體細胞突變在常染色體顯性多囊腎發病中作用的研究進展

王 琛,孔祥陽,徐 劍，李 嶸，馮 超 綜述,袁紅伶△ 審校

(1.昆明理工大學附屬醫院腎內科 650032 ； 2.昆明理工大學醫學院疾病與藥物遺傳實驗室 650500)

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·綜 述· doi:10.3969/j.issn.1671-8348.2016.28.045

體細胞突變在常染色體顯性多囊腎發病中作用的研究進展

王 琛1,2,孔祥陽2,徐 劍1，李 嶸1，馮 超1綜述,袁紅伶1△審校

(1.昆明理工大學附屬醫院腎內科 650032 ； 2.昆明理工大學醫學院疾病與藥物遺傳實驗室 650500)

多囊腎，常染色體顯性；PKD1基因；PKD2基因；三鏈DNA

常染色體顯性多囊腎(autosomal dominant polycystic kidney disease，ADPKD)是一種遺傳性單基因疾病，由多囊腎基因1(polycyseic kidneydisease gene,PKD1)、PKD2基因突變所致，稱Ⅰ型ADPKD，Ⅱ型ADPKD。其發病率很高，1/1 000～1/400，為常見腎臟遺傳病[1-2]。一般成年發病，又稱成人型多囊腎，臨床上也見不同年齡患者。PKD2突變50%的患者在60 歲左右可發展為終末期腎病(end-stage renal disease,ESRD)，約占晚期腎病的10%(Ⅰ型ADPKD比Ⅱ型ADPKD發病早20年，Ⅰ型ADPKD惡化為終末腎病的平均年齡為54.3歲，而Ⅱ型ADPKD為74.0歲)[1,3]。除了損傷雙側腎臟以外，ADPKD基因還累及全身多個器官，例如多囊肝、顱內動脈血管瘤、二尖瓣脫垂綜合征、腹股溝疝、大腸息室、主動脈夾層、膽囊增生，嚴重危害人類健康[4]。

1 PKD基因的研究

目前，已報道克隆ADPKD的致病基因有3個：PKD1、PKD2、PKD3。其中約85%的患者為ⅠADPKD，由PKD1基因突變所致；約15%的患者為ⅡADPKD，由PKD2基因突變所致。前二者基因已被克隆，PKD3為罕見型多囊腎目前未被克隆。

1.1 PKD1基因及相關基因TSC2基因 PKD1定位于16號染色體1區3帶3亞帶(16p13.3)，基因長度約為52 kb [開放閱讀框(ORF)為 12 909 bp] ，含46個外顯子，編碼多囊蛋白-1(polycystin1，PC1)[5-6]。PC1是一個大的(4 303個氨基酸)有11個跨膜結構域的完整膜蛋白，細胞外區域由多種結構域組成，包括12個PKD結構域，這一區域在其他蛋白質中與蛋白-蛋白和蛋白-糖類的相互作用相關，總的來說PC1有受體或黏附分子的結構[1]。TSC2基因長度約為45 kb，含41個外顯子，編碼結節蛋白。在基因結構上與PKD1基因毗鄰，也定位于16號染色體1區3帶3亞帶(16p13.3)，基因相鄰，在NCBI與UCSC數據庫中都可見PKD1與TSC2重復2個堿基。科學家們發現TSC2基因的突變會使Ⅰ型ADPKD的病情加重[7-8]，說明TSC2基因對PKD1基因有修飾作用。

1.2 PKD2基因 PKD2基因定位于4q21～23，基因長度為68 kb(ORF為2 904 bp)，15個外顯子，編碼多囊蛋白-2(polycystin-2，PC2) 。PC2是一種非選擇性Ca2+通道，轉運Ca2+。PC1和PC2的六次跨膜區存在一定同源性[1]。

1.3 PKD3基因 PKD3約占致病基因的1%。Daoust 等[9]、Almeida 等[10]和Ariza 等[11]分別報道了既不與16號染色體也不與4號染色體連鎖的家系[9-11]，說明ADPKD除了前面兩種，可能還存在第3種，這一基因被稱為PKD3。目前，PKD3尚未被定位。也有學者認為不存在PKD3，Ⅲ型多囊腎可能為轉-雜合型(即PKD1與PKD2混合型多囊腎)[12]。

