線粒體DNA點突變有關的中國大家族母系遺傳性高血壓研究

孫俊芳, 高進遼, 李宗斌, 藍云峰, 楊 潔, 李 泱, 劉昱圻

?

線粒體DNA點突變有關的中國大家族母系遺傳性高血壓研究

孫俊芳, 高進遼, 李宗斌, 藍云峰, 楊 潔, 李 泱, 劉昱圻*

（解放軍總醫院老年心血管病研究所, 北京 100853）

研究具有母系遺傳性特點的原發性高血壓中國大家系臨床與遺傳學特點。對入選的1865例原發性高血壓患者進行線粒體DNA測序分析，發現線粒體DNA點突變，對其進行家系隨訪，收集該家系成員臨床資料進行分析，分析其遺傳學特點。該家系中母系成員高血壓患病率高達55.6%，非母系成員高血壓患病率15.6%（＜0.01）；母系成員高血壓發病年齡有提前的趨勢[Ⅱ代（62.0±6.2）歲；Ⅲ代（46.3±5.8）歲；Ⅳ代（23.3±2.9）歲]母系成員血糖、總膽固醇、血鈉明顯高于非母系成員（＜0.05），而超聲結果沒有明顯差異；遺傳學分析發現母親患病子代發病率明顯高于父親患病者（＜0.05），男女發病率沒有差異（＞0.05）；該家系母系成員高血壓發病率明顯高于非母系成員，該家系符母系遺傳特點，高血壓發病與線粒體DNA突變有關，提示線粒體DNA突變可能與母系遺傳性高血壓發病有關，在高血壓發病中發揮重要作用。

母系遺傳; 線粒體DNA; 原發性高血壓; 突變

線粒體病是線粒體突變的積累，導致線粒體氧化磷酸化功能受損，細胞功能下降[1]。線粒體DNA（mitochondrial DNA，mtDNA）突變可以累及腦、心臟、骨骼肌、腎臟和內分泌等多種器官，目前認為許多老年性疾病與mtDNA突變有關，如Alzheimer癥[2]、帕金森氏病[3]等。目前已發現多種線粒體疾病，有確切母系遺傳特征，如Leber遺傳性視神經病變[4]、非胰島素依賴性糖尿病[5]等。

高血壓發病率逐年增高，與冠心病、腦卒中、心力衰竭和腎功能障礙密切相關，是導致心源性死亡的重要危險因素之一。高血壓是多種環境與遺傳因素共同作用的結果，遺傳因素占發病的30%～50%。臨床發現高血壓具有家族聚集傾向，其中一些具有明顯母系遺傳特點[6]。

有研究發現高血壓患者突變的mtDNA明顯高于正常人群[7]。本實驗通過研究帶有mtDNAA4263G點突變的母系遺傳原發性高血壓家系，對該家系成員臨床特點進行分析，結果發現母系成員高血壓發病率明顯高于非母系成員，而且高血壓發病年齡有提前的趨勢。

1 對象與方法

1.1 研究對象

本實驗先證者居住在北京市，該家系其他成員居住在山西省洪桐縣。對該家系5代104人進行研究（見圖1）。按照解放軍總醫院倫理委員會管理規定的方法得到受訪者的知情同意并簽署知情同意書。對家系成員的一般情況和血壓進行測量和統計，對其中42人進行全身體格檢查、采血進行生化和心臟超聲檢查。

1.2 mtDNA PCR序列分析

此項工作在美國辛辛那提大學兒童醫院人類遺傳實驗室完成。

1.3 血壓等臨床情況

對家系成員一般情況，包括性別、年齡、民族、身高、體質量等進行詳細問卷調查。采用間接測量法測量血壓，讓家系成員在測量血壓前靜坐5min，安靜狀態下測量3次取平均值。對于3次血壓≥140/90mmHg（1mmHg＝0.133kPa）或者口服降壓藥物患者診斷為高血壓。對本次檢查首次診斷高血壓患者詳細詢問病史、全身體格檢查并進行動態血壓監測以除外繼發性高血壓。

1.4 生化指標測量

對該家系成員中的42人在簽署知情同意書后采血進行生化檢查，檢查包括血糖、血脂、肝腎功能、鉀、鈉、氯等。

1.5 心臟超聲檢查

對該家系成員進行超聲心動圖檢查，包括室間隔厚度、左室舒張末內徑、左室后壁厚度、舒張早期充盈速度（E峰）、舒張晚期充盈速度（A峰）、等容舒張時間、左室射血時間、升主動脈內徑、左房內徑、左室收縮末內徑、右室內徑、收縮末期容量、每搏輸出量、縮短分數、射血分數和右房內徑。

1.6 統計學處理

所有資料均采用SPSS11.0進行統計學分析。計量資料采用Mean±SD表示，兩組間均數的比較采用獨立檢驗，計數資料采用卡方檢驗。以＜0.05認為差異具有統計學意義。

