高血压相关基因研究进展
原作者： 朱丹军　刘治全 发布日期：2004-03-13

高血压是遗传与环境因素共同作用的结果。然而对于绝大多数高血压患者，其血压升高的分子生物学基础仍不清楚。当遗传和环境因素作用累积到一定程度，最终导致基因表达异常及病理性血压升高。多数情况下，多个基因表达异常共同导致血压升高[1]。本文就人类高血压相关基因研究进展作一综述。 1　单基因突变引起的继发性高血压 1.1　与肾上腺皮质激素合成有关的基因 1.1.1　醛固酮合成酶基因　糖皮质激素抑制性醛固酮增多症，又称地塞米松抑制性醛固酮增多症，是一种以高血压、高醛固酮、低肾素为主要临床表现的，外显率高的常染色体显性遗传病，它与醛固酮合成酶基因突变有关。在人类基因组中，醛固酮合成酶基因和11β羟化酶基因,都位于染色体8q21－q22,二者相距很近,当8号染色体发生不等交换时,产生一个由11β羟化酶基因的调节部位和醛固酮合成酶基因的结构区域融合而成的嵌合基因[2]。该嵌合基因能使醛固酮合成酶在肾上腺皮质束状带表达，对ACTH刺激敏感，导致醛固醇分泌增多，水钠潴留，血压升高。 1.1.2　11β羟化酶基因　11β羟化酶基因位于染色体8q21－q22, 该酶参与11－脱氧皮质醇和脱氧皮质酮（DOC）向皮质醇和皮质酮的转化过程。11β羟化酶缺陷为一常染色体隐性遗传病。迄今为止，在11β羟化酶缺陷者中已找到20种基因突变型，均位于重要的编码部位，这些部位的突变使酶活性缺失，临床上有高血压、雄激素增多症等表现。DOC增多是导致高血压的主要原因。 1.1.3　17α羟化酶基因　17α羟化酶基因位于染色体10q24－q25 ,含8个外显子和7个内含子。17α羟化酶缺乏综合征系常染色体隐性遗传。已发现该基因至少有18种不同类型的突变 [3]，均位于基因编码区，大部分突变完全破坏了酶的活性。该酶缺乏使孕烯醇酮和孕酮不能相应转变为17－羟孕烯醇酮和17－羟孕酮，使去氧皮质醇和皮质醇减少甚至完全缺乏，ACTH分泌反应性增高，DOC生成过量，导致高血压、低血钾，第二性征缺乏是其重要临床特征。 1.1.4　11β羟类固醇脱氢酶（11βOHSD）基因　11βOHSD基因定位于16q22.1，该酶的作用是使皮质醇在肾小管局部转变成无活性的皮质素。先天性11βOHSD缺乏是一常染色体隐性遗传病，由于缺乏11βOHSD，患者血浆皮质醇水平增高。由于盐皮质激素受体与糖皮质激素受体在氨基酸序列上有很高的同源性，因此，过多的皮质醇与盐皮质激素受体结合，发挥盐皮质激素样作用。临床表现为表征性盐皮质激素增多症（apparent mineralocorticoid excess, AME），患者青少年时期就有高血压。到目前为止，已在15个AME患病家系中找到了11种不同的11βOHSD基因突变型。 1.2　上皮细胞钠通道（ENaC）基因　1963年，Liddle等[4]报道一个家族中有多个同胞早年即患有严重的高血压，其中一些患者有低血钾，该疾病为常染色体显性遗传。Shimkets等[5]发现Liddle综合征与氨氯吡咪敏感性上皮细胞钠通道β亚单位完全连锁，他将本病基因定位于16号染色体，并在此位点克隆了ENaCβ亚单位基因。氨氯吡咪敏感性上皮细胞钠通道含α、β、γ三个亚单位，控制着远端肾单位的钠离子重吸收，其活性受醛固酮控制。患者的ENaCβ亚单位基因存在突变，导 致51－79位氨基酸缺失，该突变使ENaC活性增加、远端肾小管钠重吸收增加，从而导致Liddle综合征。Schild等在研究另一Liddle综合征家族时发现，该综合征也可由ENaCγ亚单位突变引起。Baker等[6]人最近研究了伦敦的206名黑人高血压患者和142名血压正常的黑人个体。发现有8％的高血压患者ENaC的β亚单位存在T594M突变，而仅有2％的正常血压个体存在T594M突变。有T594M突变的个体中，血浆肾素水平较低，钠的回吸收增加。