中华医学杂志

NATIONAL MEDICAL JOURNAL OF CHINA

1999年第2期No.2 1999

童坦君张宗玉

关键词：阿尔茨海默病(AD) AD相关基因 APP基因 PS(早老蛋白) apoE基因 A2M基因

老年性痴呆分脑血管性与阿尔茨海默病(Alzheimer′s Disease, AD)两类。脑血管型多是脑血管病导致脑梗塞的结果，在我国较为常见。AD病因不明，目前认为是一种系统性疾病，以高级认知功能低下为特点，病理上以脑细胞内神经纤维缠结(neurofibrillar tangles, NFT)及细胞外老年斑(senile plaque, SP)为特征^［1］。全球有AD患者约2000万人，在我国70岁以上老人中AD已不少见。由于诊断技术的提高，将使检出人数不断增多^［2］。随着社会老龄化，AD患病率不断增加，使人类不得不面对自然界三大奥秘之一的人脑的研究^［3］。

AD分为散发性与家族性，但以散发性居多。家族性AD又分为早发型(EOAD)与迟发型(LOAD)两种。家族性早发型AD常于50～60岁发病，迟发型AD发病在65岁以后，迟发型多于早发型。从研究家族性AD入手，较易找出AD相关(associated)基因或易感基因。由此，至少已发现4种AD相关基因。但这5种AD相关基因的存在，尚不足以说明AD的所有遗传危险因素。

细胞外以β淀粉样蛋白(amyloid β protein)为中心的SP与脑细胞内高度磷酸化的微管相关蛋白(tau)构成的NFT，是AD在病理上的两大特征。

目前已发现5种基因的突变或多型性与AD有关。它们或多或少涉及上述病理变化。这些AD相关基因，包括：(1)21号染色体的淀粉样蛋白前体(amyloid precursor protein, APP)基因。(2)14号染色体的早老蛋白(presenilin, PS, 又称STM)1基因。(3)1号染色体的早老蛋白(PS)2基因。(4)19号染色体的载脂蛋白E(apolipoprotein E， ApoE₄)基因。(5) 12号染色体的A2M基因其中PS1与ApoE₄基因缺陷在散发性AD中较为常见。国际上已有人将两者的基因探针制成商品，用于AD辅助诊断^［4］。

AD相关基因中APP、PS1、PS2基因与家族性早发型AD有关，每一个家族性早发型AD病例至少有其中之一的异常，ApoE基因及A2M基因与家族性迟发型AD关系较密切，与散发性AD亦有一定关系。

1.淀粉样蛋白前体(APP)基因：APP基因定位于21q21.2，由基因转录后剪接的不同，所得的mRNA可翻译生成数种亚型(如APP695，APP751，APP770)，总称APP，皆为跨膜糖蛋白。AD患者的细胞外老年斑的核心成分β淀粉样蛋白(amyloid β protein)，即为其酶解产物。由于该物质的分子量约为4×10³，呈β片层结构，常简称为βA(beta A)。βA易在胞外聚积成老年斑。通常情况下APP由α分泌酶酶解，产生βA的可溶性肽段释至胞外。目前已发现，APP基因至少有6种点突变。突变型的APP(如APP695的Swedish突变，595位Leu→Asn, 566位Met→Leu; London突变642位Val→Ile或Phe/Gly)可出现新的切点，易为β分泌酶酶解。并在γ分泌酶的配合下产生完整的βA。其βA分泌量可高于正常4～10倍。APP在加工修饰过程中经不同的剪切方式形成39～43个氨基酸残基组成的βA。βA-40在散发性AD的发病中起更重要的作用^［5］；虽然亦有人认为βA-42在AD发病中更为重要。突变的APP常可产生较多βA。据认为，βA可诱导神经元的凋亡^［6］。AD患者不仅脑细胞释出βA，其它细胞也释出较多βA。

2.PS(早老蛋白)1与2：它们都是跨膜蛋白，可在细胞中与APP形成复合物，参与APP的转运及合成后加工。有人野生型早老蛋白1，2有抗凋亡作用，而突变型的早老蛋白1，2易被半胱天冬酶(caspases)裂解，且可使神经元中βA增多^［6］。

PS1由467个氨基酸残基组成。其基因的染色体定位在14q24.3。据报道有PS1基因缺陷的个体均会患AD。家族性早发型AD病例75%有此基因异常，多为点突变。PS突变可使β链蛋白稳定性下降，凋亡相关基因par-4高表达，神经元易于凋亡。已在不同人种的家族性AD中检出了数十种误义(missense)突变。该基因的缺陷可影响APP转运和酶切加工。PS1基因存在着遗传多态性，常见2种等位基因。等位基因1在其第8外显子3′端内含子第16位为A，而等位基因2为C。如用适当引物进行PCR(聚合酶链反应)，再用限制性内切酶BamH1切割PS1的PCR产物。等位基因1的产物可在该位被切开，而等位基因2的产物不被切开，由此可鉴别。1/1基因型的AD发病率高于1/2或2/2型。

