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原发性高血压研究的新进展 线粒体基因突变在原发性高血压 王士雯 院士 发生发展中的作用 原发性高血压(essential hypertension, EH)是常见 的心血管疾病之一，也是历史悠久、流行最广、 危害最重、隐蔽最深的一种心血管疾病，与人类 死亡的主要疾病如心、脑、肾等疾病密切相关 心肌肥厚脑出血 肾脏损伤 2002年我国高血压人口达到1.6亿, 18岁以上人群 城市患病率为19.3%，农村为18.6%。与1991年 相比，患病率上升了31% 我国人群高血压知晓率为30.2%，治疗率为 24.7%，控制率为6.1%，仍处于较差水平 EH的病因不明，目前认为是在一定的遗传 背景下由于多种后天因素如：血压调节异常 RAS异常、高钠、精神神经因素、血管内皮 功能异常、胰岛素抵抗、肥胖 、吸烟、大 量饮酒等使血压的正常调节机制失代偿所 致 目前研究发现数百种基因与EH发生相关，其中 绝大多数是核基因 血压调节机制 候选基因 肾素-血管紧张素-醛固酮系统 血管紧张素原;血管紧张素转 (RAAS) 换酶基因;肾素基因；醛固酮 合成酶基因；血管紧张素II受 体I 儿茶酚胺/肾上腺素系统 肾上腺受体; G蛋白3亚单 位基因；儿茶酚胺合成酶基 因 内皮细胞功能 一氧化氮合酶基因；1内收 蛋白 细胞代谢 胰岛素受体；高密度脂蛋白 受体 既往研究还发现在EH的家族遗传中，母系 遗传发生率高于父系遗传，人们逐渐开始 关注线粒体基因(Mitochondrial DNA, mtDNA)在原发性高血压发病中的作用 mtDNA翻译、转录线粒体呼吸链中13 种蛋白多肽，在氧化磷酸化及ATP的产生 中起着重要的作用 mtDNA突变与Alzheimers病、视神经 病、心肌病、糖尿病、肿瘤、耳聋等的发 生和发展密切相关 既往研究发现，线粒体基因突变引起疾病 的患者同时伴有血压升高，提示mtDNA突 变可能影响血压的表型 Fuentes RM, et al. J Hum Hypertens. 2000 Jul;14(7):441-5. 新近Framingham心脏研究通过遗传分析发现35.2% 高血压家系遗传受到线粒体遗传的影响，母系遗传对 收缩压的影响是约为5%, 对 舒张压的影响约为4% Yang Q et al, J Hypertens. 2007 Oct; 25 (10): 2067-73. Watson在非洲裔美国人中的研究也证实，EH 患者mtDNA上ND3基因、ND4基因、CO1基 因以及16S rRNA基因的突变与该人群EH易 患性明显相关 Watson B Jr. et al. Am J Kidney Dis. 2001: 38(3):529-36. Wilson报道了一个高加索白人大家系，该家系许 多成员患有代谢缺陷症，包括EH、高胆固醇血症 及低镁血症。在患EH的38人中，母系成员有30 人，远高于非母系成员，进一步分析发现mtDNA tRNAIle反密码子上发生T4291C突变，该突变可 能与EH的发生相关 Wilson FH, et al. Science. 2004, 12;306(5699):1190-4. 代谢缺陷大家系系谱图，箭头所指为先证者 母系遗传因素对代谢缺陷大家系血压的影响 (A) 收缩压；(B) 舒张压 代谢缺陷大家系mtDNA突变分析。(A) 非变性凝 胶电泳图 (B) 测序图谱 (C) 突变结构示意图 Schwartz对20名美国人EH患者进行全mtDNA 测序分析，共发现了297个碱基改变，包括 tRNA、rRNA的碱基置换。 Schwartz et al. Am J Hypertens (2004) 17, 629635 我们实验室前期工作发现EH患者mtDNA 的变异 频率和密度高于正常血压组，突变以碱基颠换和 错义突变为主, 突变位点多为进化过程中所要求 的基因进化保守区 近期我们实验室对约2000名中国人EH患者 进行mtDNA突变分析，发现约5%EH患者 血压异常可能与mtDNA 突变有关 EH大家系系谱图，箭头所指为先证者 通过家系调查和线粒体功能检测，我们发现了一 系列具有典型的母系遗传特征的家系，其中包括 一个中国汉族大家系 该家系母系成员中高血压患病率高达55.6%，非 母系成员高血压患病率为15.6% (P=0.002)，两者 相比具有显著的统计学差异 成 员 血压正常者 高血压者 合 计 母 系 12 (44.4%) 15(55.6%) 27 非母系 65(84.4%) 12(15.6%) 77 合 计 77 27 104 EH大家系母系成员与非母系成员EH发病率比较 代 次 发病年龄(岁) 收缩压(mmHg) 舒张压(mmHg) II 60.2 6.2 175.5 15.0 80.0 11.5 III 46.3 5.8 137.2 16.4 90.6 10.1 IV 23.3 2.9 127.1 18.2 87.9 11.5 V - 100.0 5.0 66.7 2.9 EH大家系各代母系成员之间发病年龄、血压的比较 该家系母系成员中EH发病年龄有遗传早发现象 mtDNA突变分析：A为测序图谱；B为 tRNAIle二级结构示意图 通过建立永生细胞系进行体外研究，我们发现 携带A4263G突变者淋巴细胞倍增时间明显延长 ControlA4263G 永生淋巴细胞系倍增时间 突变细胞系倍增时间的延长可能与电压依 赖性阴离子通道(VDAC)与Bax的表达增高 以及两者的结合增加，进而导致线粒体内 钙及膜电位的降低有关 通过mtDNA突变分析，以及家系分析我 们还发现其他的突变，多数发生mtDNA 突变的患者具有EH母系遗传史并且符合 母系遗传的特点 tRNALysU8311C患者的系谱图，箭头所指为先证者 tRNAIleA4316T患者的系谱图，箭头所指为先证者 tRNAGlnU4343C患者的系谱图，箭头所指为先证者 tRNAMetU4454C患者的系谱图，箭头所指为先证者 Zongbin Li, et al. Biochemical and Biophysical Research Communications. 2008; 367:906-911 tRNAIleA4295G患者的系谱图，箭头所指为先证者 tRNAIleA4295G患者的测序图及tRNAIle结构示意图 tRNAIle在不同种属间的同源性分析 我们的研究还发现，与未发生mtDNA突变 的EH患者相比，发生突变EH患者的平均 发病年龄显著提前 tRNAIle突变的原发性高血压患者发病特征 mtDNA突变对EH患者的血生化、血常规及心脏的 结构和功能都产生显著的影响，不同的突变对它们 的影响不同 tRNAGln突变的EH患者的血生化特征 tRNALys突变的EH患者的血生化特征 tRNAMet突变的EH患者的心脏特征 tRNALys突变的EH患者的心脏特征 通过既往研究以及我们实验室近期的实验结 果可以看出，线粒体DNA突变不但参与了原 发性高血压的发病，还与其进展密切相关 小 结 纠正线粒体DNA突变导致的能量代谢和活性 氧生成与清除障碍，可能会为原发性高血压的 有效防治提供新的作用靶点 致 谢 衷心感谢参与并配合该课题顺利完成的 所有EH患者和志愿者！ 解放军总医院老年心血管病研究所 王士雯 教授 赵玉生 教授 卢才义 教授