黄少轩　娄季宇(通讯作者)　白宏英

郑州大学第二附属医院　郑州　450014



阿尔茨海默病相关基因研究进展

黄少轩娄季宇(通讯作者)白宏英

郑州大学第二附属医院郑州450014

【关键词】阿尔茨海默病；早老蛋白；β-淀粉样前体蛋白；载脂蛋白E

阿尔茨海默病(Alzheimer′s disease，AD)是一种常见的中枢神经系统退行性变性疾病，是引起老年人痴呆的主要疾病之一。发病年龄以65岁为界可将AD分为早发型阿尔茨海默病(early-onset Alzheimer’s disease，EOAD)和晚发型阿尔茨海默病(late-onset Alzheimer’s disease，LOAD)两种。其主要临床表现为进行性认知障碍、记忆减退、个性改变；主要病理特征为Tau蛋白异常聚集形成的神经原纤维缠结(neurofibrillary tangles，NFT)、大脑皮质级海马出现β-样淀粉蛋白(amyloid-β protein，Aβ)聚集形成的老年斑(senile plaque，SP)以及海马区和大脑皮质神经元的丢失[1-2]。除少数家族性AD(FAD)外，绝大多数AD都呈散发性(SAD)，其病因和发病机制非常复杂，至今仍不明确，但已证明其发病与多种因素密切相关，如遗传、年龄、性别、种族、环境等，其中遗传因素在其发病过程中起至关重要的作用。目前已有多个基因被证实与AD相关，其中与LOAD相关的基因主要有β淀粉样蛋白前体(amyloid precursor protein，APP)基因、早老蛋白1(presenilin-1，PSEN1)和早老蛋白2(presenilin-2，PSEN2)基因[3]；与晚发型相关的基因主要有载脂蛋白E基因；这些基因的突变可能导致β-淀粉样蛋白水解产物发生变化，从而引起神经细胞的凋亡以及AD的发病。目前，单核苷酸多态性研究已经开始应用于基因的研究以及单核苷酸多态性的分析，全基因组关联研究(GWASs)已经成功的应用于多基因疾病的研究[4-5]。研究发现了多个与AD相关的基因。本文对与AD相关的基因综述如下。

1β-淀粉样前体蛋白(APP)基因

APP基因位于21号染色体上，由19个外显子组成，β-淀粉样蛋白(Aβ)由外显子16、17编码；由于转录后的剪切和拼接，APP表达的蛋白质中，至少有5种含有Aβ序列。研究显示，正常情况下，APP先由α-分泌酶酶切产生较大的可溶性的N末端片段和跨膜片段(C83)，后者再由α-分泌酶酶切产生p3和一细胞内片段AICD(APP intracelluar domain)。而异常情况下，APP先由β-分泌酶酶切产生一大的N末端片段和一较小的跨膜片段(C99)，后者再经γ-分泌酶酶切产生Aβ和另一细胞内片段AICD。由于γ-分泌酶酶切位点的不同，可形成Aβ40和Aβ42两种产物，其中Aβ40是淀粉样脑血管病(cerebral amyloid angiopathy，CAA)中沉积于动脉壁上淀粉样物质的主要成分，而Aβ42是脑组织中SP的主要成分[1]，因此二者的比例将决定Aβ是沉积在脑实质还是脉管系统。研究发现，APP基因大多数致病性突变位点位于α、β、γ分泌酶处，这表明其可能通过改变Aβ的水解产物而导致AD。APP基因编码γ-分泌酶的密码子中，第714～715位密码子的错意突变会减少Aβ40的分泌，第716～717位密码子的错义突变会增加Aβ42的分泌。这项研究表明，γ-分泌酶剪切处的突变可能会使Aβ42和Aβ40的比例升高。有人认为Aβ42与Aβ40比值的增高是导致AD发病的原因之一[6-7]。已有报道显示，伴21三体综合征的AD患者，其脑组织中NFT和SP的沉积要高于无21三体综合征的AD患者；这可能是由于21三体综合征患者出现APP基因的高表达，以及其产物Aβ的累积[8]。上述研究表明，APP基因可能与AD的病理变化有关。

