孫俊芳, 高進(jìn)遼, 李宗斌, 藍(lán)云峰, 楊 潔, 李 泱, 劉昱圻

?

線粒體DNA點(diǎn)突變有關(guān)的中國(guó)大家族母系遺傳性高血壓研究

孫俊芳, 高進(jìn)遼, 李宗斌, 藍(lán)云峰, 楊 潔, 李 泱, 劉昱圻*

（解放軍總醫(yī)院老年心血管病研究所, 北京 100853）

研究具有母系遺傳性特點(diǎn)的原發(fā)性高血壓中國(guó)大家系臨床與遺傳學(xué)特點(diǎn)。對(duì)入選的1865例原發(fā)性高血壓患者進(jìn)行線粒體DNA測(cè)序分析，發(fā)現(xiàn)線粒體DNA點(diǎn)突變，對(duì)其進(jìn)行家系隨訪，收集該家系成員臨床資料進(jìn)行分析，分析其遺傳學(xué)特點(diǎn)。該家系中母系成員高血壓患病率高達(dá)55.6%，非母系成員高血壓患病率15.6%（＜0.01）；母系成員高血壓發(fā)病年齡有提前的趨勢(shì)[Ⅱ代（62.0±6.2）歲；Ⅲ代（46.3±5.8）歲；Ⅳ代（23.3±2.9）歲]母系成員血糖、總膽固醇、血鈉明顯高于非母系成員（＜0.05），而超聲結(jié)果沒(méi)有明顯差異；遺傳學(xué)分析發(fā)現(xiàn)母親患病子代發(fā)病率明顯高于父親患病者（＜0.05），男女發(fā)病率沒(méi)有差異（＞0.05）；該家系母系成員高血壓發(fā)病率明顯高于非母系成員，該家系符母系遺傳特點(diǎn)，高血壓發(fā)病與線粒體DNA突變有關(guān)，提示線粒體DNA突變可能與母系遺傳性高血壓發(fā)病有關(guān)，在高血壓發(fā)病中發(fā)揮重要作用。

母系遺傳; 線粒體DNA; 原發(fā)性高血壓; 突變

線粒體病是線粒體突變的積累，導(dǎo)致線粒體氧化磷酸化功能受損，細(xì)胞功能下降[1]。線粒體DNA（mitochondrial DNA，mtDNA）突變可以累及腦、心臟、骨骼肌、腎臟和內(nèi)分泌等多種器官，目前認(rèn)為許多老年性疾病與mtDNA突變有關(guān)，如Alzheimer癥[2]、帕金森氏病[3]等。目前已發(fā)現(xiàn)多種線粒體疾病，有確切母系遺傳特征，如Leber遺傳性視神經(jīng)病變[4]、非胰島素依賴性糖尿病[5]等。

高血壓發(fā)病率逐年增高，與冠心病、腦卒中、心力衰竭和腎功能障礙密切相關(guān)，是導(dǎo)致心源性死亡的重要危險(xiǎn)因素之一。高血壓是多種環(huán)境與遺傳因素共同作用的結(jié)果，遺傳因素占發(fā)病的30%～50%。臨床發(fā)現(xiàn)高血壓具有家族聚集傾向，其中一些具有明顯母系遺傳特點(diǎn)[6]。

有研究發(fā)現(xiàn)高血壓患者突變的mtDNA明顯高于正常人群[7]。本實(shí)驗(yàn)通過(guò)研究帶有mtDNAA4263G點(diǎn)突變的母系遺傳原發(fā)性高血壓家系，對(duì)該家系成員臨床特點(diǎn)進(jìn)行分析，結(jié)果發(fā)現(xiàn)母系成員高血壓發(fā)病率明顯高于非母系成員，而且高血壓發(fā)病年齡有提前的趨勢(shì)。

