常染色体显性遗传性多囊肾病的遗传学发病机制

常染色体显性遗传性多囊肾病的遗传学发病机制

尉春晓

（山东大学附属省立医院

综述

审校

泌尿微创中心，山东

夏庆华

济南250014）

常染色体显性遗传性多囊肾病（autosomal

dominantpolycystickidneydisease，ADPKD）是最常见的单基因遗传性肾病

［1］

该学说的一个直接证据是ADPKD患者

肾脏囊肿上皮细胞中存在Pkd基因的杂合性丢失型研究

（1ossofheterozygosity，LOH）。所谓杂合性缺失（LOH）是一种分子现象，是指某一位点上两个等位基因中的一个缺失。Qian等

［1］

，但是其遗传学发病机

争议较大，存在多种学说。其中制目前尚不明确，

（two-hit）学说，最为著名的是“二次打击”它很好

地解释了为何仅部分肾单位发生囊肿以及ADPKD患者临床表型的差异性。然而，有证据表明——杂合子状态（trans-heterozygous）、单倍剂量齐—

insufficiency）等所致Pkd基因的低表不足（haplo-expression）、Pkd基因的过度表达（over-ex-达（low-pression）和修饰基因（modifiergenes）突变等均可导致囊肿的形成。本文现就ADPKD的遗传学发

病机制综述如下。

1“二次打击”（two-hit）学说

1．1学说的提出病理解剖研究发现，ADPKD患者的肾脏中仅有1%～5%的肾单位形成囊肿。同ADPKD患者家系之间和家系内部成员之间均时，

有明显的表型差异。如果肾脏的每一个细胞均遗那么为什么仅小部分传有相同的原始突变基因，

肾单位形成囊肿呢？

1996年Qian等［1］提出了等位基因体细胞突变“二次打击”（two-hit）学说。他们认为生殖学说，即细胞突变所致的Pkd1杂合子基因只是使受累者发“二次”生易感倾向，并不会导致囊肿形成。只有在

因素如感染、毒素等环境因素影响下，正常的等位基因发生突变（体细胞突变）或缺失，囊肿才会形成。因此，虽然ADPKD是一种常染色体显性遗传病，但是在分子水平上却是一种隐性疾病。1．2学说的证据1．2．1

1型ADPKD的“二次打击”证据及动物模

分析了来自5个

［2］

Pkd1基因突变患者的76个囊肿，发现约17%的囊肿表现为LOH或者体细胞突变。Watnick等变。另外两项研究

［3，4］

研

究发现ADPKD患者的肝脏囊肿中存在体细胞突

同样证实在ADPKD患者肾

囊肿细胞中存在Pkd1基因的杂合性缺失。

Lu等［5］将剪接突变的Pkd1基因转入胚胎干细胞，建立了Pkd1基因突变的转基因小鼠。实验

纯合子小鼠多在胚胎期即死亡，且伴有多囊发现，

肾和肺发育不全等。杂合子小鼠则在出生后9～14个月出现多囊肾和多囊肝，并在一些所检测的囊肿中发现多囊蛋白缺乏。

1．2．22型ADPKD的“二次打击”证据及动物模“二次打击”型研究起初关于学说的研究主要针对1型ADPKD。鉴于1型ADPKD与2型在表型上的相似性，有学者提出该学说是否同样适用于2

［6］

型ADPKD呢？Wu等的研究证实在2型ADP-

KD中同样存在体细胞突变。Pei等［7］提取了来自3名Pkd2基因突变患者54个肾脏和肝脏囊肿中的DNA进行研究。结果有5个囊肿存在杂合性缺另有7个囊肿存在体细胞突变。失，

