單基因脂代謝異常的研究進(jìn)展

楊 頌，秦彥文

(首都醫(yī)科大學(xué)附屬北京安貞醫(yī)院 北京市心肺血管疾病研究所， 北京 100029)

血脂異常是動(dòng)脈粥樣硬化性心血管疾病的重要危險(xiǎn)因素，人的血脂水平受年齡、飲食、肥胖及其他疾病等因素的影響。除一部分為生活方式不良導(dǎo)致外，大部分原發(fā)性血脂異常是由于單一基因或多個(gè)基因突變所致，單基因疾病與早發(fā)心血管疾病相關(guān)性更顯著[1]。本文綜述了已知的單基因脂代謝異常的臨床特點(diǎn)和發(fā)病機(jī)制。

1 以低密度脂蛋白膽固醇(low-density lipoprotein cholesterol，LDL-C)或總膽固醇(total cholesterol，TC)升高為主的血脂異常

機(jī)體內(nèi)血漿脂蛋白代謝分為內(nèi)源性、外源性代謝途徑及膽固醇的逆轉(zhuǎn)運(yùn)。內(nèi)源性代謝途徑是指由肝臟合成極低密度脂蛋白膽固醇(very low-density lipoprotein cholesterol, VLDL-C)，并轉(zhuǎn)變?yōu)橹械让芏戎鞍啄懝檀己蚅DL-C，且LDL-C被肝臟或其他器官代謝的過(guò)程。該過(guò)程的平衡受多種因素影響[2]，參與該過(guò)程中的酶、蛋白或受體的相關(guān)基因變異，可引起以L(fǎng)DL-C或TC升高為主的血脂異常。

1.1 家族性高膽固醇血癥(familial hypercholesterolemia，F(xiàn)H)

FH(在線(xiàn)人類(lèi)孟德?tīng)栠z傳數(shù)據(jù)庫(kù)Online Mendelian Inheritance in Man, OMIM#143890)是由單基因變異引起的最常見(jiàn)的血脂異常。其特點(diǎn)是： LDL-C

水平升高，肌腱黃瘤和/或角膜弓和早發(fā)心血管疾病家族史(表1)。FH通常以常染色體顯性遺傳方式為主，突變攜帶者比普通人群早發(fā)冠心病風(fēng)險(xiǎn)高10～20倍[3]；低密度脂蛋白受體(low density lipoprotein receptor，LDLR)基因、載脂蛋白B- 100(apolipoprotein B- 100，ApoB- 100)基因和前蛋白轉(zhuǎn)化酶枯草桿菌蛋白酶9(proprotein convertase subtilisin/kexin type 9，PCSK9)基因突變常導(dǎo)致該病的發(fā)生[4]。

LDLR位于染色體19p13.2，該基因突變后使LDLR缺無(wú)或功能異常導(dǎo)致LDL顆粒不能被充分清除。表型的嚴(yán)重程度以L(fǎng)DL-C水平為特征，LDL-C水平取決于殘余LDLR活性，LDLR突變分為5種類(lèi)型[5](圖1-①～⑤)。

ApoB- 100是LDL顆粒的主要載脂蛋白。由ApoB編碼，ApoB位于染色體2p24.1，該基因編碼的ApoB- 100對(duì)LDL-LDLR復(fù)合物的形成至關(guān)重要。ApoB突變引起ApoB的結(jié)構(gòu)改變,使LDL與LDLR的親和力下降約90%[6](圖1-⑥)。

PCSK9在肝臟中表達(dá)，結(jié)合在LDL-LDLR 復(fù)合體的LDLR部分，增加LDL和LDLR的親和力，使內(nèi)涵體內(nèi)無(wú)法釋放LDL，LDLR與LDL被同時(shí)降解[7](圖1-⑦)。PCSK9位于染色體1p32.3，功能獲得性突變?cè)黾蛹?xì)胞內(nèi)LDLR降解導(dǎo)致細(xì)胞表面LDLR表達(dá)下降，LDL-C從細(xì)胞內(nèi)清除率降低；而PCSK9功能喪失性突變導(dǎo)致相反的表型：細(xì)胞表面LDLR數(shù)量增加，降低LDL-C水平和較低的心血管疾病風(fēng)險(xiǎn)。

