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Alzheimer病分子遗传学进展

2022-07-29
来源:求医网
Alzheimer(AD)病是引起老年痴呆的重要原因,主要表现为进行性认知损害和人格改变,病理改变包括神经元缺失、老年斑形成和神经原纤维缠结。AD的病因和发病机制虽不完全明确,但在遗传学研究方面已取得可喜进展。现已发现,早发家族性AD表现为常染色体显性遗传,与β-淀粉样前蛋白(APP)基因、早老蛋白1(PS1)基因和早老蛋白2(PS2)基因突变有关。对于晚发性家族性AD和散发AD,载脂蛋白Eε4基因(ApoEε4)是易患基因。低密度脂蛋白受体相关蛋白(LRP)基因可能也与AD有关。近年来的研究还提示在12号染色体上可能还存在新的致病基因。

1APP基因

该基因是第一个在早发家族性AD家系中被发现的AD致病基因。对老年斑的蛋白成分进行分析提纯,发现它4kd的多肽,后来研究证实,该多肽为β-淀粉样蛋白前体的水解片段Aβ。

St George-Hyslop对4个大家族性AD家系进行分析,发现AD与21号染色体上的DNA标记连锁,致病基因位于着丝粒附近21q11.2~22.2的区域内[1],这一结果被其它一些研究所重复,支持AD与21号染色体有关。后来又证实APP基因也定位于21q11.2~22.2,对早发家族性AD家系的APP基因进行序列分析,发现有几种可导致AD的基因突变,APP基因突变的发现,强烈支持APP基因与AD有关[2]。APP基因长190kbp,含19个外显子,基因突变使APP蛋白β-分泌酶水解的切点增加,使Aβ42/43增加,导致Aβ的堆积,形成老年斑。

动物实验发现,带有突变的APP基因的转基因鼠过度表达该基因引起Aβ堆积、老年斑的形成及记忆缺陷[2],进一步证实APP基因与AD有关。但转基因鼠的病理改变中无神经原纤维缠结和神经元缺失,与AD的病理改变不完全相符。

由APP基因突变引起的AD很少,只有5%~20%的早发家族性AD是由该基因突变所致。

2PS1基因

Schellenberg等[3]对早发家族性AD进行连锁分析,结果发现与14号染色体14q24.3位点有关,这一结果被其他研究所证实,因此认为早发家族性AD的另一个疾病基因可能位于14q24.3。Sherrington等[4]对携带有错义突变的基因进行位置克隆,找出了一个AD相关基因S182,该基因后来被命名为PS1基因。PS1基因长75Kbp,有10个外显子,编码7跨膜蛋白,免疫组化分析显示,PS1存在于AD病人的老年斑中。迄今已在50多个不同家系中发现了30多种错义突变,所有突变均发生在保守性核苷酸序列。因PS1基因突变所致的AD占早发家族性AD的30%~50%[2]

3PS2基因

Levy-Lahad等[5]对一组Volga-German早发家族性AD家系进行研究,发现了另一引起AD常染色体显性遗传的基因,该基因位于1q31~42,与PS1基因有67%的同源性,因此被命名为PS2基因。

PS2基因突变率低,目前仅在8个家系中发现2种错义突变,是引起AD的少见原因[2]

4AopE基因

Strittmater等[6]发现迟发性家族性AD和散发性AD均与ApoEε4基因有关,患者ApoEε4等位基因频率显著高于正常对照组。Corder等[7]在晚发AD家系中还发现ApoEε4与AD有剂量依赖关系,即ApoEε4纯合子发病年龄比杂合子早,而杂合子又比没有ApoEε4者早。ApoEε4基因提高患 AD的危险度,ApoEε4纯合子的相对危险度为5.1~17.9,而杂合子则为2.2~4.4[8]

国内江三多等[9]也发现ApoEε4基因与早发和迟发AD均有关联,而且随ApoEε4基因增多,AD患病率上升,发病年龄提前。

由于AD患者中早发家族性AD只占少数,大部分均为散发性,因此发现ApoEε4基因与AD的关联就显得很有意义。据估计,带1个ApoEε4基因者终身患病率为29%,而没有该基因者只有9%[10]。由于没有ApoEε4基因的人也可能患AD,而ApoEε4纯合子也可能不患AD,因此不能根据ApoEε4基因来预测某人是否会患AD,只能把它看作众多AD易患因素中的一员。