因此，T594M突变在一定程度上可解释黑人盐敏感 型高血压。 1.3　高血压伴短指畸形　1973年，Bilginturan等[7]报道，在土耳其东北部一家族中发现一常染色体显性遗传疾病，患者有短指畸形（brachydactyly），伴严重高血压，短指畸形与高血压100％共分离。因此他推断：短指畸形和高血压是由一个具有多效作用的常染色体显性基因或由两个遗传位点紧密相邻的基因决定的。1996年，Schuster等[8]将该基因定位于12p11.2－12.2。患者的肾素、醛固酮、儿茶酚胺等检查均为正常，仅发现培养皮肤成纤维细胞生长轻度增快。总之，其临床表现类似于正常肾素型重度高血压。目前该病的致病基因尚待克隆。 2　原发性高血压 　　目前常用的原发性高血压（essential hypertension, EH）基因研究的方法有两种, 即候选基因法和全基因组扫描法，现分别介绍如下： 2.1　候选基因法　EH候选基因一般选择那些编码蛋白参与血压调节机制的已知基因，如与血管舒缩（如肾素－血管紧张素系统、内皮素）、交感神经功能（如儿茶酚胺代谢有关的酶及其受体）、糖脂代谢（如胰岛素）、水盐代谢（如醛固酮、心钠素）、离子转运（如上皮钠通道、α－adducin）及其他有关基因。首先将候选基因位点的遗传标记与高血压进行连锁分析，确定该候选基因位点是否与高血压连锁。然后筛查该候选基因的各种突变体，进而通过关联研究，比较突变体基因 型在高血压人群与正常血压人群之间的频率分布，若频率分布差别具有统计学意义，那么该基因突变体就可能是高血压相关基因，或高血压相关基因位于此位点附近。 　　应用候选基因法研究高血压相关基因，方法较简单，针对性强。一些研究还提示，某些基因多态性分型对于评价靶器官损伤及指导降压药物治疗方面有一定意义。目前已经研究过的EH候选基因不下四五十个，考虑到信号传递通路的多层次调节，实际血压调节基因数量远不止这个数目，限于篇幅，无法一一介绍，本文仅就其中颇受关注的几个候选基因的研究进展作一介绍。 2.1.1　血管紧张素原（AGT）基因　在目前已研究过的EH候选基因中，AGT基因被认为是最有可能成为EH相关基因。人AGT基因位于染色体1q42－43，该基因全长12kb，包含5个外显子，4个内含子。Jeunemaitre等[9]应用受累同胞对进行连锁分析，发现AGT基因与EH有明显连锁关系，并证实该基因的M235T及T174M变异体与高血压相关联。还发现血浆AGT水平依次为TT >TM >MM基因型。最近一项634名欧洲白人高血压病患者(选自MONICA计划)AGT基因研究表明,TT、TM型的收缩压、舒张压和血浆AGT浓度均显著高于MM型患者。此外前者用降压药比例及用两种以上降压药的比例均显著高于后者。其他一些研究也表明T235患者发病较早，对降压药反应较差，发生心肌梗死的危险性较高。有人报告T235基因型高血压患者对血管紧张素转换酶抑制剂（ACEI）降压反应较为敏感。然而AGT基因多态性与高血压病关系的报道结果并不一致，美国非裔黑人的M235T突变与高血压无关联。一项在芬兰进行的，在RAS基因多态性研究方面迄今为止规模最大的（508名高血压病患者，523名年龄、性别配对的血压正常者）随机选择对象的研究，未能证实AGT基因型变异与高血压间的关系。 2.1.2　血管紧张素转化酶（ACE）基因　人ACE基因全长21kb，包含26个外显子，定位在染色体17q23，在16号内含子存在插入型（nsertion, I）或缺失型（deletion, D）多态性。Soubrier等发现ACE基因多态性和血清ACE水平有显著相关性。血清ACE活性高低在不同ACE基因型人群中依次为DD >DⅠ >Ⅱ型。在人类，有关ACE基因多态性与高血压病关系的研究结果不一致。除少数报道外，无论大样本对照研究，还是家系连锁分析，或双生子研究均不能证明ACE基因与高血压病存在相 关关系。 