APOL1基因变异与高血压肾病关联的研究进展

陈龙，岑东

作者单位： 315100宁波，宁波市鄞州区第二医院

慢性肾病（CKD）已成为威胁人类健康的一类重大疾病，欧美国家发病率为6%～16%，我国发病率11%～12%，并呈上升趋势。CKD导致的终末期肾病（ESRD）预后差，费用高，且逐年增加。在我国，糖尿病肾病（DM-RD）和高血压肾病（H-RD）是主要CKD。肾病遗传学研究发现，单基因遗传病较少，大多为复杂多基因病，但关于H-RD的遗传学研究甚少。随着对APOL1基因（APOL1）多态性研究的深入，其与H-RD的关联性日益受到关注，将为提示H-RD的发病机制、优化诊断和治疗带来新的线索和机遇。

1 高血压肾病的研究现状

研究发现每13例高血压患者就有1例发展成ESRD。在美国，ESRD发病率以每年9%的速度增长，其中因高血压引起的ESRD患者为28%，仅次于糖尿病肾病（34%）。我国18岁及以上成人高血压患病率已达25.2%，患病人数2.7亿，随年龄增加而显著增高[1]，是ESRD的主要病因之一。长期的高血压可导致心、脑、肾等靶器官的损害，H-RD是其常见的严重并发症之一。肾脏既是高血压损害的靶器官，也是导致高血压的重要器官，高血压与肾病互为因果关系。现认为H-RD的发病机制在于长期持续高血压的存在，导致良性小动脉性肾硬化，肾血管阻力增加、血流量减少致肾功能减退；导致血管紧张素Ⅱ等血管活性物质平衡失调，诱导肾膜细胞产生TGF 1，促进肾小球系膜细胞增生、细胞外基质形成和沉积，最终导致肾小球硬化。Nadkarni等[2]认为青年人群的APOL1变异与高血压和肾病相关。Ejaz[3]也认为APOL G1/G2的转录和翻译与高血压ESRD、局灶性节段性肾小球硬化（FSGS）等相关。Lipkowitz等[4]认为在非裔美国人中MYH9基因（MYH9）变异与H-RD相关。近年来，APOL1逐渐被纳入H-RD遗传学研究并迅速成为热点。

2 APOL1基因的结构和功能

APOL位于22q11.2-q13.2，含10个外显子，6种亚型，构成APOL家族。除APOL5含1个小C-末端外显子外，其他APOL亚型序列由1～4个小的N-末端外显子编码，其组成因基因和亚型而不同，表达相应6种APOL蛋白。与其他APO不同，APOL蛋白具有兼性 螺旋保守结构，除APOL5呈组织限制性外，表达于所有组织，肺和胎盘最多。APOL1位于染色体22q12.3-13.1区域，全长14461 bp，由7个外显子编码序列组成，除第一个外显子外均具翻译蛋白质功能。与其他因无信号肽而定位于细胞内的APOL蛋白不同，APOL1蛋白是唯一具N端信号肽而分泌至细胞外的APOL蛋白，与APOA蛋白结合存在于血浆的高密度脂蛋白（HDL）颗粒。APOL1蛋白具有三个不同的结构和功能区域：（1）含C末端两性分子的 螺旋，参于蛋白质-蛋白质间相互作用。（2）阴离子孔隙形成域，参与溶酶体渗透和细胞死亡。（3）膜定位区域，pH为中性时促进HDL微粒结合，而pH为酸性时与胞内细胞器定位相关。

APOL1蛋白参与细胞膜HDL的转运，对细胞膜的结构和功能发展与维持具有重要作用，也是导致APOL1相关疾病发病机制的基础。研究发现，APOL1变异与锥虫病、脂代谢紊乱、胶质瘤、乳腺癌、CKD及心血管病等有关；但在肥胖、精神分裂症等存在不同甚至相反的研究结果[2-4]。作为一种正选择效应，APOL1变异使非裔人群可抗锥虫感染，经细胞凋亡和免疫途径发挥作用[4]。APOL1分型还可加快供体选择，提高异体移植肾存活时间[5]，但含APOL1 G1/G2的供体存活较差[6]。

