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编号:10268256
线粒体tRNAleu(UUR)基因突变和细胞色素C氧化酶活性降低在妊高征发病中的作用
http://www.100md.com 《中华妇产科杂志》 1999年第7期
     作者:张广兰 王泽华 林美华

    单位:张广兰 王泽华 林美华 同济医科大学附属协和医院妇产科 武汉 430022

    关键词:妊娠并发症;心血管;高血压;线粒体RNA;转移基因;细胞色素C氧化酶聚合酶链反应

    中华妇产科杂志990706 【摘要】 目的 探讨细胞色素C氧化酶活性及线粒体tRNAleu(UUR)基因3243位点A→G突变在妊高征发病中的作用。方法 应用聚合酶链反应(PCR)结合限制性核酸内切酶酶切反应,对57例妊高征患者(妊高征组)和60例正常妊娠妇女(对照组)进行线粒体tRNAleu(UUR)基因3243位点A→G突变的检测,并应用紫外分光光度法对两组部分病例的胎盘细胞色素C氧化酶的活性进行测定。结果 妊高征组细胞色素C氧化速率为(0.30±0.39)/分,明显低于对照组(0.73±0.54)/分,两组均未检测到线粒体tRNAleu(UUR)基因3243位点A→G突变,仅见294bp片段。结论 细胞色素C氧化酶活性降低,可能导致妊高征发病及胎盘功能障碍;线粒体tRNAleu(UUR)基因3243位点A→G突变可能不是引起妊高征的常见原因。
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    Mitochondrial tRNAleu(UUR) Gene Mutation and the Decreased Activity of Cytochrome C Oxidase in Preeclampsia

    ZHANG Guanglan, WANG Zehua, LIN Meihua.

    Union Hospital Affiliated to the Tongji Medical University,Wuhan 430022

    【Abstract】 Objective To study the effect of mitochondrial tRNAleu(UUR) gene mutation at nuecleotide 3243 and the activity of cytochrome C oxidase on the pathogenesis of pregnancy induced hypertension(PIH). Methods57 cases of PIH and 60 normal pregnancy women were detected of tRNAleu(UUR) nt3243A→G mutation with the method of polymerase chain reaction (PCR) and restriction fragment length polymorphism. Cytochrome C oxidase activity was measured by the rate of cyanide-sensitive oxidation of reduced cytochrome C using luminosity photographer. Results Cytochrome C oxidase activity was significantly lower in the PIH group than that of controls. The mitochondrial DNA mutation at position 3243 was not found in any of the cases. Conclusion These results suggested that the decreased activity of cytochrome C oxidase might impair the energy production, leading to the mitochondrial dysfunction and placental dysfunction in PIH patients. Mitochondrial dysfunction may be involved in the pathogenesis of preeclampsia. The particular mutation of mitochondrial DNA may not be the common contributor of PIH.
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    【Key words】 Pregnancy complications,cardiovascular Hypertension Mitochondria RNA, transfer genes Cytochrome-C oxidase Polymerase chain reaction

    妊高征的确切病因尚未彻底阐明,但其发病具有家族倾向性。随着研究的深入,从分子基因水平探讨遗传因素在妊高征发病中的作用,已成为阐明妊高征发病原因的重要环节之一,近年来引起了许多学者的关注。人类线粒体基因属核外遗传物质,编码氧化磷酸化反应所需的酶复合物的13个亚单位和22个转运核糖核酸以及2个核糖体核糖核酸,它们都是线粒体蛋白合成所必须的。线粒体呼吸功能和氧化磷酸化系统功能的维持,需要整个线粒体基因组的表达。线粒体基因较核内基因容易突变,并难以修复。线粒体DNA中极少有内含子,基因组中任何突变几乎都可以影响其编码功能,引起线粒体功能障碍。细胞色素C氧化酶是线粒体内膜呼吸链的末端复合物,其改变亦可影响线粒体的功能。有报道,在妊高征高发病率家族中存在着线粒体tRNAleu(UUR)基因的点突变[1,2]。本研究旨在通过检测妊高征患者胎盘细胞色素C氧化酶活性及线粒体tRNAleu(UUR)基因3243位点A→G突变,探讨线粒体基因突变及能量代谢障碍在妊高征发病中的作用。
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    资料与方法

    一、研究对象

    研究对象为1997年11月~1998年5月在我院妇产科住院分娩的晚期妊娠妇女,共117例。分成两组:妊高征组(57例)均为中度和重度妊高征患者[3],其平均年龄(27.0±3.3)岁,平均孕周(37.4±3.2)周;对照组(60例)为正常妊娠妇女,其平均年龄(27.1±3.1)岁,平均孕周(39.3±1.2)周。两组孕妇均无心、肝、肾脏疾病、糖尿病及神经肌细胞疾病病史。

