α1抗胰蛋白酶缺乏症的研究进展
2022-05-30
来源:易榕旅网
国际检验医学杂志2013年5月第34卷第9期Int J Lab Med,May 2013,Vo1.34,No.9 ・综 述・ 1抗胰蛋白酶缺乏症的研究进展 秦 莉综述,罗光华△审校 (常州市第一人民医院综合实验室/常州市个性化诊疗高技术研究重点实验室,江苏常州213003) 关键词:al抗胰蛋白酶缺乏症;a1抗胰蛋白酶;基因型;肝硬化;肺气肿 DOI:10.3969/j.issn.1673—4130.2013.09.024 文献标识码:A 文章编号:1673—4130(2013)09—1111~O4 a1抗胰蛋白酶缺乏症(alpha1一antitrypsin deficiency, 的复制和传染,包括人类免疫缺陷病毒 ]。 2 AATD的相关特性 AATD)是一种严重的基因紊乱性疾病,主要是由于编码a1抗 胰蛋白酶(alpha1一antitrypsin,AAT)的基因突变引起血浆中蛋 白酶抑制剂AAT的缺乏,从而使中性粒细胞弹性蛋白酶与蛋 白酶抑制剂之间的平衡遭到破坏,中性粒细胞释放的弹性蛋白 酶、组蛋白酶不断积累并降解肺组织的弹性蛋白,损伤肺泡的 弹性纤维,破坏肺泡间隔,从而导致肺气肿_1]。该疾病的临床 表现多样,其中主要引起肺气肿、肝硬化,极少引起致死性脂膜 炎和继发性脉管炎。1963年Carl~Bertil Laurell与Sten Eriks— son首次报道了AATD,他们认为血清AAT水平低下与肺气 肿的发生有很大关系[2]。此后,AATD的发病机制和基因异 常得到进一步研究。AATD主要是由于编码AAT蛋白的基 因突变引起AAT的含量降低。它是一种常染色体共显性遗 传,符合孟德尔遗传定律L3]。该疾病的主要突变类型是PIZ和 PIS型,其中PIZ型为342位谷氨酸(GAG)突变为赖氨酸 (AAG),PIS型为264位的谷氨酸(GAA)突变为缬氨酸 (GTA)E43。PIZZ型纯合突变体可引起严重的疾病,这种突变 型是引起呼吸道症状的一个危险因素l2]。另外,环境因素如吸 烟、粉尘等能加重疾病的进程。PIZZ型也可以导致儿童期和 成年期的急慢性肝损伤 ]。另外,有研究显示AATD可以增 加肝癌、膀胱癌、结直肠癌、胆囊腺癌和恶性淋巴瘤等肿瘤的发 病风险。虽然AATD在肺癌发展中的确切作用未知,但已证 明携带AATD等位基因的患者可增加肺癌的发病风险[5]。 1 AAT的分子、蛋白特性 AAT是体内一种重要的丝氨酸蛋白酶抑制剂,主要由肝 细胞合成的相对分子质量为52 000的蛋白,但是也可由单核 细胞、巨噬细胞、肺泡细胞、肠上皮细胞和角膜上皮细胞合 成 ]。它主要在肺脏中发挥生理功能,保护肺弹性组织免 受中性粒细胞弹性蛋白酶的降解。该蛋白由位于14号染色体 q31—32.3的蛋白酶抑制剂基因编码,即SERPINA1基因,该 基因长12.2 kb,包括4个编码外显子,3个非编码的外显子和 6个内含子l7]。肝细胞和单核细胞都有编码该基因的启动子, 分别通过不同的机制介导。AAT的半衰期为5 d,其蛋白组成 包括394个氨基酸和3个与天冬氨酸相偶联的糖基化侧链,这 些侧链对延长AAT分子的半衰期有很重要的作用r2 ]。AAT 是一种急性时相反应蛋白,在炎症、感染期患者的血浆中, AAT含量会增加3~4倍。在口服避孕药治疗和妊娠期间,其 含量也会增加口]。大量实验证实,AAT参与炎症反应的调 节。。]。另外,AAT的主要功能是抑制胰蛋白酶,可抑制中性粒 细胞弹性蛋白酶的活性。