鮑榮榮 陳韋華 王 欣 許春雙 牛艷芳 王 芳 樓 瓊宋 飛 朱斌斌 王欽文* 徐淑君1,***
(1)寧波大學(xué)醫(yī)學(xué)院,浙江省病理生理學(xué)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,寧波315211;2)寧波大學(xué)醫(yī)學(xué)院附屬醫(yī)院神經(jīng)內(nèi)科,寧波315020;3)寧波醫(yī)療中心李惠利醫(yī)院神經(jīng)內(nèi)科,寧波315000;4)浙江醫(yī)藥高等??茖W(xué)校,寧波315000;5)寧波大學(xué)醫(yī)學(xué)院附屬醫(yī)院麻醉科,寧波315020)
阿爾茨海默病(Alzheimer’s disease,AD)是一種進(jìn)行性的神經(jīng)退行性疾病,臨床上主要表現(xiàn)為漸進(jìn)性的認(rèn)知功能減退、學(xué)習(xí)記憶能力下降和精神行為異常,在老年人群中AD發(fā)病率占各類癡呆的60%以上[1],并且隨著平均壽命的增加,AD的發(fā)病率也會(huì)急速上升[2]。
AD 是一個(gè)受環(huán)境和基因影響的復(fù)雜疾病,其中70%AD 發(fā)生的風(fēng)險(xiǎn)因素是由于遺傳改變引起的[3]。AD主要的致病蛋白β淀粉樣蛋白(amyloid beta,Aβ)是由40 或42 個(gè)氨基酸構(gòu)成的短肽,是淀粉樣前體蛋白(amyloid precursor protein,APP)的水解產(chǎn)物[4]。APP是一種跨膜蛋白,在細(xì)胞生理功能的調(diào)節(jié)中起重要作用,它參與突觸發(fā)生和突觸可塑性[5]。APP在體內(nèi)的裂解存在兩種途徑:一種是α 分泌酶在Aβ 結(jié)構(gòu)域內(nèi)切割,產(chǎn)生具有神經(jīng)營養(yǎng)功能和神經(jīng)保護(hù)作用的APP 片段,稱為非淀粉樣肽源途徑(non-amyloidogenic)[6];另一種是β位 點(diǎn) 剪 切 酶(β-site APP cleaving enzyme 1,BACE1)和γ 剪切酶在Aβ 結(jié)構(gòu)域的兩端切割,產(chǎn)生Aβ片段,稱為淀粉樣肽源途徑(amyloidogenic)[7]。大量研究都表明,BACE1基因刪除或表達(dá)抑制后,Aβ 生成顯著減少[8]。因此,BACE1的調(diào)節(jié)在AD發(fā)生發(fā)展中起著重要的作用。
精神分裂癥斷裂基因1 (disrupted-inschizophrenia-1,DISC1)位于1號(hào)染色體,最初發(fā)現(xiàn)于一個(gè)精神疾病高發(fā)的蘇格蘭家族[9]。DISC1的基因突變與精神分裂癥、雙向情感障礙、重度抑郁癥等精神疾病的發(fā)病有著密切聯(lián)系[10]。最近的全基因組關(guān)聯(lián)性分析發(fā)現(xiàn),DISC1的一個(gè)單核苷酸多態(tài)性(SNP1q42,rs6675281)與AD的發(fā)病有顯著相關(guān)性[11]。在皮質(zhì)發(fā)育過程中,DISC1和APP的結(jié)合在神經(jīng)元遷移中起關(guān)鍵作用,增加DISC1的表達(dá)挽救了由APP 表達(dá)缺失引起的遷移缺陷[12]。在8 月齡APP/PS1AD 轉(zhuǎn)基因鼠中,DISC1的表達(dá)下降,增加DISC1的表達(dá)會(huì)促進(jìn)BACE 1往溶酶體的轉(zhuǎn)運(yùn),從而導(dǎo)致BACE 1在溶酶體的降解[13]。據(jù)此,可以推斷DISC1和AD 的發(fā)病有著顯著相關(guān)性。
表觀遺傳學(xué)是連接環(huán)境與遺傳基因變化的橋梁,DNA 甲基化是一種經(jīng)典表觀修飾,參與多種疾病的發(fā)生,包括糖尿病、精神分裂癥、AD等[14]。然而目前有關(guān)人體血液樣本中DISC1的甲基化修飾與AD的相關(guān)性尚不清楚。本研究采用亞硫酸氫鹽轉(zhuǎn)化后焦磷酸測序分析的方法,檢測了中國漢族51 例AD 患者和63 例健康對(duì)照者DISC1的甲基化水平,分析其與AD發(fā)生的關(guān)系。
本研究收集了來自寧波第一醫(yī)院和寧波康寧醫(yī)院的散發(fā)性AD患者51例(男性27人,女性24人)和與AD組性別、年齡相匹配的正常對(duì)照63例(男性39人,女性24人)。散發(fā)性AD患者由兩位有經(jīng)驗(yàn)的神經(jīng)內(nèi)科臨床醫(yī)生(CZ 和ZQ)根據(jù)ICD-10、國家神經(jīng)和交流障礙及中風(fēng)-阿爾茨海默病的相關(guān)疾病協(xié)會(huì)標(biāo)準(zhǔn)診斷,結(jié)合患者的病史和家族史、神經(jīng)系統(tǒng)檢查、血液研究、腦成像研究、神經(jīng)心理測試和認(rèn)知篩查測試等方法進(jìn)行判定。所有的對(duì)照人群都沒有任何類型的身體或精神障礙。所有參與者為居住在寧波市的漢族人。本研究經(jīng)寧波大學(xué)倫理委員會(huì)審核批準(zhǔn)。所有參與者或其監(jiān)護(hù)人均已簽署知情同意書。