2000年Wu等［8］建立了两种Pkd2转基因小鼠模型：WS25和WS183。WS25中含有不稳定等

它可以通过基因内或基因位基因（unstableallele），

间重组以及基因倒位等转变为无功能等位基因。

WS183中含有无功能等位基因（nullallele）。

—37—

《泌尿外科杂志（电子版）》2011年第3卷第3期

WS25和WS183杂交后产生一种杂合子模型（Pkd2WS25/－）。结果发现Pkd2－/－小鼠在子其肾单位和胰管中均有囊肿形宫内便发生死亡，

晚期出成。成年Pkd2WS25/－小鼠发生多囊肾，现肾功能衰竭。

2齐———杂合子状态（trans-heterozygous）“二次打击”经典的学说是指单一的Pkd1或Pkd2基因发生二次突变，即生殖细胞突变在Pkd1Pkd2基因的患者，其体细胞突变也在Pkd1基因，Koptides等亦然。然而，

［9］

Pkd1（+/－）小鼠水代谢异常（正平衡），并可引起肾脏集合管细胞内钙离子浓度下降以及水通道蛋

白－2（AQP－2）在顶端膜（apicalmembrane）侧的聚集。这些变化在囊肿形成中具有重要作用。

2009年Morel等［13］首次发现与野生型小鼠相Pkd1（+/－）小鼠在30周龄时其收缩压显著比，升高、腹主动脉的收缩活性升高而舒张活性降低。同时Pkd1（+/－）小鼠主动脉中的钙离子信号降

与钙离子信号通路相关的蛋白浓低而释放增加，

度亦发生了显著改变。这表明Pkd1单倍剂量不

足可导致Pkd1（+/－）小鼠主动脉的细胞内钙离子稳态改变、血管收缩活性增强以及相关蛋白浓度的变化。3．1．2等

［14］

研究证实Pkd1基因和

Pkd2基因的表达产物多囊蛋白1（PC1）和多囊蛋

白2（PC2）协同表达并且相互作用，形成一复合物。同时发现在1型ADPKD患者的囊肿中不仅

而且还有Pkd2基因有Pkd1基因的体细胞突变，

的突变。因此他们认为，带有原始突变的Pkd1基

因失活，而体细胞突变的发生在Pkd1基因或Pkd2基因，从而引起异常复合物的形成。即在ADPKD1患者带有一个原始突变的基础上，再发生Pkd2体——杂合子细胞突变，反之亦然，这样就形成了齐—

状态。绝大多数复合物都含有一个或多个突变的多囊蛋白1或多囊蛋白2分子，仅仅少部分复合物是正常的。这使多囊蛋白不足以支持正常的肾细胞生长和肾脏发育。2002年Wu等

［10］

Pkd2基因单倍剂量不足2003年Qian

研究认为Pkd2单倍剂量不足可细胞内钙离

子调节异常，从而与血管表型有关。Pkd2（+/－）

小鼠血管中多囊蛋白2的表达水平约为野生型的并且颅内血管异常发生率增高。鉴于钙离一半，

子信号通路在细胞外基质收缩、产生和分泌以及可以推测Pkd2单细胞增殖和凋亡中的重要作用，

倍剂量不足在ADPKD囊肿形成中也发挥着重要作用。Chang等

［15］

研究发现在肾脏囊肿形成之

通过小鼠模

——杂合子状态进行了研究。他们首先建型对齐—

然后立了Pkd1（+/－）和Pkd2（+/－）小鼠模型，从而获得了具有将这两种模型的小鼠杂交，

——杂合子状态的新小鼠模型———Pkd1齐—

（+/－）：Pkd2（+/－）。研究发现Pkd1（+/－）：Pkd2（+/－）小鼠较野生型小鼠、Pkd1（+/－）小鼠和Pkd2（+/－）小鼠有更多的囊肿形成，病情更严重。

