兩個單基因遺傳病家系致病基因的分子遺傳學(xué)研究.pdf

1、遺傳病是由基因組中的一個或多個異常引起的遺傳問題，往往在出生時就被決定了（先天性），也可后天發(fā)病。如遺傳性痙攣性截癱、遺傳性進(jìn)行性假性類風(fēng)濕發(fā)育不良癥、多囊腎病等，完全由遺傳因素決定發(fā)病，但是要經(jīng)過幾年、十幾年甚至幾十年才能出現(xiàn)明顯的癥狀。大多數(shù)遺傳性疾病是相當(dāng)罕見的，發(fā)病率為幾千到幾百萬分之一。
　　單基因遺傳病是指由單一一個基因突變導(dǎo)致的疾病?，F(xiàn)在發(fā)現(xiàn)了有超過6500種的單基因遺傳病。單基因疾病可以通過幾種途徑傳遞給后代。

2、r>　　常染色體顯性遺傳病位于常染色體上的兩個等位基因中，如有一個突變，這個突變基因的異常效應(yīng)就能顯示發(fā)病。這類疾病已達(dá)1700多種，如家族性多發(fā)性結(jié)腸息肉等。其遺傳系譜特點是;遺傳與性別無關(guān)，男女發(fā)病機(jī)會均等;患者雙親往往有一方為患者;常見連續(xù)幾代的遺傳。顯性致病基因有時由于內(nèi)外環(huán)境的影響，雜合子個體攜帶顯性致病基因但并不表達(dá)，即不完全外顯。常染色體顯性遺傳病的外顯率為60％-90％。
　　常染色體隱性遺傳病致病基因為位于常染色

3、體上的隱性基因，當(dāng)隱性基因純合時才能發(fā)病。即隱性遺傳病患者，大多是由兩個攜帶者所生的后代。已確定這類疾病約1200多種，如先天性聾啞、白化病、苯丙酮尿癥。常染色體隱性遺傳病的譜系特點:男女發(fā)病機(jī)會均等，發(fā)病與性別無關(guān);常是越代遺傳;近親婚配時，子女中隱性遺傳病患病率大為增高。
　　性染色體連鎖遺傳病(sex-linked disorder)包括X連鎖遺傳病和Y連鎖遺傳病。以X連鎖隱性遺傳病為多見，致病基因在X染色體上，性狀是隱性的

4、，女性大多只是攜帶者;X連鎖顯性遺傳病病種較少，這類病女性發(fā)病率高，但病情較男性輕;Y連鎖遺傳病的特點是男性傳遞給兒子，女性不發(fā)病，Y連鎖遺傳病極少見。
　　常染色體顯性多囊腎病(Autosomal dominant polycystic kidney disease，ADPKD)是一種常見的遺傳性腎病，以逐漸增多、增大的雙邊腎臟囊腫為主要特點，并最終能導(dǎo)致腎衰竭。它在全世界范圍的發(fā)病率大約在1/400至1/1000之間，并且占了

5、晚期腎移植病人的5％-10％。腎臟外也會出現(xiàn)一些癥狀，主要是其它上皮器官如肝和胰腺的囊腫。此外，有些ADPKD病人有些還會表現(xiàn)出結(jié)締組織的缺陷，如顱內(nèi)動脈瘤。
　　脊髓小腦性共濟(jì)失調(diào)(spinocerehenar ataxia，SCAs)是一類包括多種亞型在內(nèi)的神經(jīng)系統(tǒng)退行性疾病，具有高度的遺傳異質(zhì)性，往往在成年期發(fā)病。常見的損害部位包括了從主要的神經(jīng)系統(tǒng)（小腦、腦干、脊髓、周圍神經(jīng)等）到神經(jīng)系統(tǒng)之外的部位（眼、骨骼、心臟等），臨

6、床表現(xiàn)復(fù)雜多樣。影像學(xué)檢查主要表現(xiàn)為小腦皮質(zhì)的逐漸萎縮。
　　在本研究中，我們采集到了兩個常染色體顯性遺傳的單基因病家系，對上述兩種單基因遺傳病進(jìn)行了分子遺傳學(xué)研究，檢查了相關(guān)致病基因并鑒定了致病突變。所進(jìn)行的相關(guān)研究為上述疾病的病理生理學(xué)機(jī)制研究奠定了基礎(chǔ)。同時也為家系中成員的遺傳咨詢和產(chǎn)前診斷提供了保障。
　　第一部分 一個顯性多囊腎病家系的致病基因突變分析
　　多囊腎病(Polycystic kidney dis