2PSEN1基因

PSEN1基因位于14号染色体上，含有12个外显子，其中包括10个编码外显子，编码一个由467个氨基酸组成的7次跨膜蛋白质。在正常生理条件下，PSEN1很少以全长蛋白的形式出现，而是表现出一定的方向性，与细胞膜近细胞质的一侧结合，或折叠形成疏水性环，C端、N端以及6个亲水环也朝向细胞质，形成这种7次跨膜的结构[9]。PSEN1在脑组织内的分布模式与APP相似，参与调节γ-分泌酶的功能，从而影响其水解产物。PSEN1的几个错义突变可能导致Aβ42和Aβ40的增多[10]，这可能是PSEN1突变引起AD的主要原因。Wolfe等第一次指出其中2个跨膜处：第6和第7跨膜处的天冬氨酸可能是决定了γ-分泌酶活性的一个关键因素[11]。据目前研究发现，30%～70%的突变与早发型AD(EOAD)有关；有PSEN1突变的AD患者多在40～50岁发病；目前发现与EOAD有关的突变超过180个，而这些突变也很可能与LOAD有关[12]。

3PSEN2基因

PSEN2基因位于1号染色体上，含有12个外显子，编码1个含有448个氨基酸组成的7次跨膜蛋白，其拓扑结构与PSEN1高度相似，约67%的同源性，尤其是在跨膜区的序列更为相似，约84%[9]。这提示其可能有类似的生物学功能。PSEN2在脑组织内的分布模式同样与APP相似，参与调节γ-分泌酶的功能，从而影响其水解产物。1995年第一次报道了因PSEN2突变导致AD的病例。现在在EOAD患者中，已发现5种PSEN2基因的突变。然而目前的研究发现，并不是所有PSEN2的突变都与神经退行性病变有关，有些甚至与乳腺癌有关，这些突变引起AD的病理机制目前尚不清楚[13]。

4载脂蛋白E(apolipoprotein E，APOE)基因

APOE基因位于19号染色体长臂上，编码1个由299个氨基酸组成的碱性蛋白APOE。人类的APOE有3个等位基因：E2、E3、E4。其多态性的分子基础是第112位和第158位上半胱氨酸和精氨酸间相互的取代。APOE2第112位上和第158位上均是半胱氨酸；APOE3第112位上是半胱氨酸，第158位上是精氨酸；APOE4第112位上和第158位均是精氨酸；这种氨基酸序列的差异归因于编码此蛋白的基因中单个碱基的替换，即T→C[14]。APOE有6种不同基因型：E2/2、E2/3、E2/4、E3/3、E3/4、E4/4；其中E3是APOE最常见的等位基因(77%)，而E2(8%)和E4(15%)则相对较少见，故而一般认为E3为野生型，E2和E4为突变型。APOE富含精氨酸，分子量为34 kD，包括N端和C端2个片段，中间由单链的氨基酸片段链接，是各种脂蛋白的载脂蛋白成分，也是脑组织中胆固醇的主要载体，参与神经元的保养与修复。经水解APOE可产生1个分子量为22 kD的N端区，包含4个螺旋区域，是与细胞表面受体结合区域；1个分子量为10 kD的C端区，是高度螺旋的a螺旋区域，与脂肪的结合有关。APOE与细胞表面的几个固定受体结合，参与脂质的运输、葡萄糖的代谢、神经信号的传导以及线粒体功能的维持[15]，通常APOE参与Aβ的清除过程[16]。