AAT也可以抑制或减慢细菌、病毒 * 基金项Et:江苏省常州市科学技术局资助项目(CM20113007)。 方面的研究。 通讯作者,E—mail:shineroar@163.com。 2.1病理生理学特性 AAT的基因突变类型很多,大约有 100多种已经被鉴定。其中,最常见的突变类型PIZ和PIS 型。不同的突变类型与肺气肿的患病风险有很大关联,PIZZ 型和无效基因型的个体患病风险最高,95 的临床相关缺陷的 患者是PIZZ基因型;PISZ的个体有中等强度的患病风险。血 浆AAT的相对检测阈值是11/xmol/Ll_1 ,如果低于该值应怀 疑其有相关突变并需要做进一步的检查。z型突变是342位 的谷氨酸被赖氨酸取代,S型突变是264位的谷氨酸被缬氨酸 取代。还有一些罕见突变,如Mmalton型突变是52位的苯丙 氨酸缺失或51的苯丙氨酸缺失,Siiyama型突变是53位的丝 氨酸被苯丙氨酸取代,Mheerlen型突变是369位的脯氨酸被 亮氨酸取代,Mprocida型突变是41位的亮氨酸被脯氨酸取代 等 。其中,PIMM型占85 以上,存在于正常人群中。其他 PIMS、PISS、PIMZ、PISZ和PIZZ大约占15 [83。 PIZ突变体与肝脏疾病有很大关联,通常在PIZZ纯合个 体和少量的杂合个体中发现肝脏疾病。在z突变蛋白合成过 程中,z基因被转录翻译,z突变蛋白聚集形成大量的多聚物, 多聚物的形成在疾病的病理生理过程起关键性作用[1 。但这 种误折叠和聚合作用的分子机制还不清楚。有研究认为, AAT分子三聚体的这种结构揭露了多聚物连接时是通过羧基 末端34位残基的功能切换区介导的_1 。AAT分子结合中性 粒细胞弹性蛋白酶的活化位点与蛋白的构象变化有关_7]。多 聚物在肝脏中聚集是导致肝病的主要因素,在肺脏中是否会有 多聚物的形成和累积还需要进一步研究。 s突变是与l 床疾病相关的第二大突变。s蛋白在胞内 单独存在,不形成多聚物。而PISZ杂合子会在肝脏中形成杂 合多聚体,当然也会导致肝脏疾病的发生,发病情况仅次于 PIZZ纯合子 。 2.2流行病学特性 AATD有2个主要的流行病学特征: (1)它是一种常见的疾病;(2)它没有引起临床医生的重视,但 能引起严重的不良反应 。尽管AATD是常见的遗传性疾 病,但AATD的流行在不同国家之间有很大差异。不同的变 异类型,其相关疾病的发展也不相同。其中,最常见的突变类 型PIS、PIZ与肺气肿和肝硬化有很大关联。AATD在不同人 群中都有报道,包括非洲黑人、阿拉伯人、中东地区的犹太人、 澳大利亚人、欧洲和北美地区的白人、中亚人、远东亚洲人和东 南亚人 “。该疾病主要见于欧洲,是白种人常见的基因遗传 病,各个国家之间仍有差异。有学者对21个欧洲国家其基因 作者简介:秦莉(1986 ̄),女,在读硕士研究生,主要从事疾病分子诊断 国际检验医学杂志2013年5月第34卷第9期Int J LabMed,May 2013,Vo1.34,No.9 突变频率进行调查和统计分析显示_l ,z型突变主要在南部 的斯堪的纳维亚和北欧沿海地区,往南、往东地区的基因频率 逐渐减少。相反,s等位基因的突变引起血浆AAT中等程度 反应和氧化应激,促进肺组织的炎症细胞释放蛋白水解酶,使 蛋白水解酶与抗蛋白水解酶失衡,引起肺组织的损伤 7’ 。 3.3坏死性脂膜炎 1972年Warter等人首次发现AAT与 的缺乏,其中,在南欧较为常见,往东北逐渐减少。美国z突变 基因频率比欧洲低,而其s突变比北欧高_7’ 。 有学者对2o个亚洲国家的PIS、PIZ型突变频率进行流行 病学调查后发现,这2种突变类型在这些国家的不同地区也有 差别。