【doc】遗传性血色素沉着症的分子机制

【doc】遗传性血色素沉着症的分子机制 遗传性血色素沉着症的分子机制 20O6年4月第45卷第4期ChinJInternMad,April2006rVol45,No.4 遗传性血色素沉着症的分子机制 - ~L_V-.娜赵书娥段相林 l9世纪末,科学工作者研究发现了一种新的临床综合 病症——遗传性血色素沉着症(hereditaryhemochromatosis, HH),又称原发性(或特发性)血色素沉着症,该病主要导致 胃肠道铁吸收增加,造成铁在体内沉积,严重者可导致肝脏 功能异常,皮肤黑色素沉着过多,糖尿病,心脏停搏,关节炎 等,严重威胁着人类健康和人们的生活质量.那么,HH究 竟是怎样造成的,哪些因素在HH中起着关键的作用呢? HFE(HLA?linkedhemochromatosisgene)是第1个被发 现的HH候选基因,其2个突变类型C282Y和H63D与HH 显着相关,在北欧,80%的HH病人是C282Y突变纯合子或 C282Y和H63D突变杂合子.随后,大量的临床研究相继发 现,HJV,转铁蛋白受体2(transferrinreceptor2,TfR2),膜铁 转运蛋白1(ferroportin1,FPN1),铁蛋白(ferritin),铁调素 (hepcidin)基因中的任何一种发生了突变也可导致HH,而 且不同的基因突变表现出不同的临床症状.由此可以看出 这几种基因和HH有着密切的联系,并且不同的基因突变导 致HH的致病机制不同. 一 ,HFE基因突变与HH HFE基因位于6p染色体上,其编码为一个343个氨基 酸的膜蛋白,在十二指肠隐窝细胞及肝脏中分布最多. HFE蛋白与B:微球蛋白(B:.MG),转铁蛋白受体1 (transferrinreceptor1,TfR1)二聚体构成B2.MG/HFFJTfR1 复合物,HFE基因突变,造成TfR1与转铁蛋白(transferrin) 的作用减弱,细胞摄入的铁量减少…. 由HFE基因突变引起的HH称为I型HH(即HFE1), 为常染色体隐性遗传病.临床症状为内分泌系统合并症(包 括因胰岛细胞受铁蓄积的危害而继发的糖尿病,性腺功能减 退等),心血管疾病,肝硬化等. HFE基因的突变主要有C282Y(外显子4,G845A).HFE 蛋白的二硫键断裂,套锁结构被破坏,不能再与B:.MG结 合,跨膜部位不能延伸到细胞表面,从而不能与TfR1相结 合.细胞学研究显示,C282Y突变蛋白存留于内质网和高尔 基体腔中,不能结合到细胞膜上,生成后很快被降解掉]. 此外,C282S也可造成HH.H63D(C187G,为错义突变), HFE蛋白仍可与B:一MG结合,转运到细胞表面,但在与TfR1 基金项目:中国博士后基金资助项目(2004035619);河北省自 然科学基金资助项目(303158) 作者单位:050016石家庄,河北师范大学神经生物和神经药理 学研究所,河北省动物生理生化与分子生物学重点实验室(孔卫娜, 段相林);河北医科大学第三医院心血管内科(赵书娥) 通信作者:段相林,Email:XJ.Auaa0311@163.com ? 331? . 讲座. 结合的部位形成了一个盐桥结构,与TfR1的结合力减弱…. H63D突变纯合子的人很少表现出铁超载现象,若与其他 HFE突变相偶联,可能会增加患HH的机会.随后,人们又 陆续发现$65C(A193T,该突变在临床只表现轻度铁贮 积)】,(;93R和I105T(位于与TfR1绑定的结构域),P1601C 和V681T(两个移码突变),G168T和G169A(两个无义突 变),IVS3+lG_—(一个接合位点突变)…,R66C(位于外显 子2)和R224G(位于外显子4)等都可引起HH. 