动脉粥样硬化遗传学研究进展与应用

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。

应用家系连锁分析和候选基因关联分析已发现了如MEF2A、LRP6、LDLR等多个CAD致病或易感基因。近年,全基因组关联分析(Genome Wide Association Study,GWAS),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)得以发展,并成为研究CAD等复杂疾病的重要手段。2007年5月,Anna Helgadottir和Ruth McPherson等在高加索人群中首先开展CAD的GWAS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(WTCCC)进行了包括CAD等7种疾病的GWAS,发现9p21、1q43、5q21、6q25、16q23、19q12、22q12等CAD易感位点;2007年8月, Samani NJ等分析WTCCC和German MI study两个群体研究结果后发现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塞关联SNPs,发现了3个新的相关易感位点(21q22,6p24 和2q33),11月Soranzo N等利用meta分析的方法确定了22个CAD易感位点;2011年,Erdmann J等的GWAS研究又发现了一个新的易感位点(10p11.23),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则发现了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.大多数易感位点的致病机制并不明确,只有少部分位点与脂质或高血压等CAD危险因素相关;2.这些变异可以增加6%-92%的CAD发病风险(平均为18%);3. 这些变异在人群中发现的频率为2%-91%(平均频率为47%);4. 与晚发CAD患者相比,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,只具有轻度效应(OR=0.55-1.88),仅可解释大约10.6%的CAD发病机制。

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),CAD关联SNPs均处于其内部,提示这些SNPs可能直接影响ANRIL功能并参与CAD发生机制。

ANRIL全长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。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:2009年Jarinova O等研究9p21内部风险等位时,确定了4个可能具有ANRIL增强子活性的保守区域(CNS1-4),对这些保守区域的分析结果显示,CNS3中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,表达量是变异前的2.2倍(pvalue=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 value<0.005),提示该同源区域可能具有增强子功能;同年,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(pvalue<0.0001);2010年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进行研究,发现这些SNPs能顺式调控位点内基因CDKN2A、CDKN2B以及ANRIL的表达(p value<0.05),且风险等位影响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,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。2011年,Harismendy O等则确定了CAD相关风险SNPs位于9p21的基因启动子区域,这些单核苷酸多态位点可影响STAT1结合域,显著改变CDKN2B 和CDKN2BAS基因的表达,提示9p21区域的遗传易感性与炎症信号通路有关,并通过这些途径参与CAD的发生和发展。

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,最终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,并且,其中部分罕见遗传变异可直接影响ANRIL、CDKN2B等基因的表达(rs598664、rs944799),提示9p21的遗传易感SNPs或罕见变异对CAD具有重要的临床应用价值;Muehlschlegel JD等和Gioli-Pereira L等则发现9p21区域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, rs2383206与多血管病变的CAD的发生和致死显著相关;Davies RW等则在进行大规模的GWAS研究(case:control=5,249:5,257)基础上,筛选出近12个具有对CAD疾病预测意义的SNPs,并提出单核苷酸多态性可能应用于预测心血管疾病发生和预后评价。

冠脉粥样硬化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。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

 

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    2014/1/14 17:47:33     访问数:1661
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