另外，載脂蛋白E(apolipoprotein E，ApoE)基因突變也可引起常染色體顯性遺傳高膽固醇血癥,該類(lèi)疾病標(biāo)準(zhǔn)篩查應(yīng)包括ApoE[8- 9]。

除了常染色體顯性遺傳模式，F(xiàn)H也存在常染色體隱性遺傳(ARH；OMIM#603813)，是由低密度脂蛋白受體銜接蛋白1基因(low density lipoprotein receptor adaptor protein 1, LDLRAP1)雙等位基因失功能突變引起的。LDLRAP1基因位于染色體1p36.11。其參與LDL-LDLR復(fù)合體的胞吞作用，突變導(dǎo)致復(fù)合體的內(nèi)化障礙(圖1-⑧)，從而嚴(yán)重降低LDL的攝取，引起高膽固醇血癥。

①無(wú)義突變：沒(méi)有可以檢測(cè)到的LDLR蛋白；②突變的LDLR無(wú)法從內(nèi)質(zhì)網(wǎng)運(yùn)輸?shù)礁郀柣w；③突變的LDLR轉(zhuǎn)運(yùn)到細(xì)胞膜，但無(wú)法與LDL-C結(jié)合；④突變的LDLR結(jié)合LDL-C但無(wú)法在被覆小凹內(nèi)；⑤突變的LDLR不能釋放LDL-C，隨后不能被細(xì)胞膜回收，而在細(xì)胞內(nèi)降解；⑥ApoB失功能突變降低LDL-C顆粒與LDLR連接的能力；⑦PCSK9功能獲得性突變明顯增加LDL-C和LDLR的親和力，導(dǎo)致LDL-LDLR復(fù)合物被內(nèi)吞后無(wú)法釋放LDL；⑧LDLRAP1突變導(dǎo)致復(fù)合體的內(nèi)化障礙

圖1FH中基因變異影響膽固醇代謝的類(lèi)型
Fig1GeneticvariationaffectsthetypeofcholesterolmetabolisminFH

雖然大多數(shù)FH是由以上幾種基因發(fā)生突變導(dǎo)致的，但在約30%的FH患者中沒(méi)有發(fā)現(xiàn)已知突變[5]。本課題組前期對(duì)一臨床表現(xiàn)為FH的3代家系進(jìn)行全外顯子測(cè)序，未發(fā)現(xiàn)已知的FH相關(guān)變異；而對(duì)散發(fā)的臨床表現(xiàn)為FH的患者進(jìn)行靶向捕獲測(cè)序，其中少部分患者也未發(fā)現(xiàn)已知致病突變，這說(shuō)明FH仍有未知遺傳變異存在，而FH的發(fā)病率也可能因?yàn)檫@些未知因素而被低估。

1.2 膽固醇7-羥化酶基因變異引起的LDL-C異常

膽固醇7-羥化酶僅在肝臟中表達(dá)，其在膽汁酸形成的經(jīng)典途徑中啟動(dòng)膽汁酸的合成。由膽固醇7-羥化酶(cholesterol 7-alpha hydroxy-lase,CYP7A1)基因編碼(OMIM#118455)，該基因位于染色體8q12.1。CYP7A1基因突變引起CYP7A1活性降低，降低了膽固醇分解代謝與膽汁酸的合成，使肝內(nèi)膽固醇含量增加，肝臟膽固醇水平的增加下調(diào)了肝臟的LDLR，導(dǎo)致血漿LDL-C水平增加(表1)。功能缺失突變攜帶者早發(fā)動(dòng)脈粥樣硬化的風(fēng)險(xiǎn)增加。

