谷曉玲(綜述)，劉 建(審校)

(1.瀘州醫(yī)學(xué)院,四川 瀘州 646000； 2.瀘州醫(yī)學(xué)院附屬醫(yī)院腎內(nèi)科，四川 瀘州 646000)

據(jù)報道，有3300～23000個蛋白編碼基因的單基因突變會引起人類疾病[1-2]。在過去的研究中，采用以家庭為基礎(chǔ)的連鎖研究，確定了常染色體顯性遺傳的多囊腎病，令人印象深刻的還有以孟德爾形式遺傳的基因變異所致的局灶節(jié)段型腎小球硬化(focal segmental glomerulosclerosis，F(xiàn)SGS)[3]。近年來利用群體遺傳學(xué)原理和全基因組關(guān)聯(lián)研究發(fā)現(xiàn)，特定人群中的多基因非孟德爾形式單核苷酸多態(tài)性(single nucleotide polymorphisms，SNPs)與非糖尿病腎病具有相關(guān)性[4]。該文將著重介紹載脂蛋白L1(apolipoprotein L1，APOL1)的SNPs與非裔血統(tǒng)人群中非糖尿病腎病相關(guān)性的研究進(jìn)展。

1 SNPs

在人類遺傳學(xué)中，人群被描述為一組共享全基因或特異遺傳位點(diǎn)的人[5]。SNPs主要是指在基因組水平上由單個核苷酸的變異所引起的DNA 序列多態(tài)性。SNPs是由于復(fù)制的不精確性造成的，導(dǎo)致替代，然后傳送到子孫后代。在給定的基因位點(diǎn)不同的變異稱為等位基因變異。大多數(shù)這種變異不引起可檢測到的表型變化，也不易患病，它們通?？梢杂脕碜鳛樘囟ǖ倪z傳標(biāo)記，與特定的涉及疾病表型的功能變異常在物理上接近，因此在這種情況下可以考慮作為疾病標(biāo)記[6]。在人類基因組，識別的SNPs迄今超過1500萬至32億[7]。其他引起基因多態(tài)性的過程是重組，即減數(shù)分裂中染色體互換的過程。重組改變不同的SNPs之間的關(guān)聯(lián)水平。當(dāng)一個等位基因變異功能性地引起疾病易患時，連鎖不平衡在致病變異鄰近的基因形成表型與SNPs有統(tǒng)計學(xué)的相關(guān)性，雖然這些SNPs本身不是功能性的，但是它們通過連鎖不平衡效應(yīng)，充當(dāng)了實(shí)際致病變異的物理接近標(biāo)記。

2 APOL1

人類APOL1基因產(chǎn)物是APOL1，存在于血清的高密度脂蛋白微粒上。這個蛋白的結(jié)構(gòu)可分成三個不同的結(jié)構(gòu)和功能區(qū)域：①陰離子孔隙形成域，被認(rèn)為參與溶酶體滲透和細(xì)胞死亡。②由pH敏感的發(fā)夾橋接兩個α螺旋組成的膜定位區(qū)域，它在中性pH時，可促進(jìn)其與血漿中高密度脂蛋白微粒相結(jié)合，在酸性pH時，與細(xì)胞內(nèi)的細(xì)胞器定位相關(guān)。③有亮氨酸拉鏈的C末端兩性分子的α螺旋，用于蛋白質(zhì)-蛋白質(zhì)相互作用。最有名和最廣泛的關(guān)于APOL1的研究是它的溶錐蟲效應(yīng)。載脂蛋白有一個信號肽，使它可以作為循環(huán)蛋白表達(dá)。蛋白質(zhì)的這種特性可使人類避免布氏錐蟲指名亞種(T.b brucei)的感染。T.b brucei感染許多哺乳動物，但不能感染人類，因?yàn)槿说难逯泻幸粋€復(fù)雜的錐蟲裂解因子，包括APOL1、結(jié)合珠蛋白相關(guān)蛋白、APOA1，可對抗T.b brucei。血紅蛋白、結(jié)合珠蛋白相關(guān)蛋白一起作為共同因子促進(jìn)溶錐蟲的APOL1綁定到錐蟲表面，并促進(jìn)分解因子的內(nèi)化。APOL1導(dǎo)致了寄生蟲的溶酶體膜陰離子孔的形成，引起溶酶體腫脹和機(jī)體死亡。與T.b brucei同屬于布氏錐蟲的另外兩個亞種：布氏羅德西亞錐蟲和布氏岡比亞錐蟲，都獲得感染人類的能力，引起非洲昏睡病[8-9]。在布氏羅得西亞錐蟲感染的情況下，APOL1溶錐蟲的效應(yīng)被血清抗性相關(guān)蛋白(serum resistance associated protein,SRA)克服，SRA結(jié)合到它的C末端區(qū)域，中和它的溶解活性[10]。

