缺血性脑卒中与PDE-4D基因多态性

梅 茸综述， 董曼丽， 马 莎审校

缺血性脑卒中(cerebral ischemic stroke，CIS)作为严重威胁人类健康的常见病、多发病，致残率、复发率均很高。在医疗模式正在从“诊断-治疗”向“早期预警-预防”转变的新时期，筛选出对CIS易感的个体，实行个体化的预防和治疗，是未来降低CIS的发病率和复发率的重要手段。目前认为CIS是一种遗传因素和环境因素共同作用而导致的多基因遗传病，发病机制异常复杂。2003年Gretarsdottir等［1］的卒中基因解码科学小组在冰岛人群中发现了与家族性CIS相关的基因即磷酸二酯酶4D(phosphodiesterase4D，PDE-4D)基因，该基因与脑动脉粥样硬化的发生、发展有关，起初被认为是21世纪首先、也是迄今唯一新发现的卒中候选基因。然而随后大量的研究显示PDE-4D基因在不同地域、种族的人群中与CIS的关系差异较大，争论颇多。本文就近年来CIS与PDE-4D基因多态性的相关研究做一综述。

1 CIS的遗传易感性与易感基因

CIS是由遗传因素与环境因素相互作用所致的复杂性疾病，已知的危险因素包括高血压、糖尿病、高龄、吸烟、肥胖、高脂血症、高纤维蛋白原血症、高同型半胱氨酸血症等。除此之外，遗传因素也起着重要的作用。早期的流行病学研究和针对家系的研究已表明遗传因素是卒中的独立危险因素，父亲或母亲的卒中病史与其后代脑卒中的发生相关［2］，并且是其脑卒中发生和预后的独立预测因子。双生子研究为遗传因素引起卒中提供了最有力的证据。Brass等［3］证实单卵双生子卒中风险的先证者一致性率明显高于异卵双生子(17.1%vs3.6%)，证明了卒中的遗传易感性。(“先证者一致性率”一直被用来评价某一性状或疾病的遗传度。是指假定其他因素如环境暴露在两种类型的双生子中相似，在具有遗传易感性的疾病中单卵双生子发病的一致性率明显高于异卵双生子)。

随后的研究发现CIS只有少数由单基因病所引起，如伴有皮质下梗死和白质脑病的常染色体显性脑动脉病(CADASIL)、镰刀状细胞病等，这些疾病的发生涉及一个或几个致病的主基因。而大部分的CIS是由多个基因以及基因-环境的共同作用所致的复杂性疾病。其发生是由主基因、许多微效累加基因与环境因素共同作用而决定的，因而存在多基因相互作用、遗传异质性以及遗传模式不明确等特征。

近年来对CIS易感基因的定位进行了大量的研究，通过对候选基因的关联分析，发现了几个相对可靠的易感基因。主要包括5类:(1)脂类代谢相关基因-载脂蛋白E(ApoE)基因［4］。其基因多态性编码不同亚型的ApoE，这些亚型与脂蛋白受体结合的亲和力不同，导致其血浆总胆固醇水平和LDL水平在各基因型间的差异。(2)炎症反应相关基因-P选择素(SELP)基因、白介素4(IL-4)基因、白介素1(IL-1)基因和 5-脂氧合酶激活蛋白(ALOX5AP)基因［5，6］。这些与炎症反应相关的基因多态性均不同程度地参与了动脉粥样硬化的发生和发展，可使携带者患脑卒中的风险明显增高。(3)肾素-血管紧张素系统相关基因-血管紧张素转换酶(ACE)基因。ACE基因的一个插入(I)/缺失(D)多态性位点影响血管紧张素转换酶的活性，Sfowik等［7］研究发现D/D基因型携带者发生自发性脑卒中的风险较正常人增加2.46倍。(4)一氧化氮合酶(NOS)基因。Berger等［8］通过1901例住院脑卒中患者和1747例同一地区的对照组人群的病例-对照研究证实NOS3基因E298D多态性是缺血性脑卒中的独立危险因素。(5)磷酸二酯酶4D(PDE-4D)基因:PDE-4D基因变异与脑卒中的相关性是当今的研究热点之一，在世界多个国家均开展了研究，但得到的结果大相径庭。

2 PDE-4D基因多态性的相关研究

磷酸二酯酶(phosphodiesterase，PDE)是一类催化、水解cAMP和cGMP，使其转变为失去活性的单核苷酸的关键酶，是调控细胞内信号转导的强度和持续时间的重要因素，至今己鉴定出PDE有11个家族，共30余种。PDE-4D是PDE家族的重要成员，共分为4种亚型，即 PDE4A、4B、4C、4D，各种亚型又有多种次亚型。其编码基因PDE-4D基因位于染色体5q12上，与前列腺雄激素调节转录(prostate androgen-regulater transcrip，PART1)基因交迭，其长度大约 1.5Mb，至少有22个外显子，编码至少9个不同的异构体［9］。PDE-4D在体内广泛分布，主要存在于各种炎性细胞内，包括肥大细胞、巨噬细胞、嗜酸粒细胞、淋巴细胞和上皮细胞等，能选择性地降解第二信使cAMP。cAMP是多种细胞类型(如血管内皮细胞、平滑肌细胞和炎性细胞)中重要的信号转导分子，其众多生物学功能之一就是影响血管内平滑肌细胞的增殖、迁移，这是动脉粥样硬化进展的主要过程之一。