2 ADPKD發病機制

與其他典型的單基因疾病不同，ADPKD患者具有顯著臨床表現異質性，同一基因的不同基因型，在不同家系差異很大。即使在同一個家族同一基因突變所致，年齡相仿、性別相同的患者，臨床表現差異也很大。ADPKD病理學研究發現，ADPKD患者的腎臟中僅有 1%～5% 的腎單位形成囊腫。顯然，只用純粹孟德爾單基因遺傳病無法解釋ADPKD的發病機制。目前，ADPKD發病的機制存在多種學說，但多數學者認為“二次打擊”在ADPKD的發病中起重要作用。它能解釋ADPKD患者發病年齡及病情的差異。本文主要介紹“二次打擊” 學說及其發生機制。

2.1 “二次打擊”學說 “二次打擊”學說類比Knudson Rb基因的 “二次打擊”學說，也叫體細胞突變學說，認為ADPKD的發生不僅需要生殖細胞遺傳攜帶PKD1或PKD2基因突變，還需要體細胞受后天諸多因素影響，打擊到另一正常拷貝，使另一等位基因發生突變，最終促使囊腫的形成。Takakura等[13]認為腎衰為第三次打擊加快ADPKD患者病情的惡化。由于“二次打擊”的存在，所以有學者認為多囊腎病在細胞水平是一個隱性病[14]。

2.1.1 經典“二次打擊” Qian等[15]研究Ⅰ型ADPKD患者腎臟組織，通過囊腫組織與外周血對比，發現存在雜合型丟失與點突變，也就是說Ⅰ型ADPKD發生體細胞突變，即“二次打擊” 。Lu等[16]建立PKD1“二次打擊”的轉基因小鼠，發現小鼠生長過程有相似的病理改變 。隨后Pei等[17]研究Ⅱ型ADPKD患者腎臟組織，也發現Ⅱ型ADPKD患者發生體細胞突變即“二次打擊” 。Wu等[18]建立PKD2“二次打擊”的轉基因小鼠，發現小鼠生長過程也有相似的病理改變。

2.1.2 轉-雜合型(trans-heterozygous) 與經典的“二次打擊”不同，轉-雜合型是指Ⅰ型ADPKD遺傳獲得一個PKD1突變，后天體細胞發生PKD2突變，或Ⅱ型ADPKD獲得一個PKD2突變，后天體細胞發生PKD1突變。Koptides等[19]證實PC1與PC2形成復合體，表達在細胞膜表面。并且發現Ⅰ型ADPKD，不僅體細胞有PKD1的突變，也有PKD2的突變。Wu等[20]建立轉雜合型小鼠，發現這種類型小鼠比單一突變小鼠病情更嚴重。

3 三鏈DNA與體細胞“二次打擊”

3.1 三鏈DNA 三鏈DNA是一類廣泛存在生物體內的DNA高級結構，近些年研究表明其或參與多種疾病的發生。三鏈DNA是由于DNA分子內存在多聚嘧啶或多聚嘌呤，而形成分子內三鏈構象。三鏈DNA的功能：三鏈DNA在基因表達過程中可以作為反義抑制劑，影響基因轉錄與翻譯；三鏈DNA可以作為限制性內切酶來切割DNA片段；三鏈DNA還可能與染色體的狀態及凝聚過程有關[21]。

3.2 體細胞“二次打擊”可能不是隨機發生的 科學家們發現，PKD1基因的內含子21含有由23個回文結構序列組成的2.5 kb嘧啶富含區[22]。內含子22則含有較短富含嘧啶的片段，大約0.55 kb[23]。PKD2 基因外顯子2,4,5,6,11,12等也存在嘌呤嘧啶富含區。PKD基因上的嘌呤嘧啶富含區，在DNA的復制過程中，形成三鏈DNA[24]。這三鏈DNA，H-DNA具有多效性通過多種途徑參與DNA的修飾，最終導致突變的發生[25]。

4 展 望

PKD1基因存在6個假基因，而且PKD1基因長度約為52 kb(ORF為 12 909 bp)，含46個外顯子,PKD2長度為68 kb(ORF為2 904 bp)，含15個外顯子。 PKD基因長度過長也可能增加其突變出錯的頻率，而腎臟又是排毒器官，常常會積累毒素，這樣就會發生體細胞突變促使疾病發生。隨著第二代測序技術與生物信息學的發展，已經可以用第二代測序技術(next generation sequencing，NGS)[26-29]來對ADPKD作基因診斷。或許可以從NGS產生的大數據中找到ADPKD的發病機制。而對體細胞突變及寡聚三鏈DNA性質的研究，或許我們可以找到早期干預的靶標，這樣就可以找到治療ADPKD的有效藥物。

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王琛(1990-)，在讀碩士，主要從事腎臟遺傳、腎臟藥理研究。△

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