肾脏疾病遗传学研修班

肾脏疾病遗传学研修班第1页，共90页，2023年，2月20日，星期日人类的染色体第2页，共90页，2023年，2月20日，星期日人类基因组计划

1953JamesWatsonandFrancisCrickdiscoverthedoublehelicalstructureofDNA(Nature).2001

TheHGPconsortiumpublishesitsworkingdraftinNature(15February),andCelerapublishesitsdraftinScience(16February).第3页，共90页，2023年，2月20日，星期日人类基因组计划↓基因组医学（GenomicMedicine)成为医学研究的主流第4页，共90页，2023年，2月20日，星期日诊断治疗预防环境因素遗传因素致病基因相关基因易感基因疾病的发生发展基因病第5页，共90页，2023年，2月20日，星期日单基因病多基因病获得性基因病基因病经典孟德尔遗传病多基因多因素疾病第6页，共90页，2023年，2月20日，星期日

遗传性疾病≠先天性疾病

遗传性疾病≠家族性疾病第7页，共90页，2023年，2月20日，星期日经典遗传病

--

MendelianTraits

常染色体显性遗传常染色体隐性遗传性染色体遗传符合垂直传递、先天性和家族性特点由单基因的变异或突变所致第8页，共90页，2023年，2月20日，星期日非经典遗传病

--ComplexTraits

基因以及基因与环境因素的相互作用影响疾病的发生、发展、治疗反应和预后涉及一个以上的致病易感基因发病机理十分复杂第9页，共90页，2023年，2月20日，星期日GENETICSYMBOLS

GENETICSYMBOLS

家系谱图例第10页，共90页，2023年，2月20日，星期日

男女发病机率相等父、母有一方患病，子女获得疾病基因的可能性为50％，基因携带者必发病非患病的子女不携带致病基因，其子女（孙代）不会发病，亦即不会隔代遗传。常染色体显性遗传第11页，共90页，2023年，2月20日，星期日父母双方均携带遗传基因才有可能使子女发病（发病率为25％，基因传递率为50％）父母本身均不患病，可能发现患者的父母是血缘性婚配常染色体隐性遗传第12页，共90页，2023年，2月20日，星期日

遗传与性别有关父患病，将致病基因传给女儿，儿子不会患病XXXYXXXYXYXXXY性染色体显性遗传第13页，共90页，2023年，2月20日，星期日肾脏遗传性疾病遗传性肾小球疾病遗传性肾小管疾病遗传性囊性疾病染色体异常性疾病第14页，共90页，2023年，2月20日，星期日遗传性肾脏疾病分类（1）肾小球损害为主要或唯一表现

Alport综合征 Xq22.3，2q36-37

薄基底膜肾病 2q36-37，Xq22

先天性肾病综合征 19q13

家族性肾病综合征 19q13;11q21-22;1q25-31

家族性IgA肾病 6q22-23………第15页，共90页，2023年，2月20日，星期日遗传性肾脏疾病分类（1）主要累及肾小球的遗传性疾病

Fabry病 Xq21-22

甲—髌综合征 9q34

肝纤维化伴肾小球病糖原累积病家族性脂蛋白肾病

………第16页，共90页，2023年，2月20日，星期日遗传性肾脏疾病分类（2）以肾小管/间质损害为主要表现

Bartter综合征

Liddle综合征家族性间质性肾炎特发性Fanconi综合征……….第17页，共90页，2023年，2月20日，星期日遗传性肾脏疾病分类（3）肾脏囊肿性疾病

成人型多囊肾病 PKD1(16p13.3) PKD2(4q21-23)PKD3?

婴儿型多囊肾病 6p12,13q12

髓质囊性病 1q21Bourneville氏病

Lindau氏病

Wilms瘤

……….第18页，共90页，2023年，2月20日，星期日遗传性肾脏疾病分类（4）染色体异常型肾脏病

染色体三体染色体缺失或重叠 肾脏不发育/发育不良 异位肾 结节状胚胎肾/分叶肾 集合管囊性扩张 肾胚胎细胞瘤 双肾盂或双输尿管 第19页，共90页，2023年，2月20日，星期日成人型多囊肾AdultPolycysticKidneyDisease(APKD）

