动脉粥样硬化遗传学研究进展与应用

发布于:2014-01-07 11:02

编者按：冠状动脉疾病是一类具有一定家族聚集性和遗传倾向的疾病。遗传易感性成为其重要的参与因素。全基因组关联分析研究（Genome Wide Association Study，GWAS），其定义为在人类全基因组范围内找出存在的序列变异并从中筛选出与疾病相关的单核苷酸多态性（single nucleotide polymorphism，SNP），已成为目前研究CAD等复杂疾病因子遗传学基础的重要方法。自2007年5月以来，研究已经发现了超过50个CAD易感位点。在这些易感位点中，研究发现9p21位点与包括动脉粥样硬化、外周动脉疾病、腹主动脉瘤以及颅内动脉瘤等多种疾病相关，提示9p21可能参与血管的形成与重塑。而在最近的Framingham Heart Study（FHS）对281例心血管疾病患者全基因组DNA的9p21.3区域进行了直接测序的研究中发现一系列的遗传变异显著影响着CAD的发生。下文中，来自华中科技大学生命科学与技术学院/人类基因组研究中心的涂欣教授从遗传学角度就动脉粥样硬化的研究进展与应用一文与广大医师分享。

涂欣　华中科技大学生命科学与技术学院；医学博士，华中科技大学生命科学与技术学院/人类基因组研究中心副教授，教育部“新世纪优秀人才”。中华医学会心脏起搏与电生理分会青年委员，中国病理生理学会心血管青年专业委员会委员。主要从事人类心血管疾病发生机制、心血管疾病分子遗传学机制的研究工作。通过应用分子遗传学方法研究重大心血管疾病的发生机制与生物学基础，进行心血管疾病遗传学基础、心血管疾病分子致病机制、心血管疾病致病基因发现及相关蛋白质生理功能研究。

文/ 涂欣华中科技大学生命科学与技术学院华中科技大学人类基因组研究中心

冠状动脉疾病(coronary artery disease，CAD)是一类由遗传、环境因素及其之间的相互作用引起的多基因疾病，其发生具有一定的家族聚集性和遗传倾向。遗传易感性是参与CAD发生的重要因素。近20年来，应用连锁分析和候选基因关联分析已发现如MEF2A、LRP6、LDLR等多个CAD致病或易感基因。

全基因组关联分析研究（Genome Wide Association Study，GWAS）是一种新的分子遗传学分析方法，即在人类全基因组范围内找出存在的序列变异并从中筛选出与疾病相关的单核苷酸多态性（single nucleotide polymorphism，SNP）。2007年5月，Anna Helgadottir和Ruth McPherson在高加索人群中开展了基于大样本群体的CAD遗传学研究，首次报道了一个与CAD相关的易感位点—— 9p21，6月The Welcome Trust Case Control Consortium又发现9p21、1q43、5q21、6q25、16q23、19q12、22q12等CAD易感位点；2007年8月, Samani NJ等分析发现4个新的CAD相关SNP位点：1p13.3, 1q41, 10q11.21和15q22.33；2009年2月， Myocardial Infarction Genetics Consortium在全基因组范围考察了心肌梗死关联SNPs，发现了3个新的相关易感位点（21q22，6p24 和2q33），11月Soranzo N等应用meta 分析确定了22个CAD易感位点；2011年，Erdmann J等研究又发现了一个新的CAD易感位点（10p11.23），同年3月我们通过GWAS发现了一个新的中国汉族人群CAD易感位点（c6orf105），Coronary Artery Disease (C4D) Genetics Consortium则发现5个新的欧洲及南亚人CAD遗传位点：10q23，11q22，15q25，7q22和10p11；2012年，通过GWAS研究，在中国汉族人群中又新发现了4个新的冠状动脉疾病易感位点。迄今为止，大规模的GWAS研究已经发现了超过50个CAD易感位点。这些致病/易感位点的主要特征包括：1.大多数已报道的CAD易感位点中只有少量遗传位点与脂质或高血压等CAD危险因子关联；2.这些变异可以增加6%~92%的CAD发病风险；3.这些遗传变异在人群中的基因频率为2%~91%；4.大多数变异在早发CAD患者中具有更高的致病性，但是，这些变异大多数位于基因的非编码区，仅可解释大约10.6%的CAD发病原因。

在已经发现的CAD易感位点中，位于人类染色体9p21的SNPs是在2007年多个大样本欧裔白人群体GWAS研究中首次发现，并随后在多个人群中证实的CAD关联位点。9p21位点与包括动脉粥样硬化、外周动脉疾病、腹主动脉瘤以及颅内动脉瘤等多种疾病相关，提示9p21可能参与血管的形成与重塑。