2 結 果

2.1 臨床情況

先證者是一名49歲女性，一年前體檢時發現高血壓，當時血壓140/90mmHg，無癥狀。平時血壓波動在130～140mmHg/80～90mmHg。未服降壓藥物，通過控制食鹽攝入量、適當運動等改變生活方式可以使血壓控制在正常范圍內。否認吸煙、飲酒，否認高鹽、高脂飲食。血生化和心臟超聲結果正常。其母親及2姐1弟現居住在北京市。母親68歲時診斷為原發性高血壓，血壓150/90mmHg，口服非洛地平（鈣離子拮抗劑類）治療，血壓波動在130～150mmHg/70～80mmHg。其中一姐本次體檢時測血壓140/90mmHg，無癥狀。

圖1 母系遺傳大家系圖譜

Figure 1 The Chinese pedigree with hypertension

箭頭表示先證者, 涂為黑色表示患有高血壓病,*表示心臟超聲顯示心肌肥厚

其母系家族成員大部分居住在山西省洪桐縣。先證者母親的2個兄弟和1個姐姐本次體檢時發現患有高血壓。對家系母系成員血壓情況，包括檢測時間、發病年齡、血壓等進行統計（表1）。

表1 母系成員臨床資料及血壓情況

注: 1mmHg=0.133kPa。表中“—”代表該成員沒有高血壓

該家系母系成員共27人，除去先證者的外祖母已過世，共26人，參加本次研究的母系成員共23人，另外3人因各種原因未能參加全身查體、血生化和心臟超聲檢查。研究結果發現母系成員中高血壓患病率高達55.6%，非母系成員高血壓患病率15.6%，兩組發病率比較（＝0.002），差異具有統計學意義（＜0.01，表2）。

表2 母系成員與非母系成員高血壓發病率比較

注: 與非母系成員比較,**＜0.01

我們對參加研究的母系成員收縮壓、舒張壓及高血壓發病年齡進行分析，結果發現第Ⅱ代高血壓平均發病年齡為（62.0±6.2）歲，第Ⅲ代平均發病年齡為（46.3±5.8）歲，第Ⅳ代平均發病年齡為（23.3±2.9）歲，高血壓發病年齡有逐漸提前的趨勢（表3）。另外，對研究的4代母系成員收縮壓、舒張壓進行統計分析。結果發現，第Ⅱ代平均收縮壓＞140mmHg，Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ代收縮壓有下降趨勢（＞0.05）；而平均舒張壓第Ⅲ代最高，其次第Ⅳ代、第Ⅱ代，第Ⅴ代最低（＞0.05）。

表3 母系成員高血壓發病年齡和血壓比較

注: 1mmHg＝0.133kPa。表中“—”代表該成員沒有高血壓

2.2 遺傳學分析

對母系成員患高血壓外顯率和表現度進行統計分析（表4），結果發現該家系成員患高血壓外顯率隨著年齡的增長逐漸增加；高血壓表現度顯示年齡越高收縮壓增高越明顯，而舒張壓第Ⅲ代表現最明顯，然后依次是第Ⅳ、Ⅱ、Ⅴ。

表4 母系成員高血壓外顯率和表現度分析

為了鑒別幾種不同遺傳方式，包括常染色體隱性遺傳、常染色體顯性遺傳、X-連鎖、線粒體遺傳，我們對圖1進行了詳細的分析。孟德爾遺傳方式或X-連鎖可以基本除外，（1）如果是常染色體遺傳，患有高血壓的父親傳給下一代和患有高血壓的母親傳給下一代的幾率應該相同。而該家系母親患有高血壓者下一代患高血壓的幾率明顯高于單純父親患高血壓者和父親及配偶患高血壓者。（2）X-連鎖隱性遺傳，家系直系親屬中男性患病率要明顯高于女性，但該家系男女沒有明顯差異。（3）X-連鎖顯性遺傳，家系中父親患病，女兒一定患有高血壓，但該家系父親患病的，女兒都沒有發病。該家系中母親患有高血壓子代24人中有14人患有高血壓，父親患有高血壓子代22人中4人患有高血壓（＜0.05），而這4人中3人母親也患有高血壓。該家系具有明顯母系遺傳特點，這有兩種可能，一種是遺傳印記，一種是線粒體DNA遺傳，如果是遺傳印記，患高血壓的母親后代發生高血壓的幾率應該小于或等于50%，而該家系中母親患有高血壓子代24人中有14人患有高血壓（56%），因此可以除外遺傳印記的可能，那么該家系最可能的遺傳方式就是mtDNA遺傳[9]。