1.3 溶酶體酸性脂肪酶缺乏癥

溶酶體酸性脂肪酶(lysosomal acid lipase，LAL)缺乏癥，是一種常染色體隱性遺傳的脂肪酶A(lipase A, LIPA)基因突變引起的代謝異常(OMIM#613497)，LIPA位于染色體10q23.31。該基因突變引起LAL活性降低導(dǎo)致溶酶體內(nèi)膽固醇酯和TG積累，細(xì)胞內(nèi)游離膽固醇減少導(dǎo)致內(nèi)源性膽固醇合成增加。同時(shí)，細(xì)胞內(nèi)游離膽固醇減少使HDL-C流出減少，最終表現(xiàn)為血漿LDL-C水平升高、HDL-C水平降低[10]。LAL缺乏的表型取決于剩余的LAL活性(表1)。

2 以三酰甘油(triglyceride，TG)升高為主的血脂異常

通過(guò)飲食攝入的膽固醇和TG在小腸中合成乳糜微粒，并接受來(lái)自HDL的ApoE和載脂蛋白C(apolipoprotein C，ApoC)，成熟后激活脂蛋白脂酶(lipoprotein lipase，LPL)，核心的TG被水解,釋放游離脂肪酸，產(chǎn)生能量。乳糜微粒殘粒在肝臟被分解代謝的過(guò)程為外源性代謝途徑，該過(guò)程涉及的單基因脂代謝異常主要表現(xiàn)為T(mén)G升高和混合型血脂異常。

家族性(外源性)高三酰甘油血癥又名脂蛋白酶缺乏癥或家族性高乳糜微粒血癥等。最常見(jiàn)的原因是LPL突變導(dǎo)致LPL缺乏。幾乎所有這些突變已被證明是降低或消除LPL活性，導(dǎo)致富含TG的脂蛋白，主要是乳糜微粒的積累[11- 12]。另外，ApoC2編碼的ApoC-Ⅱ,存在于HDL、乳糜微粒和VLDL，是LPL激活的一個(gè)重要輔助因子，ApoC2突變，影響LPL的激活，從而導(dǎo)致TG蓄積[13]。臨床上表現(xiàn)為反復(fù)發(fā)作胰腺炎，空腹TG常超過(guò)11.3 mmol/L(1 000 mg/dL)。

本課題組前期對(duì)極端的高TG血癥患者進(jìn)行靶向捕獲測(cè)序，其中部分患者未攜帶已知致病突變，但攜帶有ApoA5等其他相關(guān)基因新突變，ApoA5基因簇對(duì)高密度脂蛋白膽固醇(high-density lipoprotein cholesterol，HDL-C)影響較大，也有文獻(xiàn)報(bào)道該基因影響TG水平[14]。

表1 以L(fǎng)DL-C或TC升高為主的血脂異常臨床表現(xiàn)Table 1 Clinical presentations of dyslipidemia based on higher LDL-C or TC

3 混合型血脂異常

家族性β脂蛋白血癥(FDBL；OMIM # 617347)是一種常染色體隱性遺傳的混合型高脂血癥。該病主要受ApoE影響，該基因位于染色體19q13.32，主要有3個(gè)等位變異，即E2、E3和E4。純合子的E2變異(ApoE2/E2)可能發(fā)展為FDBL。ApoE2基因型攜帶者從循環(huán)排除乳糜微粒和VLDL殘余顆粒的能力較低，殘余顆粒循環(huán)時(shí)間較長(zhǎng)，殘余顆粒的核心與LDL和HDL顆粒的脂質(zhì)交換使其變?yōu)楫惓Ｄ懝檀肌＿@些異常的膽固醇可以導(dǎo)致動(dòng)脈粥樣硬化。FDBL的特點(diǎn)是TC和TG水平升高[15]；與早發(fā)冠心病風(fēng)險(xiǎn)增加相關(guān)[16]。