二,HJV基因突变与HH HJV基因(又称Hrm)位于lq染色体上(LOC148738), 它编码hemojuve|in(HJV)蛋白,在肝脏,心脏,骨骼肌,胰 腺,食道等多种组织器官中都有表达. HJV基因突变可以引起青少年血色素沉着病(juvenile hemochromatosis,JHH),又称之为HH2A或HFE2A,这是一 种常染色体隐性遗传病,主要发生在20—30岁的青少年. HJV基因突变可引起铁的迅速储积,表现为早期的铁代谢紊 乱,比I型和?型HH的铁超载更为严重,临床症状主要表 现为原发性心肌症,糖尿病,促性腺激素分泌不足而造成的 性腺功能减退等. 人们对世界范围内的34个JHH病人(没有发现铁调素 基因的突变者)进行了HJV基因突变谱 分析 定性数据统计分析pdf销售业绩分析模板建筑结构震害分析销售进度分析表京东商城竞争战略分析 ,发现了l7种 突变型(G320V,V74fsXl13,S85P,G99R,LIO1P,R131fsX245, D149~X245,A168D,F170S,D172E,W191C,s205R,G250V, N269~X311,R288W,G319fsX341,R385x),这些突变或是形 成了终止密码子,引起氨基酸合成的早期终止;或是造成氨 基酸的错义突变,影响到一些高度保守序列,使蛋白的结构 和功能遭到破坏.此外,HJV基因的突变型还有C80R, I222N,S105L,E302K,N372D,R335QC321XC321W Cll9F,$328~X337和G66X等'. 三,Tff{2基因突变与HH Tff{2基因在人类位于7q染色体上,是由801个氨基酸 构成的跨膜蛋白.Tfft2在肝脏中高度表达,肝脏通过Tfft2 吸收Tf结合的铁. Tfft2基因突变引起的HH称为?型HH(即HFE3),为 常染色体隐性遗传病.表现为小肠铁吸收过量,血液转铁蛋 白饱和度增加,铁沉积于肝门静脉周围组织,网状内皮系统 铁含量减少,症状类似于HFE突变引起的HH. 目前共发现6种Tfft2突变形式:(1)Y250X(外显子6, 750delC),使酪氨酸残基突变成了终止信号,产生了不完整 的Tffl2;(2)在外显子2的84—88位的多聚胞嘧啶之间插 入一个胞嘧啶核苷(84—88~c),引起翻译至第60位氨基 酸时早期终止(r~ox);(3)M172K(外显子4,T515A);(4) ?332?20O6年4月第45卷第4期ChinJInternMed,April2,: 在外显子16上缺失了12个核苷酸,翻译后的蛋白质缺少了 4个氨基酸(AVAQ594,597de1);(5)Q69Op(外显子l7, A2069C)it3]:(6)R105X. 四,FPN1基因突变与HH FPN1(又称SLCAOA1或SLC11A3)基因在人类位于2号 染色体上,编码一个具有571个氨基酸的跨膜蛋白.FPN1 广泛分布于机体各组织中,在小肠中主要分布于十二指肠绒 毛上皮细胞的基底端和基底膜.其主要功能是将细胞内的 铁转运出细胞. FPN1基因突变引起的HH称为?型HH(即HFFA),为 常染色体显性遗传病,主要与非洲多发的铁超载疾病有关. FPN1基因的突变主要是使网状内皮组织的巨噬细胞储铁增 加(主要是肝脏,脾和骨髓的网状细胞),铁释放减少,循环 铁降低,因此,病人虽然在早期肝脏出现铁超载现象,血清铁 蛋白水平有所提高,但血清转铁蛋白饱和度却处于正常水 平,但随着肝脏铁积累的继续增加,血清转铁蛋白饱和度水 平也随着增长(而I型HH,铁主要是在肝细胞中积累,直到 患病的晚期才在Kupffer细胞中观测到铁的过度累积).