阿爾茨海默病遺傳學(xué)研究進(jìn)展

王瑞璇，滿進(jìn)勁，李興義，陳娟

阿爾茨海默?。ˋlzheimer disease，AD）是一個連續(xù)的病理生理過程，包括輕度認(rèn)知功能障礙前期（pre-mild cognitive impairment，pre-MCI）、MCI期和癡呆期。pre-MCI期和MCI期可能持續(xù)5～10年，是治療AD的關(guān)鍵時期[1]。AD的主要臨床癥狀為進(jìn)行性記憶力減退、智能障礙及人格改變。MCI的主要臨床表現(xiàn)為記憶力輕度受損、學(xué)習(xí)能力下降，其他認(rèn)知領(lǐng)域如注意力、執(zhí)行能力、語言能力和視空間能力也可出現(xiàn)輕度受損，客觀的神經(jīng)心理學(xué)檢查也可有減退。MCI患者中每年約10%～15%進(jìn)展為AD，2/3的AD患者由MCI轉(zhuǎn)化而來[2,3]。AD患者人均消耗的直接醫(yī)療費(fèi)用達(dá)到3.1萬元/年[4]，給患者的家庭及社會造成巨大的壓力。

AD的機(jī)制尚不清楚，臨床治療也停滯不前。目前較為認(rèn)可的AD的發(fā)病機(jī)制有：β-淀粉樣蛋白、Tau蛋白學(xué)說，以及氧化應(yīng)激、炎性及線粒體功能障礙等多種假說。目前，全基因組關(guān)聯(lián)性研究組確定的主要致病途徑包括淀粉樣途徑、免疫系統(tǒng)/炎癥、脂質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)和新陳代謝、突觸細(xì)胞功能/內(nèi)吞作用和Tau病理學(xué)[5]等。本文主要對分揀蛋白相關(guān)受體1（sorting protein-related receptor with A-type repeats，SorL1/SorLA）基因、橋連整合蛋白1（bridging integrator 1，BIN1）基因、聚集素基因（clusterin，CLU）和磷脂酰肌醇結(jié)合網(wǎng)格蛋白裝配蛋白基因（phosphatidylinositol-binding clathrin assembly，PICALM）等與內(nèi)吞作用[6]發(fā)病機(jī)制相關(guān)的易感基因進(jìn)行綜述。

1 SorL1基因

SorL1是 Vps10p（vacuolar protein sorting 10 protein，Vps10p）受體蛋白家族的一員[7]，是250 KDa的蛋白質(zhì)受體，其主要功能是對物質(zhì)進(jìn)行分選，介導(dǎo)細(xì)胞膜之間和細(xì)胞器之間的物質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)[8]。

SorL1基因位于第11號染色體上（11q23.2-q24.2），其rs2070045位點單核苷酸多態(tài)性與北京地區(qū)漢族人群遺忘型MCI的發(fā)生呈明顯相關(guān)性，G等位基因可能為危險等位基因[9]。有觀點認(rèn)為SorL1基因的單核苷酸多態(tài)性與散發(fā)性AD的發(fā)病呈負(fù)相關(guān)，SorL1基因的改變引起β淀粉蛋白（amyloid β，Aβ）變化，過表達(dá)的SorL1可減少Aβ的表達(dá)[10]。其作用機(jī)制可能是，SorL1與逆向轉(zhuǎn)運(yùn)體復(fù)合物一起，協(xié)助淀粉樣前體蛋白（amyloid precursor protein，APP）由內(nèi)體系統(tǒng)轉(zhuǎn)運(yùn)至高爾基網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中，減少被β分泌酶切割形成具有神經(jīng)毒性的Aβ片段的APP，進(jìn)一步減少Aβ的生成[11]。

2 BIN1基因

BIN1基因位于第2號染色體長臂1區(qū)4帶，編碼多個在大腦和肌肉中表達(dá)的剪接體[12]。BIN1有超過15種的表達(dá)形式，其中大多數(shù)在大腦中表達(dá)，如最長的亞型iso1,它是特定于大腦的亞型，并定位于軸突的初始段和郎飛結(jié)[13]。在中樞神經(jīng)系統(tǒng)中，BIN1與突觸及內(nèi)吞蛋白等相互作用，可調(diào)節(jié)突觸囊泡內(nèi)吞和細(xì)胞骨架動力。全基因組關(guān)聯(lián)研究將BIN1確定為APOE基因后最為顯著的遲發(fā)型AD的易感性位點[14]。敲除APOE基因后，BIN1基因風(fēng)險位點仍然存在，表明BIN1是遲發(fā)型AD相關(guān)的獨立風(fēng)險等位基因[15]。

