基因拷貝數變異與原發性高血壓的關系

王學成 王娟

高血壓是最常見的心血管疾病，2019 年全球僅30～79 歲高血壓患者人數就已超過12.7 億[1]。高血壓根據病因是否明確可分為原發性高血壓和繼發性高血壓。原發性高血壓又稱為特發性高血壓，呈高度異質性，臨床上多見，目前病因尚不明確，一般認為與遺傳易感性和多種后天環境因素有關[2]，可引起心、腦、腎等靶器官損傷甚至死亡。原發性高血壓常見的危險因素包括高鈉攝入、高脂血癥、糖尿病、煙酒嗜好、胰島素抵抗等。

基因拷貝數變異（CNV）是長度為1 kb 至3 Mb 的DNA 片段變異，包括缺失、插入、重復、重排、倒位等，是人類基因組最常見的結構變異類型，覆蓋12%的人類基因組[3]。當發生頻率＞1%時，又稱為拷貝數目多態（CNP）[4]。CNV 覆蓋的核苷酸總數遠遠超過單核苷酸多態性（SNP），是基因遺傳變異的重要形式[3]。高血壓相關基因變異研究側重于SNP 分析，近年來高血壓的遺傳研究不斷發展，CNV 被認為可能在高血壓發生發展中起重要作用。

1 動物模型CNV與高血壓的相關研究

自發性高血壓（SHR）大鼠是目前最常用的高血壓動物模型，而正常血壓WKY 大鼠是最常用的對照模型[5]。Charchar 等[6]基于全基因組序列對SHR 大鼠及WKY 大鼠進行了比較基因組雜交分析，識別出SHR 大鼠的16 個基因CNV，分別為6 個基因拷貝數減少和10 個基因拷貝數增加，部分基因座與血壓調節有關。研究還發現SHR 與WKY 雜交后產生的F2 代個體也出現血壓明顯升高，與Egln1基因的拷貝數增加相關。結果提示SHR 大鼠的基因CNV 可能與高血壓的患病風險和特點有關。該研究雖未證實CNV 與高血壓存在確定的因果關系，但在動物實驗中得出二者可能相關的結論，為人類高血壓相關基因CNV 研究奠定了一定的基礎。

2 高血壓相關基因CNV研究

2.1 內皮素基因的CNV

內皮素是主要由血管內皮細胞分泌的激素，可導致外周血管收縮，血壓升高[7-8]。Sun 等[9]分析人類基因組單型圖受試者（包括90 名亞洲人、60 名高加索人和60 名非洲人）轉化B 淋巴細胞的基因表達譜，研究全基因組CNV 與內皮素系統中7 個基因表達水平的關系，最終發現4 個CNV 與基因表達相關，其中6 號染色體上長度為66 kb 的CNV與內皮素-1 表達明顯相關。

2.2 肥胖相關基因的CNV

肥胖是與高血壓密切相關的重要危險因素[10]，CNV 可能是導致肥胖等常見疾病的遺傳缺陷[11]。Zhao 等[12]對2 個非裔美國人群分別進行全基因組CNV 關聯研究，并在每項研究中進行獨立且相同的關聯分析，最后匯總結果進行meta 分析，確定3 個與肥胖相關的CNV，分別為CNP11162、CNP10809、CNP11421，這 些CNV 與PARK2、GYPA和SGCZ基因重疊，進一步證實肥胖與CNV相關。

2.3 左室肥厚相關基因的CNV

左室肥厚（LVH）是心血管疾病發病率和死亡率的獨立危險因素，也是高血壓患者心血管不良結局的有力預測因子[13]。流行病學調查顯示近1/3 的高血壓患者合并LVH。Boon-peng 等[14]采用高分辨率SNP 序列分析，在258 例高血壓患者（其中95 例高血壓患者合并LVH）中發現了CNV，其中208 個罕見特有的CNV 僅存在于高血壓相關的LVH 患者中。該研究表明，多個罕見的CNV 可能與高血壓相關LVH 的發病密切相關。

2.4 線粒體DNA的CNV

線粒體是細胞內負責能量代謝的細胞器，其內部含有母系遺傳的DNA[15]。當線粒體出現功能障礙時，線粒體DNA 的拷貝數可能發生相應變異[16]。代謝綜合征是包括高血壓、胰島素抵抗、血脂異常在內的代謝紊亂癥候群[17]。部分研究發現線粒體DNA 拷貝數減少可能與代謝綜合征有關。Fazzini 等[18]假設上述結論成立，測定德國慢性腎臟病研究的4 812 例中度慢性腎臟病患者以及南蒂羅爾衛生合作研究的9 364 名受試者全血中的線粒體DNA 拷貝數，分析其與代謝綜合征以及2 型糖尿病的關聯，結果顯示線粒體DNA 拷貝數與代謝綜合征以及2 型糖尿病發病風險呈負相關，同時提示線粒體DNA 的CNV 主要通過影響腰圍和體重指數，增加上述疾病的發病風險。

3 特定高血壓人群CNV相關性研究

3.1 妊娠期女性的基因CNV

妊娠期高血壓疾病是最常見的妊娠綜合征，主要包括妊娠高血壓、子癇前期、子癇等疾病[19]，非侵入性產前檢查技術有助于早期診斷該疾病從而改善預后。Wu 等[20]利用非侵入性產前檢查技術在3 890 例不伴妊娠綜合征孕婦和441 例伴有妊娠綜合征孕婦中檢測亞染色體CNV，其中妊娠高血壓28 例。結果識別出3 處重復及1 處缺失的亞染色體CNV 與妊娠高血壓發病風險高度相關。對存在于上述4 個區域的494 個基因進行基因顯著性功能分析，發現最顯著的基因是原鈣黏蛋白家族。原鈣黏蛋白基因位于5 號染色體的5q31 區，有3 個基因簇α、β、γ，被認為與血管生成有關。此研究雖未明確具體機制，但為進一步研究妊娠高血壓與基因CNV 的關系提供了線索。