    二、研究方法

    1.线粒体tRNAleu(UUR)基因3243位点突变检测: (1) DNA提取:抽取两组孕妇外周血2~3ml,用十二烷基磺酸钠、蛋白酶K消化,酚、氯仿和异戊醇提取总DNA。 (2) PCR-酶解分析: 引物序列[4]为nt3130-3149(5′-AGGACAAGAGAAATAAGGCC-3′)和nt3404-3423(5′-CACGTTGGGGCCTTTGCGTA-3′),在20 μl的反应体系中进行聚合酶链反应(PCR)扩增,循环条件为:96℃变性2分钟,然后,94℃变性1分钟,60℃退火1分钟,70℃延伸1.5分钟,共10个循环。再90℃变性1分钟,60℃退火1分钟,70℃延伸1.5分钟共20个循环,最后60℃延伸30分钟。PCR产物以6%非变性聚丙烯酰胺凝胶电泳检测。取2 μl PCR产物,37℃在20 μl反应体系中用限制性核酸内切酶 ApaⅠ 5U酶解4小时,6%非变性聚丙烯酰胺凝胶电泳检测。(3) 阳性对照标本:1例证实有nt3243A→G突变的患者的DNA作为ApaⅠ酶切的阳性对照。
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    2.细胞色素C氧化酶活性的测定:产后立即留取妊高征组患者32例和对照组孕妇26例的胎盘组织,分离胎盘绒毛,放入液氮中保存。所有标本同批测定,测定时称取胎盘组织100mg,匀浆,然后取0.18mmol/L细胞色素C 0.5ml,加入磷酸盐缓冲液(PBS,pH7.4)和Na2S2O4摇匀,用UV-754紫外可见分光光度计在550nm波长下测得A值,然后加入胎盘匀浆液0.1ml,立即开始计时,随后每隔1分钟测定1次A值,持续测定5分钟,最后加入饱和高铁氰化钾溶液1滴,使之完全氧化并记录结果。以最小二乘法计算,并经原点线求其斜率(K)值[5],即为细胞色素C氧化速率常数,代表细胞色素C氧化酶的活力。

    三、统计学方法

    检测结果以均数±标准差表示,显著性检验采用t检验。

    结果
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    一、两组孕妇细胞色素C氧化酶活性比较

    妊高征组胎盘组织5分钟细胞色素C的氧化速率为(0.30±0.39)/分,明显低于对照组的(0.73±0.54)/分,差异有极显著性(P<0.01)。

    二、两组孕妇线粒体tRNAleu(UUR)基因3243位点A→G突变结果

    两组孕妇中均未发现线粒体tRNAleu(UUR)基因3243位点A→G突变,即酶解硝酸银染色后仅见294bp片段。

    讨论

    一、胎盘细胞色素C氧化酶活性在妊高征发病中的作用

    细胞色素氧化酶是线粒体呼吸链复合物Ⅳ,它和其它呼吸链复合物Ⅰ、Ⅲ、Ⅴ的生物合成一样都需要核与线粒体遗传系统的合作,电子传递以细胞色素C通过跨膜复合物的氧化还原中心到分子氧,导致质子散发,有利与复合物Ⅴ跨膜质子梯度使用。细胞色素C氧化酶结构和活性的改变可影响电子传递链的功能,导致能量生成障碍。
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    本研究结果表明,妊高征组的胎盘组织细胞色素C氧化酶活性明显低于对照组。妊高征时,细胞色素C氧化酶活性的降低,细胞色素C氧化酶亚单位Ⅰ信使核糖核酸水平的降低[6],均可导致线粒体能量生成障碍,三磷酸腺苷(ATP)生成不足。电镜观察也显示,妊高征患者的胎盘床、子宫分支血管、子宫平滑肌细胞、肾小球内皮细胞、心内膜心肌细胞的线粒体超微结构出现异常改变,提示妊高征时线粒体形态及功能出现障碍[7,8]

