载脂蛋白E基因多态性与阿尔茨海默病相关性的Meta分析

阿尔茨海默病(AD)又称老年性痴呆,为老年期痴呆的主要类型,是一种原因未明的神经退行性脑病。迄今尚无有效的根治AD的方法,早诊断、早治疗AD以延缓病情进展是当务之急。

载脂蛋白E(ApoE)是富含精氨酸的糖基化分泌蛋白,其基因位于人第19号染色体上,其合成由位于同一基因位点上的3个等位基因(ε2、ε3和ε4)控制,这3种等位基因构成6种不同的基因型,3种纯合子(ε2/ε2、ε3/ε3、ε4/ε4),3种杂合子(ε2/ε3、ε2/ε4、ε3/ε4),构成ApoE基因型的多态性[1]。目前国内外对于ApoE基因多态性与AD相关性的研究颇多,众多研究结果间存在较大差异。本次研究旨在用Meta分析的方法综合分析ApoE基因多态性与AD的相关性。为AD的筛查、预防及早期干预提供科学依据。

1 资料与方法

1.1 文献纳入标准 (1) 病例对照研究,无重复发表,提供结局指标数据,样本量大于 20 例。(2) 研究对象:AD组:符合美国国立神经病语言障碍卒中研究所和阿尔茨海默病及相关疾病协会(NINCDS-ADRDA)中关于AD的诊断标准;对照组:除不符合AD诊断外,其他条件与病例组无明显差异的“健康”人群。

1.2 检索策略 计算机检索中国知网、万方、维普三个中文数据库,Pubmed、 Wiley Online Library、 Springer Link、The Cochrane Library四个外文数据库。检索时限为1990年1月至2016年1月。中文检索词:阿尔茨海默病;载脂蛋白E;基因多态性;病例对照研究。英文检索词:Alzheimer disease; apolipoproteins E; polymorphism; case-control study。针对不同数据库调整检索策略。检索方式举例如下:Pubmed检索策略:#1 Alzheimer Disease OR AD;#2 Apolipoprotein E OR ApoE;#3 polymorphism;#4 Case-control study;#5 #1 AND #2 AND #3 AND #4.

1.3 文献质量评价 采用纽卡斯尔-渥太华量表 (the Newcastle-Ottawa scale,NOS)从研究对象的选择、可比性及暴露3方面对纳入研究质量进行评价,总分为10分(病例的诊断及定义是否恰当1分,病例的代表性1分,对照的选择1分,对照的定义1分,病例和对照的可比性2分,暴露的调查和评估方法2分,病例与对照的调查方法是否相同1分,无应答率1分),评分≥5分为高质量文献。评价过程中2位评价者出现意见不一致时交换意见,征求第3位研究者意见,对该研究再次进行质量评价后决定。

1.4 资料收集 2位研究者依据纳入和排除标准筛选文献,用事先设计的表格提取信息。内容包括:(1)纳入研究的一般信息:题目、第一作者姓名、发表日期;(2)纳入研究的基本特征:样本量、研究对象人种、性别、年龄;(3) NOS量表评分结果。

1.5 统计学方法 使用Rev Man5.3 软件进行各研究间异质性检验,依据其结果选用相应模型合并数据并绘制森林图,进行敏感性分析。异质性检验:当P>0.1和I2<50.00%时,认为无异质性,采用固定效应模型合并数据;当P≤0.1和 I2≥50.0%时,认为存在异质性,分析异质性来源并采用随机效应模型进行合并效应分析;应用Rev Man 5.3软件中的漏斗图法及Stata 12.0软件中的Begger’s和Egger’s检验法对发表偏倚进行定性及定量评价,P>0.05表示无发表偏倚。

2 结果

2.1 文献筛选流程 初步检索出相关文献237篇(中文91篇,外文146篇),人工查重排除6篇;阅读文献摘要排除非病例对照研究文献61篇,不符合病例组及对照组要求文献54篇;阅读剩余116篇文献全文,排除样本量小于20的文献4篇,未报告相关结果的文献77篇;对剩余的35篇文献进行NOS评分,排除 NOS<5 分的文献16篇,最终纳入19项研究。