1 對(duì)象與方法

1.1 研究對(duì)象

本實(shí)驗(yàn)先證者居住在北京市，該家系其他成員居住在山西省洪桐縣。對(duì)該家系5代104人進(jìn)行研究（見(jiàn)圖1）。按照解放軍總醫(yī)院倫理委員會(huì)管理規(guī)定的方法得到受訪者的知情同意并簽署知情同意書(shū)。對(duì)家系成員的一般情況和血壓進(jìn)行測(cè)量和統(tǒng)計(jì)，對(duì)其中42人進(jìn)行全身體格檢查、采血進(jìn)行生化和心臟超聲檢查。

1.2 mtDNA PCR序列分析

此項(xiàng)工作在美國(guó)辛辛那提大學(xué)兒童醫(yī)院人類遺傳實(shí)驗(yàn)室完成。

1.3 血壓等臨床情況

對(duì)家系成員一般情況，包括性別、年齡、民族、身高、體質(zhì)量等進(jìn)行詳細(xì)問(wèn)卷調(diào)查。采用間接測(cè)量法測(cè)量血壓，讓家系成員在測(cè)量血壓前靜坐5min，安靜狀態(tài)下測(cè)量3次取平均值。對(duì)于3次血壓≥140/90mmHg（1mmHg＝0.133kPa）或者口服降壓藥物患者診斷為高血壓。對(duì)本次檢查首次診斷高血壓患者詳細(xì)詢問(wèn)病史、全身體格檢查并進(jìn)行動(dòng)態(tài)血壓監(jiān)測(cè)以除外繼發(fā)性高血壓。

1.4 生化指標(biāo)測(cè)量

對(duì)該家系成員中的42人在簽署知情同意書(shū)后采血進(jìn)行生化檢查，檢查包括血糖、血脂、肝腎功能、鉀、鈉、氯等。

1.5 心臟超聲檢查

對(duì)該家系成員進(jìn)行超聲心動(dòng)圖檢查，包括室間隔厚度、左室舒張末內(nèi)徑、左室后壁厚度、舒張?jiān)缙诔溆俣龋‥峰）、舒張晚期充盈速度（A峰）、等容舒張時(shí)間、左室射血時(shí)間、升主動(dòng)脈內(nèi)徑、左房?jī)?nèi)徑、左室收縮末內(nèi)徑、右室內(nèi)徑、收縮末期容量、每搏輸出量、縮短分?jǐn)?shù)、射血分?jǐn)?shù)和右房?jī)?nèi)徑。

1.6 統(tǒng)計(jì)學(xué)處理

所有資料均采用SPSS11.0進(jìn)行統(tǒng)計(jì)學(xué)分析。計(jì)量資料采用Mean±SD表示，兩組間均數(shù)的比較采用獨(dú)立檢驗(yàn)，計(jì)數(shù)資料采用卡方檢驗(yàn)。以＜0.05認(rèn)為差異具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

2 結(jié) 果

2.1 臨床情況

先證者是一名49歲女性，一年前體檢時(shí)發(fā)現(xiàn)高血壓，當(dāng)時(shí)血壓140/90mmHg，無(wú)癥狀。平時(shí)血壓波動(dòng)在130～140mmHg/80～90mmHg。未服降壓藥物，通過(guò)控制食鹽攝入量、適當(dāng)運(yùn)動(dòng)等改變生活方式可以使血壓控制在正常范圍內(nèi)。否認(rèn)吸煙、飲酒，否認(rèn)高鹽、高脂飲食。血生化和心臟超聲結(jié)果正常。其母親及2姐1弟現(xiàn)居住在北京市。母親68歲時(shí)診斷為原發(fā)性高血壓，血壓150/90mmHg，口服非洛地平（鈣離子拮抗劑類）治療，血壓波動(dòng)在130～150mmHg/70～80mmHg。其中一姐本次體檢時(shí)測(cè)血壓140/90mmHg，無(wú)癥狀。

