第五节  ABCA1的基因突变与单核苷酸多态性

 

高密度脂蛋白胆固醇（HDL-C）降低是早期冠状动脉粥样硬化性疾病(coronary artery disease,CAD)病人最常见的脂质异常。ABCA1基因至少有50多种突变，突变常导致各种疾病如丹吉尔病（Tangier disease，TD）和家族性低α脂蛋白血症（hypoalphalipoproteinemia，FHA）。虽然TD极及罕见，并且ABCA1突变似乎是FHA少见原因，但开展ABCA1基因突变研究能使人们认识动脉粥样硬化发病机制的一个关键途径，同时为动脉粥样硬化预防和治疗探索新方法。

 

一、ABCA1基因突变

 

ABCA1基因中至少50种突变已经得到证实，包括23种错义突变，6种无意义突变，21种插入或缺失突变。已报道的突变中有49种突变出现在外显子。在内含子2中的一个突变导致一种异常的剪接转录物。所有的突变都导致脂质流出减少。

 

（一）  ABCA1基因突变的非随机分布

 

ABCA1突变是非随机分布。研究表明ABCA1氨基酸230-282之间存在4种突变，氨基酸587-635之间存在6种突变，氨基酸909-1099之间存在8种突变，氨基酸1145-1289之间存在5种突变，氨基酸2144-2215之间存在5种突变。只有1种突变出现在跨膜区氨基酸残基636-908之间，在第二次跨膜区没有突变。

 

（二）  细胞外环ABCA1突变

 

在2个细胞外环中大约有一半的ABCA1基因错义突变与FHA有关。在第一个和第二个细胞外环ABCA1突变可能导致脂质流出的缺乏，这种缺乏是由ABCA1与载脂蛋白Ａ-Ｉ(apoA-I)相互作用障碍所致，因为贫脂前β高密度脂蛋白颗粒需要与ABCA1直接相互作用或紧密接近才能转运出脂质。因此，ABCA1的细胞外环为apoA-Ⅰ提供有潜力的结合靶点。ABCA1受损就不能与apoA-Ⅰ相互作用。在细胞膜外区的突变可能导致ABCA1的第三个结构破坏。如果ABCA1在1477位置上的半胱氨酸突变成一个精氨酸的残基，就会干扰ABCA1蛋白三维折叠，并影响细胞内脂质流出。

在细胞外环R587W，W590S和Q597R突变可影响ABCA1的功能, Q597R突变是在第一个细胞外环上，而不是在血浆膜上。其他的研究报道Q597R突变表达在血浆膜上，但与野生型ABCA1相比表达减少。在第一细胞外环上R587W错义突变可阻止ABCA1进入血浆膜。R587W和Q597R突变可抵抗PNG酶(PNGase)的消化，意味它们不被糖基化。有R587W和Q597R突变的ABCA1不能横越高尔基体。并不是所有在细胞外环的突变阻止ABCA1进入血浆膜，有W590S突变的ABCA1能达到细胞表面，能与apoA-Ⅰ相互作用，但细胞内脂质流出降低。

不能到达血浆膜的ABCA1不能诱导apoA-Ⅰ的结合，如Q597R突变，ABCA1不能与apoA-Ⅰ结合。由于ABCA1氨基酸残基序列变化也可能出现apoA-Ⅰ结合障碍。第二个大的细胞外环上C1477R和S1506L的变异，它们通常能跨过血浆膜，但不能与apoA-Ⅰ结合，表明在大的细胞外环上这些特殊的氨基酸序列也是结合apoA-Ⅰ所必需。这样一个小的亚单位发生突变就表现出生物化学的特征。因此，ABCA1突变的研究为蛋白质的结构-功能相互关系方面提供有价值的信息。

 

（三）  跨膜结构域和NBFs区域突变对ABCA1功能的影响

 

