当前位置: 首页 > 医学版 > 期刊论文 > 基础医学 > 国际遗传学杂志
编号:10504768
凝血因子Ⅷ基因及其基因突变的研究
http://www.100md.com 国外医学遗传学分册 2000年第23卷第3期
     凝血因子Ⅷ基因及其基因突变的研究

    马爱华1(综述) 曾瑞萍2(审校)

     摘 要 本文拟对甲型血友病FⅧ基因及其蛋白质结构和功能,FⅧ基因突变类型作一综述。

     关键词:甲型血友病 凝血因子FⅧ基因 基因突变

    甲型血友病(HA)是一种常见的X连锁隐性遗传性出血性疾病,其主要病因是由于凝血因子Ⅷ基因(FⅧ)基因缺陷而引起的Ⅷ因子含量不足或功能缺陷。临床上根据患者血浆FⅧ促凝活性及症状来重程度分为3型。据调查患者中轻、中、重型所占的比例分别为30%~40%、10%、50%。据统计近半数HA患者的血浆中未能检测到有活性的FⅧ蛋白,其中5%FⅧ抗原性(FⅧ:Ag)(>50U/dl)达到正常水平,称之为CRM+(cuoss-reacting material positive,交叉反应物质阳性)。这种状态的患者血浆中FⅧ蛋白含量至少为正常含量的30%,但FⅧ活性远远低于正常水平,即蛋白功能有缺陷[1],另一类FⅧ:Ag(1~50U/dl)降低,称之为CRMR(cross-reacting material reduced,交叉反应物质降低)。近年来,随着基因分析技术的迅速发展与广泛应用,其敏感性和特异性的不断改善,如定点诱变,体外表达,同源性比较,蛋白质结合检测技术,及用抗FⅧ抗体或人工合成的FⅧ肽段进行抗原位点分析等都是研究FⅧ基因结构和功能关系的重要手段。直接检测FⅧ基因突变的变性梯度凝胶电泳(DGGE),化学裂解法(CCM),单链构象多态性索甲型血友病的DNA分子缺陷开拓了新的前景,本文就FⅧ基因、蛋白质结构和功能关系及其分子缺陷的研究作一综述。
, 百拇医药
    1 FⅧ基因及其蛋白质结构

    1984年Wood等成功地将表达人FⅧ:C的重组DNA克隆化,其cDNA密码得到解析,有关FⅧ:结构和功能也得到深入了解。

    FⅧ基因定位于Xq28,长186kb,含26个外显子,长度从69bp到3106bp不等,例如外显子14长3106bp,外显子26长1958bp,外显子片段总长度为9kb。25个内含子,长度从207bp到32400bp不等,大于14kb者多达6个,例如内含子22是最大的内含子,长约32kb,里面巢居有另外两个基因:FⅧ相关基因A和B(FⅧA,FⅧB),在内含子22的5’端外显子22下游约10kb外有1个CpG岛(具双向转录活性的启动子)向相反方向启动FⅧA和FⅧB。FⅧA基因长1.8kb,无内含子,完全巢居在内含子22中,其转录方向与FⅧ基因相反,在FⅧ基因上游约400kb处还有两个可转录的FⅧ基因拷贝。FⅧB基因长2.5kb,转录方向与FⅧ基因一致,其5’端第1个外显子位于内含子22内,编码8个氨基酸,此外显子再与FⅧ外显子23~26相剪接,并保持FⅧ基因原有的开放阅读框不变。FⅧ基因还含有为数不少的重复序列,在11个内含子中约有30个Alu重复序列存在,内含子12、22和25中亦存在在不完整的LINE(long interspersed nuclear elements,长散在重复元件)反转录座子[2]。FⅧ基因在肝、脾、淋巴结和人体其它组织细胞均广泛表达,而在骨髓、内皮细胞、外周血淋巴细胞不表达或极低水平表达,肝脏是合成FⅧ的主要场所[3]。其mRNA长9029bp,编码序列长7053bp,编码2351个氨基酸,为单链蛋白,包括N端起始19个疏水氨基酸所构成的信号肽(L)和6个结构域:3个A区,一个B区和两个C区。排列顺序为L-A1-A2-B-A3-C1-C2。因此成熟的FⅧ是包含2332个氨基酸残基的多肽链,。单链FⅧ没有活性,经凝血酶或因子Xa切割变成重链(A1-A2)和轻链(A3-C1-C2)组成活性形式。A1由1~329位氨基酸,A2由330~711位,A3由 1649~2019位,B由712~1648位,C1由2020~2172位,C2由2173~2332位氨基酸组成。凝血酶的作用点位于A区的Arg372-Ser373、Arg1689-Ser1690都落在A区。两个富含Asp和Glu的酸性区亦分别位于A区的331和372位氨基酸之间、1648和1689位氨基酸之间。Lynch等[4]研究发现一跨越A2和A3区长1.2kb的cDNA片段会阻碍mRNA聚集和蛋白质合成,提示A区与FⅧ的蛋白质合成及其活化密切相关。B区由外显子14编码,FⅧH 25个潜在的Asn糖基化位点中的19个落在此区,且它与FV相比无保守性。研究表明这些Asn糖基化位点对FⅧ的生物合成至关重要。C2区与磷脂结合[5],后者可能为凝血过程所必需。FⅧ与VWF因子的结合位点为两个硫酸化的Tyr1664和Tyr1680[6]。蛋白质分析证实FⅧ上有23个Cys残基,基中14个与FV同源。无活性的FⅧ:C异源二聚体通过二价阳离子以非共价键连接,同时与VWF因子结合,当Arg1689-Ser1690之间肽键被裂解的同时,FⅧ:C即与VWF分开,FⅧ:C随即被激活。其灭活是由活化蛋白C(APC)特异性切割Ary336-Met337处肽键来完成的。
, 百拇医药
    2 FⅧ基因缺陷