最常见的遗传性肾脏病

发病率：1：1000中国有约有130万患者

肾功能受损

85%～90%的患者40～60岁进入ESRD

占ESRD患者的5～10%第20页，共90页，2023年，2月20日，星期日第21页，共90页，2023年，2月20日，星期日第22页，共90页，2023年，2月20日，星期日肾脏心脏颅内动脉结肠肝脏脾脏胰腺肾外表现

多器官受累第23页，共90页，2023年，2月20日，星期日主要诊断标准次要诊断标准3个以上液性囊肿弥漫分布在双侧肾皮、髓质多囊肝血缘亲属中有明确的ADPKD患者肾功能不全腹部疝心脏瓣膜异常胰腺囊肿颅内动脉瘤精囊囊肿眼睑下垂符合两项主要诊断标准和任意一项次要诊断标准就可诊断ADPKDADPKD临床诊断标准第24页，共90页，2023年，2月20日，星期日年龄囊肿数*30岁以下患者单侧或双侧至少有3个囊肿30～59岁患者双侧肾脏至少各有2个囊肿60岁以上患者双侧肾脏至少各4个囊肿*B超可发现直径为0.5-1cm的囊肿，增强CT和MRI可发现直径为

0.3-0.5cm的囊肿*如果同时具有其它ADPKD表现（如肝囊肿等），肾脏诊断标准

可适当放宽超诊断ADPKD的标准第25页，共90页，2023年，2月20日，星期日直接诊断： 检测特定基因的存在和/或变异间接诊断： 利用RFLP进行家系连锁分析基因诊断的途径第26页，共90页，2023年，2月20日，星期日ADPKD致病基因的特性PKD1位于16p13.3基因全长14.5KbPKD2位于4q21基因全长5.6KbPolycystin-1是作为一种膜蛋白受体，能够结合并与多种蛋白、糖类和脂类相互作用，通过磷酸化途径导致细胞内的各种反应；而Polycystin-2是一种钙通透性通道462KD110KD第27页，共90页，2023年，2月20日，星期日PKD的基因诊断基础第28页，共90页，2023年，2月20日，星期日第29页，共90页，2023年，2月20日，星期日PKD症前、产前诊断必备条件

完整的家族史（家系图）可靠的临床资料（影像学结果）家系成员的外周血DNA

家系成员：至少有两代人 至少有两个以上PKD患者 至少有两个>30岁的正常人第30页，共90页，2023年，2月20日，星期日鉴别要点ADPKDARPKDMCKDTSVHL遗传方式常染色体显性常染色体隐性常染色体显性常染色体显性常染色体显性致病基因PKD1,PKD2PKHD1MCKDTSC1、TSC2VHL起病年龄成人儿童，成人少见儿童/成人成人/儿童罕见肾脏表现

肾脏体积增大增大缩小正常或增大合并肿瘤时增大

血尿多为镜下血尿偶发肉眼血尿罕见偶发，肾出血，肾肿瘤患者

肾功能早期只有浓缩功能下降，成年后逐渐出现肾功能下降至终末肾衰胎儿或婴幼儿期下降，成活者25岁以前70％患者进入终末期肾衰20岁前进展到尿毒症一定程度受损

一定程度受损肾外表现

多器官受累常见a

先天性肝硬化，门脉高压少见常见b常见c主要并发症高血压，肾结石肺发育不良，高血压多尿，贫血，ESRD心律失常，皮损，脑力迟钝视网膜、脑或肾肿瘤，嗜铬细胞瘤囊肿癌变或并发无报道无报道罕见偶见常见与ADPKD相鉴别的常见遗传性肾脏囊肿性疾病第31页，共90页，2023年，2月20日，星期日ADPKD鉴别诊断思路临床标准（B超标准）

第32页，共90页，2023年，2月20日，星期日收集家系绘制家系图检索相关数据库收集家系成员表型已报告的疾病尚未报告的疾病OMIM:

/omimGeneCard:http://bioinfo.weizmann.ac.il/cardsHGMD:http://www.uwcm.ac.uk

单基因遗传病研究策略第33页，共90页，2023年，2月20日，星期日经典遗传性肾脏疾病的研究进展发现新的致病基因/位点Nephrin,Podocin,IGAN1,IGAN2,已知致病基因的功能研究Polycystin1 Polycystin2Nephrin,Podocin,遗传异质性研究基因的突变筛查基因的突变与临床表型的关系基因诊断及遗传咨询症前、产前诊断基因治疗替代治疗第34页，共90页，2023年，2月20日，星期日非经典遗传病

