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α1-抗糜蛋白酶基因與Alzheimer病
國外醫學遺傳學分冊1999年第22卷第2期
上海市精神衛生研究所（上海 200030）
湯國梅綜述 江三多審校
提要 α1-抗糜蛋白酶作為一種病理伴侶蛋白，通過影響β澱粉樣沉積的生成而參與了AD的病理和發生過程，因此α1-抗糜蛋白酶基因也被認為是AD的又一候選基因。本文就α1-抗糜蛋白酶及其基因與AD的關系進行闡述。
關鍵詞：α1-抗糜蛋白酶；Alzheimer病；候選基因
Alzheimer病（AD）的病因學研究已成為醫學領域的一大熱點。遺傳學研究現已發現三種基因與早發家族性AD連鎖，即澱粉樣前體蛋白基因（APP）、早老素1（PS1）基因和早老素2（PS2）基因，但後者僅佔AD總數的10%。載脂蛋白E（ApoE）基因和12號染色體的某基因則構成了遲發AD的風險因子，但前者僅與50%的遲發AD的風險因子，但前者僅與50%的遲發AD的風險因子，但前者僅與50%的遲發AD相關，後者僅與15%～30%的遲發AD相關[1]。因此可能存在其它的遺傳因子或環境因子，影響AD的發生。近來研究表明，AD患者腦中的一些病理性伴侶蛋白如α1-抗糜蛋白酶（α1 antichymo-trypsin,AACT）、低密度脂蛋白受體相關蛋白等，可能通過參與β澱粉樣沉積的生成，在AD的病理和發生中具有重要意義。其中，AACT基因與AD的關系已得到廣泛研究。
一、α1-抗糜蛋白酶與AD
α1-抗糜蛋白酶是一種色氨酸蛋白酶抑制劑[2]。成熟的AACT蛋白的分子量為68kDa，由408個氨基酸構成。近來，人們在AD病人的神經病理特征老年斑分布區域發現，AACT的免疫活性增強，星形膠質細胞中AACT的表達也顯著增強，表明AACT可能參與了澱粉樣纖維的生成和沉積[3]。事實上，構成老年斑的主要成分Aβ肽的第1～12氨基酸的序列與色氨酸蛋白酶的保守基因極為相似，而後者已被證實可被AACT的C末端疏水性水活化區域特異性識別並相互結合[4]。AACT作為一種天然的蛋白酶抑制劑，顯然也能以Aβ肽作為假性底物。體外實驗已經證實，AACT與Aβ肽間確實具有很高的親合力，因此它可能在AD病理過程中作為一種“伴侶蛋白”，促進Aβ的纖維化並產生澱粉樣沉積。
Eriksson等[4]的研究表明，AACT可能通過抑制Aβ1～40生成難溶性纖維和降解由Aβ形成的β澱粉樣纖維前體，參與AD的病理或發生。但AD患者的澱粉樣沉積中Aβ肽主要是以Aβ1～42為主的。實驗證實，AACT對于Aβ1～42的聚合具有促進作用[5]。雖然Aβ1～42可在幾天內自發的積聚生成澱粉樣沉積，但如果與AACT共同孵育，Aβ1～42的纖維化速率顯著升高至少10倍，僅在幾小時內即形成沉積。Aksenov等[6]推斷，AACT不僅能促進Aβ1～42積聚生成AD病理特征老年斑，還能抑制Aβ1～40自身沉積生成彌散型澱粉樣沉積。這將可能增強老年斑分布區Aβ沉積的毒性作用或產生具神經毒性的可溶性Aβ肽。但體外實驗結果卻表明，AACT並不能調節Aβ1～40的神經毒性；但可減弱Aβ1～42聚合後的毒性，在大鼠海馬神經元中甚至會完全阻斷Aβ肽的毒性。至于AACT的這種保護作用，Aksenov等認為，AACT蛋白可能通過覆蓋于Aβ的表面，導Aβ導難以與其它蛋白作用產生生物毒性，或通過與Aβ肽的疏水氨基端的結合，抑制其生成具有神經毒性的片段。但他們並不排除AACT可能促進β纖維反向生成可溶性的具神經毒性的Aβ，導致老年斑以外區域的神經元受損。
除中樞神經病理特征外，AD患者腦脊液中AACT的含量也顯著高于正常人，但血清AACT濃度與常人無異，腦脊液和血清AACT濃度的比值也顯著高于常人。因此AD患者腦脊液中AACT濃度的升高具特異性，這對于AD的臨應酬診斷具有一定的積極意義[7]。