2.2 纳入研究的基本特征及质量评价 纳入19项研究(n=9284),AD组4203例,对照组5081例;对研究对象年龄、性别、人种等重要特征进行描述;采用NOS评分对文献进行质量评价。见表1。

表1 纳入研究基本特征及文献质量评价表

2.3 Meta分析结果 ApoE ε4(OR=3.65,P<0.001)等位基因及ε4/ε4(OR=12.80,P<0.001)、ε2/ε4(OR=1.56,P=0.002)、ε3/ε4(OR=2.77,P<0.001)基因型携带者AD易感性明显升高,差异有统计学意义。ApoE ε2(OR=0.59,P<0.001)、ε3(OR=0.45,P<0.001)等位基因及ε2/ε2(OR=0.47,P=0.02)、ε3/ε3(OR=0.45,P<0.001)、ε2/ε3(OR=0.43,P<0.001)基因型携带者AD易感性降低,差异有统计学意义。见表2。

2.4 敏感性分析 对每个亚组研究分别采用随机效应模型和固定效应模型进行数据合并,其合并OR值及95%CI结果基本相同;采用逐一剔除各研究的方法,结果显示剔除某一研究后合并结果与总结果基本一致,表明本研究的分析结果稳定可靠。

2.5 发表偏倚的评估 各纳入研究等位基因及基因型Meta分析的漏斗图基本对称,见图1。且Begger’s和Egger’s检验也未见明显发表偏倚(P>0.05),见表2。

表2 Meta分析结果及发表偏倚检验结果

图1 纳入研究发表偏倚漏斗图

3 讨论

3.1 异质性分析 异质性来源主要有以下三方面:(1) 研究对象地域分布广泛,研究受人种及自然因素等的影响较大;(2) 各研究ApoE基因多态性检测方法存在一定的差异;(3) 纳入研究的质量存在差异。上述三方面的因素亦常导致统计学异质性产生。

3.2 ApoE基因多态性与AD相关性 本研究结果显示ApoE各等位基因和基因型对AD发病影响不同,可能原因如下:(1) ApoE等位基因结构上的差别导致其功能差异[21];(2) 3种等位基因与低密度脂蛋白受体的亲和力和结合倾向不同;(3) 3种等位基因与Aβ的结合能力及清除Aβ的能力强弱不同;(4) 3种等位基因与Tau蛋白的结合能力不同。目前关于ApoE基因多态性对AD发病影响的机制仍需进一步的研究。

3.2.1 致病性等位基因作用机制: ApoE ε4常以一种溶化小球的形态存在, 这种形态具有很高的致病活性, 如造成膜结构的破坏、对蛋白水解酶的敏感性增加等。ApoE ε4 比其他等位基因更能促进原纤维的形成,使正常时只有少量且可溶的Aβ大量产生, 并聚集成不溶性成分,而且所需时间比其他等位基因更短。ApoE ε4与Tau蛋白 (神经元微管系统的重要蛋白) 相互作用能导致神经原纤维缠结(NFTs)的形成[21]。

3.2.2 保护性等位基因作用机制: 在结构稳定性方面,ApoE ε2最稳定,ApoE ε3其次, ApoE ε4最不稳定[21],ApoE ε2、ApoE ε3 能够抑制Aβ的聚集,对神经细胞起保护作用[22]。在与Tau 蛋白结合及相互作用方面ApoE ε3较 ApoE ε4有更强的与Tau 蛋白的亲和力[23]。另有研究表明,在老年斑区域附近的 ApoE 能够通过其受体传达一种慢信号, 该信号可以增强或减弱激酶的某些磷酸化底物,最终导致Tau蛋白磷酸化程度的变化,而ApoE ε2 被认为能够减少磷酸化GSK23β及CDK5, 从而降低Tau 的磷酸化[24]。ApoE ε3 可以促进轴突的伸展,使微管结构稳定,防止Tau蛋白过度磷酸化[21]。