2.1.3　肾素基因　人肾素基因定位于染色体1q21.3－32.3，基因组DNA全长11.7kb，包含10个外显子。Kurtz等应用遗传性高血压大鼠模型，通过连锁分析发现该基因与高血压连锁，认为在鼠肾素基因内或其附近区域存在高血压易感基因。与动物实验研究结果不同，临床研究尚未发现肾素基因多态性与人类高血压病相关。目前认为肾素基因作为人类高血压相关的可能性不大。 2.1.4　血管紧张素Ⅱ 1型受体（AT2R1）基因　AngII受体存在两种亚型：AT1和AT2受体。目前认为AngII所起的作用主要通过AT1受体完成。人AT1受体基因位于染色体3q22，编码区为1kb长的单一外显子。1994年Bonnardeaux等[10]用SSCP技术在人AT1受体基因的编码区及3′非翻译区检测到5种基因多态性，其中以T573C、A1166C及A1062G替换的频率最高。他们进一步在206例高血压患者及298例健康人（均为法国白人）中，对这3种AT1受体基因多态性与高血压关系进行相关性研究,发现C1166等位基因频率在高血压组显著增高，然而在高血压受累同胞对研究中，他们未能证实AT1受体基因位点与高血压存在连锁关系，而且上述基因多态性并不改变AT1受体的氨基酸序列，故认为AT1受A1166C多态性对血压可能只起轻微作用。 2.1.5　β 2－肾上腺素受体基因　β 2－肾上腺素受体（β2－adrener　-gic　receptor）基因定位于5q32－34。早期研究发现，β 2－肾上腺素受体基因限制性酶切片段长度多态性（RFLP）与非洲盐敏感型高血压存在相关和连锁关系。有文献报告，β 2－肾上腺素受体的氨基端可发生突变（Arg16→Gly），突变后β 2－肾上腺素受体与异丙基肾上腺素的亲和力降低，这样就使得血管对循环血中的β 2－肾上腺素受体激动剂的舒血管反应降低。最近，Kotanko等[11]人对136名非 洲加勒比地区高血压患者和来自St Vitanko岛的81名正常对照者进行了连锁分析,他们发现Arg16→Gly突变与高血压存在明显的相关关系。但要阐明β 2－肾上腺素受体基因在原发性高血压发病中的作用，还需要进行大量的研究工作。 2.1.6　α－adducin基因　人α－adducin基因定位于染色体4p16.3。1995年Casari 和Bianchi等首先对该基因与EH的关系进行了相关研究，结果发现，距该基因最近的D4S95多态性与原发性高血压相关性最大，提示该基因可能是原发性高血压的相关基因。1997年Cusi等[12]在受累同胞对连锁分析中也获阳性结果。在随后的意大利和法国两组人群的相关研究中均发现该基因Gly460Trp多态性与原发性高血压相关，且影响肾脏钠排泄。但对不同人群的研究结果尚不一致[13，14]。α－ adducin基因与原发性高血压之间的关系尚待进一步证实。 2.1.7　G蛋白β 3亚单位　人G蛋白β3亚单位（G－proteinβ3－subunit , GNB3）基因定位于染色体12p13。GNB3基因的第19个外显子可发生 C852T突变，从而导致编码蛋白质缺失41个氨基酸。对427名正常血压个体和426名高血压患者的基因型分析表明，C825T突变与原发性高血压存在显著相关关系[15]。对GNB3基因也有不一致的报道[16]，但GNB3基因突变可能解释一部分原发性高血压的发病。 　　候选基因法也存在一些缺陷：1某些EH相关基因其功能尚未被认识，因此，不可能被选为EH候选基因。2有的候选基因本身与高血压缺乏连锁或仅轻度连锁，但其附近可能有高血压基因位点，仅用候选基因法难以找到这些位点。3由于候选基因的选择来自猜测，所以具有一定的盲目性。因此，目前倾向于用大量分布于基因组内，与高血压发生无因果关系的随机多态性标记对EH进行连锁分析，即全基因组扫描法。 