYH9均可能與 H-RD相關(guān)。APOL1和MYH9是當(dāng)前研究重點(diǎn)，兩者在22號(hào)染色體上毗鄰，可能存在交互作用，但具體機(jī)制尚不清楚。與 MYH9不同，APOL1變異存在明顯的種族差異，主要存在于非裔人群，而在亞裔、歐裔等人群表達(dá)頻率很低。研究認(rèn)為雖然非裔美國(guó)人腎病發(fā)生率較其他人群高4～5倍，但種族間腎病發(fā)生率的差異不應(yīng)全部歸因于APOL1 G1/G2變異，可能存在其他因素如社會(huì)經(jīng)濟(jì)衛(wèi)生條件以及未被發(fā)現(xiàn)的其他基因多態(tài)性等影響[13]。

一般認(rèn)為APOL1變異較MYH9與非裔人群腎病易感性更為相關(guān)。二者均有變異時(shí)，腎病易感性明顯增加，而僅有MYH9時(shí)則效果不明顯或無(wú)關(guān)[14]。與之相反，在APOL1變異頻率很低的歐裔人群中發(fā)現(xiàn)，MYH9與CKD存在高相關(guān)性[15]。

5 MYH9基因與腎病

MYH9位于染色體22q12.3-13.1區(qū)域，全長(zhǎng)139 kb，有40個(gè)外顯子，編碼224 kD非肌性肌球蛋白重鏈ⅡA（NMMHC-ⅡA），后者是非肌細(xì)胞骨架的重要組成部分，可促進(jìn)細(xì)胞運(yùn)動(dòng)、細(xì)胞內(nèi)物質(zhì)的運(yùn)輸和胞質(zhì)分裂。MYH9突變引起的異常表達(dá)、定位或功能改變都會(huì)導(dǎo)致肌球蛋白異常，使足細(xì)胞和腎小管的細(xì)胞骨架受損，引起局部腎小球足突融合，足細(xì)胞裂孔膜消失進(jìn)而損傷腎臟，進(jìn)一步導(dǎo)致蛋白尿、血尿甚至腎衰竭[16]。

由于MYH9參與編碼NMMHC-ⅡA，其突變導(dǎo)致MYH9相關(guān)疾?。∕YH9-RD）[16-19]。MYH9-RD 是一種常染色體顯性遺傳病，常見(jiàn)于遺傳性血小板減少癥，典型癥狀為血小板減少、巨大血小板和粒細(xì)胞包涵體三聯(lián)征，以巨大血小板最常見(jiàn)，部分病例發(fā)展為白內(nèi)障、聽(tīng)力感覺(jué)神經(jīng)受損和腎衰竭等[17]。MYH9變異與腎病的相關(guān)研究則是近年的研究熱點(diǎn)，其病理基礎(chǔ)可能是 MYH9變異致足細(xì)胞脆性而引起腎小球腎炎[11-12]，主要表現(xiàn)為FSGS[17]。MYH9變異與CKD相關(guān)，并加快ESRD進(jìn)展，且與NDM-ESRD關(guān)聯(lián)較大，但也存在不同的結(jié)果[9-10]。Murea等[8]認(rèn)為早期控制高血壓并不能阻止存在 MYH9變異非裔美國(guó)人 H-RD的進(jìn)展，相反能進(jìn)展為 CKD，更容易進(jìn)入ESRD。在歐裔美國(guó)人中，高血壓可引起腎臟損害，而經(jīng)治療的輕中度高血壓患者可降低CKD的發(fā)病率，更容易死于心血管疾病，認(rèn)為MYH9變異與腎臟疾病的關(guān)系具有種族差異。Liu等[18]認(rèn)為在中國(guó)CKD患者中MYH9變異（rs3752462）與高血壓相關(guān)，MYH9 GG型患者血壓較TT型更高。Pazik等[19]發(fā)現(xiàn)MYH9變異（rs3752462、rs5756168）與移植腎的動(dòng)脈狹窄有關(guān)。Freedman等[20]研究發(fā)現(xiàn)非裔美國(guó)人 MYH9危險(xiǎn)等位純合子并沒(méi)有發(fā)展為腎病，表明基因-環(huán)境和基因-基因的相互作用可能引起腎臟疾病在遺傳易感性個(gè)體上的不同。