3.3 适用性评价 纳入的19项研究人群来源于美洲、欧洲、亚洲、非洲等世界各地,具有人群普遍性,单个研究NOS评价评分高,整体研究质量高,数据与数据效应合并所得结论较为客观可靠。

3.4 分析结果对AD基础及临床研究的意义:据上述研究结果,今后可以从以下三方面入手,从源头及中间环节上多途径多靶点高效防治AD。

3.4.1 改变危险等位基因结构:研制可改变ApoE ε4等位基因112和 158位点上的氨基酸的药物,从而使其转换为无害甚至保护AD的等位基因(或基因型);通过药物等调控ApoE ε4不稳定的过渡态结构,使其结构稳定等,降低其致病活性,减少膜结构的破坏,增加其对蛋白水解酶的敏感性。

3.4.2 干预危险等位基因的作用途径:ApoE ε4通过多种机制参与了体内一些重要生理代谢活动,如细胞膜的脂质代谢、胆固醇代谢、雌激素代谢等,临床上有人曾尝试应用改变这些代谢途径的药物如他汀类降脂药、雌激素替代治疗等来部分阻断危险基因对AD发病的促进作用,但亦有报道此类药物应用于预防和治疗AD过程中会产生一些不良反应:如他汀类药物透过了血脑屏障,影响脑细胞膜脂代谢,降低了膜稳定性,从而加重 AD 病情[21];雌激素替代治疗可能会引发其他类疾病，如癌症以及血栓等。所以仍需进一步研发疗效确切且不良反应小的新一代药物。

3.4.3 加强保护性基因作用途径:进一步研发类似ApoE ε2、ε3作用机制的药物,如与Tau蛋白有高度亲和力,可避免Tau被过度磷酸化的药物;因ApoE 是通过与其受体的结合抑制 Tau 的相关激酶, 从而调控神经细胞内 Tau 蛋白的磷酸化水平[27],因此可研究调控相关激酶如P35、P2GSK23β、CDK5活性的药物以进一步调控Tau 蛋白的磷酸化水平。

3.5 局限性评价 (1)部分亚组纳入研究存在异质性;(2) Meta分析纳入研究结果多为已发表的阳性结果,未发表的阴性结果研究欠缺,增加了研究的偏倚;(3) 本次Meta分析纳入研究较少,纳入研究的样本量不足够大。

综上所述,ApoE基因多态性与AD的发生密切相关。ApoE ε4等位基因及ε4/ε4、ε2/ε4、ε3/ε4基因型是AD的危险因素,ApoE ε2、ε3等位基因及ε2/ε2、ε3/ε3、ε2/ε3基因型是AD发病的保护因素。ApoE基因多态性对AD发病影响的作用机制复杂,本次研究阐述了ApoE各等位基因及基因型与AD发病的关系,对进一步研发针对基因作用机制的药物以防治AD有一定的参考价值。

[参考文献]

[1] 苏净,谭兰,常高峰.载脂蛋白E基因多态性与血管性痴呆的相关性研究[J].中国神经精神疾病杂志,2003,29(6):457-460.

[2] RassasAA,MrabetKhiariH,Hadj Fredj S,et al.High APOE epsilon 4 allele frequencies associated with Alzheimer disease in a Tunisian population[J].Neurol Sci,2012,33(1):33-37.

[3] Seripa D,Acciarri A,Matera MG,et al. The complex interaction between APOE promoter and AD:an Italian case-control study[J].Eur J Hum Genet,2009,17(7):938-945.

[4] Lai CL,Tai CT,Lin SR,et al.Apolipoprotein E in Taiwan Chinese Patients with Dementia[J]. Dement Geriatr Cogn Disord,2003,16(4):208-211.

[5] Ribizzi G,Fiordoro S,Barocci S,et al.Cytokine polymorphisms and Alzheimer disease:possible associations[J].Neurol Sci,2010,31(3):321-325.

[6] Berge G,Sando SB,Rongve A,et al. Apolipoprotein E E2 genotype delays onset of dementia with Lewy bodies in a Norwegian cohort[J].J Neurol Neurosurg Psychiatry,2014,85(1):1227-1231.

