载脂蛋白E基因多态性与缺血性脑卒中相关性的研究进展

陈丽霞(综述)，石正洪(审校)

(1.兰州大学第二临床医学院，兰州 730000； 2.兰州大学第二医院神经内科，兰州730000)



载脂蛋白E基因多态性与缺血性脑卒中相关性的研究进展

陈丽霞1△(综述)，石正洪2※(审校)

(1.兰州大学第二临床医学院，兰州 730000； 2.兰州大学第二医院神经内科，兰州730000)

载脂蛋白E(apoE)在体内具有重要生物学功能，其基因多态性会引起apoE结构与功能发生改变。目前国内外对于apoE基因多态性与缺血性脑卒中相关性的研究结论并不统一，仍需大样本多中心的病例对照研究进一步探索。此外，对于apoE基因多态性与缺血性脑卒中相关性的内部机制研究仍未完善，联合应用基因组学与蛋白质组学技术也许可为阐释apoE基因多态性与缺血性脑卒中关联的分子生物学机制提供支持。

缺血性脑卒中；载脂蛋白E；基因多态性

脑卒中产生的全球疾病负担与日俱增[1]，目前在我国脑卒中呈现高发病率、高致残率、高病死率及高复发率的特点，而其中近75%的则是缺血性脑卒中[2]。对脑卒中的一级预防，除针对人群血糖、血脂、血压以及生活方式等传统危险因素的干预，随着临床检验技术的发展，基因筛查也将为危险人群的筛查提供帮助。目前，针对缺血性脑卒中多基因遗传的研究主要聚焦在基因多态性与疾病关系的分析上[3]。大量的候选基因已被人们广泛探究，包括肾素-血管紧张素-醛固酮系统、脂质代谢系统、凝血相关系统、同型半胱氨酸代谢系统以及血管生成相关蛋白系统等[4-6]。脂代谢相关基因是经典的候选基因，而载脂蛋白E(apolipoprotein E, apoE)则是其中之一。现对apoE基因多态性与缺血性脑卒中相关性的研究进展进行综述。

1 apoE及其基因多态性概述

apoE被人们认识已经40多年，1993年开始，对阿尔茨海默病的预测作用使这个载脂蛋白成为焦点[7]。研究表明，apoE与人类的血脂水平、动脉粥样硬化以及心脑血管疾病相关[8-9]。apoE是一个由299个氨基酸组成的生物学功能多样的血清糖蛋白, 相对分子质量为35 000，主要由肝脏产生，脑、脾脏、肾脏、性腺、肾上腺以及巨噬细胞也可以合成。apoE存在于乳糜微粒、极低密度脂蛋白、中等密度脂蛋白和部分高密度脂蛋白中,作为低密度脂蛋白受体(low density lipoprotein receptor, LDLR)及相关蛋白的配体而在脂蛋白代谢中发挥重要作用。研究发现在不同的脂质体或者组织中，成熟的apoE蛋白质会呈现不同程度的唾液酸化作用，由此首次提出apoE变构体的假设[10]。

apoE基因位于第19号染色体1区3带2亚带(19q13.2)，跨越3597个核苷酸，包括4个外显子和3个内含子，其有3个等位基因(ε2、ε3、ε4)，6种不同的基因型(ε2/ε2、ε2/ε3、ε2/ε4、ε3/ε3、ε3/ε4、ε4/ε4)[11]。自然人群中，等位基因ε3分布频率最高，apoEε3/ε3型分布约70%。apoE等位基因的变异产生了3种亚型，即apoE2、E3、E4。这3种亚型的分子基础是半胱氨酸-精氨酸的替换：apoE3仅在112位有1个半胱氨酸，158位是精氨酸；apoE2在112及158位均为半胱氨酸；而apoE4在两个位置均为精氨酸。

2 apoE的结构

apoE在未结合脂质的状态下，由两个单独的结构域组成，分别是1～191位氨基酸(22 000)及216～299位氨基酸(10 000)，其N端的结构域是一个细长的四螺旋束[12]，而C端结构域是一个高度α螺旋结构[13]。每个结构域都具有特定的功能。LDLR结合区域则定位在第4个螺旋束上，此区域富含赖氨酸和精氨酸的残基，并且这些碱性残基不参与盐桥的构建，而是暴露在溶剂中，故可在受体结合域附近形成正电荷环境，这被认为是与LDLR的配体结合域中的酸性残基发生相互作用的区域[14]。apoE的受体结合活性依赖于172位的精氨酸，这个位置定位在连接两个结构域的铰链区[15]。未结合脂质的游离apoE单体不能与LDLR结合，而apoE结合脂蛋白的主要位置定位在C端的244～272位置，这个结合域是一个两性的α-螺旋结构，它的功能是促进脂质结合状态与游离状态的逆向转换[14]。

