体细胞突变在常染色体显性多囊肾发病中作用的研究进展
2016-03-26孔祥阳综述袁红伶审校
王 琛,孔祥阳,徐 剑，李 嵘，冯 超 综述,袁红伶△ 审校
(1.昆明理工大学附属医院肾内科 650032 ； 2.昆明理工大学医学院疾病与药物遗传实验室 650500)
·综 述· doi:10.3969/j.issn.1671-8348.2016.28.045
体细胞突变在常染色体显性多囊肾发病中作用的研究进展
王 琛1,2,孔祥阳2,徐 剑1，李 嵘1，冯 超1综述,袁红伶1△审校
(1.昆明理工大学附属医院肾内科 650032 ； 2.昆明理工大学医学院疾病与药物遗传实验室 650500)
多囊肾，常染色体显性；PKD1基因；PKD2基因；三链DNA
常染色体显性多囊肾(autosomal dominant polycystic kidney disease，ADPKD)是一种遗传性单基因疾病，由多囊肾基因1(polycyseic kidneydisease gene,PKD1)、PKD2基因突变所致，称Ⅰ型ADPKD，Ⅱ型ADPKD。其发病率很高，1/1 000～1/400，为常见肾脏遗传病[1-2]。一般成年发病，又称成人型多囊肾，临床上也见不同年龄患者。PKD2突变50%的患者在60 岁左右可发展为终末期肾病(end-stage renal disease,ESRD)，约占晚期肾病的10%(Ⅰ型ADPKD比Ⅱ型ADPKD发病早20年，Ⅰ型ADPKD恶化为终末肾病的平均年龄为54.3岁，而Ⅱ型ADPKD为74.0岁)[1,3]。除了损伤双侧肾脏以外，ADPKD基因还累及全身多个器官，例如多囊肝、颅内动脉血管瘤、二尖瓣脱垂综合征、腹股沟疝、大肠息室、主动脉夹层、胆囊增生，严重危害人类健康[4]。
1 PKD基因的研究
目前，已报道克隆ADPKD的致病基因有3个：PKD1、PKD2、PKD3。其中约85%的患者为ⅠADPKD，由PKD1基因突变所致；约15%的患者为ⅡADPKD，由PKD2基因突变所致。前二者基因已被克隆，PKD3为罕见型多囊肾目前未被克隆。
1.1 PKD1基因及相关基因TSC2基因 PKD1定位于16号染色体1区3带3亚带(16p13.3)，基因长度约为52 kb [开放阅读框(ORF)为 12 909 bp] ，含46个外显子，编码多囊蛋白-1(polycystin1，PC1)[5-6]。PC1是一个大的(4 303个氨基酸)有11个跨膜结构域的完整膜蛋白，细胞外区域由多种结构域组成，包括12个PKD结构域，这一区域在其他蛋白质中与蛋白-蛋白和蛋白-糖类的相互作用相关，总的来说PC1有受体或黏附分子的结构[1]。TSC2基因长度约为45 kb，含41个外显子，编码结节蛋白。在基因结构上与PKD1基因毗邻，也定位于16号染色体1区3带3亚带(16p13.3)，基因相邻，在NCBI与UCSC数据库中都可见PKD1与TSC2重复2个碱基。科学家们发现TSC2基因的突变会使Ⅰ型ADPKD的病情加重[7-8]，说明TSC2基因对PKD1基因有修饰作用。
1.2 PKD2基因 PKD2基因定位于4q21～23，基因长度为68 kb(ORF为2 904 bp)，15个外显子，编码多囊蛋白-2(polycystin-2，PC2) 。PC2是一种非选择性Ca2+通道，转运Ca2+。PC1和PC2的六次跨膜区存在一定同源性[1]。
1.3 PKD3基因 PKD3约占致病基因的1%。Daoust 等[9]、Almeida 等[10]和Ariza 等[11]分别报道了既不与16号染色体也不与4号染色体连锁的家系[9-11]，说明ADPKD除了前面两种，可能还存在第3种，这一基因被称为PKD3。目前，PKD3尚未被定位。也有学者认为不存在PKD3，Ⅲ型多囊肾可能为转-杂合型(即PKD1与PKD2混合型多囊肾)[12]。
2 ADPKD发病机制
与其他典型的单基因疾病不同，ADPKD患者具有显著临床表现异质性，同一基因的不同基因型，在不同家系差异很大。即使在同一个家族同一基因突变所致，年龄相仿、性别相同的患者，临床表现差异也很大。ADPKD病理学研究发现，ADPKD患者的肾脏中仅有 1%～5% 的肾单位形成囊肿。显然，只用纯粹孟德尔单基因遗传病无法解释ADPKD的发病机制。目前，ADPKD发病的机制存在多种学说，但多数学者认为“二次打击”在ADPKD的发病中起重要作用。它能解释ADPKD患者发病年龄及病情的差异。本文主要介绍“二次打击” 学说及其发生机制。