4 以HDL-C降低為主的血脂異常

HDL在ATP結(jié)合盒轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白A1(ATP-binding cassette transporter A1,ABCA1)和載脂蛋白A1(apolipoprotein A1，ApoA1)作用下，在肝臟和小腸形成新生的HDL，并在卵磷脂膽固醇脂酰基轉(zhuǎn)移酶(lecithin-cholesterol acyltransferase，LCAT)的作用下成熟。HDL-C中大部分膽固醇酯通過(guò)膽固醇酯轉(zhuǎn)移蛋白(cholesteryl ester transfer protein， CETP)轉(zhuǎn)移給VLDL和LDL，后者進(jìn)入肝臟被分解代謝。該過(guò)程中相關(guān)基因變異可引起HDL水平的變化(圖2)。

4.1 家族性低α脂蛋白血癥

家族性低α脂蛋白血癥(OMIM#604091)是一種罕見(jiàn)的常染色體顯性遺傳血脂紊亂，受ApoA1/ApoC3/ApoA4/ApoA5基因簇編碼的脂蛋白影響，該基因簇位于染色體11q23.3。家族性低α脂蛋白血癥表型取決于受影響的基因簇(表2)。

4.2 丹吉爾病/家族性HDL缺陷癥

丹吉爾病(OMIM#205400)是由ABCA1基因突變引起的常染色體隱性遺傳病，該基因位于染色體9q31.1。ABCA1促進(jìn)膽固醇和磷脂從外周細(xì)胞和肝臟流出到脂質(zhì)顆粒很小的ApoA1(新生HDL)[17](圖2)。ABCA1突變的純合和雜合子患者表型嚴(yán)重程度不同(表2)。

4.1家族性低α脂蛋白血癥；4.2丹吉爾病/家族性HDL缺陷癥；4.3家族性L(fǎng)CAT缺陷綜合征圖2 以HDL-C降低為主的血脂異常代謝途徑Fig 2 Abnormal metabolic pathway of hyperlipidemia based on HDL-C reduction

疾病基因其他臨床表現(xiàn)家族性低α?脂蛋白血癥 ApoA1/ApoC3/ApoA4/ApoA5基因簇 TG水平降低。脂肪吸收不良。扁平和肌腱黃色瘤、角膜弓和角膜混濁丹吉爾病 ABCA1 TG中度增加，LDL?C水平降低。肝脾腫大，扁桃體腫大，輕度角膜混濁，神經(jīng)病變和早期動(dòng)脈粥樣硬化LCAT缺乏LCAT 家族性L(fǎng)CAT缺乏LDL?C水平降低，腎功能不全，角膜混濁和溶血性貧血 魚(yú)眼病角膜混濁

4.3 家族性L(fǎng)CAT缺陷綜合征

LCAT缺陷綜合征是一種十分罕見(jiàn)的脂代謝紊亂，患者可伴有角膜渾濁，可能呈不完全顯性遺傳模式，是由于LCAT突變導(dǎo)致的。該基因位于染色體16q22.1，LCAT突變引起LCAT缺乏和不成熟的HDL顆粒的形成(圖2)[18]。LCAT突變表現(xiàn)為病情較重的總LCAT缺乏(FLD；OMIM#245900)或病情較輕的魚(yú)眼病(FED；OMIM#136120)(表2)。

5 特殊類(lèi)型的血脂異常

5.1 家族性高谷固醇血癥

谷固醇是一種非膽固醇,在人體內(nèi)微量存在。健康人中，腸上皮細(xì)胞的ABCG5和ABCG8轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白促進(jìn)多數(shù)谷固醇進(jìn)入腸腔,剩余的谷固醇通過(guò)ABCG5和ABCG8轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白作為乳糜微粒轉(zhuǎn)運(yùn)至肝臟，排泄到膽汁[19]。高谷固醇血癥是由于ABCG5和ABCG8突變使腸道谷固醇吸收增加，肝臟排泄減少導(dǎo)致血漿谷固醇升高[20]。谷固醇血癥(OMIM#210250)是一種常染色體隱性遺傳病，表現(xiàn)為肌腱黃色瘤和早發(fā)心血管疾病，癥狀較FH輕(表3)。