圖1 母系遺傳大家系圖譜

Figure 1 The Chinese pedigree with hypertension

箭頭表示先證者, 涂為黑色表示患有高血壓病,*表示心臟超聲顯示心肌肥厚

其母系家族成員大部分居住在山西省洪桐縣。先證者母親的2個(gè)兄弟和1個(gè)姐姐本次體檢時(shí)發(fā)現(xiàn)患有高血壓。對(duì)家系母系成員血壓情況，包括檢測(cè)時(shí)間、發(fā)病年齡、血壓等進(jìn)行統(tǒng)計(jì)（表1）。

表1 母系成員臨床資料及血壓情況

注: 1mmHg=0.133kPa。表中“—”代表該成員沒(méi)有高血壓

該家系母系成員共27人，除去先證者的外祖母已過(guò)世，共26人，參加本次研究的母系成員共23人，另外3人因各種原因未能參加全身查體、血生化和心臟超聲檢查。研究結(jié)果發(fā)現(xiàn)母系成員中高血壓患病率高達(dá)55.6%，非母系成員高血壓患病率15.6%，兩組發(fā)病率比較（＝0.002），差異具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（＜0.01，表2）。

表2 母系成員與非母系成員高血壓發(fā)病率比較

注: 與非母系成員比較,**＜0.01

我們對(duì)參加研究的母系成員收縮壓、舒張壓及高血壓發(fā)病年齡進(jìn)行分析，結(jié)果發(fā)現(xiàn)第Ⅱ代高血壓平均發(fā)病年齡為（62.0±6.2）歲，第Ⅲ代平均發(fā)病年齡為（46.3±5.8）歲，第Ⅳ代平均發(fā)病年齡為（23.3±2.9）歲，高血壓發(fā)病年齡有逐漸提前的趨勢(shì)（表3）。另外，對(duì)研究的4代母系成員收縮壓、舒張壓進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，第Ⅱ代平均收縮壓＞140mmHg，Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ代收縮壓有下降趨勢(shì)（＞0.05）；而平均舒張壓第Ⅲ代最高，其次第Ⅳ代、第Ⅱ代，第Ⅴ代最低（＞0.05）。

表3 母系成員高血壓發(fā)病年齡和血壓比較

注: 1mmHg＝0.133kPa。表中“—”代表該成員沒(méi)有高血壓

2.2 遺傳學(xué)分析

對(duì)母系成員患高血壓外顯率和表現(xiàn)度進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析（表4），結(jié)果發(fā)現(xiàn)該家系成員患高血壓外顯率隨著年齡的增長(zhǎng)逐漸增加；高血壓表現(xiàn)度顯示年齡越高收縮壓增高越明顯，而舒張壓第Ⅲ代表現(xiàn)最明顯，然后依次是第Ⅳ、Ⅱ、Ⅴ。

表4 母系成員高血壓外顯率和表現(xiàn)度分析

為了鑒別幾種不同遺傳方式，包括常染色體隱性遺傳、常染色體顯性遺傳、X-連鎖、線粒體遺傳，我們對(duì)圖1進(jìn)行了詳細(xì)的分析。孟德?tīng)栠z傳方式或X-連鎖可以基本除外，（1）如果是常染色體遺傳，患有高血壓的父親傳給下一代和患有高血壓的母親傳給下一代的幾率應(yīng)該相同。而該家系母親患有高血壓者下一代患高血壓的幾率明顯高于單純父親患高血壓者和父親及配偶患高血壓者。（2）X-連鎖隱性遺傳，家系直系親屬中男性患病率要明顯高于女性，但該家系男女沒(méi)有明顯差異。（3）X-連鎖顯性遺傳，家系中父親患病，女兒一定患有高血壓，但該家系父親患病的，女兒都沒(méi)有發(fā)病。該家系中母親患有高血壓子代24人中有14人患有高血壓，父親患有高血壓子代22人中4人患有高血壓（＜0.05），而這4人中3人母親也患有高血壓。該家系具有明顯母系遺傳特點(diǎn)，這有兩種可能，一種是遺傳印記，一種是線粒體DNA遺傳，如果是遺傳印記，患高血壓的母親后代發(fā)生高血壓的幾率應(yīng)該小于或等于50%，而該家系中母親患有高血壓子代24人中有14人患有高血壓（56%），因此可以除外遺傳印記的可能，那么該家系最可能的遺傳方式就是mtDNA遺傳[9]。