    2.1 倒位

    1993年人们发现FⅧ基因倒位是引起近半数的重型HA的一种普遍分子缺陷.由于FⅧ基因上游两个FⅧ基因中的任何一个都可参与重组,因此倒位主要有两种带型。除此之外,还有一些罕见带型也见诸报道[7,8]。Antonarakis等[9]对2093例重型HA病例作Southern印迹分析,结果显示43%为倒位突变,而Millar等[10]调查重型HA个体中倒位发生率为42%,估计其群体发生率为7.2×10-6/基因/配子/代。在中国人群中,对FⅧ基因倒位同样是中国人重型HA最重要的发病机制,且发病的比例及两种例位之间的比例与其他国家报道的基本一致。Rossiter等证实[11]倒位几乎都来源于精子的形成过程中的减数分裂,却很少发生在卵子的形成过程中,作者还发现倒位患者的母亲几乎无一例外均为FⅧ基因倒位携带者,其它学者的研究也证实了上述结论[12,13]。此外,Antonarakis等[9]对642例伴有倒位患者的研究中发现,当用外源性FⅧ制剂治疗后,他们中的20%(130/642)血浆中会产生抑制FⅧ的抗体(抑制物),对照组由未发现倒位的HA个体组成,其中产生抗体者占16%(131/821),二组在统计学上无显著差异,提示倒位和抗体产生之间似乎不存在因果关系,即倒位突变可能不是抗体产生的关键性因素,但也有学者提出相反的观点[14]
, 百拇医药
    2.2 点突变

    迄今,已报道的点突变有174种,其中138种为错义突变,24种为无义突变[15]。绝大多数错义突变会引起FⅧ活性降低。对众多FⅧ基因点突变研究揭示了人类基因突变的两大普遍规律。①发现了CpG突变热点。DNA双链中的有意义链易发生CG→TG突变,反意义链则常发生CG→CA突变[16]。因为哺乳动物DNA大多数CpG在胞嘧啶5’碳原子上被甲基化转移酶进行了甲基化修饰。如果5’-甲基胞嘧啶自发脱氨基就导致C→T或G→A突变的产生。Youssoufian等[17]研究证实统计的84种点突变中有32种(38%)位于CpG岛内,并估计CG→TG(或CA)突变的发生率比CG突变为其他形式者高10~20倍。随后发现在其它引起相应疾病表型的基因突变中也存在突变热点。②突变常发生在基因不表达的组织[18]。研究认为点突变会影响mRNA剪接位点,统计资料显示了9种影响mRNA剪接的突变[15],4种在内含子4、5、6和14受体剪接位点(IVS14R nt-1,IVS6的nt+3,IVS12的nt+5),两种可能激活了潜在的剪接位点。突变会导致供体或受体剪接位点消失,但因点突变发生在内含子,因此引起HA的机制不能用mRNA加工的障碍来解释,目前也未获得有关点突变致mRNA异常剪接的有力证据。
, 百拇医药
    2.3 缺失

    缺失的片段从1bp~210kb不等,分为:大片段缺失及小片段缺失。

    2.3.1 大片段缺失

    FⅧ基因大片段(>100bp)缺失是约5%HA患者的病因[19]。已报道的缺失类型有66种[15],仅有极少数缺失位点在DNA水平作出准确定位。Southern印迹分析显示此种基因缺陷患者的缺失断裂点具异质性,提示在FⅧ基因上不存在断裂高发区。绝大多数缺失都导致重型HA,但外显子22、23、24的缺失却与中型HA相关[20、21]。有学者发现大多数可检测出的缺失位点都不会位于Alu这样的重复序列中[22]。据调查,上述病人中的39%(26/66)经治疗产生了抗FⅧ抗体[15]。Millar等[23]也证实具大片段缺失患者中产生抗体的比率无此突变患者高2~3倍,但缺失位点、缺失片段大小与抗体产生之间究竟存在什么样的关系?目前还缺乏有关这方面的证据。
, 百拇医药
    2.3.2 小片段缺失

    研究表明FⅧ基因编码区发生小片段(<100bp)缺失,会引起移码突变,从而导致重型HA。资料显示[15]在48例无亲缘关系HA患者中检出发生在33个不同部位的38种小缺失(1~86bp),在意料之中的是,近1/3(12/38)的缺失位点于最大的外显子14。另外,还发现其中的绝大多数发生在短重复序列区域。