6 APOL1基因和MYH9基因變異導(dǎo)致H-RD的可能機(jī)制

目前，MYH9與APOL1關(guān)聯(lián)分析是CKD多基因病因研究的主要策略之一，但APOL1和MYH9變異導(dǎo)致腎損傷的機(jī)制目前仍不十分清楚，可能與以下因素有關(guān)：（1）表達(dá)于足細(xì)胞或其他腎臟細(xì)胞的APOL1變異可能誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡或足細(xì)胞自我吞噬。足細(xì)胞表達(dá) APOL1 mRNA，而APOL1蛋白與Bcl-2家族蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)和功能相似，可能因受到腎毒性的影響，觸發(fā)足細(xì)胞凋亡并導(dǎo)致腎小球硬化。APOL1蛋白在自我吞噬方面發(fā)揮重要作用，研究發(fā)現(xiàn)缺乏關(guān)鍵自噬蛋白的小鼠腎小球更易受損傷，這種現(xiàn)象有助于解釋APOL1與CKD的關(guān)聯(lián)性[21]。（2）由于 APOL1 G1/G2 變異引起血漿HDL顆粒功能失調(diào)，導(dǎo)致動(dòng)脈硬化性腎臟血管內(nèi)皮炎癥，使腎臟微循環(huán)障礙而產(chǎn)生腎臟疾病。（3）循環(huán)APOL1蛋白在CKD發(fā)病機(jī)制中可能發(fā)揮重要作用。腎病相關(guān)APOL1變異蛋白較少結(jié)合HDL顆粒，可在血漿中自由流動(dòng)且能穿過(guò)腎小球?yàn)V過(guò)屏障，被足細(xì)胞吞噬后致腎小球硬化和/或間質(zhì)纖維化。（4）MYH9在腎小球足細(xì)胞、毛細(xì)血管和腎小管中表達(dá)，其突變引起局部腎小球足突融合，因足細(xì)胞裂孔膜消失進(jìn)而損傷腎臟。（5）MYH9異常表達(dá)、定位或功能改變導(dǎo)致肌球蛋白異常，使足細(xì)胞和腎小管的細(xì)胞骨架受損，進(jìn)一步導(dǎo)致蛋白尿、血尿，甚至腎衰竭。Freedman 等[22]認(rèn)為基因檢測(cè)可明確APOL1變異和其他腎小球硬化癥相關(guān)的基因變異，并且可提供疾病發(fā)病機(jī)制的精確定義，因此建議以基于基因（如APOL1）的腎小球硬化癥或小動(dòng)脈腎硬化等表述較“高血壓性腎硬化”更能體現(xiàn)相關(guān)腎病的病理基礎(chǔ)。

近年來(lái)發(fā)現(xiàn)與孟德?tīng)栠z傳病相比，APOL1變異具有較低的外顯率，而APOL1G1/G2對(duì)CKD的易感性是必要的，但僅G1/G2不足以導(dǎo)致腎病的發(fā)生，只有一部分?jǐn)y帶兩個(gè)APOL1 G1/G2者發(fā)展為腎病[23]，因此就APOL1變異導(dǎo)致腎病的發(fā)病機(jī)制提出“二次打擊”學(xué)說(shuō)，并且發(fā)現(xiàn) HIV患者在缺少抗病毒治療情況下患腎臟疾病的終生風(fēng)險(xiǎn)可能超過(guò)50%，而患FSGS為4%[6]。非裔人群的遺傳風(fēng)險(xiǎn)（其中包括APOL1易感性，也許還有其他位點(diǎn)）伴隨修飾位點(diǎn)（如足蛋白或其他）和基于環(huán)境因素的二次打擊導(dǎo)致了各種腎臟疾病的發(fā)生，包括FSGS和其他病因?qū)е碌腃KD[6]。

7 展望

隨著人類基因組計(jì)劃的完成、基因測(cè)序的進(jìn)步及候選基因分析和全基因組關(guān)聯(lián)分析的展開，如果對(duì)APOL1進(jìn)行全基因分析，有可能發(fā)現(xiàn)與H-RD相關(guān)變異的存在，從而有助于闡明H-RD的遺傳學(xué)機(jī)制，前景令人向往。APOL1在人群間表達(dá)頻率差異顯著，一般認(rèn)為APOL1 G1/G2變異主要集中在非裔人群，在其他人群表達(dá)頻率很低。此外，APOL1和MYH9變異與H-RD相關(guān)，但兩者是獨(dú)立作用，交互作用，還是存在著“上位”？?jī)H部分含 MYH9變異和/或 APOL1變異者發(fā)生CKD，是否存在其他基因或環(huán)境因素的作用？基于APOL1和MYH9有可能是 H-RD的遺傳學(xué)因素，且APOL1變異存在明顯的種族差異，若對(duì)我國(guó)漢族H-RD患者APOL1和MYH9進(jìn)行全基因測(cè)序，通過(guò)檢測(cè)與腎病相關(guān)的APOL1和MYH9 SNPs，有望發(fā)現(xiàn)與我國(guó)漢族H-RD患者相關(guān)的變異及其表達(dá)頻率。

基于APOL1和MYH9變異導(dǎo)致腎損傷的機(jī)制目前仍不清楚，因此除非能證實(shí)APOL1和MYH9變異可直接導(dǎo)致H-RD，否則不能排除H-RD的發(fā)生可能還存在其他原因，如未被發(fā)現(xiàn)的其他基因變異。Freedman等[22]發(fā)現(xiàn)采用標(biāo)準(zhǔn)降血壓方案聯(lián)合ACE抑制劑防止APOL1相關(guān)腎病的進(jìn)展無(wú)效，這可能提示APOL1蛋白對(duì)腎細(xì)胞有直接毒性作用。因此，發(fā)現(xiàn)導(dǎo)致H-RD的致病基因，有助于重新認(rèn)識(shí)其病理機(jī)制，從而提供全新的預(yù)防和治療手段[6，9]。