3 APOL1基因与高血压肾病

研究发现，APOL1变异增强了对非糖尿病肾病（NDM-RD）的易感性，且与变异数量相关，使 CKD更快进展为ESRD[5-6]，致ESRD发病年龄更轻[7]，其与APOL1变异高度相关，但与血压控制情况、DM无关[8]。同时，药物治疗对延迟APOL1变异患者 CKD进展的作用有限，且患者间反应相似[8]。APOL1变异还与非裔FSGS、HIV相关肾病、H-RD及NDM-ESRD相关[3,9]，但与DM-ESRD无关[9]。APOL1变异导致肾病的机制不清，细胞内钾或其他阳离子的异常流出是其显著特征[7]。病例对照研究发现，非裔人群APOL1变异的两个错义突变单倍型G1、G2与H-RD高度相关，提示APOL1变异可能是 H-RD发生的分子基础。G1和G2是相互排斥的，不存在同一条染色体上[3]。含两个APOL1风险等位基因（G1/G1、G1/G2或G2/G2）者CKD患病风险明显增加。Young等[10]发现，存在APOL1 G1/G2的美国非裔患者发展为 NDM-ESRD风险较不存在APOL1G1/G2的高7～10倍。Lipkowitz等[4]发现，APOL1变异与原发性高血压所致CKD有很强的相关性，并且高血压治疗不能阻止肾脏疾病的进展。GSTM1无效等位基因和APOL1高风险等位基因可影响患有高血压黑人的CKD进展[11]。Tin等[12]发现，高血压导致的CKD患者中，存在APOL1高危基因型（有两个G1或G2风险等位基因）的eGFR下降更为明显。

4 APOL1基因与MYH9基因

通过混合连锁不平衡绘图分析，发现位于染色体 22q区域的 APOL1和MYH9均可能与 H-RD相关。APOL1和MYH9是当前研究重点，两者在22号染色体上毗邻，可能存在交互作用，但具体机制尚不清楚。与 MYH9不同，APOL1变异存在明显的种族差异，主要存在于非裔人群，而在亚裔、欧裔等人群表达频率很低。研究认为虽然非裔美国人肾病发生率较其他人群高4～5倍，但种族间肾病发生率的差异不应全部归因于APOL1 G1/G2变异，可能存在其他因素如社会经济卫生条件以及未被发现的其他基因多态性等影响[13]。

一般认为APOL1变异较MYH9与非裔人群肾病易感性更为相关。二者均有变异时，肾病易感性明显增加，而仅有MYH9时则效果不明显或无关[14]。与之相反，在APOL1变异频率很低的欧裔人群中发现，MYH9与CKD存在高相关性[15]。

5 MYH9基因与肾病

MYH9位于染色体22q12.3-13.1区域，全长139 kb，有40个外显子，编码224 kD非肌性肌球蛋白重链ⅡA（NMMHC-ⅡA），后者是非肌细胞骨架的重要组成部分，可促进细胞运动、细胞内物质的运输和胞质分裂。MYH9突变引起的异常表达、定位或功能改变都会导致肌球蛋白异常，使足细胞和肾小管的细胞骨架受损，引起局部肾小球足突融合，足细胞裂孔膜消失进而损伤肾脏，进一步导致蛋白尿、血尿甚至肾衰竭[16]。

由于MYH9参与编码NMMHC-ⅡA，其突变导致MYH9相关疾病（MYH9-RD）[16-19]。MYH9-RD 是一种常染色体显性遗传病，常见于遗传性血小板减少症，典型症状为血小板减少、巨大血小板和粒细胞包涵体三联征，以巨大血小板最常见，部分病例发展为白内障、听力感觉神经受损和肾衰竭等[17]。MYH9变异与肾病的相关研究则是近年的研究热点，其病理基础可能是 MYH9变异致足细胞脆性而引起肾小球肾炎[11-12]，主要表现为FSGS[17]。MYH9变异与CKD相关，并加快ESRD进展，且与NDM-ESRD关联较大，但也存在不同的结果[9-10]。Murea等[8]认为早期控制高血压并不能阻止存在 MYH9变异非裔美国人 H-RD的进展，相反能进展为 CKD，更容易进入ESRD。在欧裔美国人中，高血压可引起肾脏损害，而经治疗的轻中度高血压患者可降低CKD的发病率，更容易死于心血管疾病，认为MYH9变异与肾脏疾病的关系具有种族差异。Liu等[18]认为在中国CKD患者中MYH9变异（rs3752462）与高血压相关，MYH9 GG型患者血压较TT型更高。Pazik等[19]发现MYH9变异（rs3752462、rs5756168）与移植肾的动脉狭窄有关。Freedman等[20]研究发现非裔美国人 MYH9危险等位纯合子并没有发展为肾病，表明基因-环境和基因-基因的相互作用可能引起肾脏疾病在遗传易感性个体上的不同。