有研究顯示，AD患者大腦內(nèi)BIN1基因表達(dá)量增加，BIN1基因是AD患者發(fā)病的易感基因。多項大規(guī)模、多中心的全基因組相關(guān)性研究和驗證性研究進(jìn)一步證實，BIN1基因多態(tài)性與AD的發(fā)病相關(guān)。Wang等[16]研究發(fā)現(xiàn)，BIN1基因影響AD的發(fā)病機(jī)制可能是通過調(diào)節(jié)tau蛋白，影響轉(zhuǎn)運(yùn)、炎癥、鈣穩(wěn)態(tài)等細(xì)胞功能的發(fā)揮。張文青等[17]研究證實，BIN1基因多態(tài)性對AD、MCI患者的情景記憶編碼無明顯影響。本課題組在前期研究中發(fā)現(xiàn)，恩施土家族地區(qū)遺忘型MCI的發(fā)病可能與BIN1基因多態(tài)性rs744373位點相關(guān)[18]。關(guān)于BIN1基因多態(tài)性對MCI發(fā)病的影響，尚需進(jìn)一步研究。

目前認(rèn)為，BIN1基因影響AD的發(fā)病有多個方面，主要是通過干擾tau蛋白的生物水平、影響tau蛋白的形成，影響轉(zhuǎn)運(yùn)、炎癥、鈣穩(wěn)態(tài)和調(diào)節(jié)等細(xì)胞功能[19]。tau蛋白是一種微管相關(guān)蛋白，主要存在于神經(jīng)細(xì)胞軸突，與微管蛋白結(jié)合組成早期微管組裝的核心，其他微管蛋白繼續(xù)裝配在于其上，形成微管。BIN1蛋白與細(xì)胞質(zhì)連接蛋白170的相互作用可通過微管產(chǎn)生的拉力增加BIN1的固有微管化能力從而維持細(xì)胞形態(tài)，是細(xì)胞骨架的重要成分[19,20]。

3 CLU

CLU又稱叢生蛋白[22]，是一種單拷貝基因，定位于第8號染色體（8p21-12），由8個內(nèi)含子和9個外顯子組成。CLU有分泌型、核型胞質(zhì)型3種亞型。分泌型主要分布在細(xì)胞外，屬于生理性存在。核型和胞質(zhì)型主要分布于細(xì)胞內(nèi)，僅在應(yīng)激狀態(tài)下產(chǎn)生，是選擇性剪切的產(chǎn)物。正常成人大腦中，CLU在下丘腦、腦干核團(tuán)、脊髓運(yùn)動神經(jīng)元、海馬及小腦浦肯野區(qū)呈高表達(dá)，在小膠質(zhì)細(xì)胞內(nèi)為低表達(dá)，在膜重構(gòu)和細(xì)胞可塑性方面起重要作用。

CLU基因rs11136000多態(tài)性與高加索人群AD易感性相關(guān)，攜帶T等位基因可能會降低AD發(fā)病的風(fēng)險，但其對于其他種族人群的影響不確定[23]。而在中國北方漢族人群中，CLU基因的單核苷酸多態(tài)性與晚發(fā)型AD的易感性相關(guān)；位于CLU基因單核苷酸多態(tài)性位點rs9331949的等位基因C位點可明顯增加AD的發(fā)生風(fēng)險[24]。也有研究表明CLU基因可能是白族人群LOAD的易感基因[25]。CLU rs11136000基因多態(tài)性引起aMCI患者海馬功能連接網(wǎng)絡(luò)廣泛異常，趙瓊等[26]認(rèn)為CLU rs11136000基因多態(tài)性對aMCI患者靜息態(tài)網(wǎng)絡(luò)選擇性損害，可能參與了aMCI病理過程。