[7] Wang HK,Fung HC,Hsu WC,et al.Apolipoprotein E,angiotensin-converting enzyme and kallikrein gene polymorphisms and the risk of Alzheimer’s disease and vascular dementia[J]. J Neural Transm,2006,113(10):1499-1509.

[9] Yang JD,Feng GY,Zhang J,et al.Apolipoprotein E 2491 promoter polymorphism is an independent risk factor for Alzheimer’s disease in the Chinese population[J]. Neurosci Lett,2003,350(1):25-28.

[10] Lambert JC,Berr C,Pasquier F,et al. Pronounced impact of Th1/E47cs mutation compared with-491 AT mutation on neural APOE gene expression and risk of developing Alzheimer’s disease[J].Hum Mol Genet,1998,7(9):1511-1516.

[11] Tilley L,Morgan K,Grainger J,et al. Evaluation of polymorphisms in the presenilin-1 gene and the butyrylcholinesterase gene as risk factors in sporadic Alzheimer’s disease[J]. Eur J Hum Genet,1999,7(6):659-663.

[12] Tang MX,Maestre G,Tsai WY,et al.Relative risk of Alzheimer disease and age-at-onset distributions,based on APOE genotypes among elderly African Americans, Caucasians,and Hispanics in New York City[J].Am J Hum Genet,1996,58(3):574-584.

[13] Fekih-Mrissa N,Klai S,Mrad M,et al.Apolipoprotein E genotypes associated with alzheimer disease and concomitant stroke[J].J Stroke Cerebrovasc Dis,2014,23(4):681-685.

[14] Takei N,Miyashita A,Tsukie T,et al.Genetic association study on in and around the APOE in late-onset Alzheimer disease in Japanese[J].Genomics,2009,93(5):441-448.

[15] Monastero R,Cefalù AB,Camarda C,et al.Association of estrogen receptor alpha gene with Alzheimer’s disease: a case-control study[J].J Alzheimers Dis,2006,9(3):273-278.

[16] Potkin SG,Guffanti G,Lakatos A,et al.Hippocampal atrophy as a quantitative trait in a genome-wide association study identifying novel susceptibility genes for alzheimer’s disease[J].PLoS One,2009,4(8):6501.

[17] Ma SL,Tang NL,Lam LC,et al.The association between promoter polymorphism of the interleukin-gene and Alzheimer’s disease[J].Neurobiol Aging,2005,26(7):1005-1010.

[18] Ohnuma T,Nakamura T,Takebayashi Y,et al. No associations found between PGBD1 and the age of onset in Japanese Patients diagnosed with sporadic alzheimer’s disease[J]. Dement Geriatr Cogn Dis Extra,2012,2(1):496-502.

[19] Kukull WA,Schellenberg GD,Bowen JD,et al. Apolipoprotein E in Alzheimer’s disease risk and case detection:A Case-Control Study[J]. J Clin Epidemiol,1996,49(10):1143-1148.

[20] Wakutani Y,Kowa H,Kusumi M,et al. Genetic Analysis of Vascular Factor in Alzheime’s Disease[J].Ann N Y Acad Sci,2002,977:232-238.

[21] 刘倩,吴为辉,李人望,等. 载脂蛋白 E与阿尔兹海默病的相关研究进展[J]. 化学进展,2007,19(12):2006-2011.

[22] Hatters DM,Peters-Libeu CA,Weisgraber KH,et al.Apolipoprotein E structure: insights into function[J]. Trends in Biochemical Sciences,2006,31(8):445-454.

[23] Ma J,Brewer HB Jr,Potter H.Alzheimer A beta neurotoxicity: promotion by antichymotrypsin,ApoE4;inhibition by A beta-related peptides[J].Neurobiol Aging,1996,17(5):773-780.

[24] Hoe HS,Freeman J,Rebeck GW. Apolipoprotein E decreases tau kinases and phospho-tau levels in primary neurons[J]. Mol Neurodegener,2006,1:18.