3 apoE的功能

apoE作为LDLR的配体介导脂蛋白的代谢，其多态性会影响个体的血脂水平，并且会影响一系列脂质异常疾病的发生。除此之外，apoE还参与免疫调节，神经再生，以及对部分脂肪酶(肝脂酶，脂蛋白脂肪酶以及卵磷脂胆固醇酰基转移酶)的激活等[10]。

3.1 apoE调节血脂水平 蛋白质的结构与功能有密切的联系，apoE三个不同等位基因产物的分子差别主要表现在112位与158位氨基酸的不同，而这两个位置正是处在N端的结构域内，因此结构的差异导致不同亚型对于LDLR具有不同的亲和力。此外，蛋白质分子结构域之间的相互作用还会导致apoE亚型在结合脂蛋白的能力方面出现差异。

apoE3与apoE4对LDLR具有相同的高度亲和力，然而apoE2的亲和力却较apoE3和apoE4弱[16]。因此，apoE2会导致Ⅲ型高脂血症(表现为乳糜微粒残粒和极低密度脂蛋白残粒的增加，血浆中胆固醇及三酰甘油升高)及心血管疾病的发生[17]。但是,对于大多数的apoEε2/ε2纯合子人群，其体内胆固醇并不升高，相反却是低于正常水平，并且低密度脂蛋白水平也较低。这是因为外源性的胆固醇进入肝脏需要通过apoE的介导作用，而含有apoE2的脂蛋白会延迟此代谢过程，此时机体会代偿性地上调LDLR表达，使肝脏摄取低密度脂蛋白增加，因此表现出外周血中低密度脂蛋白的降低。此外，中间密度脂蛋白向低密度脂蛋白转换的延迟也许是apoEε2/ε2纯合子人群血浆表现低水平低密度脂蛋白的另一个原因[18]。一个相似但是完全相反的机制也许正是apoEε4等位基因导致高胆固醇血症的原因。apoE2的这种复杂的双重作用，仍然有待深入探究。

由于apoE三种亚型的分子结构中半胱氨酸-精氨酸的替换差异，从而引起蛋白质功能差异，表现为apoE4可以选择性地与三酰甘油丰富的脂蛋白结合，例如极低密度脂蛋白，而apoE2和apoE3却倾向于结合高密度脂蛋白。血浆中apoE4对极低密度脂蛋白的转运清除作用强于apoE3，这会导致前者体内LDLR的下调[19]。而最终结果是apoE4引起体内脂质水平的增高。最近的一项研究也证实[20]，正是由于apoE4与apoE3在分子结构上的差异，apoE4相对于apoE3拥有较强的脂质结合能力，而机体的代偿机制与此效应叠加后，最终反而减弱了apoEε4等位基因携带者体内极低密度脂蛋白残粒从血浆中清除的能力，并且降低极低密度脂蛋白表面元件向高密度脂蛋白池的转运，从而导致促粥样硬化脂蛋白的增加，即极低密度脂蛋白胆固醇与高密度脂蛋白胆固醇比值增高。

3.2 apoE在大脑中的作用 大脑中的小胶质细胞以及星形胶质细胞可以合成分泌apoE，而这个过程受到各种应激刺激的影响，包括年龄、氧化应激、创伤、β淀粉样蛋白(amyloid β-protein, Aβ)的累积以及缺血[21]。在脑内，apoE的常见受体有4类，分别是极低密度脂蛋白受体、apoE受体、LDLR以及LDLR相关蛋白[22]，其中apoE受体被认为是介导细胞外Aβ清除的主要受体。学者对apoE基因缺陷小鼠体外给予人工合成apoE后发现，小鼠的学习能力有所提高，证明apoE在神经细胞的损伤修复、突触结构维持、营养支持方面发挥作用[23]。有研究证明，在神经受损后，apoE表达增加，并且可以促进神经突起的生长，在体内外研究中均是如此，并且apoE3比apoE2和apoE4表现出更加明显的促进出芽能力[24-26]。对apoE4转基因小鼠的研究发现[27]，apoE4比apoE3更易于发生神经特异性的水解切割作用，切割产物为apoE4 C端的部分片段，而其具有神经毒性。James等[28]使用蛋白质组学技术对apoE转基因小鼠发生缺血损伤前后的线粒体进行分析发现，在不同的apoE基因型小鼠中，线粒体蛋白表达存在差异。这为apoE基因型与缺血性脑卒中相关性的线粒体机制提供证据。一项对apoE基因多态性与正电子发射计算机断层显像的相关性研究发现[29]，apoEε4等位基因携带者比非携带者脑血流量明显下降，并且这些区域主要位于额叶、顶叶以及颞叶皮质，这不仅与阿尔茨海默病的发生有关，并且可能与缺血性脑卒中的易患性相关。