PS2与PS1结构相似(67%同源)，由467个氨基酸残基组成。其基因位于1号染色体。PS2基因长23.7 kb，由12个外显子组成。头2个外显子为5′非编码区，后10个外显子具有编码功能。基因转录，按剪接状况的不同，产生2.4 kb与2.8 kb两种转录本。PS2蛋白约为54×10³，降解时需泛素化(polyubiquitinated)，先由蛋白酶体(proteasome)的内肽酶水解成2个片断(20×10³的C片断与34×10³的N片断)^［7］。在家族性AD中已发现其2种误义突变(141位Asn→Ile;239位Met→Val)。据报道检出PS2基因缺陷的个体亦均会患有AD。

3.载脂蛋白ApoE基因：ApoE₄基因具有多态性，有ApoE₂，ApoE₃，ApoE₄ 3种等位基因。其中以ApoE₃最常见，占总数的78%。载脂蛋白ApoE为分子量34×10³，由299个氨基酸残基组成的蛋白质。ApoE₂与ApoE₃的不同，在于ApoE₂的158位氨基酸残基为Cys，而ApoE₃为Arg，ApoE₃与ApoE₄的不同，在于ApoE₃第112位的氨基酸残基为Cys，而ApoE₄为Arg。用适当引物进行PCR，再用限制性内切酶Hhal消化其PCR产物，当可鉴别ApoE₃与ApoE₄。通常认为，ApoE₄是AD的危险因素，而非致病因素。它是常见AD的主要易感基因(major susceptibility gene)。等位基因ApoE₄使发病年龄提早，等位基因ApoE₂与ApoE₃使AD发病率降低，发病年龄延迟^［8］。载脂蛋白ApoE₄水平升高时，发生AD与冠心病的可能性增高。AD病人的ApoE₄等位基因出现频率为38%，远高于正常人。ApoE₄载脂蛋白与βA蛋白在体外共同保温，可产生沉淀。因而ApoE₄或可促淀粉样斑块形成。相反，ApoE₂与ApoE₃则为保护因素。有人用托吡卡胺(tropicamide)扩瞳试验为AD筛查试验。ApoE₄基因携带者该试验阳性率高^［9］。

4.A2M基因：在LOAD病例的12号染色体上的A2M基因也是AD相关基因，该基因编码α₂巨球蛋白。该基因异常是AD的危险因素^［9］。

5.新型AD相关基因的探索：以上4种AD相关基因难以概括AD病例所有遗传危险因素。因而有人致力于寻找新的AD相关基因。除神经纤维缠结(与tau蛋白异常磷酸化有关)及老年斑(与淀粉样蛋白有关)外，AD病变还有第3种病理现象^［10］，其脑组织出现一种称为“AMY(类淀粉样)”的斑块。单克隆抗体AMY117可与其结合。此种斑块位于淀粉样斑块邻近，但不相重合。有关基因已在克隆中。ApoE₄与α-1抗糜蛋白酶(ACT)是淀粉样斑块的主要成分，且会促进淀粉样纤维的形成。有人认为，ACT基因多态性与ApoE₄引发家族性迟发型AD有关，但未能充分证实。

近年来有报道，线粒体DNA(mtDNA)基因突变与AD相关。线粒体是细胞进行氧化磷酸化生产能量的主要场所。其耗氧量占机体总耗氧量的90%，所摄取的氧1%～4%转变为氧自由基。线粒体DNA裸露，易损伤，损伤后难以修复。其氧化损伤率比胞核DNA高10倍以上。因而，线粒体DNA的突变率比细胞核DNA高10～100倍。线粒体DNA损伤缺失可影响功能，影响能量的产生和供给。人脑随增龄有线粒体中细胞色素氧化酶基因DNA片段丢失现象^{［11，12］}。脑细胞细胞色素氧化酶基因突变，可使线粒体中氧自由基生成增多，细胞膜受损，APP增多，脑细胞破坏。这一现象在AD患者中较为常见，以致有人将有关基因称为线粒体的AD相关基因。AD病人的大脑颞叶细胞色素氧化酶基因COⅠ与COⅢ的mRNA水平仅为对照组的50%。AD患者细胞色素氧化酶基因的突变率比同龄老人高32%，约有1/5的AD病人有细胞色素氧化酶基因的缺陷。其脑及血小板的该酶活性皆有所下降。据认为突变的APP基因、PS1、2基因是AD的致病基因，而ApoE₄基因及突变的AZM基因与突变的线粒体细胞色素氧化酶基因是AD的危险因素。它们都是AD相关基因。

6.挑战与对策：AD相关基因的陆续发现，为其基因治疗带来了希望。由于AD相关基因在发病机理及诊治上的重要性，阐明已知基因的作用与发现新的相关基因将是国际学术界的长期目标。至今，我们对家族性早发型AD的相关基因已有相当了解，对家族性迟发型AD的相关基因只略有所知，而对散发性AD相关基因的研究只能说在起步阶段。由于发现散发性AD相关基因的难度大，因而，寻找AD相关基因的任务任重道远。在我国寻找AD家系的工作还应继续深入。由此，结合分子生物学技术，不仅可了解我国AD相关基因的类型与特点，且可由此为发现新的相关基因作出贡献。目前，我国已开始利用PCR等方法开展血细胞AD相关基因的鉴定，这是可喜的现象。该法耗资较多，不宜用于普查。但作为辅助诊断的手段，应予肯定。ApoE₄与线粒体的细胞色素氧化酶基因异常，作为散发性AD辅助诊断指标，是有一定价值的。