临 床症状主要为关节痛和早期的关节病症状,也可引发原发性 心肌症,肝纤维化,激素分泌失调和糖尿病等.放血治疗的 作用并不显着. FPN1的基因突变有外显子5上3个碱基的剔除(4s5, 487ddTrG),导致缬氨酸残基的缺失(V162de1),破坏了 FPN1蛋白的整体结构,导致FPN1功能的丧失H.此外, FPN1上发现的突变还有NI44H[1引,A77D,NI44T(外显子 5,A432C),Q248H,Asp157Gly,Gln182His,Gly323Val 和Cys326Sern. 五,铁蛋白基因突变与HH 铁蛋白的亚基有H,L两种类型,基因分别位于染色体 的llq13和19q13.1.H亚基有一个亚铁氧化酶 (ferroxidase)中心,负责摄取铁并将二价铁氧化为三价铁;L 亚基没有催化活性,但它能促进亚铁氧化酶活性中心的翻 转,利于H亚基活性的发挥,并为铁的螯合提供结合位点. Ferritin在哺乳动物的肝,脾含量最多,在血清中极少.其主 要功能是贮存铁,使细胞内的铁维持在一定浓度. H-ferritin基因突变导致的HH被称为HFE5,为常染色 体显性遗传病.表现为H—ferritin的表达降低,亚铁氧化酶 的活性被削弱,氧化压力加强,血清铁水平明显增高和组织 铁沉积. 在H—ferritinmRNA的5末端非翻译区的铁反应元件 (iron-responsivedemem,IRE)上发现了一个单点突变A49U, IRE的结构被改变,铁调节蛋白(ironregulatoryprotein,ira,) 与IRE的亲和力加强,H-ferritin的表达降低】.最近,人们 又从H-ferritin5末端非翻译区筛选出了两种突变C20G和 G34T,但这两种突变并不影响IRE的功能的发挥乜". 六,铁调素基因突变与HH 位于人的第l9号染色体上. 铁调素(又称HAMP)基因 翻译后的活性多肽含有由8个高度保守的半胱氨酸形成的 4个二硫键.铁调素在肝脏特异表达,在其他组织,器官中 表达很少或不表达.铁调素是一种铁调节激素,对调节铁稳 态发挥着举足轻重的作用,机体的高铁状态可强烈引起该基 因表达的增加. 铁调素的基因突变也可以引起JHH,被称为HH2B或 HFE2B,为常染色体隐性遗传病.主要发生在20,3o岁的 青少年,患者转铁蛋白饱和度和血清铁蛋白的浓度均升高, 临床症状表现为严重的铁沉积,肝脏纤维化或硬化,性腺功 能减退和原发性心肌症,放血治疗能够使病人的临床症状得 到改善. 现在发现了铁调素基因的7种突变:(1)内含子2缺失 了一个鸟嘌呤(C.93delG),导致移码突变,mRNA翻译出长 达179个氨基酸残基的非正常的早期多肽;(2)P~6x(位于 外显子3,C.166C>T),即使56位精氨酸残基变为终止信 号,使早期多肽的长度缩短,也不能产生完整的成熟多肽,并 有可能造成激素识别位点的隐藏;(3)MelS0del(外显子2 末端缺失了一个G),使得外显子3根本无法表达,不能产生 活性多肽;(4)G71D,使71号氨基酸残基由中性变为酸性, 而其正处在第3和第4个半胱氨酸的中间,从而影响铁调素 的活性,但其临床症状轻于MetS0del;(5)C70R,造成第8 个半胱氨酸被精氨酸替换,影响二硫键的合成,使多肽的稳 定性下降;(6)CTST(C.233G>A),使8个半胱氨酸中的 一 个遭到破坏,影响了酶活性的发挥;(7)在铁调素基因 的5末端非翻译区发生了一个突变,在病人的尿中根本没有 检测到铁调素蛋白,说明核糖体是以基因突变后形成的新的 起始密码子起始合成蛋白的J. ,铁 综上所述,可以看出HFE,KIV,Tilt2,FPN1,铁蛋白 调素中的任一基因发生突变,都可导致HH,而这6种基因与 铁代谢途径及调节过程密切相关.