单核苷酸多态性(single nucleotide polymorphism，SNP)是基因组内最为广泛的遗传变异，也是体现人群中个体差异的DNA序列变化中最基本和最常见的形式［10］。SNP是后基因组时代功能基因组学研究的主要内容之一，它常作为遗传标记，通过连锁或关联分析定位基因/易感基因。2003年，Gretarsdottir［1］等人就是根据PDE-4D的功能，通过对SNP的分析，将CIS的易感基因定位于5q12，发现PDE-4D基因多态性AC008818-1、SNP41、SNP45与脑卒中显著相关，尤其与动脉粥样硬化关系密切的颈动脉源性和心源性脑卒中具有更强的相关性。在Gretarsdottir等得出PDE-4D基因与缺血性卒中具有密切相关性的结论后，国内外学者利用多种方法对其进行了相关研究，但是研究结果却不尽一致。

在北美地区，Victoria等［11］在美国人群中进行了PDE-4D基因多态性与CIS之间相关性的病例-对照研究。对248例白种女性缺血性脑卒中患者和560例白种女性对照者多态性位点检测的结果提示:SNP9、SNP42、SNP219和SNP220与不合并高血压的缺血性卒中具有显著相关性，SNP175与合并高血压的缺血性卒中具有显著相关性，而且微卫星序列AC008818-1仅与不合并高血压的缺血性卒中具有显著相关性。Woo等［12］针对美国黑人与白人人群分别进行了病例-对照研究，该研究检测了357例缺血性卒中患者和482例非缺血性卒中对照者的6个单核苷酸多态性位点，结果提示PDE-4D基因多态性与缺血性卒中尤其是心源性卒中具有显著相关性，结论认为PDE-4D基因是美国黑人与白人缺血性卒中的一项独立的危险因素。

在西欧地区，Kostulas等［13］对瑞典 685例 CIS患者和751例对照者的 SNP41、45(rs12188950)和微卫星序列AC008818-1进行了检测，发现上述多态性位点与颈动脉源性缺血性脑卒中无明显相关性，不过研究结果提示SNP单体型GA(由SNP41和SNP45组成)可以增加发生颈动脉源性和心源性卒中的风险。因此认为PDE-4D基因可以增加卒中的患病风险。同样是来自瑞典的研究，Lovkvist等［14］对来自瑞典西部和南部的2599例CIS患者和2093例对照者的多中心超大样本的病例-对照研究，发现SNP45与CIS并无任何的相关。Fidani等［15］对希腊人群的病例-对照研究显示，微卫星序列AC008818-1的分布与CIS相关，其等位基因148增加CIS的患病风险，而等位基因144则是保护性因素。此外在患者中发现等位基因148和SNP45的G等位基因多态性明显增多。因而认为希腊人群与已被证实的冰岛人群相似，PDE-4D基因多态性为CIS发生和发展的独立相关因素。Bevan等［16］针对英国白种人群中的737例CIS患者和933例对照者进行了一项病例-对照研究，通过对19个PDE-4D基因多态性位点和1个微卫星序列的检测，发现19个多态性位点中的 6 个(SNP2、SNP13、SNP14、SNP15、SNP20、SNP26)和心源性脑卒中有关，2个(SNP19、SNP87)与大血管性缺血性脑卒中有关，而所有被检测位点与颈动脉内膜增厚或颈动脉粥样硬化斑块之间并无明显相关性。因此认为PDE-4D基因在英国白种人群中并非CIS的一项独立危险因素，可能与心源性卒中有关。Quarta等［17］对来自意大利撒丁岛上的294例CIS患者和235例对照者进行了研究，通过对PDE-4D基因四个单核苷酸多态性(SNP32、SNP45、SNP83、SNP87)和微卫星序列AC008818-1进行了评估，发现并无任何证据显示PDE-4D基因与CIS之间存在关联。

在东欧地区，Bondarenko等［18］对来自莫斯科地区的570例急性脑卒中患者和270例正常对照者进行了对比研究，对PDE-4D基因多态性中SNP41和SNP87的进行了研究，发现SNP41在基因型和等位基因分布上与卒中有明显相关，尤其是SNP41多态性的AA和AG基因型在莫斯科人群中能显著增加其急性脑卒中地发生，而对SNP87并未发现有明显的相关性。Bondarenko等［19］继续针对生活在莫斯科的摩尔多瓦人群CIS与PDE-4D基因多态性中的SNP41和SNP87进行研究，并未得到任何支持CIS与PDE-4D基因多态性SNP41和SNP87相关的结论。Avdonina等［20］对来自俄罗斯中部地区的CIS患者和正常对照者进行了包括PDE-4D基因在内的八个基因的单核苷酸多态性与CIS的关联性研究，但并未得到任何的阳性结果。