2.3 血生化檢測(cè)

對(duì)參加本研究的42名患者采血進(jìn)行生化檢查，檢查項(xiàng)目包括空腹血糖、肝腎功能、血脂、鉀、鈉、氯、蛋白等指標(biāo)（圖2）。結(jié)果發(fā)現(xiàn)母系成員與非母系成員比較血糖、總膽固醇、血鈉差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（＜0.05）。

2.4 超聲心動(dòng)圖檢查

對(duì)42名參加研究的家系成員進(jìn)行超聲心動(dòng)圖檢查，結(jié)果顯示母系成員與非母系成員超聲各項(xiàng)指標(biāo)沒(méi)有明顯差異（＞0.05，圖3）。

3 討 論

本研究發(fā)現(xiàn)參加mtDNA序列分析的母系成員都攜帶mtDNA點(diǎn)突變，對(duì)這些母系成員進(jìn)行分析發(fā)現(xiàn)，高血壓發(fā)病率高達(dá)55.6%，而非母系成員高血壓發(fā)病率15.6%。兩組在環(huán)境背景相近的情況下，考慮造成這種差異的主要原因是遺傳因素，提示該家系成員高血壓發(fā)病與mtDNA突變有關(guān)。另外，發(fā)現(xiàn)4代母系成員高血壓發(fā)病年齡有逐漸提前趨勢(shì)，從第Ⅱ代的62歲提前到第Ⅳ代的23.3歲，在遺傳學(xué)上這種現(xiàn)象稱之為遺傳早現(xiàn)（anticipation），這種現(xiàn)象是否與突變的mtDNA量有關(guān)還是一種普遍存在的現(xiàn)象有待于進(jìn)一步研究。本試驗(yàn)還發(fā)現(xiàn)一個(gè)有趣的現(xiàn)象，該家系母系成員Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ代收縮壓逐漸降低，其中年齡可能是主要的影響因素，但第Ⅲ代舒張壓明顯高于第Ⅱ代，不能用年齡因素來(lái)解釋，提示線粒體DNA點(diǎn)突變可能在其中重要發(fā)揮作用。

圖2 母系成員與非母系成員血生化比較

Figure 2 Biochemical test of maternal and non-maternal members

A: 兩組總膽固醇比較; B: 兩組血鉀比較; C: 兩組血糖比較; D: 兩組血鈉比較

圖3 母系成員與非母系成員超聲心動(dòng)圖比較

Figure 3 Echocardiogram comparison between maternal and non-maternal members

A: 兩組室間隔厚度比較; B: 兩組左室后壁比較; C: 兩組射血分?jǐn)?shù)比較

西方發(fā)達(dá)國(guó)家高血壓發(fā)病率在20%以上，我國(guó)略低，但近年呈增加趨勢(shì)，目前我國(guó)人群高血壓的知曉率為30%，治療率為25%，控制率僅為6%。高血壓是環(huán)境因素與遺傳因素共同作用的結(jié)果。胎兒時(shí)期的一些環(huán)境因素作用，在孩子出生后即使糾正也不能改變高血壓的發(fā)生，已經(jīng)出現(xiàn)持久的疾病標(biāo)記，目前國(guó)際公認(rèn)的肥胖、高鹽飲食、酗酒等因素與高血壓發(fā)病密切相關(guān)[8]。高血壓有明顯遺傳傾向，流行病學(xué)調(diào)查研究發(fā)現(xiàn)高血壓有明顯的家族聚集傾向，父母雙方都有高血壓者較一方有高血壓或雙親無(wú)高血壓者發(fā)病率要明顯增高。高血壓是一種多基因疾病，目前研究主要集中在核基因在高血壓發(fā)病的作用。但臨床工作中發(fā)現(xiàn)某些高血壓發(fā)病呈母系遺傳特點(diǎn)，母親有高血壓者，孩子也患有高血壓，而父親患高血壓不傳給子代，提示這些高血壓發(fā)病可能與mtDNA變異有關(guān)。有研究報(bào)道美國(guó)黑人高血壓伴有終末腎功能不全者[6]線粒體ND3基因上的A10398G點(diǎn)突變和CO1基因上的 T6620C/G6260A 雙點(diǎn)突變發(fā)生率明顯高于對(duì)照組。

