TOMM40基因多态性与阿尔茨海默病的相关性研究进展

王丽霞 综述，杨 林审校

（大理学院附属医院神经内科，云南大理671000）

阿尔茨海默病（alzheimer′s disease，AD）是一种常见的与年龄相关的进行性神经变性疾病。临床上表现为记忆障碍、失语、失用、失认、视空间能力损害、抽象思维和计算力损害、人格和行为改变等［1］。以神经炎性斑（neuritic plaques，NP）、神经原纤维缠结（neur ofibrillary tangles，NFT）及脑血管淀粉样变性（cerebrovascular amyloidosis，CAA）为典型病理特征。虽然AD的病因还未完全清楚，但随着遗传分子生物学的发展，人类开始从基因层面来寻找AD的发病机制。研究发现58%～79%的AD与遗传因素有关［2］。全基因组关联研究（genomewide association studies，GWAS）发现许多染色体区域很可能存在与AD有关的基因突变，目前只有载脂蛋白E（apolipoprotein E，ApoE）ε4等位基因在世界范围内得到了公认，但ApoEε4等位基因只占迟发型阿尔茨海默病（late-onset alzheimer′s disease，LOAD）患者遗传风险的42%［3］，其基因的多态性并不能完全解释所有因染色体19q13等区域突变而引起的基因变异。因此，寻找更多的候选基因，对AD的基因诊断和治疗至关重要。随着研究的进行，有学者发现线粒体外膜转移酶 40（translocase of outer mitochondrial membrane 40，TOMM40）基因多态性可增加 AD的易感性［4］。本文就TOMM40基因多态性与AD的相关性研究进展综述如下。

1 TOMM40概述

TOMM40定位于19q13，是外膜转移酶（translocase of the outer membrane，TOM）形成的复合体，是在蛋白进入线粒体的重要入口通道形成的亚基，它对于蛋白质导入线粒体必不可少，与AD密切相关，其可变长度的多态性常可预测LOAD的年龄［5］。线粒体是哺乳动物细胞内惟一含有DNA的细胞器，是细胞内氧化磷酸化和合成三磷酸腺苷（adenosine triphosphate，ATP）的主要场所，为细胞的活动提供了能量。线粒体包含37种基因：2种RNA，22种tRNA，其余基因编码13种氧化磷酸化系统所需的蛋白质。作为一种细胞器，线粒体功能及其DNA的复制、表达等同时受到核基因的调控［6－8］。此外，与线粒体有关的特定蛋白质如DNA聚合酶，重组与修复所需的RNA聚合酶、氧自由基清除因子 Mn-SOD等均由核基因编码，能够正常输入到线粒体是这些蛋白发挥其重要作用的前提。近年来，研究发现线粒体功能异常在神经系统疾病中起重要作用［9］。因此，维持蛋白质导入线粒体功能的TOMM40在相关疾病发病机制中的作用越来越受到重视。

2 TOMM40基因在AD中的作用机制

核基因编码线粒体蛋白质向线粒体的输入需要线粒体外膜转移酶（TOMM）如TOMM20、TOMM40、TOMM70等和线粒体内膜转移酶（TIMM）如TIMM23、TIMM44等的参与［10］。前体蛋白首先锚定于前导肽受体TOMM20或TOMM70，再经主要由TOMM40组成的通道转运到线粒体内。随后TIMM及分类组装装置将蛋白引导到内膜、外膜、基质或膜间隙发挥作用。同时，TOMM40是TOMM复合体中最主要的元素。有学者进行TOMM40对酵母菌的影响研究时发现，在TOMM复合体所有的组成元素中，TOMM40是酵母菌维持其生长力惟一严格必需的基因，在生长状态下，TOMM40的缺失可以导致酵母菌产生致命性的表型［11］。另外，线粒体是机体能量产生的中心，是氧化磷酸化和合成ATP的场所，在产生能量的同时也产生大量的氧自由基，大部分内源性活性氧簇（reactive oxygen species，ROS）都是由线粒体内产生。TOMM40的异常表达将直接影响到线粒体蛋白质输入功能，导致核编码蛋白质向线粒体转运受阻，从而不能进入线粒体发挥正常作用，最终导致线粒体功能障碍，产生更多的氧自由基，形成恶性循环［12－13］，影响脑组织正常功能。