    ATP是维持细胞形态和功能所必需的,人体的ATP有95%是由线粒体提供的。非孕状态时有线粒体功能障碍的妇女可能有充足的ATP供应。但当妊娠时,随着孕周的增加,机体代谢水平的提高,则可能出现ATP供应不足,表现出临床症状。胎盘病理变化在妊高征的病因学方面有着重要作用。孕早期,胎盘滋养层侵入是一个耗能的过程,ATP的供应不足可能导致螺旋动脉的细胞滋养层侵入失败,引起胎盘着床过浅,植入障碍[2]。缺血缺氧的胎盘可释放出血浆细胞因子(如肿瘤坏死因子),引起全身血管内皮细胞的改变,导致各相应器官出现功能障碍。胎盘不断地给胎儿输送氧气和营养物质,位于合体滋养层的转运活动的主要场所需要ATP供能,用以逆梯度的物质转运。中枢神经系统、肝、肾、心脏都是主要依赖于线粒体供能的器官,线粒体ATP生成的不足可影响它们的功能,表现出妊高征的一系列的病理改变。线粒体功能障碍可导致腺苷二磷酸、腺苷一磷酸、肌苷、次黄嘌呤、黄嘌呤和尿酸的堆积[9],可用来解释妊高征时的高尿酸血症。ATP的不足可引起胎盘功能障碍,导致胎儿宫内生长迟缓。本研究观察到,妊高征患者线粒体细胞色素C氧化酶活性降低,线粒体能量生成减少,胎儿宫内生长迟缓发生率增高,提示线粒体能量代谢障碍可能与妊高征发病及胎盘功能障碍有关。
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    二、线粒体tRNAleu(UUR)基因3243位点A→G突变在妊高征发病中的作用

    线粒体呼吸链复合物的生物合成需要核基因与线粒体基因的合作,所以不同的核内DNA和线粒体DNA突变,可影响线粒体细胞色素C氧化酶的生物合成,引起其结构改变和活性降低,或通过影响其他呼吸链复合物的改变,导致线粒体功能障碍。人线粒体DNA是细胞核外唯一存在的DNA,为一全长为16 569bp的双链闭环分子。一条链为重链,一条链为轻链,均具有编码功能。线粒体DNA中各基因排列紧密,几乎不含内含子,线粒体DNA的任何突变都可累及到基因组的重要功能区,且线粒体DNA较核DNA易突变,缺乏完整的修复系统[10]。Terese等人报道了两个妊高征高发病率家族的线粒体基因突变,其中一个就是线粒体tRNAleu(UUR)基因3243位点A→G突变,它可影响转运核糖核酸的功能,引起线粒体蛋白质合成障碍,能量生成不足[2]。核基因缺陷有利于线粒体DNA突变,并以常染色体显性方式遗传。另外,丙酮酸羧化酶缺乏、三羧酸循环障碍及包括氧化磷酸化缺陷的染色体隐性遗传,也可以引起有ATP减少的线粒体功能障碍。本研究检测57例妊高征患者,未发现一例有线粒体tRNAleu(UUR)3243位点A→G突变,提示在本研究人群中,线粒体基因3243位点的突变不是导致妊高征的主要原因。因而,我们认为以妊高征高发病率家族为基础的大样本研究,对寻找妊高征的遗传因素,有重要意义。
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    参考文献

    1 Anderson S, Bankier AT, Barrell BG, et al. Sequence and organization of the human mitochondrial genome. Nature,1981,290:457-465.

    2 Folger T, Torbakk N, Torbergsen T, et al. Mutations in mitochondrial transfer ribonucleic acid genes in preeclampsia. Am J Obstet Gynecol,1996,174:1626-1630.

    3 乐杰.妇产科学. 第4版. 北京:人民卫生出版社,1998.115-116.

    4 Macmillan C, Lach B, Shoubridge E. Variable distribution of mutant mitochondrial DNAs (tRNAleu[3243]) in tissues of symptomatic relatives with MELAS: the role of mitotic segregation.Neurology,1993,43:1586-1590.
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    5 魏相德,王家凤.氯化钠对大鼠不同脑区细胞色素氧化酶活性的影响. 第三军医大学学报,1992,14:293-294.

    6 Furui T, Kurauchi O, Tanaka M,et al. Decrease in cytochrome C oxidase and cytochrome oxidase subunit I messenger RNA levels in preeclamptic pregnancies. Obstet Gynecol,1994,84: 283-288.

    7 Shanklin DR, Sibai BM. Ultrastructural aspects of preeclampsia,Ⅱ: mitochondrial changes. Am J Obstet Gynecol,1990,163:943-953.

    8 Barton JR, Hiett AK, O′Connor WM, et al. Endomyocardrial ultrastructual findings in preeclampsia. Am J Obstet Gynecol,1991,165:389-391.

    9 Mineo I, Kono N,Hara N, et al. Myogenic hyperuricemia: a common pathophysiologic feature of glycogenosis types Ⅲ, Ⅵ and Ⅶ. N Engl J Med,1987,317:75-80.

    10 张丽珊,陈建明.线粒体DNA突变与人类疾病.国外医学遗传学分册,1995,18:3-7.

    (收稿:1998-12-02 修回:1999-04-20), 百拇医药