--ComplexTraits

基因以及基因与环境因素的相互作用影响疾病的发生、发展、治疗反应和预后涉及一个以上的致病易感基因发病机理十分复杂第35页，共90页，2023年，2月20日，星期日IgAN遗传学研究多因素、多基因疾病研究策略第36页，共90页，2023年，2月20日，星期日IgA肾病是一种多基因遗传病

IgA肾病致病/易感基因未明第37页，共90页，2023年，2月20日，星期日IgAN是一种多因素多基因复杂性状疾病GeneEnvironmentDistribution第38页，共90页，2023年，2月20日，星期日1978年 Tolkoff-Rubin等 首先报道家族性IgA肾病

1984年 英联邦 3.8%IgAN有肾病家族史

1989年 美国 18%为家族性IgAN 1999年 意大利北方 家族性IgAN占14%肾病

2001年 意大利北方 50%的IgAN呈家族聚集

2002年 本研究所 8.7%的IgAN呈家族聚集家族性IgA肾病的研究第39页，共90页，2023年，2月20日，星期日

家族性IgA肾病的定义IgAN患者至少3代亲属进行尿常规检查散发性IgAN 是指患者所有亲属尿检均正常家族性IgAN是指患者家族中至少有两个经肾 活检证实的IgAN患者可疑家族性IgAN是指患者亲属中有镜下血尿/蛋白 尿/无其他原因的肾衰竭患者NatureGenetics26,354,2000第40页，共90页，2023年，2月20日，星期日

MH15.6%

P3%

MH+P4%77.4%A

MH+P0.3%

P2%MH2%95.7%BF.P.SchenaKidneyInt.48,1998IgAN家族成员尿异常检出率研究269/48FAMILIES8255第41页，共90页，2023年，2月20日，星期日家系研究(1988-2000)家系（110)散发性IgAN54家族性IgAN19可疑家族性IgAN37F.P.Schena，JASN200249%51%第42页，共90页，2023年，2月20日，星期日

IgA肾病（n=742）

病人

比率（%）

IgAN

有家族史668.8

家族性101.3

可疑家族性567.5IgAN

无家族史67691.2家族性IgA肾病发生率吕继成张宏王海燕等，中华内科杂志2003第43页，共90页，2023年，2月20日，星期日I:2II:1II:3II:4II:5II:6III:1III:2II:2I:1Pedigrees46(71.9%)ofthe66kindredwasmultiplegenerationinvolvement18(28.1%)ofthe66kindredwassinglegenerationinvolvementPedigreeIPedigreeII第44页，共90页，2023年，2月20日，星期日研究策略LinkageStudy

家族性IgA肾病

散发性

IgA肾病AssociationStudy以家族性患者为研究对象，利用孟德尔遗传定律,通过遗传标志，建立数学模型，进行基因定位。以散发病人为研究对象，重点是多基因遗传病，根据发病机制，筛选候选基因，通过病例对照研究，验证致病/易感基因。第45页，共90页，2023年，2月20日，星期日LinkageStudy

以家族性患者为研究对象，利用孟德尔遗传定律，通过遗传标志，建立数学模型，进行基因定位。第46页，共90页，2023年，2月20日，星期日家族性IgA肾病的基因定位IgAnephropathy,themostcommoncauseofglomerulonephritis,islinkedto6q22-23.Italy 24USA 6Total 30NatureGenetics26,354,2000Chromosome 6q22-23IGAN1locus (6.5-cM)D6S1040 LS3.7Italian58%USA 66%China 3/8第47页，共90页，2023年，2月20日，星期日ReplicationStudyinChinese8families20cMD6S25markersAlpha:0.5P-value:0.0053familieslinkedtoIGAN1ReplicationLod:1.7TotalLod:7.3第48页，共90页，2023年，2月20日，星期日PhysicalmapofIGAN1Noobviouscandidategenesin6.5cMinterval第49页，共90页，2023年，2月20日，星期日GenomeWideScanSNPscoverage:averagespacing0.32cMMicrosatellitecoverage:averagespacing9cM4q22LOD=4.0(5cM)第50页，共90页，2023年，2月20日，星期日LocalizationofaNovelSusceptibilityLocibasedonfamilialIgANCanadian 2q36Italian 4q22Singapore 7q33