5.2 腦腱黃瘤病

腦腱黃瘤病(CTX；OMIM 213700)是一種罕見(jiàn)的隱性遺傳代謝異常，由編碼固醇27-羥化酶蛋白的CYP27A1突變導(dǎo)致。CYP27A1位于染色體2q35，它在幾乎所有的體細(xì)胞的線(xiàn)粒體酶中表達(dá)。固醇27-羥化酶參與膽汁酸的形成，該酶缺乏導(dǎo)致膽固醇不能轉(zhuǎn)化為膽汁酸而使血漿膽汁醇和膽固烷醇增加，膽固烷醇在肌腱和大腦中成瘤積累。腦腱黃瘤病的表現(xiàn)多樣，可能涉及多個(gè)器官(表3)。

5.3 CETP缺陷癥

CETP突變導(dǎo)致CETP缺乏， HDL顆粒中的膽固醇酯轉(zhuǎn)運(yùn)至其他脂蛋白時(shí)發(fā)生障礙，造成HDL顆粒中膽固醇堆積，HDL-C明顯升高，LDL-C降低，純合子HDL-C>2.6mmol/L；雜合子中度增高；但與早發(fā)冠心病未明確相關(guān)性。

表3 特殊類(lèi)型的血脂異常Table 3 Special type of dyslipidemia

6 展望

隨著新一代測(cè)序技術(shù)的發(fā)展，已發(fā)現(xiàn)越來(lái)越多的脂代謝相關(guān)基因。在這篇綜述中，描述了已確定的脂代謝單基因疾病。但并非所有的遺傳因素都已被發(fā)現(xiàn)。單基因脂代謝異常的患者通常有更高的早發(fā)心血管疾病風(fēng)險(xiǎn)，因此，對(duì)單基因脂代謝異常的早期診斷非常重要。目前，由于臨床表現(xiàn)的異質(zhì)性及重疊的臨床表現(xiàn)，很難區(qū)分具體的單基因疾病，單基因脂代謝異常的發(fā)病率是被低估的，而對(duì)單基因脂代謝異常的正確診斷有利于未來(lái)的精準(zhǔn)治療，例如：對(duì)于大多數(shù)高膽固醇血癥患者(包括FH)，他汀類(lèi)藥物治療是金標(biāo)準(zhǔn)，但谷固醇血癥患者使用他汀類(lèi)藥物效果不佳，低谷固醇飲食聯(lián)合依折麥布治療更為有效。對(duì)部分血脂極端異常和難以降到理想水平的患者，通過(guò)基因篩查確診后，可能為這些患者尋找新的治療方法提供理論靶點(diǎn)。

針對(duì)這些單基因脂代謝異常疾病，北京安貞醫(yī)院-北京市心肺血管疾病研究所制定了相關(guān)的基因panel，對(duì)極端血脂患者進(jìn)行基因變異篩查，通過(guò)靶向捕獲測(cè)序技術(shù)，在患者中發(fā)現(xiàn)了部分已知的血脂相關(guān)單基因致病突變，并對(duì)患者的家屬也進(jìn)行了基因的檢測(cè)，為其治療和生活方式提供相應(yīng)的指導(dǎo)。另外，在部分未發(fā)現(xiàn)已知變異的患者中，也發(fā)現(xiàn)了一些新的基因變異，下一步將對(duì)這些基因變異進(jìn)行相應(yīng)的功能驗(yàn)證，旨在尋找新的血脂異常的診斷和治療靶點(diǎn)，也為心血管疾病的早期預(yù)防提供新的理論依據(jù)。

對(duì)于單基因脂代謝異常,未來(lái)研究的目標(biāo)是準(zhǔn)確定位所有單基因遺傳血脂代謝異常的致病基因,并明確其致病機(jī)制。人類(lèi)遺傳學(xué)與生物醫(yī)學(xué)研究的整合將為血脂代謝異常疾病提供新的診治靶點(diǎn)。

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