3 APOL1基因作為非糖尿病腎病易患基因的證據(jù)

通過混合連鎖不平衡繪圖鑒定出了位于染色體22q12.3包含30個基因的區(qū)域與終末期腎病有強(qiáng)相關(guān)性[11-12]，包括非肌肉肌球蛋白重鏈9(nonmuscle myosin heavy chain 9，MYH9)基因。MYH9基因被挑選出來進(jìn)行研究，這種選擇的部分原因是以前的研究表明MYH9常染色體顯性突變引起巨型血小板綜合征組疾病，許多該疾病的患者隨著疾病進(jìn)展可出現(xiàn)腎小球疾病并導(dǎo)致腎衰竭[13]。根據(jù)連鎖不平衡和不同遺傳模型下的統(tǒng)計關(guān)聯(lián)強(qiáng)度，十大強(qiáng)相關(guān)性的SNPs被歸類為三個集群(稱為E、S和F)[14-15]。當(dāng)密集的測序沒能在MYH9鑒定出確切功能效應(yīng)的突變時，研究人員開始尋找MYH9以外的變異[14]。尋找MYH9以外變異的另一個刺激因素是觀察到在埃塞俄比亞人群中，盡管沒有人類免疫缺陷病毒相關(guān)性腎病(HIV associated nephropathy，HIVAN)患者，但該人群的MYH9基因中卻有高頻率的E和S群變異。

在隨后的研究發(fā)現(xiàn)了鄰近的APOL1基因變異，與疾病有更強(qiáng)的相關(guān)性，占大部分或全部分配給MYH9基因E單倍型SNPs的風(fēng)險[16-17]。APOL1的易患等位基因變異包含了兩個錯義突變的單倍型，幾乎完美的相互連鎖不平衡：rs73885319(Ser342Gly)和rs60910145(Ile384Met)稱為G1；第二個信號是APOL1中鄰近G1的6個堿基對的缺失，即rs71785313(388-389 Asn-Tyr del)稱為G2[16-18]。由于rs73885319、rs60910145和rs71785313非常接近，G1和G2兩個等位基因是互斥的，所以它們之間的重組是不可能的，也就是說它們從未一起出現(xiàn)在同一條染色體上。在控制G1和G2信號后，Genovese等[18]沒有發(fā)現(xiàn)其他重大關(guān)聯(lián)，相反，控制MYH9的多種變異后，并沒有消除APOL1信號。在這個區(qū)域，連鎖不平衡模式顯示，G1、G2和MYH9的變異有較強(qiáng)的連鎖不平衡，特別是MYH9 E-1單倍型，在以前的研究中認(rèn)為其是腎臟疾病最好的預(yù)測，存在于含有G1和G2的大多數(shù)單倍型中，這就解釋了MYH9和腎臟疾病的相關(guān)性[12，19]。APOL1的S342G 變異被認(rèn)為修改了APOL1基因產(chǎn)物C末端結(jié)構(gòu)域的結(jié)合位點(diǎn)[20]。6 bp刪除也位于C末端，在生化分析中，類似的缺失實(shí)際上已經(jīng)被證實(shí)了能抑制SRA結(jié)合到APOL1(G1變異沒有這種效應(yīng))[10]。SRA結(jié)合的缺失有望恢復(fù)APOL1殺滅布氏羅得西亞錐蟲活性，從而賦予了在流行區(qū)域或在過去病原體爆發(fā)期間自適應(yīng)的優(yōu)勢，但是增加了腎臟疾病的風(fēng)險，這對于易患基因的地理分布是一個很好的解釋[18]。而在埃塞俄比亞，幾乎沒有發(fā)現(xiàn)APOL1易患基因[21]，而非糖尿病腎病的患病率也非常低，表明腎臟疾病的高流行率與APOL1易患基因分布具有一致性。

4 APOL1基因多態(tài)性與非糖尿病腎病相關(guān)性研究

Genovese等[18]將FSGS但沒有家族史的205例非裔美國人和180例正常非裔美國人進(jìn)行對照，結(jié)果顯示G1單倍型在FSGS病例中頻率為52%，對照組為18%，G2單倍型在FSGS病例組頻率為23%，對照組為15%。FSGS和易患基因相關(guān)性的OR為10.5(95%CI6.0～18.4)。當(dāng)比較0個易患基因組和有1個易患基因組時，觀察到FSGS風(fēng)險無差異(G1或G2，P=0.81，OR=1.04，95%CI0.63～2.13)。比較有0或1個易患基因組和有2個易患基因組的FSGS，OR為10.5(95%CI6.0～18.4)，表明由G1和G2引起的腎臟疾病符合隱性遺傳模式。

在高血壓所致的終末期腎臟疾病(hypertension attributed ESRD，HA-ESRD)的病例對照研究中也得出了類似的結(jié)果：在對1030例HA-ESRD非裔美國患者和與之地理相匹配的1025名來自美國東南部的健康對照組的研究發(fā)現(xiàn)[18]，G1標(biāo)記的SNPs rs73885319(S342G，P=1.1×10-39)與疾病的發(fā)生有極強(qiáng)的相關(guān)性；控制 rs73885319后，G2缺失rs71785313(P=8.8×10-18)也顯示了很強(qiáng)的相關(guān)性。G1-G2和HA-ESRD相關(guān)的OR為7.3(95%CI5.6～9.5),聯(lián)合的G1-G2P=10-63。這個P值在相同的研究人群中比MYH9強(qiáng)35個數(shù)量級，沒有重疊OR(OR=2.38； 95%CI1.93～2.95；P=1.22×10-15隱性,MYH9 E1單倍型)。