    2.4 插入

    LINE是真核细胞基因组中反转录转座元件之一,含有与反转录酶和整合酶有关的序列,这些序列可自身启动转录转座。LINE序列占人类基因组的5%,约有105拷贝,每个元件长6.1kb,多数拷贝是不完整的,完整者约3000个。它有两个开放阅读框,第二个阅读框的产物为反转录酶的同系物。仅少数具开放阅读框者能通过RNA介导产生一个新的插入,它们先转录成RNA再以双链DNA的形式插入到一新的基因中,插入的转座子有poly(A)尾部并产生一富含腺嘌呤序列的靶位点[35]。Kazazian等[25]于1988年分析了两例重型HA个体DNA后,首次报道了人类FⅧ基因由于插入LINE转座了而导致新型的重型HA的致病机制。第1例为3.8kbLINE转座子被激活,编码具逆转录转座子的所有特性[25]。随后又有LINE转座子插入 到外显子10的报道,因其未与HA共分离,故仅代表一种多态现象[27]。此外,LINE和Alu转座子插入到其它基因者也见诸报道[24]。资料显示在9个不同部位发现了10种小片段插入(1~10bp)。多数为插入位点处腺嘌呤的延伸引起的频繁的单个A-插入。约半数小插入(6/10)发生在最大的外显子14[15],值得注意的是作者发现在短重复序列的区域易发生小插入型突变。
, 百拇医药
    2.5 重复

    对两们为同胞姐妹的HA患者DNA分析后发现,在FⅧ基因外显子23和25间均插入一段长23kb来源于内含子22的重复突变[28]。她们中的一位所生育儿子的FⅧ基因少了外显子23和25,据此推断重复部位的DNA极不稳定。另有报道发现一位轻型HA患者的病因为外显子13的框内重复所致[29]

    3 结论

    综上所述,FⅧ基因的研究已获得长足进展,具有重要的理论和实际意义,使我们对FⅧ的分子遗传学、蛋白质结构功能关系的认识和HA病因学的研究都更加深入。随着基因分析技术的进步,由于有了揭示血友病基因缺失的有利手段,将会大大促进更准确的分析方法的建立和发展,从而对患者家系施行成功的早期产前诊断与携带者检测,有效地控制有害基因的传递。
, 百拇医药
    作者简介:马爱华,女,1965年生,硕士,讲师

    作者单位:1.新疆医科大学生物教研室,新疆乌鲁木齐 830054;

    2.中山医科大学遗传学教研室,广东 广州510089

    参考文献

    [1] Lazarchick J et al.J Clin Invet,1976,62:1048-1052.

    [2] Millar DS et al.Thromb Haemost ,1993,69:767.

    [3] Wlon KL et al.Nature ,1985,317:726-729.

, 百拇医药     [4] Lynch CM et al.Human Gene Therapy,1993,4:259-272.

    [5] Foster PA et al.Blood,1990,75:1999-2004.

    [6] Higchi M et al.Genomics,1990,6:65-71.

    [7] Naylor JA et al.Blood,1996,87:3255-3261.

    [8] Yamazaki E et al.Blood Coagul Fibrinolysis,1997,8:445-449.

    [9] Antonarakis SE and 65 co-authors.Submitted,1995.
, 百拇医药
    [10] Millar DS et al.Blood Coag Fibrinol,1994,5:239-242.

    [11] Rossiter JP et al.Hum Mol Genet,1994,7:1035-1038.

    [12] Deutz Terlouw PP et al.J Med Genet ,1995,32:296-300.

    [13] Tizzano EF et al.Thromb Haemoat,1995,73:6-9.

    [14] Vianello F et al.Br J Haemaol,1997,97:807-809.

    [15] Antonarakis SE et al.Hum Mut,1995,5:1-22.
, http://www.100md.com
    [16] Youssoufian H et al.Nature,1986,324:380-382.

    [17] Youssoufian H et al.Am J Hum Geneat,1988,42:718-725.

    [18] Cooper DN et al.Hum Genet,1988,74:151-155.

    [19] Antonarakis SE et al.Trends Genet,1988,4:233-237.

    [20] Youssoufian H et al.Proc Natl Acad Sci USA,1987,84:3772-3776.

    [21] Lavergne JM et al.Nouv Rev Fr Hematol,1992,34:85-91.
, 百拇医药
    [22] Woods Samuels P et al.Genomics,1991,10:94-101.

    [23] Millar DS et al.Hum Genet.1990,86:219-227.

    [24] Kazazian HH et al.J Clin Invest,1993,91:1859-1860.

    [25] Kazazian HH et al.Nature,1988,332:164-166.

    [26] Dombroski BA et al.Science,1991,254:1805-1910.

    [27] Woods Samuels P et al.Genomics,1989,4:290-296.

    [28] Gitschier J et al.Am J Hum Genet,1988,43:274-279.

    [29] Murru S et al.Genomics ,1990,7:115-118., 百拇医药