2.1 “二次打击”学说 “二次打击”学说类比Knudson Rb基因的 “二次打击”学说，也叫体细胞突变学说，认为ADPKD的发生不仅需要生殖细胞遗传携带PKD1或PKD2基因突变，还需要体细胞受后天诸多因素影响，打击到另一正常拷贝，使另一等位基因发生突变，最终促使囊肿的形成。Takakura等[13]认为肾衰为第三次打击加快ADPKD患者病情的恶化。由于“二次打击”的存在，所以有学者认为多囊肾病在细胞水平是一个隐性病[14]。
2.1.1 经典“二次打击” Qian等[15]研究Ⅰ型ADPKD患者肾脏组织，通过囊肿组织与外周血对比，发现存在杂合型丢失与点突变，也就是说Ⅰ型ADPKD发生体细胞突变，即“二次打击” 。Lu等[16]建立PKD1“二次打击”的转基因小鼠，发现小鼠生长过程有相似的病理改变 。随后Pei等[17]研究Ⅱ型ADPKD患者肾脏组织，也发现Ⅱ型ADPKD患者发生体细胞突变即“二次打击” 。Wu等[18]建立PKD2“二次打击”的转基因小鼠，发现小鼠生长过程也有相似的病理改变。
2.1.2 转-杂合型(trans-heterozygous) 与经典的“二次打击”不同，转-杂合型是指Ⅰ型ADPKD遗传获得一个PKD1突变，后天体细胞发生PKD2突变，或Ⅱ型ADPKD获得一个PKD2突变，后天体细胞发生PKD1突变。Koptides等[19]证实PC1与PC2形成复合体，表达在细胞膜表面。并且发现Ⅰ型ADPKD，不仅体细胞有PKD1的突变，也有PKD2的突变。Wu等[20]建立转杂合型小鼠，发现这种类型小鼠比单一突变小鼠病情更严重。
3 三链DNA与体细胞“二次打击”
3.1 三链DNA 三链DNA是一类广泛存在生物体内的DNA高级结构，近些年研究表明其或参与多种疾病的发生。三链DNA是由于DNA分子内存在多聚嘧啶或多聚嘌呤，而形成分子内三链构象。三链DNA的功能：三链DNA在基因表达过程中可以作为反义抑制剂，影响基因转录与翻译；三链DNA可以作为限制性内切酶来切割DNA片段；三链DNA还可能与染色体的状态及凝聚过程有关[21]。
3.2 体细胞“二次打击”可能不是随机发生的 科学家们发现，PKD1基因的内含子21含有由23个回文结构序列组成的2.5 kb嘧啶富含区[22]。内含子22则含有较短富含嘧啶的片段，大约0.55 kb[23]。PKD2 基因外显子2,4,5,6,11,12等也存在嘌呤嘧啶富含区。PKD基因上的嘌呤嘧啶富含区，在DNA的复制过程中，形成三链DNA[24]。这三链DNA，H-DNA具有多效性通过多种途径参与DNA的修饰，最终导致突变的发生[25]。
4 展 望
PKD1基因存在6个假基因，而且PKD1基因长度约为52 kb(ORF为 12 909 bp)，含46个外显子,PKD2长度为68 kb(ORF为2 904 bp)，含15个外显子。 PKD基因长度过长也可能增加其突变出错的频率，而肾脏又是排毒器官，常常会积累毒素，这样就会发生体细胞突变促使疾病发生。随着第二代测序技术与生物信息学的发展，已经可以用第二代测序技术(next generation sequencing，NGS)[26-29]来对ADPKD作基因诊断。或许可以从NGS产生的大数据中找到ADPKD的发病机制。而对体细胞突变及寡聚三链DNA性质的研究，或许我们可以找到早期干预的靶标，这样就可以找到治疗ADPKD的有效药物。
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王琛(1990-)，在读硕士，主要从事肾脏遗传、肾脏药理研究。△
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1671-8348(2016)28-4014-03
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