ABCA1跨膜结构区域的突变也可能会干扰ABCA1整合到血浆膜上。因此，阻止ABCA1从内质网和高尔基体中移出，或者阻止ABCA1整合到血浆膜上，这可能导致突变ABCA1蛋白质的快速降解。在跨膜结构域△L693出现ABCA1突变，导致一种氨基酸的缺失，这种突变ABCA1不会从内质网中移出，而且显示没有apoA-Ⅰ的结合。

在NBFs区域突变ABCA1不可能为底物转运提供ATP。虽然ABCA1这些突变可能表现出细胞内脂质流出缺陷，但这些突变中不是在血浆膜。在Walker A和B模序之间的NBF区域总共有6种错义突变。这些突变中没有一种能结合ATP，结合apoA-Ⅰ，或能诱导脂质流出。在NBFs区域的6种突变中，5种出现在第一个NBF区域, 1种突变出现在第二个NBF区域。

 

（四）  ABCA1突变的临床表型

 

直到发现TD和FHA的基因基础，才能根据他们的表型来诊断这些病人。这两种疾病基因缺陷被发现以来，这类疾病主要以基因表型来分类，ABCA1突变杂合子归类为FHA，ABCA1突变纯合子归类为TD。在过去，轻度表型的病人归类为FHA，轻微突变的那些杂合子根本不能识别，那些严重的杂合子突变认为患有TD。TD表型的多变性非常明显，与相应的年龄和性别对照组比较，一些TD病人的高密度脂蛋白水平很低（＜1%），而另一些TD病人超过10%。

根据对突变的认识，现在有可能确定功能缺陷既用一种表型光谱与杂合子或纯合子相联系来测ABCA1的突变。对TD而言，有严重临床表型的个体可能显示细胞血浆膜上没有ABCA1蛋白质或细胞血浆膜上有ABCA1但完全丧失功能。这可能由于ABCA1上的两个无意等位基因阻止蛋白质外流到血浆膜或血浆膜上ABCA1突变残基对ABCA1功能至关重要。有635X、N935S，N1800H，1851X、2203X突变和大的C-末端缺失的病人HDL-C水平低于对照组的1%。A255T和R1680W突变的纯合子病人HDL-C水平大于对照组人群的10%，这些病人很少有严重的临床表型，暗示ABCA1蛋白质表现某些氨基酸残基活性。

一般来说，ABCA1突变杂合子病人，由于突变导致蛋白质功能障碍，HDL-C水平大约为年龄和性别相匹配人群的50%。由等位基因产生的蛋白质不能达到细胞血浆膜，氨基酸残基不能发挥其功能。一些ABCA1杂合子突变病人HDL-C水平为对照组的50％以上，这些病人可能合成一种突变的有一些氨基酸残基活性的ABCA1蛋白。突变的ABCA1能够位于细胞血浆膜并显示轻微的缺陷。A225T、W590S、T929I、 R1680W 和A937V突变杂合子病人HDL—C水平为对照组的75%以上。ABCA1突变杂合子病人HDL-C水平也可能比正常人水平低50%。这可能是由于ABCA1突变的负面效应占优势造成。与年龄与性别相匹配的对照组比较，M1091T突变病人的HDL-C水平只有对照组的30%。这项结果表明ABCA1作为一个二聚体或复合体中的一部分发挥它的功能。

 

（五）  ABCA1杂合子增加动脉粥样硬化发生

 

在ABCA1基因克隆之前，对杂合子进行专门研究显示，在杂合子个体ABCA1突变增加患CAD的危险性。由于ABCA1突变病人表现一个大范围的表型，因此，病人可能被错误的分类。用基因克隆和检测突变的方法，可直接评估杂合子是否会发生动脉粥样硬化。在11个家庭13种不同突变的研究中，进行一系列杂合子个体表型分析，这些家庭都有患TD和FHA病人，对照组为这些家庭不患病的其他成员。杂合子成年人与对照组比较，CAD增加3陪多。胆固醇流出水平与CAD直接相关，一些家庭有早期CAD的明显证据，他们的胆固醇流出水平最低。这项研究提示：第一，家族收集要以临床样本为基础，因为只有最严重表型的家庭才会呈现临床表现；第二，应注意观察少数临床事件；第三，采用是否患CAD作为结果评价可能会低估ABCA1突变效果。