3Pkd基因的低表达（low-expression）3．1

insufficiency）所谓单单倍剂量不足（haplo-是指一个等位基因突变后，另一个等倍剂量不足，

Pkd2（+/－）小鼠肾脏的增生活性已经明显升前，

高。在ADPKD患者肾脏中，尚未形成囊肿的肾小管的增生指数较正常对照组高出40倍。这表明Pkd2单倍剂量不足可引起囊肿形成之前肾小管细胞增生活性增强。

3．2功能部分缺失性（hypomorphic）Pkd基因除了单倍剂量不足导致的Pkd低表达外，近年来发现通过转基因手段获得功能部分缺失性Pkd基因

从而导致囊肿的纯合子也表现出Pkd的低表达，的形成。

2004年Lantinga-van等［16］在Pkd1基因的内含子1中插入neo基因，使正常Pkd1等位基因突

——Pkd1变为功能部分缺失性Pkd1等位基因—（nl），——Pkd1（nl/从而培育出一种新的小鼠模型—

nl）。该小鼠模型是Pkd1（nl）基因的纯合子。插导致在入的基因序列可使内含子1发生异常剪接，

Pkd1（nl）基因的转录产物中仅15～20%为正常产物。Pkd（nl/nl）小鼠双侧肾脏均形成囊肿，同时伴有胰腺和肝脏管道的扩张以及心血管的异常。在

小鼠的表型与野生型小鼠相同。去除neo基因后，

但这只有正常水平50%的蛋位基因能正常表达，

白质不足以维持细胞正常的生理功能。近年来，研究发现单倍剂量不足在ADPKD的分子发病机制中起重要作用，尤其在血管表现方面3．1．1等

［12］

［11］

。

Pkd1基因单倍剂量不足2006年Ahrabi

Pkd1（+/－）研究发现，与野生型小鼠相比，

小鼠的抗利尿活性明显增高，尿中渗透压增高而血浆渗透压降低。Pkd1单倍剂量不足可导致

—38—

·综

这些结果表明Pkd1剂量的降低足以诱发囊肿形成和血管缺陷的发生。

2006年Jiang等［17］分别在Pkd1基因的内含

neo基因，使正常Pkd1等位子30和34中插入mcl-基因发生突变，从而获得了含突变基因的小鼠纯

然合子模型。该模型的小鼠在出生时表现正常，而生后逐渐出现多囊肾，同时伴有正常多囊蛋白1

的减少。这同样表明Pkd1剂量的降低可导致1型ADPKD囊肿的形成。4

Pkd基因的过度表达（over-expression）

虽然Pkd基因的低表达可导致囊肿的形成，但是在对ADPKD患者肾脏囊肿的研究中发现部分囊肿中存在Pkd基因的过度表达。那么Pkd基因的过度表达能否导致囊肿形成呢？

2000年Pritchard等［18］通过在小鼠基因组中导入完整的Pkd1基因和TSC2基因，建立了新的小鼠模型。这些小鼠均可表达正常的多囊蛋白1，而且为过度表达。同时部分转基因小鼠表现为多囊肾，并伴有肝囊肿和胆管的增生。这表明Pkd1基因的过度表达同样会导致囊肿的形成。2006年Thivierge等［19］同样利用转基因小鼠模型证实Pkd1基因的过度表达同样会导致囊肿的形成。5修饰基因（modifiergene）突变

在囊肿形成中，修饰基因同样发挥着重要作用。研究表明TSC2基因和Pkd1基因的联合突变可导致肾脏囊肿形成，而且发病或者联合缺失，

早，病情重。这提示这两个基因的表达产物之间。具有协同作用

2009年Hartman等［23］研究发现TSC1（－/－）和TSC2（－/－）小鼠胚胎成纤维细胞（MEFs）较野生型含有更多的初级纤毛，并且纤毛的长度比野生型胚胎成纤维细胞的纤毛增加约17%～27%。2009