4 缺血性脑卒中与apoE基因多态性的关联

目前对apoE基因多态性与缺血性脑卒中相关性的研究无统一结论。不同地域、人种、实验操作以及疾病诊断标准都会影响实验结果。一项关于apoE基因多态性与脑卒中关系的Meta分析表明，apoEε4等位基因是缺血性脑卒中发生的易患基因，相较于白种人，这种相关性在亚洲人群中表现更加明显[30]。

年龄也许会对apoE基因多态性与缺血性脑卒中之间的关系造成影响，即不同的年龄水平，apoE基因多态性对大脑代谢产生的影响可能不同。在一项对358 例60岁以下患有缺血性脑血管病的白种人人群的研究中发现，apoEε4等位基因与疾病没有明显的关系[31]。一项对13例围生期缺血性脑卒中患儿的研究发现，围生期缺血性脑卒中患儿携带apoEε4等位基因的比例较高[32]。围生期缺血性脑卒中的发病率比儿童期缺血性脑卒中高出17倍，与成人大血管卒中的年发生率持平[33-34]。因此，尽管试验样本量较少，但是这一结论仍然值得继续探究验证，为围生期缺血性脑卒中的早期干预提供基因指导。

脑血管疾病侵犯大脑额叶、颞叶以及边缘系统后，可能会引起记忆、注意、执行功能和语言等高级认知功能的受损，形成血管性痴呆。研究者对apoE基因多态性是否在脑血管疾病与血管性痴呆的联系中起作用进行研究，发现携带apoEε4等位基因的患者暴露在血管危险因素下会增加患血管性痴呆的风险[35]。因此apoE基因多态性不仅与急性脑血管病的发生有关，并且在脑血管疾病的预后中也扮演重要角色。

apoE基因多态性与缺血性脑卒中相关性的内部机制研究仍不够充分。当前，神经蛋白质组学技术进展迅速，在临床转化医学领域协助识别生物学通路，阐释脑血管病病理生理学机制，并且对新型治疗诊断技术的发展也大有帮助[36]。已有学者使用蛋白质组学技术对apoE血清亚型进行鉴定，并且使用了临床易得的血清样本，更适于在临床常规检测以及实验室回顾性研究中开展[37]。尽管apoE基因在表达过程中各种修饰作用使基因组学的研究优于蛋白质层面的分析，但是对apoE分子生物学通路的研究方面，神经蛋白质组学技术仍然占有优势。蛋白质中丰富的肽单元在疾病的病因、诊断以及治疗中发挥重要的作用，因此深入研究基因影响下的血浆蛋白质组的变化对于评价疾病潜在的生物标记以及治疗药物选择具有重要意义[38]。

5 展 望

缺血性脑卒中是一个环境因素与遗传因素共同作用的疾病，apoE基因多态性与缺血性脑卒中的相关性仍需大量多中心大样本的病理对照研究继续探索。一方面不同地域人种中的研究有利于建立当地缺血性脑卒中发病风险基因信息，另一方面，在不同年龄、性别及疾病亚型人群中的研究对于阐释apoE基因多态性与缺血性脑卒中相关性的内部机制提供帮助。联合使用基因组学与蛋白质组学技术探索apoE基因多态性与缺血性脑卒中关系的内部机制将为进一步深入阐释缺血性脑卒中发生的分子生物学机制提供有力支持。

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Research Progress on the Relationship Between Gene Polymorphism of Apolipoprotein E and Ischemic Stroke

CHENLi-xia1,SHIZheng-hong2.

(1.theSecondClinicalMedicalCollegeofLanzhouUniversity,Lanzhou730000,China; 2.DepartmentofNeurology,theSecondHospitalofLanzhouUniversity,Lanzhou730000,China)

Apolipoprotein E(apoE) plays a vital role in the body.Its gene polymorphism can lead to the changes of structure and function of apoE.At present,studies worldwide have not achieved same conclusion of the relationship between gene polymorphism of apoE and ischemic stroke.Therefore multi center case-control studies with large samples are required for further verification.Moreover,the underlying biological mechanisms of the relationship between ischemic stroke and gene polymorphism of apoE have not been fully clarified so far.To apply the combination of genomics and proteomics technology may be conducive to study such molecular mechanisms.

Ischemic stroke； Apolipoprotein E； Polymorphism

R741.02

A

1006-2084(2015)12-2156-04

10.3969/j.issn.1006-2084.2015.12.016

2014-07-21

2014-11-20 编辑：相丹峰