动脉粥样硬化性心血管病的遗传学和基因组学研究

动脉粥样硬化性心血管病的遗传学和基因组学研究

第4章-动脉粥样硬化性心血管病的遗传学和基因组学研究

动脉粥样硬化性心血管病（cardiovascular disease，CVD）是由多个基因及环境因素相互作用所致的常见复杂性疾病。除了传统危险因素如年龄、高血压、血脂异常、吸烟及糖尿病等，疾病易感基因、修饰基因和环境危险因素共同作用影响着动脉粥样硬化的发生发展，不符合孟德尔遗传规律。“常见疾病，多个易感基因，微效作用”理论提出个体的易感基因遗传变异可能大大增加CVD的发病风险。近年来分子生物学的快速发展为CVD的早期诊断和危险分层提供了广阔前景，从基因层面找到疾病发生的关键分子靶点，据此设计（基因）相关药物，逐步实施病因治疗，根据个体遗传变异导致的对危险因素与药物反应的差异，提出个性化的预防、治疗方案，建立个体化医学模式，使困扰人类的心血管疾病能够得到有效的预防、诊断和治疗是后基因组时代生命科学的憧憬。然而遗传学和基因组学研究能否跨越传统的心血管危险因素，成为临床实践中心血管疾病诊断和危险分层的基本临床依据，尚需要跨越多个挑战。本文论述了近年来动脉粥样硬化性心血管疾病，尤其是冠状动脉粥样硬化性心脏病（coronary heart disease, CHD）的遗传学及基因组学研究现状和进展，以期促进遗传学和基因组学转化为临床实践的步伐。

一、动脉粥样硬化性心血管病的遗传学研究

遗传度＞20%的表型具有明显的遗传倾向。CHD的家族聚集性已在大量流行病学和前瞻性队列研究中得到证实[1，2]，动脉粥样硬化的中间表型如颈动脉内中膜厚度（carotid intima-media thickness，IMT）以及冠状动脉和主动脉壁的动脉粥样硬化程度也同样具有遗传性，颈动脉IMT的遗传度约为38%，冠状动脉钙化的遗传度为42%，腹主动脉钙化的遗传度为49%[3]。因此，近20年来遗传学研究致力于寻找CHD等动脉粥样硬化性心血管病的遗传致病/易感基因，确定这些致病/易感基因有利于确定治疗靶点和早期危险分层。传统的遗传学研究主要运用候选基因策略进行遗传连锁分析研究和关联研究。

1.动脉粥样硬化性心血管病的遗传连锁分析连锁分析研究（genetic linkage analyses）是患病家系的疾病表型是否与遗传标记(如微卫星序列)连锁，在连锁的基因组区域筛查出致病基因。运用连锁分析已经非常成功地筛查出单基因心血管病如肥厚型心肌病等的致病基因，但是对具有复杂性状的多基因疾病进行遗传连锁分析时往往会受到多种因素的影响，如不同位点的基因间相互作用，致使某一遗传性状不能表现出来（称为“上位效应”，epistasis)、不同发病年龄、不完全外显率（指某一基因型个体显示其预期表型的比率；如，某基因突变导致心肌病，而实际100个携带此基因突变者，只有90个发病，此外显率为90%）、遗传异质性：多个致病基因位点导致相同的表型，相同基因突变导致不同的临床表型；修饰基因，遗传与环境相互作用、遗传模式、表现型比率及诊断不明确等，因此，运用连锁分析研究多基因疾病受到一定程度的限制。

迄今为止，研究者已在7个心肌梗死和亚临床动脉粥样硬化的大家系中进行了全基因组遗传连锁分析，与动脉粥样硬化性心血管病紧密连锁的基因座被定位在染色体1、2、3、13、14、16和X染色体，然而尚无任何一个染色体基因座能够在多个不同人群中得以重复验证。近年有研究者利用高度多态性微卫星标记对多个家系进行了全基因组遗传连锁分析，将连锁区域定位在染色体13q12-13，然后通过单核苷酸多态性位点（single nucleotide acid polymorphism，SNP）对该区域进行精细扫描，发现编码5′-脂氧合酶激活蛋白的基因ALOX5AP 与心肌梗死和脑卒中显著相关。该蛋白在单核细胞、巨噬细胞等表达，通过刺激白三烯等炎性物质分泌，促进血管壁动脉粥样硬化的发生发展。

尽管ALOX5AP基因变异与心肌梗死和脑卒中的相关性已在多个人群中重复，但在前瞻性研究队列中未得到证实[3]。对颈动脉IMT的全基因组连锁扫描分析发现，染色体12与IMT显著相关，该区域的清道夫受体B1（scavenger receptor class B，member 1，SCARB1）可能是参与动脉粥样硬化发病机制的重要基因，但该结果同样未能在其他研究队列中得到验证[3]。总之，全基因组遗传连锁分析为CHD提

供了一些相关遗传易感基因证据，但由于可重复性差，统计效能低，运用微卫星标记不能定位具体的致病基因区域等缺陷，运用该方法研究动脉粥样硬化性心血管病具有很大的局限性。

2.动脉粥样硬化性心血管病的候选基因关联研究候选基因的关联研究是基于假说为导向，根据疾病已知的病理生理机制，选择生理调控或致病通路上的候选基因，通过比较病例组和对照组（与病例组年龄、性别等匹配）之间的遗传变异频率差异，确定与疾病相关联的遗传变异。与遗传连锁分析方法比较，候选基因关联分析是寻找复杂性疾病遗传危险因素的有效方法，尤其那些设计具有足够检验效能的关联研究很有价值。

在过去的10～15年中，大量研究通过候选基因关联研究策略在寻找CHD相关SNP。目前有大量的心血管病候选基因关联研究，但仅有少数基因多态与CHD的相关性在多个人群中得到一致结果。结果重复性差的原因包括以下几点[3]：

(1）遗传异质性，例如不同的遗传多态导致CVD。

(2）不同研究人群之间的遗传连锁不平衡模式不同。例如致病基因变异在某一人群中与一个常见遗传标记SNP紧密连锁呈共分离，我们将一条染色体上两个或两个以上与致病基因密切连锁的多态性位点状态的组合叫做染色体单体型。由于各位点紧密连锁，所以在遗传时，单体型可作为一个单位传给后代。如果致病基因变异在另一人群中与该标记SNP不连锁，就将导致研究结果不一致。

(3）样本量小，缺乏足够的统计学效力。由于复杂性疾病的遗传危险因子仅发挥微效作用，与疾病的相对危险度（odds ratio，OR）通常为1.20～2.0，需要有足够大的样本量才能发现致病基因变异。以OR为1.3为例，若少见等位基因频率为10%，所需的病例数至少为2000例。

（4）人群分层现象通常会导致关联假阳性，即病例对照人群分别来自遗传背景不同的群体，如果其遗传背景不匹配，基因变异与疾病的阳性相关就可能是由于基因的频率分布在病例和对照组不均衡而导致的假阳性相关。