非裔美國人群的G1和G2等位基因的頻率大約為12%，在不同病因的ESRD中顯著升高，HA-ESRD占47%，F(xiàn)SGS占66%[16，22]，而最顯著的HIVAN占67%[22]。G1/G2復(fù)合雜合狀態(tài)，HIVAN風(fēng)險OR高達(dá)29[23]。如果假定在美國沒有接受抗反轉(zhuǎn)錄病毒治療的非洲美國人的HIVAN的終身風(fēng)險是10%，那么有0、1和2個APOL1易患基因的HIVAN終身風(fēng)險是2.5%，4.0%和50%[22]。最近Fine等[24]研究表明，APOL1的基因變異和感染HIV非HIVAN的腎臟疾病相關(guān)，在一系列大量的非HIVAN，HIV感染者的腎臟疾病腎活檢中，兩個APOL1易患等位基因的存在與86%的FSGS和高血壓腎病相關(guān)，有1個或0個APOL1易患基因變異的患者，40%有免疫復(fù)合物腎小球腎炎，而只有12%有FSGS。

以上研究表明，APOL1基因變異與FSGS、HA-ESRD、HIVAN以及非HIVAN的HIV感染患者的腎臟疾病具有相關(guān)性，并且這種相關(guān)性均具有統(tǒng)計學(xué)意義。

5 APOL1變異導(dǎo)致腎臟損傷可能的機(jī)制

通過Northern blot分析發(fā)現(xiàn)，編碼APOL1的mRNA大量表達(dá)于胎盤、肺、肝臟，而在心臟和胰腺表達(dá)很弱[25]。人類血管組織原位雜交揭示，APOL1表達(dá)在內(nèi)皮細(xì)胞，也可能在巨噬細(xì)胞[25]。Madhavan等[26]報道，APOL1基因產(chǎn)物表達(dá)于足細(xì)胞和正常腎臟近端小管，而在HIVAN和FSGS患者活檢中發(fā)現(xiàn)，基因產(chǎn)物在足細(xì)胞染色和小管染色減少，并觀察到腎動脈的突出表達(dá)。未來的研究應(yīng)該描述，循環(huán)的APOL1，腎臟細(xì)胞表達(dá)的APOL1，特別是足細(xì)胞表達(dá)的APOL1，哪種APOL1或均作用于腎臟疾病的易患性。

關(guān)于哪種APOL1變異導(dǎo)致腎臟損傷的機(jī)制仍不清楚，可能與以下因素相關(guān)：①表達(dá)于足細(xì)胞或其他腎臟細(xì)胞的 APOL1變異可能導(dǎo)致細(xì)胞關(guān)鍵功能的損傷或失去。APOL1分享了與Bcl-2家族蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)和功能的相似性，Bcl-2家族蛋白質(zhì)參與細(xì)胞凋亡，可能是由于腎毒性影響，包括APOL1觸發(fā)程序性細(xì)胞死亡導(dǎo)致腎小球硬化的作用。APOL1在自我吞噬方面也發(fā)揮重要作用，缺乏關(guān)鍵自噬蛋白的小鼠腎小球更易受損傷，這可能有助于解釋人類慢性腎臟病與這個基因的相關(guān)性[27]。②循環(huán)的APOL1在慢性腎臟病的發(fā)病機(jī)制中可能發(fā)揮重要作用。由于G1和G2的變異，形成功能失調(diào)的高密度脂蛋白顆粒，可能導(dǎo)致有動脈硬化的腎臟血管內(nèi)皮炎癥。在無糖尿病非裔美國人群中，這種血管的變化常常伴隨著FSGS和局灶球性腎小球硬化。③游離的APOL1可能表達(dá)于血漿中，因此APOL1在通過腎小球?yàn)V過屏障時可能被足細(xì)胞攝取。

6 展 望

隨著近幾年人類基因測序的顯著進(jìn)步和人類變異數(shù)據(jù)庫的不斷擴(kuò)展，使科學(xué)家可以著重研究常見疾病與非孟德爾群集遺傳模式的相關(guān)性。通過對腎臟疾病高流行率的非裔美國人群的研究，確定了染色體22q12.3區(qū)域的APOL1基因變異與腎臟疾病易患性相關(guān)。除非鑒定出APOL1基因變異直接顯示引起腎臟疾病，否則腎臟疾病仍然有可能是由其他原因引起的，如其他未被發(fā)現(xiàn)的緊密連鎖。致病基因的發(fā)現(xiàn)可進(jìn)一步深化對腎臟疾病的認(rèn)識，為腎臟疾病提供新的治療手段，并為個體化用藥提供依據(jù)。

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