为了阐述ABCA1基因突变与替代标记物之间的关系，研究动脉壁厚度增加与ABCA1介导胆固醇流出。30个杂合子个体，ABCA1基因有4个不同的错义突变即C1477R、M1091T、P2150L及T9291。杂合子个体平均内膜厚度比对照组要厚。与对照组相比，ABCA1突变杂合子个体动脉壁厚度增厚进程加快。与先前的研究相类似，这项研究数据回归分析显示，ABCA1介导的胆固醇流出增加50%将导致HDL-C浓度增加30%，CAD危险降低35%至50%。

ABCA1突变不仅影响脂质，而且直接影响血管壁来影响动脉粥样硬化的易感性。来自血管内皮的一氧化氮是一个重要的抗动脉粥样硬化因子，它可保持血管内稳态。一氧化氮有效性降低代表动脉粥样硬化发生的一个早期步骤。与对照组比较，ABCA1杂合子内皮功能受损，表明ABCA1影响血管壁功能。

 

二、ABCA1基因单核苷酸多态性

 

在ABCA1基因中，已发现10个编码单核苷酸多态性（cSNPs）和数百个非编码单核苷酸多态性(SNPs)，在非编码SNPs中，已分析9个启动子和5′UTR变异体功能意义。大部分cSNPs离已知的功能结构域较远。此外，被cSNPs影响的氨基酸残基与被突变所影响的残基相比，前者保存较少。

 

（一）  ABCA1单核苷酸多态性与动脉粥样硬化

 

发现TD及FHA是由ABCA1基因突变引起的,之后不久，几个实验室就在普通人群中调查ABCA1常见变异是否影响高密度脂蛋白水平和动脉粥样硬化的形成。

10个cSNPs中6个有潜在的功能影响，包括脂质水平的改变或动脉粥样硬化形成。然而，这些结果中很少一部分能重复，并一些结果不一致。但很明显的显示一些cSNPs与功能效应有关，表明在普通人群中ABCA1基因可能是一个主要的动脉粥样硬化易感性位点。R219K、V771M和I883M变异已被认为是抗致动脉粥样硬化多态性，K219和M883有HDL-C水平增加和甘油三酯水平下降表现，M771有HDL-C水平增加和载脂蛋白A-Ⅰ增加表现。E1172D和R1587K单核苷酸多态性与高密度脂蛋白-C下降有关。

5个启动子SNPs与增加动脉粥样硬化的严重性有关，包括-191C/-320C/-477T单倍体，以及G-191C和A-1096G单核苷酸多态性。C-17G变异与动脉粥样硬化减少有关。这些SNPs与脂质水平变化无关，这表明ABCA1活性在血浆脂质水平没有发生变化的情况下就发生了变化。V825I、I883M和E1172D 单核苷酸多态性也与增加临床事件和动脉粥样硬化严重性有关。12种单核苷酸多态性与血脂水平改变或动脉粥样硬化严重性相关，其中7种有动脉粥样硬化严重性变化但没有血脂水平变化。这表明虽然ABCA1基因可能是一个重要的动脉粥样硬化易感性位点，但它发挥这种效应的机制并不一定要通过改变HDL-C水平。非编码单核苷酸多态性G-191C、C-69T、C-17G、InsG319和编码单核苷酸多态性R219K、V771M和V825I，至少在一项研究中发现与动脉粥样硬化严重性有关，而与HDL-C水平的改变无关。这就暗示HDL成分可能是胆固醇逆向转运效率的一种决定因素，而实际上没有影响循环中HDL-C的水平。这些结果与影响致动脉粥样硬化的胆固醇流出而不必改变脂质水平是一致的。几项研究已提供了这方面的证据。在ABCA1敲除小鼠与野生型小鼠之间进行骨髓移植实验已经证明巨噬细胞ABCA1基因缺失与脂质水平的微小改变以及与动脉粥样硬化的显著增加有关。对ABCA1 BAC基因转移小鼠研究也说明这一概念，在这项研究中对动脉粥样硬化有意义的保护但只伴随着HDL-C水平的微小变化。综上所述，这些研究提示ABCA1基因能影响动脉粥样硬化而不依赖于HDL-C水平。