其中,PIZZ型最高的在阿富汗、巴基斯坦、沙特阿拉伯 和泰国 。然而,中国对该疾病的研究调查较少,临床对 AAT的检查也没有普及,因此,有许多患者没有被检测出来。 因AATD与肺气肿和肝硬化有很大关联,对这些患者应进行 常规AAT含量或基因型的检测,防止漏诊。 3与AATD有关的疾病类型 3.1肝脏疾病与AATD有关的肝脏疾病是一种与遗传和 环境都相关的疾病,导致肝脏疾病的主要突变类型是PIZZ 型,也包括PIZ杂合子[2,183。PIZZ突变体可以导致儿童期和 成年期的急、慢性肝损伤。主要的临床体征是新生儿出生后黄 疸延长,伴结合胆红素过高和转氨酶异常_2]。最近国内报道了 1例肝功能异常的儿童患者,其最终确诊为AATD[1 。与Z 型突变相关的婴儿肝脏疾病主要表现为新生儿胆汁淤积性黄 疸,数月后自然消退 ]。那些在儿童期没有肝脏疾病的患者, 成年后肝硬化和肝细胞癌的风险增加,肝硬化发生在5O岁左 右_6]。Z型突变蛋白在肝内质网的慢性聚合作用是肝硬化和 肝纤维化形成的主要原因。该折叠蛋白的异常堆积极大地增 加了肝脏疾病的风险,其堆积形成的胞内包涵体使肝脏受 损[6 。聚合作用是该疾病的病理生理过程的一个重要步 骤,AAT分子结合中性粒细胞弹性蛋白酶的反应位点与该蛋 白的构象变化有关。z蛋白突变体通过替代位于反应位点的 单一氨基酸,改变该分子的构象灵活性,从而导致突变蛋白的 聚集 。目前尚没有针对与AATD相关的肝脏疾病的有效 治疗方案,只能采用一些措施来预防并发症(如出血、腹水、瘙 痒、营养不良、脂溶性维生素缺乏、感染和恶性肿瘤等)的发生。 3.2肺部疾病AAT的主要生理功能是保护下呼吸道组织 免受中性粒细胞弹性蛋白酶的降解Ⅲ2 。在正常生理状态下, 蛋白酶一抗蛋白酶保持平衡状态,这是防止肺气肿发生的重要 因素。由基因突变引起的AAT缺乏导致肺泡组织受损,最终 导致慢性阻塞性肺疾病(chronic obstructive pulmonary disea— ses,COPD)、肺气肿的形成[4,20 211。众多实验结果显示,AAT 相对缺乏引起的蛋白酶一抗蛋白酶系统失衡是国人肺气肿致病 的真正原因,但也有学者认为此类患者血清AAT数量并未减 少,而是表现为功能不足 。肺气肿是与AATD相关的最常 见的疾病,一般在早期(4O~50岁)发病,主要影响肺基底部全 小叶,出现不对称的病理变化[7]。研究发现一秒用力呼气容积 (forced expiratory volume in one second,FEv1)是评估患者生 存率和肺气肿发生的主要指标,PIZZ型低FEV1比高FEV1 的患者发生肺气肿的概率更大。发展为肺气肿有3个危险因 素——气道高反应性、反复感染和家族遗传因素l3]。AAT多 聚体的形成在肺气肿的进展中发挥重要作用,它可以加速肺部 的炎症反应。多聚体主要在较低的pH环境下形成,而吸烟可 造成轻度酸性环境,加速多聚体的形成,造成肺组织的损 伤_2 。研究结果显示,AATD也与肺癌的患病风险有很大关 系,大多肺癌患者体内存在AAT变异蛋白和中性粒细胞弹性 蛋白酶启动子区域的多态性(~903 T和一741 G等位基 因)[5 。吸烟可以增加患病的风险,通过诱导肺组织的炎症 坏死性脂膜炎相关[1 ,主要表现为自发性皮肤坏死、化脓,主 要发生在臀部和躯干 ]。少数病例报道,注射纯化的人AAT 制剂可以使脂膜炎的临床症状快速消退 ]。然而,脂膜炎的发 生比较罕见,AATD患者的发生率大约为1‰口l。该疾病可能 伴有的基因型为ZZ、SZ及SSl 】。 