mtDNA突變?cè)诟哐獕喊l(fā)病中的作用機(jī)制尚不清楚，推測(cè)可能與線粒體能量合成障礙[10]、線粒體氧自由基（reactive oxygen species, ROS）[11]、線粒體誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡[12]有關(guān)。由于mtDNA突變導(dǎo)致線粒體功能障礙，氧利用下降，能量合成減少，ATP下降，導(dǎo)致細(xì)胞內(nèi)肌漿網(wǎng)上的Ryr受體激活，鈣離子大量釋放，同時(shí)肌漿網(wǎng)攝鈣是一個(gè)主動(dòng)耗能過(guò)程，ATP減少導(dǎo)致肌漿網(wǎng)攝鈣能力下降，胞漿內(nèi)鈣離子增加，細(xì)胞收縮；線粒體氧化磷酸化障礙導(dǎo)致ROS生成增加，GSH/GSSG和NADH/NAD+比值下降，細(xì)胞內(nèi)鈣庫(kù)釋放鈣離子進(jìn)入胞漿導(dǎo)致細(xì)胞收縮；線粒體外膜的電壓依賴陰離子通道（voltage dependent anion channel，VDAC）[13]與Bcl家族促凋亡與抗凋亡蛋白結(jié)合調(diào)節(jié)細(xì)胞凋亡與增殖，在mtDNA突變時(shí)ROS增加，VADC與Bcl家族蛋白中的Bcl-2抗凋亡蛋白結(jié)合導(dǎo)致細(xì)胞增殖，血管發(fā)生重構(gòu)[14]，最終導(dǎo)致高血壓發(fā)生。

目前關(guān)于原發(fā)性高血壓于mtDNA突變的報(bào)道還很少，哪些mtDNA突變是高血壓遺傳標(biāo)記或候選基因還不清楚。另外，高血壓發(fā)病機(jī)制尚不十分清楚，mtDNA突變及其與核DNA（nDNA）相互作用在高血壓發(fā)病中的作用還不清楚?？傊琺tDNA突變?cè)诟哐獕杭膊“l(fā)生中的作用及病理生理機(jī)制等還有很多未知的領(lǐng)域等待我們?nèi)ヌ剿鳌?/p>

[1] Li X, Guan MX. A human mitochondrial GTP binding protein related to tRNA modification may modulate the phenotypic expression of the deafness- associated mitochondrial 12S rRNA mutation[J]. Mol Cell Biol, 2002, 22(21): 7701-7711.

[2] Hutchin T, Cortopassi G. A mitochondrial DNA clone is associated with increased risk for Alzheimer disease[J]. Proc Natl Acad Sci U S A, 1995, 92(15): 6892-6895.

[3] Bender A, Krishnan KJ, Morris CM,. High levels of mitochondrial DNA deletions in substantia nigra neurons in aging and Parkinson disease[J]. Nat Genet, 2006, 38(5): 515-517.

[4] Wallace DC, Singh G, Lott MT,. Mitochondrial DNA mutation associated with Leber's hereditary optic neuropathy[J]. Science, 1988, 242(4884): 1427-1430.

[5] Gerbitz KD, Paprotta A, Jaksch M,. Diabetes mellitus is one of the heterogeneous phenotypic features of a mitochondrial DNA point mutation within the tRNALeu(UUR) gene[J]. FEBS Lett, 1993, 321(2-3): 194-196.