因此,我们将HH与铁代 谢相联系,对HH的致病机制进行如下的推测:Tilt2基因突 变使肝细胞摄铁减少,导致机体高铁时肝脏铁调素的低表 达;hemojuvelin有可能是调节铁调素表达的上游分子之一, 其基因突变可导致铁调素表达量下降;信号分子铁调素低表 达或基因发生突变,便不能与十二指肠隐窝细胞的13.MG/ HFE/TfRI复合物正常作用;而B2-MG/HFE/TfR1复合物中 任意一种蛋白发生改变,都将不能正常地接受铁调素的调 节,十二指肠隐窝细胞从血液中摄取的铁量将减少,细胞内 铁池含量下降,当隐窝细胞分化为成熟的肠吸收上皮细胞 后,铁吸收及转运蛋白的表达量就会增加,进而导致HH病 人饮食铁吸收的增加;铁蛋白基因突变造成细胞储铁量减 少;FPN1基因突变则将导致细胞内铁释放异常,造成细胞内 的铁大量积累. 已经有大量的研究结果可以支持上述推论.Tilt2基因 突变小鼠肝脏铁调素mRNA的量降低J.HJV基因突变造 成的JH病人尿中的铁调素水平有所下降】.在HH病人 中,观察到了铁调素表达量的降低,二价金属离子转运蛋白 (divalentmetaltransporter1,DblT1)和FPN1的mRNA含量 在十二指肠均增加(且DMTImRNA主要在近隐窝细胞大量 4月第45卷第4期ChinJIntemMedpQ: 表达,而FPN1mRNA则主要在绒毛细胞),导致了肠铁吸收 过量.HFE基因敲除的小鼠,十二指肠隐窝细胞对Tf结合 的铁吸收降低,铁池含铁量降低,DMT1mRNA水平增加,并 伴随有DMT1转运铁的增加,而HFE和DMT1均缺陷的小 鼠不出现铁超载现象. HH是已知最常见的遗传性疾病之一,经早期治疗,可 以有效防止多余铁沉积,预防并发症,因此,科学有效的诊断 方法是预防并治疗HH的前提.以往诊断HH通常要检测 空腹转铁蛋白饱和度和铁蛋白浓度,但在年轻病人中这些指 标不一定异常.并且转铁蛋白饱和度试验的结果每天都有 变化,血清铁在慢性肝炎,酒精性肝炎的病人中可以是异常 增高的,因此血清铁的检验结果可以有假阴性或假阳性.所 以基因诊断是未来的方向,能对患者做出迅速的诊断以早期 发现病人,使他们及时获得治疗.此外,基因治疗对治疗基 因异常性疾病的潜在作用很大,可以用来治疗一些常规治 疗手段无效的疾病.目前,基因替代,基因剔除,肿瘤疫苗和 反义核苷酸等方法正得到广泛的研究,并有部分基因治疗药 物已经进入临床应用.因此,对HH相关基因的深入研究, 不仅能够增加对HH发病机制的了解,还可为临床诊断及治 疗提供理论和实验依据. 参考文献 1FlemingBE.SlyWS.MechanismsofiTonaccumulationinhereditary hemochromatesis.AnnuBevPhysiol.2002.64:663-68O. 2WalleedA,ParkkilaS.ZhouXY.eta1.Hereditary hcmocIlr0mat08i8:effeatsofc282YandH63Dmutations? associationwithbata2-microglobulin.intracellularprocessing.and cell8urfceexpression0ftheHFEproteininCOS-7cells.PrecNail AcadSciUSA,1997,94:12384.12389. 3RosmorducO,PouponB,Nion expressioninhemochromatesis 2000,119:1075?1086. 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