CLU不僅參與Aβ的聚集，同時也參與Aβ的清除[27]。蛋白的聚集會激活補(bǔ)體系統(tǒng)和炎癥反應(yīng)，而CLU可抑制補(bǔ)體系統(tǒng)的活化，保持免疫沉默。從而使纖維化的淀粉樣蛋白逃避免疫系統(tǒng)的識別，防止過度的炎癥反應(yīng)，有利于Aβ聚集形成老年斑。而另一方面，Aβ的清除主要有胞吞作用、降解酶及血腦屏障轉(zhuǎn)運(yùn)3種形式。其中胞吞作用及血腦屏障轉(zhuǎn)運(yùn)都與CLU有關(guān)。CLU可與Aβ復(fù)合體借助低密度脂蛋白受體相關(guān)蛋白-2（low density lipoprotein receptor-related protein，LRP）-2完成膠質(zhì)細(xì)胞的胞吞作用，CLU也可與LRP-1結(jié)合，完成血腦屏障轉(zhuǎn)運(yùn)。一方面CLU可與Aβ結(jié)合，穩(wěn)定其結(jié)構(gòu)，介導(dǎo)Aβ清除；另一方面CLU可與纖維化Aβ結(jié)合，穩(wěn)定其結(jié)構(gòu)，防止免疫識別。而這兩者的平衡主要取決于CLU和Aβ的比例。當(dāng)Aβ大量存在時，CLU才會參與淀粉樣蛋白的聚集，否則便會抑制Aβ的聚集。

4 PICALM

PICALM位于染色體11q14位點，是一種參與網(wǎng)格裝配的蛋白，能夠促進(jìn)網(wǎng)格蛋白突觸小泡的形成，參與網(wǎng)格蛋白介導(dǎo)的內(nèi)吞作用（clathrin mediated endocytosis，CME）[28]。CME在大分子物質(zhì)如生長因子、神經(jīng)遞質(zhì)等細(xì)胞內(nèi)運(yùn)輸中必不可少。有研究表明，APP可來源于CME細(xì)胞表面，抑制CME能夠減少APP的細(xì)胞內(nèi)攝作用，減少Aβ的產(chǎn)生和釋放。突觸活動的增多可激發(fā)細(xì)胞的內(nèi)吞作用，更多的APP進(jìn)入胞吞后的胞內(nèi)區(qū)，進(jìn)一步導(dǎo)致Aβ的產(chǎn)生和釋放[29]。

幾項病例對照的全基因組關(guān)聯(lián)（GWAS）研究已多次顯示各種PICALM基因組與晚發(fā)性AD之間的關(guān)聯(lián)[30]?，F(xiàn)有研究未發(fā)現(xiàn)中國漢族人群中PICALM基因（rs3851179）的位點多態(tài)性與AD具有相關(guān)性[31]。有研究證明，大鼠認(rèn)知水平與PICALM的表達(dá)水平呈負(fù)相關(guān)[32]。在中國大理，也有研究表明PICALM基因rs541458和rs3851179位點突變與AD發(fā)病無明顯相關(guān)性[33]。

PICALM可能是通過胞吞作用影響Aβ的水平從而導(dǎo)致AD的發(fā)生。通過促進(jìn)LRP1內(nèi)化，PICALM將Aβ運(yùn)輸引導(dǎo)至Rab5-和Rab11-陽性囊泡，導(dǎo)致Aβ內(nèi)皮細(xì)胞轉(zhuǎn)胞吞作用[34]。同時突觸功能障礙發(fā)生在AD的早期階段，PICALM參與指導(dǎo)囊泡相關(guān)膜蛋白2的轉(zhuǎn)運(yùn)，該蛋白可影響神經(jīng)遞質(zhì)釋放過程中的突觸小泡與突觸前膜的融合，同時破壞正常的突出囊泡循環(huán)，從而導(dǎo)致突觸功能的紊亂，進(jìn)一步影響AD的發(fā)生[35]。

5 小結(jié)

本文總結(jié)了近年來有關(guān)AD發(fā)病的遺傳學(xué)研究，分析認(rèn)為SorL1基因、BIN1基因、CLU基因和PICALM基因在內(nèi)吞途徑中發(fā)揮各自不同的作用，進(jìn)一步影響Tau蛋白、Aβ的生成與表達(dá)，從而導(dǎo)致AD發(fā)生。但上述基因皆存在多個位點的基因多態(tài)性，并且具有人群特異性，要明確上述基因與MCI和AD的關(guān)系，還有待于選擇更多基因位點進(jìn)行更大規(guī)模人群的研究。