APOE基因是LOAD的一个易感基因，在LOAD的研究中占重要地位。目前研究表明，E3/4、E4/4基因型阿尔茨海默病的发生频率高于其他基因型，这可能与APOE蛋白的结构变化有关。E4等位基因可能通过改变N端与C端第61位上的精氨酸之间的链接改变APOE的结构；第112位上的精氨酸与C端第255位上的谷氨酸相互作用，也可导致APOE蛋白结构的变化，从而出现神经元的死亡和退行性改变。动物实验显示，第61位上的精氨酸突变成苏氨酸或第255位上的谷氨酸突变成丙氨酸都可能导致这2个位点间链接的减少[17-18]。一项Meta分析研究表明，含有E4等位基因的人患AD的风险增大[19]；一项对287个个体的大型前瞻性队列研究也得出了相同结论[20]；Karin等研究也支持APOE4会增加AD患者大脑血栓的形成和纤维蛋白的溶解[21]；Hostage等[22]研究发现，AD患者海马的体积与ApoE 等位基因存在相关性，含有E4等位基因的个体与不含有E4等位基因的个体相比，海马体积缩小约4%；E2 等位基因与无E2 等位基因的对照组相比，海马体积增加约20%；然而韩国的一项研究发现，在正常人群和AD患者中，E2等位基因的比例并无差异，表明E2等位基因可能不会起到保护作用[23]。虽然目前关于APOE与AD的研究较多，但很多病理机制目前仍不很清楚。

5丛生蛋白(clusterin，CLU)基因

CLU基因是全基因组关联研究(GWASs)发现的与AD相关的另一个基因，人类的CLU基因位于8号染色体上，包含9个外显子和8个内含子，在哺乳动物中CLU基因序列的保守性高达70%～80%。CLU是一种在所有哺乳动物组织中表达的、高度保守的异源二聚体硫酸化糖蛋白，该蛋白广泛的表达与机体几乎所有组织中，发挥生殖调节、细胞聚集、组织修复、免疫调节、脂类运输等多种功能。此外，CLU不仅与多种生理过程有关，还与多种病理机制有关，如神经退性疾病、衰老和肿瘤。研究表明CLU蛋白具有2种完全相反的功能：一方面CLU有促进细胞凋亡的调节作用，另一方面CLU 参与促进细胞存活、肿瘤演进和耐药。这种在功能上的显著区别可能是由于其基因存在2中可变剪切体。动物模型实验表明，CLU可能与可溶性Aβ的分泌有关，同时阻止Aβ的低聚和纤维化[5]。目前研究发现，在AD患者的脑组织中CLU的表达较健康人上调[24]。这表明CLU基因的突变可能与LOAD有关；此外，也有研究发现，E4等位基因与CLU基因突变之间可能存在某种相关性[24-25]。

6三磷酸腺苷结合盒转运蛋白7抗体 (transporter A7，ABCA7)基因

ABCA7基因位于19号染色体上，是一类ATP结合的蛋白质超家族(ATP-binding cassette)，其家族中还包括与ABCA7高度同源的ABCA1，二者共同参与高密度脂蛋白、胆固醇的转运，磷脂的生成以及胆固醇的胞吐作用；其在调节胆固醇体内平衡以及宿主防御系统中起重要作用[26-27]。ABCA7是一种多次跨膜转运蛋白，广泛存在与小胶质细胞中，在脂质包括APP的代谢过程中起重要作用。在AD患者的脑组织中，ABCA7的水平被检测到升高，且升高水平与脑组织中Aβ的沉积以及疾病病情正相关。最新证据显示，ABCA7可能有多个通路与AD相关，如脂质代谢和吞噬作用、Aβ的聚集等。目前研究表明，ABCA7的2个突变型rs3752246 和 rs3764650与LOAD有关，其中rs3764650位于第13内含子，rs3752246是第32外显子的一个错义突变[26]。

总之，AD是一种最常见的老年性痴呆，但很多时候很难鉴别AD与其他种类的神经退行性疾病，如额颞叶痴呆、路易体痴呆、克雅二氏症等。AD是一个复杂的疾病，多条染色体上的不同基因可能共同参与其发病，因此找到这些可能与AD发病有关的基因将是AD分子诊断上的重要一步，基因检测将是研究导致AD的发病机制和途径的重要方法。基因修饰疗法在AD发病的早期，尤其还无出现临床症状的时候很可能是有效的；在患者家属中基因检测同样是预测未来患病风险的重要方法。将疾病标记和基因检测的方法结合在一起可能会成为更有效的AD诊断方法。因此，发现更多与AD发病相关的基因将为AD的诊断提供更多的信息。

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(收稿2015-06-18)

【中图分类号】R743.34

【文献标识码】A

【文章编号】1673-5110(2016)04-0082-03