Chinese 4q22第51页，共90页，2023年，2月20日，星期日家系连锁分析中的问题家系的大小家系成员表型的确定费用精确定位功能研究第52页，共90页，2023年，2月20日，星期日AssociationStudy以散发病人为研究对象，重点是多基因遗传病，根据发病机制，筛选候选基因，通过病例对照研究，验证是否为致病/易感基因。第53页，共90页，2023年，2月20日，星期日IgA肾病Environment2Environment1Gene1Gene3Gene2SexAgeWeightIgA肾病是多基因多因素复杂性状疾病第54页，共90页，2023年，2月20日，星期日GeneticAssociationStudyHLA-Bw35,HLA-DQB1T-cellreceptor(TCR)αandβchainACE,ATR1TGFβ1，THFα,eNOSUteroglobinIL-10,PAI-1,MCP-1,P-selectin,Megsin,NPHS1,IL-1Ra……第55页，共90页，2023年，2月20日，星期日文献中IgA肾病基因多态性研究涉及的主要候选基因和结果第56页，共90页，2023年，2月20日，星期日样本量（1000以上，P<0.00001）表型分型侯选基因的选择多基因交互作用与遗传统计学处理相关分析中的主要问题Hollyk.Tabor,NatureReviewsGenetics2002第57页，共90页，2023年，2月20日，星期日候选基因疾病人群对照人群样本量样本的均一性AssociationStudy第58页，共90页，2023年，2月20日，星期日SpringerSeminImmunopathol2003,24:477-93KidneyInt,2004,65:1544-1547JAmSocNephrol2005,16:2088-2097

第59页，共90页，2023年，2月20日，星期日IgA或以IgA为主的免疫复合物在肾小球系膜区沉积（免疫病理）IgA肾病第60页，共90页，2023年，2月20日，星期日IgAN发病机制研究进展第61页，共90页，2023年，2月20日，星期日结合符合受体-配体反应Jacalin亲和层析，热聚合IgA1放射配基法饱和性、特异性、剂量依赖性患者与正常人血清IgA1患者IgA1的结合力更强患者IgA1刺激MHC增殖的效应更强患者IgA1刺激MHC分泌细胞外基质更多Wangetal.ClinExpImmunol2004;6:168-175王悦等。中国病理生理杂志

2002;18:1101-1104王悦等。中华医学杂志2002;82:1406-1409王悦等。中国病理生理杂志

2004;20:1025-1029

IgA1和HMC受体的结合第62页，共90页，2023年，2月20日，星期日PEG6000原始血清正常人轻系膜增生硬化上清沉淀Xu,etal.ClinExpImmunol2005;142:569-575

患者血清中IgA1分子存在糖基化缺陷上清中IgA1分子无糖基化缺陷沉淀中IgA1分子存在糖基化缺陷不同病理类型存在差异增生硬化患者沉淀中IgA1分子唾液酸和半乳糖均缺陷轻系膜患者只有半乳糖缺陷糖基化缺陷的血清IgA1分子易于聚合成大分子血清IgA1分子糖基化缺陷与病理类型相关第63页，共90页，2023年，2月20日，星期日去除唾液酸和半乳糖的IgA1易形成多聚体多聚体增加结合力，结合分子数/细胞Fn分泌并未增加单体失去特异性结合能力Gao,etal.ClinImmunol

submitted

单体和多聚体与HMC结合的特征不同第64页，共90页，2023年，2月20日，星期日107例IgA肾病患者血清IgA1分子糖基化程度患者IgA1的α2,6唾液酸和半乳糖显著低于正常人局灶增生硬化的IgA1糖基化缺陷显著重于轻系膜XuLXetal.KidneyInt2005;68:167-172IgA1分子糖基化异常与IgA肾病病理类型的相关第65页，共90页，2023年，2月20日，星期日DingJX,etal.ClinImmunol125(2007)268-274

128例IgAN患者随访8年根据血清-2,6唾液酸水平分组相对正常组(n=107)，平均随访47±24月严重缺失组(n=21)，平均随访63±22月IgA1分子2,6唾液酸缺失与患者预后相关第66页，共90页，2023年，2月20日，星期日IgA肾病患者外周血B淋巴细胞