在南亚地区，Saleheen等［21］在巴基斯坦人群中进行了PDE-4D基因多态性与CIS相关性的研究。该研究对200名CIS患者和250名对照者进行了SNP32、83、87等3个位点的检测，结果发现SNP83的T等位基因型频率和缺血性脑卒中明显相关，提示在巴基斯坦人群中PDE-4D基因变异与CIS相关。Banerjee等［22］在印度人群中进行了包括 PDE-4D在内的多种与炎症反应有关的基因多态性与缺血性脑卒中相关性的研究，结果提示PDE-4D基因SNP83位点C/C型和缺血性卒中明显相关。Munshi等［23］对来自印度南部的250例CIS患者和250例对照者PDE-4D基因的3个位点SNP32、83、87进行研究，显示 SNP83与CIS有显著相关，而 SNP32和87未观察到明显变化，同时进一步发现SNP83与CIS的两个亚型-颅内大动脉粥样硬化(在人群中最常见的亚型)和小动脉闭塞关系密切。此后Munshi等［24］继续对印度南部PDE-4D基因多态性与CIS的相关性进行研究，通过检测560例CIS患者和513例对照者的SNP41、56，发现 SNP41、56与大动脉粥样硬化、腔隙性和心源性卒中有较明显的关联。

在东亚地区，Nakayama等［25］在日本人群中的研究发现了2个与CIS相关的PDE-4D基因单倍体。一个为含有SNP83、SNP8、AC008818-1的单倍体。当该单倍体为T2G2X(即SNP83、SNP3位点分别为T、G碱基，AC008818-l微卫星位点为冰岛人群研究中的“X”重复序列)型时为卒中的保护性因素，而为C2G2X单倍体型时则是危险因素。另一个是含有SNP18、19、20、21的单倍体，而 SNP45则没有多态性。Matsushita等［26］对来自日本生物资料库1711例CIS患者和1786例对照者及九州地区1112例CIS患者和1112例对照者的两个大样本的前瞻性病例对照研究中，通过检测SNP41、45、56、85、87、89 等 6 个单核甘酸多态性，结果显示PDE-4D的变化在日本人群中与CIS缺乏关联。Kim等［27］对来自韩国地区205例CIS患者和103例对照者的病例对照研究，通过检测SNP41多态性，发现PDE-4D基因SNP41多态性与韩国人群CIS的发生并无相关。Yoon等［28］在近期做的一份包括11，834例病例和15，233例对照的PDE-4D基因与CIS关联性的荟萃分析中，发现SNP56是与CIS相关性最高的位点，尤其是发现在病例中TT型是AA型的1.29倍;同时在研究中还发现SNP83为TT型时，它在亚洲人群中是一种保护性因素。

在我国，广东地区的徐波等［29］对PDE-4D基因SNP41、SNP45及PDE活性与CIS关系的研究显示，PDE-4D基因SNP41和SNP45与CIS无关。南京医科大学的徐淑兰等［30］对中国汉族人群PDE-4D基因SNP83、SNP45及rs918592与CIS关系的研究显示，PDE-4D基因rs918592位点上A等位基因可能是CIS的危险因素之一;PDE-4D基因可能不是通过糖代谢影响CIS的发生。中国医科大学的李楠等［31］对来自中国北方汉族人群的371例CIS病例和371例对照进行研究，通过检测SNP83、87，发现SNP83的CC型和C等位基因在CIS患者中明显高于对照者，而对SNP87并未观察到与CIS的关联性。郑红等［32］对河南汉族人群的400例CIS病例和400例对照进行研究，通过检测SNPrs918592、rs2910829，发现SNPrs2910829与CIS明显相关，在男性人群中更为明显，在进一步对单体的研究中发现，SNPrs2910829中A-T型可增加CIS的患病风险，而G-T型则是可能是保护性因素。

3 PE4D基因多态性进一步研究的意义

从上述的研究成果中，我们可以发现在于PDE-4D基因是否为CIS的易感基因，该基因的多态性是否会增加罹患卒中的风险，在世界范围内尚无统一的结论，而且，在认为PDE-4D基因增加罹患CIS风险的几项研究中，所定位的基因位点也各不相同。分析其原因，可能因地区、种族、性别的不同而存在明显的差异。因此，为进一步明确PDE-4D基因多态性与CIS的关系，还应进行针对不同国家、地区、种族、性别的包含多个基因多态性位点的分门别类的详细研究。这一点在我国显得尤为重要。因为我国地域辽阔、人口众多、多民族共存，CIS发病率较高，而且存在着北高南低、西高东低的特点，所以，我们不仅要进行脑卒中的基因多态性研究，而且应注意地区、民族、性别的区分，病例数要足够充分，这样获得的资料才是详实可靠的，而仅凭某一地区的研究资料来推断PDE-4D基因多态性与整个中国人群的卒中具有或不具有相关性，都是不全面的。随着新的资源，如HaPMap数据库的广泛应用，我们可以对PDE-4D基因进行更大范围的筛查和研究，寻找其功能性变异位点，进而使完全阐明PDE-4D基因作为CIS易感基因的机制成为可能，也为进一步探寻脑卒中的遗传学病因，为CIS的个体化治疗和预防提供新的途径和科学依据。

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