分別采用雙縮脲法和溴甲酚綠法測定血清總蛋白(total protein,TP)和白蛋白(albumin,ALB)濃度,球蛋白(globulin,GLB)計(jì)算為TP 減去ALB。采用速率法測定谷丙轉(zhuǎn)氨酶(alanine aminotransferase,ALT)、堿性磷酸酶(alkaline phosphatase,ALP)的含量。使用循環(huán)酶法測定總膽汁酸(total bile acid,TBA)和同型半胱氨酸(homocysteine,Hcy) 的水平。采用酶法測糖(glucose,Glu)、甘油三酯(triglyceride,TG)、總膽固醇(total cholesterol,TC)、肌酐(creatinine,CRE)和尿酸(uric acid,UA)含量。使用一步檢測法測定高密度脂蛋白膽固醇(high density lipoprotein cholesterol,HDL-C)水平。通過比濁法測量載脂蛋白A(apolipoprotein A,ApoA)和載脂蛋白B(apolipoprotein B,ApoB)含量。分別采用終點(diǎn)法和膠乳凝集法檢測血清脂蛋白a(lipoprotein A,Lp(a))和C 反應(yīng)蛋白(C-reactive protein,CRP)濃度。使用免疫比濁法檢測載脂蛋白E(apolipoproten E,ApoE)水平。
用核酸提取分析儀(Lab-Aid 820,廈門,中國) 根據(jù)操作規(guī)程從外周血提取DNA。使用Nanodrop 1000測定DNA濃度和純度。通過亞硫酸氫 鈉DNA 轉(zhuǎn) 化 化 學(xué)(EpiTech Bisulfite Kits;Qiagen) 和 聚 合 酶 鏈 式 反 應(yīng)(PCR) 擴(kuò) 增(Pyromark PCR試劑盒;Qiagen)制備DNA。為檢測DISC1甲基化水平,使用Pyromark Q24 儀器進(jìn)行焦磷酸測序分析。用于甲基化定量的PCR 正向引 物:5'-GGGGATTTAGAGAGGTTGTAAAG-3'、反向引物:5'-生物素-CCTAAACTACCTCCTACTCCT-3'和 測 序 引 物:5'-GTTAATGTTGGAAAGGAAAT-3'。
采用SPSS 軟件16.0進(jìn)行統(tǒng)計(jì)學(xué)分析,采用兩獨(dú)立樣本t檢驗(yàn)或Mann-Whitney U秩和檢驗(yàn)來確定AD病例和對(duì)照之間基線數(shù)據(jù)的差異。通過Pearson或Spearman 相關(guān)性檢驗(yàn)評(píng)估DISC1甲基化與代謝特征之間的關(guān)聯(lián)(P<0.05 被認(rèn)為具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義)。
對(duì)DISC1啟 動(dòng) 子 的CpG 島 區(qū) (chr1:231 762 415~231 763 115) 進(jìn) 行 焦 磷 酸 測 序(圖1),共測量2 個(gè)CpG 位點(diǎn),發(fā)現(xiàn)2 個(gè)CpG 位點(diǎn)的甲基化水平之間存在顯著相關(guān)性(r>0.671,P<0.001,表1),因此在隨后的分析中進(jìn)一步測量了2種CpG的平均DNA甲基化。
Fig.1 Correlations among seven promoter CpG sites of DISC1
Table 1 Comparisons of DISC1 methylation levels between cases and controls
本研究共納入51 名AD 患者和63 名對(duì)照。在19 個(gè)臨床特征中(表2),AD 組中ALB、Lp(a)和Hcy 水平均高于對(duì)照組(P=0.04,P=0.000 4,P=0.01);AD 組ALT、HDL-C 和CRP 水平低于對(duì)照組(P=0.04,P=0.000 4,P=0.02)。通過Logistic回歸分析進(jìn)一步證實(shí)Lp(a)升高增加AD 的風(fēng) 險(xiǎn)(OR(95% CI)=19.72 (2.072, 187.693),P=0.009,表3)。