ApoE基因位于19号染色体,3个常见的等位基因为ε2、ε3、ε4,一般健康者ε3最常见。

在老年斑和神经原纤维缠结中都发现有ApoE,在脑脊液中ApoE与Aβ结合[2],这些发现支持ApoEε4基因与AD有关。

5ApoE受体蛋白基因

ApoEε4基因是迟发家族性和散发AD的一个重要危险因素,但作用机制尚不十分清楚。在中枢神经系统,ApoE的受体包括低密度脂蛋白受体(LDL-R)、极低密度脂蛋白受体(VLDL-R)和低密度脂蛋白样受体(LRP)[11],其中LRP是ApoE的主要受体[12]。由于它参与ApoE的代谢,可能会改变ApoE所致的AD发病危险度,还能调节APP的降解,因此ApoE受体蛋白基因可能是AD的候选基因。

日本学者对VLDL-R基因与散发AD的关联进行分析,发现该基因5'非翻译区的三核苷酸重复序列CGG的拷贝改在AD患者和正常人之间存在差异,AD患者CGG5等位片断频率高于正常对照组,而CGG8则低于正常对照组[13]。由于他们研究的是就诊病例,因此所得等位基因频率可能会有偏差。Fallin[14]对社区人群中和就诊的AD病人的VLDL-R多态性进行分析,结果均未发现VLDL-R基因和AD有关。

Lendon[11]对美国AD人群和ApoE的3个受体基因进行关联分析,未发现AD与VLDL-R和LDL-R基因的多态性有关,但与LRP基因5端四核苷酸重复序列(TTTC)n的多态性有关,AD病人中87bp等位片断频率高于正常对照组,但若考虑到已知危险因素(如ApoEε4基因),则不再有显著意义。另一项对法国散发AD人群进行的研究也表明AD与LRP基因的这一多态性有关,但不同的是,这一研究发现87bp等位片断频率低于正常对照组[12]。以上两项研究虽都提示AD与LRP基因5端四核苷酸重复序列多态性有关,但他们研究的都是临床病例,而且证据并不很充分,所得结论可能会有偏差,因此,Fallin等[15]对社区AD患者LRP基因的这一多态位点进行分析,结果未发现两者有关联。另有两项研究也未得到阳性结果。

Kang等[16]采用PCR-SSCP方法对AD与LRP基因外显子3的多态性(由LRP cDNA第766位核苷酸的碱基T或C决定)进行分析,发现AD患者C/C基因型频率和C等位基因频率均遍于正常对照组,C/C基因型者发病年龄比C/T或T/T基因型者早,而且老年斑的数量也多。Kambo等[17]也重复到类似的结果。他们的研究提示,AD可能与LRP CDNA 766位T/C多态性有关,C等位基因可能促使AD的发病,而T等位基因则可能具有保护作用。但也有一项研究未能重复这一发现。

从以上分析可以看出,有关VLDL-R基因和LRP基因与AD的关系,各项研究的结果并不一致,而且两项发现AD与LRP基因与5端四核苷酸重复序列多态性有关的研究,其结果正好相反。由此看来,ApoE受体蛋白基因与AD的关系尚有待探索。

612号染色体上新的AD致病基因

为找出新的AD基因位点,Pericak-Vance等[18]对16个迟发AD家系进行全基因组扫描,经初步筛选,找到了15个有意义的区域,他们又对另一组18个家系作进一步分析,发现15个区域中有4个仍有意义,其中又以12号染色体着丝粒附近30cM范围的区域结果最强,提示该区域存在新的致病基因。

为验证以上结果,Rogaeva等[19]检查了53个家系12号染色体上的6个遗传标记,结果支持12号染色体上存在AD易患位点。

Wu等[20]对230个家系的12号染色体上18个遗传标记进行分析,结果未发现有连锁的证据。

造成以上结果不一致的原因,可能是12号染色体上存在作用较小的基因位点,也可能是所得的结果是假阳性。

虽然Pericak-Vance和Rogaeva等均有阳性发现,但前者所研究的家系中有50%为ApoEε4(—),即家系中至少有一位患者不含有ApoEε4;而后者所得到的连锁的证据却来自相反组,即家系中大多数患者至少有1个 ApoEε4等位基因。因此他们的结果并不完全一致。

综上所述,AD的遗传学研究发现,APP基因、PS1基因、PS2基因突变引起早发家族性AD,ApoEε4基因提高散发和迟发家族性AD的易患性,VLDL-R基因和LRP基因与AD的关系尚不明确,在12号染色体上可能存在新的致病基因。

参考文献

1,St George-Hyslop PH,Tanzi RE,Polinsky RJ,et al.The genetic defect causing familial Alzheimer disease maps on chromosome 21.Science,1987,235:885

2,London CL,Ashall F,Geate AM,et al.Exploring the etology of Alzheimer disease using molecular genetics.JAMA,1997,277:825

3,Schellenberg GD,Bird TD,Wijsman EM,et al.Genetic linkage evidence for a familial Alzheimers disease locus on chromosome 14.Science,1992,258:668

4,Sherrington R,Rogeva El,Liang Y,et al.Cloning of a gene beari