[6] Watson B Jr, Khan MA, Desmond RA,. Mitochondrial DNA mutations in black Americans with hypertension- associated end-stage renal disease[J]. Am J Kidney Dis, 2001, 38(3): 529-536.

[7] 劉玲玲, 譚端軍, 徐 斌, 等. 原發(fā)性高血壓遺傳機(jī)制研究: 全線粒體基因變異掃描分析[J]. 中國(guó)臨床康復(fù), 2004, 8(12): 2271-2273.

[8] Beilin LJ, Puddey IB, Burke V. Lifestyle and hypertension[J]. Am J Hypertens, 1999, 12(9 Pt 1): 934-945.

[9] Baracca A, Sgarbi G, Mattiazzi M,. Biochemical phenotypes associated with the mitochondrial ATP6 gene mutations at nt8993[J]. Biochim Biophys Acta, 2007, 1767(7): 913-919.

[10] Lee HC, Wei YH. Oxidative stress, mitochondrial DNA mutation, and apoptosis in aging[J]. Exp Biol Med (Maywood), 2007, 232(5): 592-606.

[11] Ide T, Sunagawa K. ROS and disorder of mitochondrial DNA[J]. Nippon Rinsho, 2007, 65(Suppl 4): 238-242.

[12] Eisenberg T, Buttner S, Kroemer G,. The mitochondrial pathway in yeast apoptosis[J]. Apoptosis, 2007, 12(5): 1011-1023.

[13] Galluzzi L, Kroemer G. Mitochondrial apoptosis without VDAC[J]. Nat Cell Biol, 2007, 9(5): 487-489.

[14] Gurbanov E, Shiliang X. The key role of apoptosis in the pathogenesis and treatment of pulmonary hypertension[J]. Eur J Cardiothorac Surg, 2006, 30(3): 499-507.

（編輯: 周宇紅）

Maternally inherited hypertension is associated with mitochondrial DNA point mutation in a large Chinese family

SUN Jun-Fang, GAO Jin-Liao, LI Zong-Bin, LAN Yun-Feng, YANG Jie, LI Yang, LIU Yu-Qi*

(Institute of Geriatric Cardiology, Chinese PLA General Hospital, Beijing 100853, China)

To investigate the clinical and genetic characteristics of a large Chinese family with maternally inherited hypertension.The mitochondrial DNA point mutation was detected by sequence analysis in 1865 patients with essential hypertension. Then the families were followed up, and the clinical data were collected for statistical analysis.The morbidity of hypertension in the maternal members was up to 55.6%, while that of the non-maternal members was only 15.6% (＜0.01). The onset age of hypertension tended to be younger [from (62.0±6.2) years old for the second generation, (46.3±5.8) years old for the third generation, and to (23.3±2.9) years old for the forth generation]. The serum levels of blood glucose, total cholesterol and sodium in maternal members were significantly higher than those of non-maternal members (＜0.05). The results of echocardiogram had no difference between the maternal and non-maternal groups. Genetic analysis of this family showed that the morbidity of hypertension offspring of affected mother was higher than those of affected father (＜0.05), but no difference was seen between male and female members with hypertension (＞0.05).The morbidity of hypertension is higher in maternal members than in non-maternal members. Genetic analysis shows that it is a family with maternally inherited hypertension, which may be related with mitochondrial DNA point mutation. Our findings suggest that mitochondrial DNA mutation may be associated with maternally inherited hypertension, and play an important role in the incidence of hypertension.

maternally inherited; mitochondrial DNA; essential hypertension; mutation

(81100186/H0214).

R592; R544.1

A

10.3724/SP.J.1264.2013.00090

2013-04-18;

2013-05-06

國(guó)家自然科學(xué)基金青年項(xiàng)目（81100186/H0214）

劉昱圻, Tel: 010-55499489, E-mail: ametuofo980869@163.com