本研究結(jié)果表明,DISC1的兩個(gè)CpG 位點(diǎn)在AD 組均能觀察到顯著的甲基化水平升高(P=0.000 7;P=2.27E-6,表1)。通過ROC 曲線用來評(píng)估診斷能力[15],DISC1啟動(dòng)子甲基化的曲線下面積(ACU) 為0.726 (95% CI:0.626~0.827),靈敏度和特異度分別為0.569和0.869(圖2)。這些結(jié)果表明,DISC1啟動(dòng)子高甲基化可能是AD 潛在的生物標(biāo)志物。運(yùn)用Logistic 回歸分析評(píng)估AD 的風(fēng)險(xiǎn),結(jié)果顯示,DISC1啟動(dòng)子高甲基化增加了AD 的風(fēng)險(xiǎn)(OR(95% CI)=2.403(1.117,5.171),P=0.025,表3)。隨后進(jìn)一步分析DISC1啟動(dòng)子甲基化與患者生化指標(biāo)之間的相關(guān)性(圖3),女性患者中ApoA(r=0.490,P=0.003)與DISC1啟動(dòng)子甲基化呈正相關(guān)(r=0.431,P=0.010);男性患者中Lp(a)與DISC1啟動(dòng)子甲基化呈正相關(guān)(r=0.538,P=1.14E-4)。
Table 2 Characteristics of subjects from cases and controls
Table 3 Logistic regression analysis of the risk of AD
Fig.2 The receiver operating characteristic(ROC)curve analysis of AD
Fig.3 Correlations between biochemical parameters of samples and DISC1 promoter methylation level
本研究分析了AD患者和對(duì)照組DISC1的啟動(dòng)子甲基化水平,以闡明DISC1的啟動(dòng)子甲基化與AD 的關(guān)聯(lián)性,結(jié)果顯示AD 組的甲基化水平顯著高于對(duì)照組。AD的ROC曲線也表明DISC1的啟動(dòng)子高甲基化可以作為AD的潛在生物標(biāo)志物。相關(guān)分析顯示,ApoA 與DISC1的啟動(dòng)子甲基化在女性病例中呈正相關(guān);Lp(a)與DISC1的啟動(dòng)子甲基化在男性病例中呈正相關(guān)。
外周血樣本方便易得,且甲基化水平與腦組織甲基化水平具有良好的一致[16-17]。本研究表明,AD 組的DISC1啟動(dòng)子甲基化程度顯著高于對(duì)照組,DISC1啟動(dòng)子的高甲基化可能會(huì)降低DISC1的表達(dá),進(jìn)而導(dǎo)致AD 發(fā)生。以往的研究表明,在8月齡APP/PS1AD 轉(zhuǎn)基因鼠中,DISC1的表達(dá)下降[13],本研究結(jié)果提示在AD 病人中也存在類似的改變。DISC1 降低參與AD 的可能機(jī)制是,DISC1 下降使BACE1 往溶酶體的轉(zhuǎn)運(yùn)降低,從而導(dǎo)致BACE 1在溶酶體的降解減少[13]。DISC1含有LC3 的結(jié)合位點(diǎn),DISC1 有助于促進(jìn)Aβ 引起的受損線粒體自噬,而DISC1 降低,使線粒體自噬過程受阻,從而引起突觸可塑性損傷和AD認(rèn)知功能障礙[18]。
本研究檢測了19個(gè)生化與AD的關(guān)聯(lián)性,發(fā)現(xiàn)AD 組中ALB、Lp(a)和Hcy 水平均高于對(duì)照組。AD組ALT、HDL-C和CRP水平低于對(duì)照組。血漿Hcy 水平的增加被認(rèn)為是AD 的危險(xiǎn)因素,并且最近的研究已經(jīng)證明Hcy濃度的增加能增加總Tau和磷酸化Tau,并形成Tau 寡聚體,從而增加AD 風(fēng)險(xiǎn)[19]。之前的研究也證實(shí)了中度AD 患者血漿CRP 水平的降低[20]。此外,較低的CRP 水平與較快的認(rèn)知衰退相關(guān)[21]。
為了找出DISC1啟動(dòng)子甲基化與生化指標(biāo)之間的關(guān)聯(lián),本研究還進(jìn)行了相關(guān)分析。結(jié)果顯示,ApoA 水平與女性DISC1啟動(dòng)子甲基化有關(guān),Lp(a)水平與男性DISC1啟動(dòng)子甲基化有關(guān)。ApoA有轉(zhuǎn)運(yùn)膽固醇和調(diào)節(jié)炎癥的作用,并且影響Aβ 聚集和沉積[22],因此ApoA 也被視為神經(jīng)退行性疾病潛在的診斷標(biāo)志物[23];臨床研究結(jié)果證實(shí),Lp(a)血清濃度與AD風(fēng)險(xiǎn)呈非線性關(guān)系顯著相關(guān),可能的原因是Lp(a)血清濃度的升高會(huì)增加腦血管疾病的風(fēng)險(xiǎn)從而間接影響AD的發(fā)?。?4]。
總之,本研究表明,AD 患者DISC1啟動(dòng)子的甲基化水平顯著高于對(duì)照組,外周血DISC1啟動(dòng)子高甲基化是AD 發(fā)生的高風(fēng)險(xiǎn)因素,其可能是AD診斷潛在的生物標(biāo)志物。