［24］

年Bonnet等利用转基因小鼠模型研究发现TSC2基因和Pkd1基因的表达产物可以调节初级纤毛的

TSC2（+/－）和Pkd长度，并且在TSC1（+/－）、（+/－）小鼠的囊肿前肾小管和肝脏胆管细胞中存

在细胞极性的改变。由于在ADPKD囊肿形成中异常的初级纤毛发挥着重要作用，这提示TSC基因可能通过影响纤毛来诱发囊肿的形成。

［20－22］

述·

basisoffocalcystformationinhumanautosomaldominantpolycystickidneydiseasetype1［J］．Cell，1996，87：979－987．

［2］WatnickTJ，TorresVE，GandolphMA，etal．Somatic

mutationinindividuallivercystssupportsatwo-hitmodelofcystogenesisinautosomaldominantpolycystickidneydisease［J］．MolCell，1998，2：247－251．

［3］BrasierJL，HenskeEP．Lossofthepolycystickidneydis-ease（PKD1）regionof16p13inrenalcystcellssupportsaloss-of-functionmodelforcystpathogenesis［J］．JClinInvest，1997，99：194－199．

［4］KoptidesM，ConstantinidesR，KyriakidesG，etal．Loss

ofheterozygosityinpolycystickidneydiseasewithamis-．HumsensemutationintherepeatedregionofPKD1［J］Genet，1998，103：709－717．

［5］LuW，PeisselB，BabakhanlouH，eta1．Perinatallethal-itywithkidneyandpancreasdefectsinmicewithatarget-J］．NatGenet，1997，17：160－161．tedPkdlmutation［

［6］WuG，D'AgatiV，CaiY，etal．Somaticinactivationof

．Cell，PKD2resultsinpolycystickidneydisease［J］1998，93：177－188．

［7］PeiY，WatnickT，HeN，etal．SomaticPKD2mutations

inindividualkidneyandlivercystssupporta“two-hit”modelofcystogenesisintype2autosomaldominantpoly-．JAmSocNephrol，1999，10：cystickidneydisease［J］1524－1529．

［8］WuG，MarkowitzGS，LiL，etal．Cardiacdefectsand

renalfailureinmicewithtargetedmutationsinPkd2［J］．2000，4：75－78．NatGenet，

［9］KoptidesM，MeanR，DemetriouK，etal．Geneticevi-denceforatrans-heterozygousmodelforcystogenesisinautosomaldominantpolycystickidneydisease［J］．HumMolGenet，2000，9：447－452．

［10］WuG，TianX，NishimuraS，etal．Trans-heterozygous

Pkd1andPkd2mutationsmodifyexpressionofpolycystickidneydisease［J］．HumMolGenet，2002，11：1845－1854．

［11］TorresVE，HarrisPC，PirsonY．Autosomaldominant

polycystickidneydisease［J］．1287－1301．

［12］AhrabiAK，TerrynS，ValentiG，etal．PKD1haploin-sufficiencycausesasyndromeofinappropriateantidiure-sisinmice［J］．JAmSocNephrol，2007，18：1740－1753．

［13］MorelN，VandenbergG，AhrabiAK，etal．PKD1hap-loinsufficiencyisassociatedwithalteredvascularreactivi-tyandabnormalcalciumsignalinginthemouseaorta

Lancet，2007，369：

参考文献

［1］QianF，WatnickTJ，OnchicLF，eta1．Themolecular

—39—

《泌尿外科杂志（电子版）》2011年第3卷第3期［J］．PflugersArch，2009，457：845－856．

［14］QianQ，HunterLW，LiM，etal．Pkd2haploinsufficien-cyaltersintracellularcalciumregulationinvascularsmoothmusclecells［J］．HumMolGenet，2003，12：1875－1880．

［15］ChangMY，ParkerE，IbrahimS，etal．Haploinsuffi-ciencyofPkd2isassociatedwithincreasedtubularcellproliferationandinterstitialfibrosisintwomurinePkd2J］．NephrolDialTransplant，2006，21：2078－models［2084．