二、AACT信號肽基因多態性與Alzheimer病
ApoE*ε4基因雖被公認為是遲發、家族性AD的高危因子，但並非所有遲發性AD都可歸因于之，可能存在其它基因，或獨立發生作用，或通過與ApoE*ε4相互作用，影AD的發病。由于AACT在AD的病理中具有舉足輕重的地位，而AACT基因位于14號染色體的q31.1區域，從物理圖譜、遺傳學圖譜來看都與PS1基因（14q24.3）相異，並被證實與14號染色體相連鎖的早發AD無關。因此AACT基因首當其衝地引起人們的熱切關注。
1．AACT信號肽基因多態性與AD的相關性。
人的AACT蛋白中含有一段信號肽，由22或25個氨基酸構成。該信號肽中存在多態性，由A、T等位基因構成，分別編碼丙氨酸和色氨酸。人們推測，該多態性在AD的病理過程中可能具有重要意義。其中，A等位基因的表達可促進成熟AACT蛋白與Aβ的結合或與ApoE結合，改變微管的功能；另一方面，由于含丙氨酸的AACT蛋白的分泌速度快于含蘇氨酸的AACT蛋白，因此AACT信號肽中親水性的蘇氨酸被疏水性的丙氨酸取代後可改變AACT分泌及進入內質網的速度，這將導致AACT蛋白水平升高，加劇Aβ纖維化過程。
Kamboh等[8]首先對此研究。他們證實，該多態性可改變AD發生的風險性，其中，含有2個AACT*A等位基因的AD患者的發病率是僅含1個或不含AACT*A等位基因的患者的1.5倍。正常人中，AA基因型與ApoEε4等位基因的低頻率相關，在AA型人群中ApoEε4基因和ε4/ε4基因型的頻率下降。但AD患者中的三種AACT基因型中，ε4基因和ε4/ε4基因型的頻率都顯著升高。將AD患者按ApoE基因分為ε4和非ε4型兩組後，僅有ε4型患者中AACT*A等位基因、AACT*AA型的頻率顯著升高。三種AACT種基因型中，AT型不能改變ApoEε4對于AD的劑量依賴關系，但AA型或TT型則對ApoEε4在AD中的作用產生明顯影響：AACT*TT可能抑制ApoEε4與AD的劑量依賴關系；而AA型則升高ApoEε4所致的AD風險性，其中，單拷貝ε4型的AD患病風險性升高2倍，含雙拷貝ε4基因的AD患病風險性升高3倍。由此，Kamboh等認為，AACT基因多態性與ApoEε4型AD的相關是由于AACT基因與ApoE基因間的相互作用產生的，AACT*AA與ApoEε4基因的共同分離可能是決定AD發生的一個強有力的遺傳因素。相應的，他們推斷一些雖然年邁但是並未發生AD的ε4/ε4型老人可能是AACT*TT基因型，而並非AACT*AA型。1997年，他們繼續探討了性別對與AACT基因與ApoE基因間相互關系的影響。發現，在美國高加索人和黑人中，與非AACT*AA型女性相比，AACT*AA型女性中ApoEε4的頻率顯著降低，但ApoEε3的頻率顯著升高。ApoEε4型和非ApoEε4型女性中AACT*A等位基因的分布也具顯著差別。將所有人群按年齡分組後，這種趨勢仍然僅出現于各年齡段的女性中。據此，他們認為，女性中ApoE與AACT基因間的這種非隨機的關聯可能是導致女性中AD發生率高于男性的重要原因[9]。
Kamboh等的結果立即觸發了從事AD病研究者的極大熱情，他們紛紛開展相關工作，但結果各異。Dekosky[10]、Yoshiiwa等[11]在不同的人種中重復了Kamboh等的結果。但令人詫異的是，在Ezquerra等[12]的研究中，AD患者中AACT*AA基因型的頻率僅呈接近顯著的升高。在按ApoE基因分型後，僅有非ApoEε4型患者中AA型頻率升高。在非ApoEε4型患者中，與非AACT*AA型相比，AACT*AA型的AD比值比為2.93，這與Kamble等關于“ApoE基因與AACT基因相互作用”的觀點相反，但與Muramatsu等[13]在日本人中的研究結果一致。因此，他們認為，在西班牙人中，AACT基因、ApoE基因雖然都構成了AD的風險因子，但二者在AD病理中的作用是相互獨立的。