9p21.3中与CAD关联SNPs所在LD区域存在一个功能未知的基因ANRIL （anti-sense noncoding RNA in the INK4 locus），该基因全长为126.3kb，序列与结构分析显示其可能是一个非编码RNA基因，并因剪接方式的不同可生成多种不同的mRNA转录本，并在巨噬细胞、血管内皮与平滑肌细胞等参与CAD发生机制的细胞中均有表达。位于9p21与CAD关联SNPs的风险等位基因型可影响ANRIL转录并参与CAD进程： Jarinova O等研究发现了4个可能具有ANRIL增强子活性的保守区域（CNS1-4），其中，位于CNS3的两个风险等位的纯合变异可

显著增强大动脉平滑肌细胞中ANRIL的表达（p值=0.000008）；Visel Aet等在研究中对小鼠的9p21.3区域的同源重组序列进行了定点缺失突变，发现突变后小鼠组织中位于9p21区域内的CDKN2A 和 CDKN2B基因的表达量显著下调（p 值<0.005）；Liu Y等在对170例正常人外周血T细胞（PBTL）进行研究时发现，SNP rs10757278风险等位可以显著下调ANRIL的转录水平（p值<0.0001）；Cunnington MS等对177例英国的高加索人群和310例南非混合血统人群9p21位点内的56个SNPs的研究结果显示，两个人群中的SNPs均能顺式调控位点内基因CDKN2A、CDKN2B以及ANRIL的表达（p值<0.05），同时发现风险等位影响ANRIL的表达参与了包括冠心病、脑卒中、糖尿病在内的多种疾病的发病过程；另一项对1098个CAD患者的外周血单核细胞全基因组中9p21位点内风险等位基因研究的结果显示，ANRIL与动脉粥样硬化显著相关（EU741058，p值=0.02；NR_003529，p值=0.001），其风险等位可显著改变ANRIL两个转录本的转录（EU741058，p值=2.1x10-12；NR_003529，p值=1.6x10-5），提示ANRIL可能是一个新的CAD相关基因，位于9p21的CAD关联遗传位点可能通过影响ANRIL、CDKN2A、CDKN2B等基因的功能参与CAD进程。

上述研究是基于对GWAS发现的CAD关联SNPs进行分析和功能性研究结果，然而，由于GWAS主要是将全基因范围内约1000万个最小等位基因频率（MAF）>0.05的SNPs作为标记（tag SNPs）对复杂性疾病（如CAD）进行全基因组遗传学研究，因此，在与疾病关联的tag SNPs连锁不平衡区域可能存在一些具有较大致病效应的罕见变异或少见SNPs（MAF<0.05），发现这类与疾病功能性相关的遗传变异，是发现疾病致病基因参与复杂性疾病发生发展过程的关键。最近，Framingham Heart Study（FHS）对281例心血管疾病患者全基因组DNA的9p21.3区域进行了直接测序，发现了516个，包括ANRIL、C9orf53、 CDKN2A、CDKN2B等基因在内的遗传变异，从这些变异中筛选出126个SNPs并在7290例个体中进行基因分型，结果发现一系列与多种心血管疾病关联的遗传变异（rs4977574、rs1333045、rs1333046、rs10811661等），这些变异显著影响着CAD的发生。其中部分罕见遗传变异可直接影响ANRIL、CDKN2B等基因的表达。这些研究提示9p21参与了CAD的发生发展，这些遗传易感SNPs或罕见变异对该病具有重要的临床应用价值，在2010年和2012年，Muehlschlegel JD等和Gioli-Pereira L等分别发现9p21区域CAD易感位点rs10116277和rs2383206与CAD显著相关，其中，rs10116277与冠状动脉旁路移植术（CABG）五年内术后复发全致死率显著相关，而rs2383206与多血管病变的CAD的发生和致死显著相关；Davies RW等在2010年进行的大规模的GWAS研究（case：control=5249：5257）后，筛选出近12个具有对CAD疾病预测意义的SNPs，并提出基于单核苷酸多态性对预测心血管疾病发生的可行性。

CAD是一种严重危害人类健康的重大疾病，如何利用分子遗传学发现疾病相关基因或位点，阐明CAD的发病机理并应用于临床是目前转化医学研究中的热点和重点问题。自2007年5月Anna Helgadottir 和RuthMcPherson等在高加索人群中首先开展CAD的GWAS研究发现了易感位点9p21后，已发现了许多CAD相关遗传位点，近7年来，大量的研究证实了人类9p21位点参与了包括动脉粥样硬化在内的多种心血管疾病的发生和发展，研究中发现的多个SNPs或罕见突变直接影响CAD相关基因的表达，或参与炎症反应的调控和应答，这些易感位点对CAD疾病的发生具有重要的临床应用价值，有助于评估疾病的发生风险，并可在了解易感基因在CAD发生中的作用的基础上采取积极的预防或治疗措施。（参考文献略）

来源：医心评论

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