［16］Lantinga-vanLeeuwenIS，DauwerseJG，BaeldeHJ，et

al．LoweringofPkd1expressionissufficienttocausepolycystickidneydisease［J］．HumMolGenet，2004，13：3069－3077．

［17］JiangST，ChiouYY，WangE，etal．Definingalink

withautosomal-dominantpolycystickidneydiseaseinmicewithcongenitallylowexpressionofPkd1［J］．AmJPathol，2006，168：205－220．

［18］PritchardL，Sloane-StanleyJA，SharpeJA，etal．Ahu-manPKD1transgenegeneratesfunctionalpolycystin-1inmiceandisassociatedwithacysticphenotype［J］．Hum

MolGenet，2000，9：2617－2627．

［19］ThiviergeC，KurbegovicA，CouillardM，etal．Overex-．pressionofPKD1causespolycystickidneydisease［J］MolCellBiol，2006，26：1538－1548．

［20］OngAC，HarrisPC．MolecularpathogenesisofADPKD：

thepolycystincomplexgetscomplex［J］．KidneyInt，2005，67：1234－1247．

［21］PersuA，DuymeM，PirsonY，etal．Comparisonbe-tweensiblingsandtwinssupportsaroleformodifiergenesinADPKD［J］．KidneyInt，2004，66：2132－2136．［22］FainP，McFannKK，TaylorM，etal．Modifiergenes

playasignificantroleinthephenotypicexpressionofPKD1［J］．KidneyInt，2005，67：1256－1267．

［23］HartmanTR，LiuD，ZilfouJT，etal．Thetuberousscle-rosisproteinsregulateformationoftheprimaryciliumviaarapamycin-insensitiveandpolycystin1-independentpathway［J］．HumMolGenet，2009，18：151－163．［24］BonnetCS，AldredM，vonRuhlandC，etal．Defectsin

cellpolarityunderlieTSCandADPKD-associatedcysto-genesis［J］．HumMolGenet，2009，18：2166－2176．

（收稿日期：2011－8－15）

狄诺塞麦（Denosumab）显著降低

前列腺癌患者骨折风险

2010年5月，Amgen公司开发的狄诺塞麦（Denosumab/prolia）获得欧盟委员会批准，用

狄诺塞麦获得美国FDA的批于治疗肿瘤和肿瘤转移导致的骨相关事件（SRE）。同年6月，

准，获准的适应证为：①用于增加因患有乳腺癌正在接受芳香酶抑制剂治疗而处在骨折高风险的妇女的骨质；②用于增加因患有前列腺癌正在接受趋势疗法而处在骨折高风险的男性的骨质。狄诺塞麦是一种人源化的单克隆抗体类生物制剂。该药以RANK配体（破骨细胞的一个关键调控因子，是骨吸收过程中必需的信号物质）为靶点，减缓骨吸收过程，从而有效降低骨折发生的风险，用于前列腺癌治疗。一项随机、安慰剂对照的多中心Ⅲ期研究，对比了安慰剂和狄诺塞麦对于延长正在接受雄激素剥夺治疗的非转移性前列腺癌患者的治疗效果。有1432名激素难治性（去势抵抗性）、前列腺特异抗原（PSA）水平急剧升高，且无骨转移的前列腺癌患者被纳入该研究。研究的主要终点是首次出现骨转移的时间或任何原因导致的死亡时间，次要终点包括骨转移的首次出现（不含死亡）时间和总生存期。研究数据显

与安慰剂组相比，狄诺塞麦显著延长患者的平均无骨转移生存期达4．2个月；狄诺塞麦示，

还显著推迟了患者的首次骨转移时间达3．7个月，并减少了有症状的骨转移风险达33%。此外，接受狄诺塞麦治疗的前列腺癌患者的腰椎、髋部、股骨颈的BMD显著高于安慰剂组，其新椎体骨折率也显著低于安慰剂组。

《泌尿外科杂志（电子版）》编辑部

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