其它研究未能獲得相似的結果。Heilisalm[14]、Hains[15]、Muller[16]等都未能證實AACT基因多態性與AD之間存在任何關聯，AACT*A基因無論是獨立地或是與ApoEε4共同作用都不能影響AD的發病風險。有趣的是，Nacmias等[17]不僅未發現AD患者中ApoEε4/ε4型與AACT*TT型之間存在相互作用。相反，他們觀察到AACT*TT型患者中ApoEε4/ε4型的頻率最高，但在ApoE基因分型後，AACT基因多態性與AD之間無任何關聯。
由于AACT*AA型患者的發病年齡低于AACT*TT型或TA型患者，且在ApoE基因分型後，這種差異在ε4型患者中尤為顯著，因此Talbot等[20]認為，如果AACT確實參與了AD的發生，那麼它僅可能作用于早發散發性AD患者。這也許是導致部分研究未能證實AACT基因與AD相關的一個重要原因。當然，AD分類的異質性和診斷標準的不一，對照人群的選擇以及種族差異等因素也可能是導致這些差異產生的根本原因。
2．AACT信號肽多態性與AD小腦葡萄糖代謝
AD患者中腦中常出現以顳-頂葉雙側的小腦葡萄糖代謝（rcMRglc）減弱為典型特征的功能性變化。但這種功能性變化不隨AD病程的進展而變，表明某些因素可能在其中發揮作用。事實上，一些已知的AD風險因子確實在小腦葡萄糖代謝中產生影響，如伴有ApoEε4的AD患者的前葉腦區rcMRglc的量值顯著升高，並與ApoEε4呈劑量依賴關系。而AACT*A型患者的頂葉和顳-頂葉連接區域的rcMRglc的量值顯著降低，並與AACT*A等位基因具有劑量依賴關系。因此AACT*A等位基因可能促進AD患者小腦顳-頂葉連接區域 rcMRlgc的降解，而ApoEε4基因則可能增強AD患者腦前顳葉皮層rcMRglc的利用率。Higuchi等[18]據此推斷，AACT基因多態性可能是決定AD病程長短的潛在因素，其中伴有2個AACT*A等位基因的AD患者的病程可能較非ACT*A型患者迅速。他們還認為AACT*A陽性、ApoEε4陰性的AD患者的病程進展可能最為迅速，而AACT*A陰性、ApoEε4陽性的AD患者的病程進展可能最為緩慢。這還需要進一步的前瞻性隨訪研究加以證實。
3．AACT信號肽多態性與AD的認知功能減退
AD患者常出現認知功能的減退，但這種減退程度卻因人而異。目前還沒有任何臨床指標或生物學標記可用于AD患者認知功能減退率的預測。基于AACT能在體外促進β澱粉纖維的沉積，而AACT*A基因可能影響AD的風險性，Murphy等[19]對不同AACT基因型的AD患者進行認知功能減退程度進行評定，試圖找到與AD認知功能減退相關的遺傳標記。他們設想AACT*A型的AD患者的認知功能減退較非AACT*A型AD患者迅速。但出乎他們意料的是，AACT基因AA型、AT型、TT型AD患者的認知功能減退的平均速率沒有顯著差異，AACT*A等位基因與AD的認知功能的減退也沒有任何關聯。即使是同時伴有ApoEε4等位基因和AACT*A等位基因的患者的認知功能減退的速率與其他患者相比也沒有顯著差異。因此，AACT*A並不能用于AD患者認知功能減退率的預測，也許其它的生物學或環境因素可影響這一過程。
三、AACT基因微衛星多態性與Alzheimer病
微衛星DNA是以2～6個核苷酸為單位的多次串聯重復的DNA序列，不但具有長度的多態性，還有很高的信息含量（PIC值）。微衛星DNA長度多態性作為DNA標記已經得到了廣泛應用，並顯示出其優越性。1993年，Byth等首先報道，AACT基因5 | 