7、ease，PKD)是一種嚴(yán)重影響生活甚至威脅生命的單基因遺傳病。它的主要臨床癥狀是腎臟出現(xiàn)許多充滿液體的囊腫。多囊腎病人表現(xiàn)出進(jìn)行性的囊腫形成和腫大、腎臟腫大，最終發(fā)展成晚期腎衰竭。此病主要分為常染色體顯性遺傳(ADPKD)和常染色體隱性遺傳(ARPKD)。
　　常染色體顯性多囊腎病(Autosomal dominant polycystic kidney disease，ADPKD)是一種常見的遺傳性腎病，發(fā)病率在1/500到1

8、/1000之間。以逐漸增多、增大的雙邊腎臟囊腫為主要特點，并最終能導(dǎo)致腎衰竭。腎外臨床表現(xiàn)包括其它上皮器官的囊腫，例如肝、脾，病人也表現(xiàn)出結(jié)締組織缺陷，例如顱內(nèi)動脈瘤、心瓣膜異常、夾層動脈瘤、腹壁疝，高血壓是ADPKD非常常見的癥狀。
　　ADPKD患者的腎功能會逐漸喪失。ADPKD有兩個已鑒定的致病基因: PKD1(16p13.3)-編碼多囊蛋白1(polycystin1，PC1)和PKD2(4q22)-編碼多囊蛋白2(poly

9、cystin2，PC2)。PKD1突變導(dǎo)致的多囊腎病占全部多囊腎病的85％，剩下的15％由PKD2基因上的致病突變導(dǎo)致，而且PKD1突變導(dǎo)致的多囊腎往往比PKD2突變導(dǎo)致的癥狀更為嚴(yán)重。此外，多囊腎的癥狀和嚴(yán)重程度在不同的患者甚至在同一個家系的不同患者之間往往都有很大的不同，這表明多囊腎的病程可能受其他基因或環(huán)境因素的影響。
　　Alport綜合癥(Alport syndrome，AS)也是一種遺傳性腎病，發(fā)病率至少為1/5000

10、0。它常常在兒童期起病并表現(xiàn)為鏡下血尿，隨后隨著年齡的增長逐漸出現(xiàn)肉眼血尿、蛋白尿和腎功能不全，并最終在成年期形成腎功能衰竭。部分病人會有腎臟外的癥狀，主要包括逐漸的耳聾、視覺障礙。Alport綜合癥主要由X連鎖的COL4A5基因突變導(dǎo)致（占85％），為顯性致病;剩下的15％由常染色體隱性突變導(dǎo)致。
　　我們在南方醫(yī)院發(fā)現(xiàn)了一個含有3代人的多囊腎病家系，家系共有5名已知患病成員，初步考慮此家系為常染色體顯性多囊腎病。我們對該家系做

11、了臨床分析和相關(guān)的檢查，采集了家系成員的DNA樣本，并得到了先證者的腎組織樣本。通過對先證者的全基因組二代測序我們得到了其可能致病的PKD1致病突變，此突變?yōu)橐拼a突變并與家系中的患者出現(xiàn)了共分離。同時在家系中發(fā)現(xiàn)了一個被注釋為致病的COL4A5突變G953V——rs78972735，此基因突變會導(dǎo)致更為嚴(yán)重的alport綜合癥。
　　通過對比PKD1基因編碼的蛋白PC1在先證者組織和正常組織中的差異，發(fā)現(xiàn)病人的晚期衰竭腎臟中的PC

12、1的表達(dá)提高了約1.7倍;組織免疫化學(xué)也提示在患者膨大的小管上皮有明顯的表達(dá)提高。同時pS6/S6比例的提高和Ki67陽性細(xì)胞增多提示了患者小管上皮處于高增值的狀態(tài);但TUNEL實驗顯示患者的腎臟的凋亡細(xì)胞也明顯增多了——這表明患者的腎臟組織處于一種同時高增殖高凋亡的重構(gòu)過程。一些機(jī)制重構(gòu)相關(guān)基因的表達(dá)量的顯著提高也反與晚期腎臟出現(xiàn)的纖維化情況吻合。通過分析家系中COL4A5突變攜帶者的臨床表現(xiàn)，我們發(fā)現(xiàn)此COL4A5突變在家系中并沒有