6 APOL1基因和MYH9基因变异导致H-RD的可能机制

目前，MYH9与APOL1关联分析是CKD多基因病因研究的主要策略之一，但APOL1和MYH9变异导致肾损伤的机制目前仍不十分清楚，可能与以下因素有关：（1）表达于足细胞或其他肾脏细胞的APOL1变异可能诱导细胞凋亡或足细胞自我吞噬。足细胞表达 APOL1 mRNA，而APOL1蛋白与Bcl-2家族蛋白质结构和功能相似，可能因受到肾毒性的影响，触发足细胞凋亡并导致肾小球硬化。APOL1蛋白在自我吞噬方面发挥重要作用，研究发现缺乏关键自噬蛋白的小鼠肾小球更易受损伤，这种现象有助于解释APOL1与CKD的关联性[21]。（2）由于 APOL1 G1/G2 变异引起血浆HDL颗粒功能失调，导致动脉硬化性肾脏血管内皮炎症，使肾脏微循环障碍而产生肾脏疾病。（3）循环APOL1蛋白在CKD发病机制中可能发挥重要作用。肾病相关APOL1变异蛋白较少结合HDL颗粒，可在血浆中自由流动且能穿过肾小球滤过屏障，被足细胞吞噬后致肾小球硬化和/或间质纤维化。（4）MYH9在肾小球足细胞、毛细血管和肾小管中表达，其突变引起局部肾小球足突融合，因足细胞裂孔膜消失进而损伤肾脏。（5）MYH9异常表达、定位或功能改变导致肌球蛋白异常，使足细胞和肾小管的细胞骨架受损，进一步导致蛋白尿、血尿，甚至肾衰竭。Freedman 等[22]认为基因检测可明确APOL1变异和其他肾小球硬化症相关的基因变异，并且可提供疾病发病机制的精确定义，因此建议以基于基因（如APOL1）的肾小球硬化症或小动脉肾硬化等表述较“高血压性肾硬化”更能体现相关肾病的病理基础。

近年来发现与孟德尔遗传病相比，APOL1变异具有较低的外显率，而APOL1G1/G2对CKD的易感性是必要的，但仅G1/G2不足以导致肾病的发生，只有一部分携带两个APOL1 G1/G2者发展为肾病[23]，因此就APOL1变异导致肾病的发病机制提出“二次打击”学说，并且发现 HIV患者在缺少抗病毒治疗情况下患肾脏疾病的终生风险可能超过50%，而患FSGS为4%[6]。非裔人群的遗传风险（其中包括APOL1易感性，也许还有其他位点）伴随修饰位点（如足蛋白或其他）和基于环境因素的二次打击导致了各种肾脏疾病的发生，包括FSGS和其他病因导致的CKD[6]。

7 展望

随着人类基因组计划的完成、基因测序的进步及候选基因分析和全基因组关联分析的展开，如果对APOL1进行全基因分析，有可能发现与H-RD相关变异的存在，从而有助于阐明H-RD的遗传学机制，前景令人向往。APOL1在人群间表达频率差异显著，一般认为APOL1 G1/G2变异主要集中在非裔人群，在其他人群表达频率很低。此外，APOL1和MYH9变异与H-RD相关，但两者是独立作用，交互作用，还是存在着“上位”？仅部分含 MYH9变异和/或 APOL1变异者发生CKD，是否存在其他基因或环境因素的作用？基于APOL1和MYH9有可能是 H-RD的遗传学因素，且APOL1变异存在明显的种族差异，若对我国汉族H-RD患者APOL1和MYH9进行全基因测序，通过检测与肾病相关的APOL1和MYH9 SNPs，有望发现与我国汉族H-RD患者相关的变异及其表达频率。

基于APOL1和MYH9变异导致肾损伤的机制目前仍不清楚，因此除非能证实APOL1和MYH9变异可直接导致H-RD，否则不能排除H-RD的发生可能还存在其他原因，如未被发现的其他基因变异。Freedman等[22]发现采用标准降血压方案联合ACE抑制剂防止APOL1相关肾病的进展无效，这可能提示APOL1蛋白对肾细胞有直接毒性作用。因此，发现导致H-RD的致病基因，有助于重新认识其病理机制，从而提供全新的预防和治疗手段[6，9]。