ST6GALNAC2mRNA的表达较正常对照降低基因表达及酶的活性与外周血中IgA1分子α2,6-唾液酸水平呈正相关B淋巴细胞唾液酸转移酶的表达和活性下降是患者低唾液酸的主要原因ScandinavianJournalofImmunology.2008,inpress第67页，共90页，2023年，2月20日，星期日－2,3－SialicacidC1GALT1,C1GALT2－O－GalNAc－1,3Gala2,6－SialicacidSer/ThrST6GalNAIISIAL1(NEU1)候选基因第68页，共90页，2023年，2月20日，星期日研究对象IgANpatients:670IgANpatientsconfirmedwithbyimmunopathologyControls:494geography-matched第69页，共90页，2023年，2月20日，星期日GeneMarkernamedbSNPnameRegionPositionAllelesMAFST6GALNAC2ST6-SNP1novel5′flanking-949G/A0.35ST6-SNP2rs38408585′flanking-410D/I0.063ST6-SNP3rs18675615′flanking-96G/C0.10ST6-SNP4rs98901585′flanking-17G/T0.083ST6-SNP5rs124493295′flanking-16C/T0.10ST6-SNP6rs31359345′UTR16C/G0.23ST6-SNP7rs2304921Intron27104G/A0.13ST6-SNP8rs3744054Intron615402C/T0.13ST6-SNP9rs2241918Intron718279C/T0.083ST6-SNP10rs22419193′UTR19983T/C0.042NEU1N-SNP1rs38691445′flanking-476G/A0.083N-SNP2novel5′UTR92T/G0.083N-SNP3rs131183′UTR3398T/A0.063ST6GALNAC2和NEU1基因中的多态性位点及其特点第70页，共90页，2023年，2月20日，星期日第71页，共90页，2023年，2月20日，星期日ST6GALNAC2基因单倍型与IgAN易感性的关联分析1.36(1.08-1.72)0.00690.19050.1465ADG1.19(0.61-2.33)0.87710.02140.0186GDC1.04(0.80-1.34)0.76540.12060.1252ADC1.03(0.78-1.37)0.71160.10890.1106AIG0.79(0.16-3.91)0.53630.00320.0043GIG0.28(0.04-2.12)0.11350.00210.0075AICReference0.14870.55340.5872GDGCaseControlOddsRatio(95%CI)PvalueFrequencyHaplotypeBonferroni校正：P<0.0071有统计学意义第72页，共90页，2023年，2月20日，星期日HaplotypeHaplotypefrequenciesrvaluePvalueADG0.17990.40820.003512AIG0.1020-0.04750.7751GDG0.12270.25400.1936Rare0.0213-0.49150.001591ADC0.5741haplotypebaseIgAN患者ST6GALNAC2基因单倍型与血清IgA1分子

α2,6唾液酸水平的关系HaplotypeHaplotypefrequenciesrvaluePvalueADG0.17990.40820.003512AIG0.1020-0.04750.7751GDG0.12270.25400.1936Rare0.0213-0.49150.001591ADC0.5741haplotypebase经过eGFR及性别联合分析第73页，共90页，2023年，2月20日，星期日ST6GALNAC2基因启动子区-1049至-935的区域对于ST6GALNAC2基因的转录有明显的正性作用ADG单倍型较GDG单倍型有显著的低转录启动活性P=0.002ZhuL,etal.Submitted

ST6GALNAC2基因单倍型功能验证第74页，共90页，2023年，2月20日，星期日ST6GALNAC2基因启动子区ADG单倍型为功能性多态位点调控α2，6唾液酸转移酶Ⅱ表达IgA1分子α2，6唾液酸化IgA肾病易感性第75页，共90页，2023年，2月20日，星期日－2,3－SialicacidC1GALT1,C1GALT2－O－GalNAc－1,3Gala2,6－SialicacidSer/ThrST6GalNAIISIAL1

b-1,3半乳糖转移酶的编码基因C1GALT1的YATIG，YAGDA和YATDG的单倍型与IgA肾病的易感性相关LiGS,etal.KidneyInternational2007,71:448-453第76页，共90页，2023年，2月20日，星期日ST6GALNAC2和C1GALT1基因间的单倍型-单倍型交互作用增加了IgA肾病患者的发病风险第77页，共90页，2023年，2月20日，星期日IllustrationforpotentialmechanismoftheinteractiveeffectofvariantsinC1GALT1andST6GALNAC2onIgAN第78页，共90页，2023年，2月20日，星期日IgAN发病机制SNP筛选IgAN易感性相关基因型确定候选基因关联分析基因型-