2.3 血生化檢測

對參加本研究的42名患者采血進行生化檢查，檢查項目包括空腹血糖、肝腎功能、血脂、鉀、鈉、氯、蛋白等指標（圖2）。結果發現母系成員與非母系成員比較血糖、總膽固醇、血鈉差異有統計學意義（＜0.05）。

2.4 超聲心動圖檢查

對42名參加研究的家系成員進行超聲心動圖檢查，結果顯示母系成員與非母系成員超聲各項指標沒有明顯差異（＞0.05，圖3）。

3 討 論

本研究發現參加mtDNA序列分析的母系成員都攜帶mtDNA點突變，對這些母系成員進行分析發現，高血壓發病率高達55.6%，而非母系成員高血壓發病率15.6%。兩組在環境背景相近的情況下，考慮造成這種差異的主要原因是遺傳因素，提示該家系成員高血壓發病與mtDNA突變有關。另外，發現4代母系成員高血壓發病年齡有逐漸提前趨勢，從第Ⅱ代的62歲提前到第Ⅳ代的23.3歲，在遺傳學上這種現象稱之為遺傳早現（anticipation），這種現象是否與突變的mtDNA量有關還是一種普遍存在的現象有待于進一步研究。本試驗還發現一個有趣的現象，該家系母系成員Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ代收縮壓逐漸降低，其中年齡可能是主要的影響因素，但第Ⅲ代舒張壓明顯高于第Ⅱ代，不能用年齡因素來解釋，提示線粒體DNA點突變可能在其中重要發揮作用。

圖2 母系成員與非母系成員血生化比較

Figure 2 Biochemical test of maternal and non-maternal members

A: 兩組總膽固醇比較; B: 兩組血鉀比較; C: 兩組血糖比較; D: 兩組血鈉比較

圖3 母系成員與非母系成員超聲心動圖比較

Figure 3 Echocardiogram comparison between maternal and non-maternal members

A: 兩組室間隔厚度比較; B: 兩組左室后壁比較; C: 兩組射血分數比較

西方發達國家高血壓發病率在20%以上，我國略低，但近年呈增加趨勢，目前我國人群高血壓的知曉率為30%，治療率為25%，控制率僅為6%。高血壓是環境因素與遺傳因素共同作用的結果。胎兒時期的一些環境因素作用，在孩子出生后即使糾正也不能改變高血壓的發生，已經出現持久的疾病標記，目前國際公認的肥胖、高鹽飲食、酗酒等因素與高血壓發病密切相關[8]。高血壓有明顯遺傳傾向，流行病學調查研究發現高血壓有明顯的家族聚集傾向，父母雙方都有高血壓者較一方有高血壓或雙親無高血壓者發病率要明顯增高。高血壓是一種多基因疾病，目前研究主要集中在核基因在高血壓發病的作用。但臨床工作中發現某些高血壓發病呈母系遺傳特點，母親有高血壓者，孩子也患有高血壓，而父親患高血壓不傳給子代，提示這些高血壓發病可能與mtDNA變異有關。有研究報道美國黑人高血壓伴有終末腎功能不全者[6]線粒體ND3基因上的A10398G點突變和CO1基因上的 T6620C/G6260A 雙點突變發生率明顯高于對照組。

mtDNA突變在高血壓發病中的作用機制尚不清楚，推測可能與線粒體能量合成障礙[10]、線粒體氧自由基（reactive oxygen species, ROS）[11]、線粒體誘導細胞凋亡[12]有關。由于mtDNA突變導致線粒體功能障礙，氧利用下降，能量合成減少，ATP下降，導致細胞內肌漿網上的Ryr受體激活，鈣離子大量釋放，同時肌漿網攝鈣是一個主動耗能過程，ATP減少導致肌漿網攝鈣能力下降，胞漿內鈣離子增加，細胞收縮；線粒體氧化磷酸化障礙導致ROS生成增加，GSH/GSSG和NADH/NAD+比值下降，細胞內鈣庫釋放鈣離子進入胞漿導致細胞收縮；線粒體外膜的電壓依賴陰離子通道（voltage dependent anion channel，VDAC）[13]與Bcl家族促凋亡與抗凋亡蛋白結合調節細胞凋亡與增殖，在mtDNA突變時ROS增加，VADC與Bcl家族蛋白中的Bcl-2抗凋亡蛋白結合導致細胞增殖，血管發生重構[14]，最終導致高血壓發生。

目前關于原發性高血壓于mtDNA突變的報道還很少，哪些mtDNA突變是高血壓遺傳標記或候選基因還不清楚。另外，高血壓發病機制尚不十分清楚，mtDNA突變及其與核DNA（nDNA）相互作用在高血壓發病中的作用還不清楚?？傊?，mtDNA突變在高血壓疾病發生中的作用及病理生理機制等還有很多未知的領域等待我們去探索。

[1] Li X, Guan MX. A human mitochondrial GTP binding protein related to tRNA modification may modulate the phenotypic expression of the deafness- associated mitochondrial 12S rRNA mutation[J]. Mol Cell Biol, 2002, 22(21): 7701-7711.