3.2 系統性紅斑狼瘡患者的C4B基因CNV

兒童紅斑狼瘡動脈粥樣硬化預防（APPLE）研究選擇221 例童年期發病的系統性紅斑狼瘡（SLE）患者進行臨床研究，旨在評估阿托伐他汀治療能否減慢此類患者的動脈粥樣硬化進展。2019 年Mulvihill 等[21]利用APPLE 生物庫和試驗數據研究補體與童年期發病的SLE 患者的動脈粥樣硬化之間的關聯，該試驗利用TaqMan 實時熒光定量PCR 和蛋白質印跡技術對C4、C4A和C4B基因拷貝數與頸動脈中膜厚度進行回歸分析。C4 補體水平與總C4 基因拷貝數明顯相關，與無高血壓組相比，高血壓組患者血漿中C4 和C3 補體水平顯著升高。C4B基因拷貝數≥2 個的患者在接受他汀類藥物治療后，頸動脈中膜厚度增加速度明顯減慢，動脈粥樣硬化明顯改善。該研究證明C4 基因拷貝數與補體水平明顯相關，C4B基因拷貝數≥2 個的患者高血壓患病風險增高。這為進一步研究補體相關基因與動脈粥樣硬化、高血壓發生發展的關系提供了思路。

3.3 非裔美國人的CNV研究

非裔美國人作為獨特的種族，缺乏基于人口的遺傳研究。Wineinger 等[22]在高血壓遺傳流行病學網絡中的451 個家庭中選取446 名無血緣關系的非裔美國人，使用Affymetrix6.0 陣列等檢測方法，共識別出11 070 個長度大于10 kb 的CNV，確定了1 541 個特定的CNV 區域，其中309 個CNV 與基因變異數據庫不重合。雖然該研究無法確定這些CNV 區域的潛在病理意義，但發現STK39 和SLCO4C1 基因與高血壓有關。

3.4 中老年人CNV的相關研究

目前對于中老年人基因的CNV 研究甚少。Crawford 等[23]將英國生物銀行內381 452 名40～69 歲的英國白人和愛爾蘭白人的DNA 進行基因分型，篩選出54 個CNV 進行回歸分析，評估CNV 與58 種常見的臨床表型風險的相關性。結果表明絕大多數的CNV 與臨床疾病以及死亡風險顯著相關。在將假發現率閾值定為0.1 時，46 個CNV 表型關聯研究提示，存在相關CNV 時，臨床疾病發病風險增加，其中3 個CNV（16p13.11dup、16p12.1del，16p11.2del）與高血壓表型明顯相關。該研究有助于臨床管理高血壓相關致病性CNV 攜帶者，為進一步研究高血壓的病理機制提出了新的方向。

4 高血壓相關CNV研究技術進展

4.1 CNV的定量測定

一直以來準確測量DNA 拷貝數是技術上的難題。Marques 等[24]對維多利亞家庭心臟研究中的白種人行微滴式數字PCR（ddPCR）核酸定量檢測，包括極高收縮壓組96 例和極低收縮壓組92 例，調整年齡、體重指數和性別后，發現染色 體1p13.2 esv27061 和esv2757747 的CNV 缺 失明顯增加，這些CNV 與SNP rs2932538 重疊，而SNP rs2932538 此前被認為與高血壓相關。而在極高收縮壓組中，位于20 號染色體的CNV dgv1306e1區域有3 個DNA 拷貝數的患者舒張壓顯著降低。然而，這些CNV 在血壓調節中的作用機制尚不清楚，仍需要進一步闡明。

4.2 利用全基因組重測序技術測定原發性高血壓相關CNV

張旭昌等[25]利用第二代測序技術（NGS）聯合DNA 混合池策略，對廣東省漢族100 例高血壓患者和100 名健康志愿者進行全基因組重測序，并將測序數據進行生物信息學分析，在高血壓組及對照組中分別識別出5 201 個及10 153 個CNV，與公共數據庫比對后，得出FN1、LAMC3、VWF、CD19、TNC、CHUK、PKN1、COL6A5 可能是原發性高血壓易感基因的結論。該研究雖未對CNV的位點進行比對篩選和功能分析，但為我們進一步研究高血壓相關CNV 提供了比較好的方法。

4.3 識別人類疾病新風險位點的CNV新型關聯策略

盡管CNV 與多種疾病有關，但因為缺乏統計學模型，限制了CNV 與疾病關聯的大型隊列研究。由于CNV 與SNP 不同，常橫跨數千個核苷酸位點，因此Chen 等[26]在大規模隊列研究中基于訓練集的隱馬爾可夫模型（HMM）將SNP 信號轉換為基因拷貝數，對WTCCC 的基因組數據進行SNP 位點特異的CNV 關聯統計和基于模式聚類的CNV 區域統計，發現36 個與7 種常見病有關的ddPCR 新易感位點，其中7 個位點與高血壓相關。這一統計學模型的發明為進一步分析人類疾病與相關基因位點的關聯提供了新方法，彌補了全基因組關聯研究的不足。

5 小結

目前高血壓治療仍以長期口服藥物降壓為主，而完全攻克高血壓這一疾病，病因治療最為關鍵?；駽NV 的相關研究可能為未來明確高血壓的病因及機制提供新的思路。