2.2　全基因组扫描法　人类基因组中存在大量DNA顺序多态区域，其中以核心单位为1－4bp的可变数量的高度串联重复多态性，即微卫星DNA标记最引人注目。与其他遗传标记相比，微卫星具有种类多、分布广、呈高度多态性和杂合度、易用PCR扩增等特点，因此近年来已取代了RFLP，广泛用于基因作图和定位，成为最常用的遗传标记。目前，多色荧光标记微卫星引物已经商品化，采用这些引物进行PCR扩增，将扩增产物在373或377测序仪上走聚丙烯酰胺凝胶电泳，并用GENESCAN和Genotyper软件进行图像及数据处理，计算等位基因大小和频率。用300多对覆盖整个基因组的微卫星引物，选择大样本的家系或同胞对，对EH进行连锁分析，有可能将EH相关基因位点定位到某一染色体区域内，分辨率可达10cM。进一步用区域内多态标记进行精细定位，如能将范围缩小到1cM以内，可直接大规模DNA测序，分离并克隆出高血压相关基因。1996年Dib等[17]构建成当时最完整的人类基因遗传连锁图，平均密度达0.7cM，其中2032个微卫星标记已有具体的染色体定位、片段长度、等位基因数目、杂合率及遗传距离等详细资料，为开展复杂性状的基因定位奠定了基础。 　　1996年，Hanis等[18]以全基因组内490个微卫星为标记，对美国的墨西哥血统2型糖尿病患病同胞对进行全基因组微卫星扫描，把一个NIDDM易感基因成功地定位于人2号染色体上。在高血压研究中也成功地在易卒中自发性高血压大鼠17号染色体上找到了两个高血压相关位点。 　　全基因组扫描的应用，为多基因遗传病基因定位带来了希望。但是，它也存在着工作量大、花费昂贵等问题。迄今为止，尚未见用此技术对人类高血压病相关基因进行定位的报道。 3　问题与展望 　　目前尽管找到了众多可能的高血压相关基因，但其中哪些真正与高血压相关？相关程度如何？是否可用于高血压病的诊断？尤其重要的是，这些高血压相关基因是否对我们进行高血压病的治疗具有参考价值？这些尚不清楚。目前所发现的高血压相关基因都只是在某一个高血压群体中与高血压相关，因此，在不同的高血压群体中可能存在不同的高血压相关基因。这也就为我们提供了一个机遇，我们可以利用我们国家丰富的资源，继续寻找和克隆高血压的相关基因，并对我们找到的高血压相关基因进行功能学研究，从功能上明确它是否真正与高血压相关。 　　在研究高血压相关基因时必须注意到，原发性高血压的相关基因可能不只是一个，而是一群，即形成一个高血压相关基因谱。在这些高血压相关基因中，有的基因在高血压形成的早期发挥作用，有的可能在晚期发挥作用。另外，这些高血压相关基因之间相互形成一个网络，其中的每一个基因在高血压的发病过程中可能起的作用不大，但不同的高血压相关基因相互结合起来，就可能引起血压的明显升高，从而导致高血压。 　　在寻找和克隆高血压相关基因时，不应停留在基因结构异常的初级阶段，发现基因结构的改变并非目的，基因功能研究才是核心所在。故在从表现型入手筛选基因结构改变之后，应重新回到表现型上来，寻找此结构改变是否会引起功能改变的证据，以确定其在高血压发病中的作用。 　　此外，高血压还存在易感性的问题，包括环境易感性、疾病易感性和药物易感性等。环境易感性是外因，环境因素在高血压发病中的作用越来越引起人们的重视。疾病易感性是内因，它是指一个个体所具有的高血压病的遗传倾向。在一定的环境条件下，具有高血压病遗传倾向的个体患高血压的概率明显高于正常个体。药物易感性是指高血压患者对抗高血压药物的敏感性。有的高血压患者对某种抗高血压药物敏感，而有的高血压患者对某种抗高血压药物不敏感，这是由于体内存在着抗高血压药物的耐药基因。 　　总之，EH的遗传异质性、环境与遗传因素的相互影响、高血压定义的人为性、血压水平的波动性等诸多因素，给高血压基因研究带来了很大困难。但是，随着人类基因组计划的逐步实现，高血压相关基因的研究有望取得更大进展。