13、導(dǎo)致alport綜合癥，同時生物信息學(xué)預(yù)測也有矛盾的地方;分析報道此突變的文獻(xiàn)我們發(fā)現(xiàn)只有一例此COL4A5單獨(dú)突變致病的患者，患者病情比通常點突變患者的情況嚴(yán)重很多并且在調(diào)查中沒有檢測此基因的重排。所以，我們認(rèn)為單獨(dú)的COL4A5 G953V突變可能是不致病的。
　　該家系新的PKD1致病突變的發(fā)現(xiàn)，為該家系今后的遺傳咨詢和產(chǎn)前診斷服務(wù)提供了便利。
　　第二部分 一個脊髓小腦性共濟(jì)失調(diào)家系的致病基因突變分析
　　脊髓

14、小腦性共濟(jì)失調(diào)(spinocerehenar ataxia，SCAs)，是一類包括多種亞型在內(nèi)的神經(jīng)系統(tǒng)退行性疾病。常見的損害部位包括了從主要的神經(jīng)系統(tǒng)（小腦、腦干、脊髓、周圍神經(jīng)等）到神經(jīng)系統(tǒng)之外的部位（眼、骨骼、心臟等），臨床表現(xiàn)復(fù)雜多樣。其主要的臨床特征為:初期隱襲起病，走路時步履不穩(wěn)，肢體搖晃，動作反應(yīng)遲緩及準(zhǔn)確性變差;中期逐漸發(fā)展為說話時發(fā)音含糊不清，無法控制音調(diào)，眼球轉(zhuǎn)動不平順，影像容易產(chǎn)生重疊，肌肉不協(xié)調(diào)感加重，無法寫字，

15、有時感到吞咽困難;晚期時說話極不清楚，甚至無法語言，肢體乏力，不能站立，需靠輪椅代步，理解能力逐步下降，最后失去意識，昏睡不醒。影像學(xué)檢查主要表現(xiàn)為小腦皮質(zhì)的逐漸萎縮。
　　SCAs臨床表現(xiàn)復(fù)雜多樣，基因分型是唯一確切有效的分類方法。按遺傳方式，SCAs可以分為常染色體顯性、常染色體隱性和X連鎖隱性三類。其中以常染色體顯性最為常見，到目前為止，已經(jīng)有大約35個位點被定位出來，并被分類為3個大的類型:(1)編碼區(qū)CAG三核苷酸重復(fù)增

16、多導(dǎo)致的多聚谷氨酰胺性共濟(jì)失調(diào)，主要包括SCA3、SCA6和SCA7;(2)非編碼區(qū)重復(fù)序列增多導(dǎo)致的共濟(jì)失調(diào);(3)傳統(tǒng)突變（移碼、錯義突變、無義突變、剪切突變等）和拷貝數(shù)變異導(dǎo)致的共濟(jì)失調(diào)。常染色體隱性遺傳相對少見，主要是Freidreich病，在西方人中相對多見，國內(nèi)罕見。但是即使發(fā)現(xiàn)了如此多的致病基因，仍然有40％左右的SCAs患者找不到致病原因，說明仍然存在未發(fā)現(xiàn)的致病基因，而且?guī)缀趺磕甓加行碌闹虏』虮话l(fā)現(xiàn)。
　　我們

17、在珠江醫(yī)院發(fā)現(xiàn)了一個脊髓小腦性共濟(jì)失調(diào)家系，家系中共有4名已知患者并呈現(xiàn)明顯的顯性遺傳。家系中的患者具有典型的脊髓小腦性共濟(jì)失調(diào)癥狀，發(fā)病年齡在40歲左右。先證者最初出現(xiàn)不明原因的步行不穩(wěn)，走路及站立時，身體向雙邊倒，步行緩慢，起立困難，隨后癥狀進(jìn)行性加重。雙下肢淺感覺減退，雙上肢橈骨膜、肱二、三頭肌反射減弱。雙下肢膝、跟腱反射消失。MRI顯示:雙側(cè)小腦萎縮，腰3/4及腰4/5椎間盤終板周圍炎。
　　在研究病人的癥狀和中國SCAs

18、流行病學(xué)調(diào)查的結(jié)果后，我們決定優(yōu)先篩查家系SCA3、SCA1、SCA3、SCA6、SCA7的基因突變。在隨后的電泳和毛細(xì)管電泳中我們發(fā)現(xiàn)家系中患者的SCA3基因CAG拷貝數(shù)超出了正常閾值——分別為Ⅲ1:27/68次;Ⅲ3:27/68次，而年齡相符的家系正常人沒有超過。同時在家系中發(fā)現(xiàn)了3名未到發(fā)病年齡的潛在患者，分別為:Ⅲ4:14/68次;Ⅳ8:14/68次;Ⅳ10:29/71次。我們的發(fā)現(xiàn)為家系成員之后的遺傳咨詢和產(chǎn)前診斷奠定了基礎(chǔ)。