3 TOMM40的单核苷酸多态性（single nucleotide polymorphisms，SNPs）与AD的相关性研究

3.1 TOMM40和APOE 20年前，首次发现了APOE基因型与AD相关。Strittmatter等［14］通过从30个家庭，91名未进行年龄匹配的人群中选出30例AD患者，通过基因分析发现APOEε4等位基因存在显著差异（P＝0.01）。且这些差异很容易在生物学研究中进行复制、观察，特别是GWAS的问世使这个特殊的遗传关系可以在不同人群的研究中被证实。此外，自从第1个AD全基因组的相关性研究开始以来，不断发现位于19号染色体上的APOE基因附近的位点表现出与AD有密切的联系［15］。事实上，不仅仅是在APOE内特定染色体的遗传变异表现出与AD相关，在这些基因周围的SNPs位点也呈现与AD有较强的相关性。因此，整个19号染色体区域均显示与AD的关联性。

3.1.1 当Roses等［16］用系统发育分析方法评估相关基因位点对于AD的风险后，在19号染色体上存在的AD风险基因（超越了APOE多态性）的相关讨论又再次开始。在对APOE深度测序后，她们通过小样本研究分析得出不同的进化分支可以通过一个重复位于TOMM40内含子的聚-T形态来区分，长聚-T与增加AD发展的风险以及减小发病的年龄均有关。另外，在与AD遗传研究相关的AlzGene数据库中的近700个优选候选基因里，只有不到15个基因被认为是AD的真正易感基因［17］。因此，TOMM40被认为是一个优选的 AD候选基因。

3.1.2 学者们常进行一些小样本研究来探究APOE和AD相关的基因在遗传变异中到底扮演什么角色。但Cruchaga等［18］通过近2 500例样本进行研究评估发现，TOMM40聚-T的重复与AD发展的显著关联性在原始报告中曾出现过阴性结果，AD与发病年龄没有确切的关联。这个问题在Jun等［19］对APOE相关区域的SNPs与AD的关联进行评价，并尝试通过进行相关复制来研究TOMM40聚-T rs10524523与AD的发病风险和年龄的关系。为此，他们使用一系列的条件Logistic回归模型和生存分析对一个样本数超过10 000且控制条件也超过10 000项的大型队列进行研究。调整模型的APOE基因型后，在APOE相关区域中，AD和任何SNPs的研究并没有表现出他们有显著独立的相关性。通过统计结果，很难得出TOMM40的遗传和APOE在AD发展的风险和发病年龄间的独立关系。

3.2 TOMM40基因的SNPs

3.2.1 Lyall等［20］发现 TOMM40rs10524523独立于 APOE与AD早期病理改变相关，认为其基因位点的重复可能影响大脑白质的完整性。Roses等［21］发现TOMM40内含子6的rs10524523位点的多态性、多聚-T与AD的发病年龄相关。Ma等［22］对TOMM40多态性与LOAD在中国北方汉族人群中的关系进行了调查分析，通过观察3个SNPs位点（rs157580、rs2075650和rs11556505）与 LOAD的风险发现，TOMM40多态性可能在中国汉族人群的LOAD发病机制中扮演一定的角色。

3.2.2 但Bagnoli等［23］对 TOMM40在意大利的 AD和额颞叶痴呆患者中的多态性进行调查分析，通过观察3个SNPs（rs157580、rs2075650和rs157581）发现，TOMM40多态性与APOE有关联，并未发现TOMM40独立于APOE成为LOAD的风险因素。Bernardi等［24］调查研究发现，在家族性AD群体中，在TOMM40（rs10524523）基因的影响下，AD的发病年龄略有差异，但是要排除该差异由附近的其他基因变异引起也尤为困难。

4 小 结

总之，目前对于TOMM40的SNPs与AD的相关性研究有2种不同观点。部分学者认为TOMM40SNPs与AD发病相关，可以解释为：（1）TOMM40与APOE的强连锁不平衡，即TOMM40促使AD特征性的病理改变NP、NFT的形成；（2）TOMM40SNPs可直接导致能量代谢障碍、氧化应激损伤等线粒体功能障碍表现。而另一部分学者则认为TOMM40在AD发展中不能得出明确的独立关系，对研究中出现的阴性结果［25］，有3种可能解释：（1）在19号染色体区域内还存在其他的重要致病基因；（2）APOE可调控区域内的遗传变异增加了患AD的风险；（3）这些相关性可能只是简单地反映在这些区域的强连锁不平衡，即该区域的序列变异共同的作用，于是AD在显示出与APOEε4相关联的同时也显示出了与邻近区域的TOMM40等基因序列变异的多态性相关联。

随着GWAS的完善，AD发病机制中线粒体功能障碍学说的相关研究逐渐增多，国外已有较多学者对TOMM40基因多态性与AD的相关性进行研究，但因结果的不确定性，仍未能将相关基因位点的检测运用到AD的基因诊断、预后评估和治疗策略中，且国内相关报道较少。因此，TOMM40的SNPs与AD有怎样的相关性，以及如何指导临床工作，有待进一步探讨。

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