 

（二）  R219K单核苷酸多态性

 

R219K单核苷酸多态性已进行了大量地研究。至少有7项研究证明R219K单核苷酸多态性在脂质体内平衡和动脉粥样硬化发生中起作用。在这7项研究中，有4项报道它与HDL-C增加或与动脉粥样硬化严重性降低有关。数据表明这确实是一个动脉粥样硬化保护作用的重要变异。在3个研究中，K219等位基因的动脉粥样硬化保护作用仅仅在某些情况下才能表现出来。如女性个体、脂蛋白a水平升高的个体、载脂蛋白E3基因型的个体和吸烟者。这些结果表明K219功能效应在某些基因背景和环境背景下可能特别有意义。ABCA1 cSNPs的频率出现高度地偏差。在327个日本小孩人群中证明这个小的K219等位基因实际是野生型等位基因。

王旭东等探讨ABCA1基因多态性与冠心病(CHD)发病和病情程度的相关性。结果表明R219K的变异等位基因频率CHD组和对照组分别为43.9%、50.2%，P<0.05,变异基因型(KK)携带者频率在急性冠状动脉综合征(ACS)组:稳定型心绞痛(SAP)组:对照组为20.0 %∶26.9%∶27%，其ACS组与对照组差异有统计学意义,而SAP组与对照组差异无统计学意义。CHD组中KK基因型携带者的三酰甘油(TG)水平低于RR基因型携带者，而高密度脂蛋白水平高于后者。赵水平等探讨ABCA1 R219K变异是否影响血脂水平。结果在ABCA1的RR、RK和KK 3种基因型中，HDL-C水平依次呈上升趋势，RR型与KK型之间差异有显著意义；三酰甘油水平依次呈下降趋势,相互之间差异无显著意义；这种效应以男性人群为主。非携带者(RR型)的HDL-C水平与年龄呈正相关,携带者(RK+KK型)的三酰甘油水平与年龄呈负相关,在70岁以前年龄段,携带者HDL-C水平高于非携带者。肖志杰等研究ABCA1基因R219K变异与我国脑梗死发病风险的关系。结果在脑梗死患者和对照组ABCA1 R219K多态性的三种基因型中,RK型发生频率最高,RR型次之,KK型发生频率最低.脑梗死组KK型频率低于对照组,RR型频率高于对照组.脑梗死组和对照组的R219K变异携带者(RK+KK型)频率分别为60.7％和68.1％,差异有显著意义，KK基因型HDL-C水平明显高于RR型。

在ABCA1 cSNPs中的连锁不平衡是一种额外的混合性变异，这种变异到目前为止还没有被足够地认识。 Clee 等报道在R219K与V771K之间，K776N，I883M与R1587K cSNPs之间呈现有意义的连锁不平衡，但在这些变异的携带者被排除之后，发现R219K与动脉粥样硬化程度及三酰甘油水平保持有足够的相关。在这些SNPs和单倍体分析中，需要另一研究，利用连锁不平衡人群特有模型来澄清这些结果。除此之外，需要最后澄清这些SNPs的生化及功能效应。

TD是一种罕见脂蛋白代谢混乱疾病。对该病的研究使我们认识了ABCA1基因及蛋白质的功能作用。研究表明在一般人群中ABCA1蛋白质变异是动脉粥样硬化的一种危险因素，同时阐明了延续多年的一个问题，即在胆固醇逆向转运的第一个步骤中，脂质是怎样从细胞内流出。对这种罕见疾病的研究产生一种有效药物靶点，提供防止动脉粥样硬化形成和增加HDL水平的希望。

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