[2] Hutchin T, Cortopassi G. A mitochondrial DNA clone is associated with increased risk for Alzheimer disease[J]. Proc Natl Acad Sci U S A, 1995, 92(15): 6892-6895.

[3] Bender A, Krishnan KJ, Morris CM,. High levels of mitochondrial DNA deletions in substantia nigra neurons in aging and Parkinson disease[J]. Nat Genet, 2006, 38(5): 515-517.

[4] Wallace DC, Singh G, Lott MT,. Mitochondrial DNA mutation associated with Leber's hereditary optic neuropathy[J]. Science, 1988, 242(4884): 1427-1430.

[5] Gerbitz KD, Paprotta A, Jaksch M,. Diabetes mellitus is one of the heterogeneous phenotypic features of a mitochondrial DNA point mutation within the tRNALeu(UUR) gene[J]. FEBS Lett, 1993, 321(2-3): 194-196.

[6] Watson B Jr, Khan MA, Desmond RA,. Mitochondrial DNA mutations in black Americans with hypertension- associated end-stage renal disease[J]. Am J Kidney Dis, 2001, 38(3): 529-536.

[7] 劉玲玲, 譚端軍, 徐 斌, 等. 原發性高血壓遺傳機制研究: 全線粒體基因變異掃描分析[J]. 中國臨床康復, 2004, 8(12): 2271-2273.

[8] Beilin LJ, Puddey IB, Burke V. Lifestyle and hypertension[J]. Am J Hypertens, 1999, 12(9 Pt 1): 934-945.

[9] Baracca A, Sgarbi G, Mattiazzi M,. Biochemical phenotypes associated with the mitochondrial ATP6 gene mutations at nt8993[J]. Biochim Biophys Acta, 2007, 1767(7): 913-919.

[10] Lee HC, Wei YH. Oxidative stress, mitochondrial DNA mutation, and apoptosis in aging[J]. Exp Biol Med (Maywood), 2007, 232(5): 592-606.

[11] Ide T, Sunagawa K. ROS and disorder of mitochondrial DNA[J]. Nippon Rinsho, 2007, 65(Suppl 4): 238-242.

[12] Eisenberg T, Buttner S, Kroemer G,. The mitochondrial pathway in yeast apoptosis[J]. Apoptosis, 2007, 12(5): 1011-1023.

[13] Galluzzi L, Kroemer G. Mitochondrial apoptosis without VDAC[J]. Nat Cell Biol, 2007, 9(5): 487-489.

[14] Gurbanov E, Shiliang X. The key role of apoptosis in the pathogenesis and treatment of pulmonary hypertension[J]. Eur J Cardiothorac Surg, 2006, 30(3): 499-507.

（編輯: 周宇紅）

Maternally inherited hypertension is associated with mitochondrial DNA point mutation in a large Chinese family

SUN Jun-Fang, GAO Jin-Liao, LI Zong-Bin, LAN Yun-Feng, YANG Jie, LI Yang, LIU Yu-Qi*

(Institute of Geriatric Cardiology, Chinese PLA General Hospital, Beijing 100853, China)

To investigate the clinical and genetic characteristics of a large Chinese family with maternally inherited hypertension.The mitochondrial DNA point mutation was detected by sequence analysis in 1865 patients with essential hypertension. Then the families were followed up, and the clinical data were collected for statistical analysis.The morbidity of hypertension in the maternal members was up to 55.6%, while that of the non-maternal members was only 15.6% (＜0.01). The onset age of hypertension tended to be younger [from (62.0±6.2) years old for the second generation, (46.3±5.8) years old for the third generation, and to (23.3±2.9) years old for the forth generation]. The serum levels of blood glucose, total cholesterol and sodium in maternal members were significantly higher than those of non-maternal members (＜0.05). The results of echocardiogram had no difference between the maternal and non-maternal groups. Genetic analysis of this family showed that the morbidity of hypertension offspring of affected mother was higher than those of affected father (＜0.05), but no difference was seen between male and female members with hypertension (＞0.05).The morbidity of hypertension is higher in maternal members than in non-maternal members. Genetic analysis shows that it is a family with maternally inherited hypertension, which may be related with mitochondrial DNA point mutation. Our findings suggest that mitochondrial DNA mutation may be associated with maternally inherited hypertension, and play an important role in the incidence of hypertension.

maternally inherited; mitochondrial DNA; essential hypertension; mutation

(81100186/H0214).

R592; R544.1

A

10.3724/SP.J.1264.2013.00090

2013-04-18;

2013-05-06

國家自然科學基金青年項目（81100186/H0214）

劉昱圻, Tel: 010-55499489, E-mail: ametuofo980869@163.com