3.4系统性脉管炎该疾病在AATD中的发生频率不高,有 病例显示AAT异常的患者与抗蛋白酶3抗体[如抗中性粒细 胞胞质抗体(antineutrophil cytoplasmic antibody,ANCA)]阳 性的脉管炎有一定的关联_7 。目前提出3种可能导致与 AATD相关脉管炎发生的机制:(1)蛋白酶3是AAT的主要 作用物,AAT缺乏可增强机体对蛋白酶3的自身免疫性反应; (2)连锁不平衡性可能会引起自身免疫性基因伴随异常的 AATD表型遗传;(3)Z突变体的聚合作用也会促使自身免疫 性脉管炎的发生0 。对抗蛋白酶3抗体(如ANCA)阳性的脉 管炎要加以重视,并进行相关检查 1 。目前为止,还有证据显 示AATD可增加肿瘤(如淋巴瘤、膀胱癌、胆囊癌和肺癌)的发 病风险,并促进疾病的进展l3]。 4实验室诊断与筛查 在欧洲,此类疾病很常见。临床上某些患者若疑诊为该遗 传病,需要做相关检查,其中包括吸烟或不吸烟的伴有呼吸困 难、COPD或肺气肿症状的年轻人l3 ;久治不愈的哮喘患者、不 明原因的支气管扩张患者_2 ;先证者的有相关症状的同 胞[ ;有出血障碍的新生儿、黄疸延长和一些不明原因的肝硬 化患者l2 ]。2003年美国胸科学会和欧洲呼吸协会已对 AATD的诊断方针做了相关的概述。AATD的诊断包括定量 试验(血浆AAT水平的测定)及定性试验(AA,r突变基因的 测定)。 4.1血浆AAT水平检测 一般用火箭免疫电泳、放射免疫 扩散和免疫比浊法来检测血浆AAT水平。这些检测方法简 便、低廉,但敏感性和特异性不高 ’ ]。该蛋白是急性时相反 应蛋白,炎症会使其含量增加,此时血浆含量就不能反映其真 实水平 ]。AAT水平的阈值为11/ ̄mol/L,低于此值时,肺气 肿的患病风险大大增加。AAT含量测定只能作为初步筛查实 验,并不能确定是哪种类型的突变,所以要想检测突变类型还 需要做表现型和基因型测定。 4.2表型测定 对定量检测AAT水平异常的患者可进行表 型检测,根据各种突变蛋白的等电点不同,用等电聚焦法检测。 根据各种突变蛋白在pH梯度下的电泳迁移率不同,将它们分 成不同的类型。起初F表示快迁移,s表示慢迁移,M表示居 中,随着新突变的发现,人们按阿拉伯字母顺序进行编码_3]。 由于AAT分子的微观多态性和突变类型的多样性,这种技术 的实施需要特定的专家来进行_2 ~。此外,由于患者体内AAT 含量比较低,其表型可能不被测定出来,结果还需要用特异性 等位基因杂交技术检测l2 。比如,无效突变血中没有AAT, 所以不能用等电聚焦法检测表型,只能分析基因序列来确定。 尽管该技术有一定的缺陷,但它仍然为筛查和诊断提供了有用 的信息。 4.3基因型测定基因分子水平的检测是从全血细胞中提取 DNA,用实时定量PCR技术的等位基因特异性扩增来分析已 知突变类型[4]。一般利用熔解曲线来检测突变基因。有研究 者用双探针法来检测正常和突变基因 0]。最常检测的基因类 国际检验医学杂志2013年5月第34卷第9期Int J Lab Med,May 2013,Vo1.34,No.9 型是MM、MZ、SS、SZ和ZZ型,不能检测无效突变类型。如果 其他未知的突变类型需要鉴定,可以采用直接测序法_3 或变 性梯度凝胶电泳法 。 Association of moderate alpha一1 antitrypsin deficiency with lung cancer in the Serbian population[J].Arch Med Res,2006,37(7): 866 870. 因该疾病的临床症状不典型,常存在并发疾病,许多医院 并未常规开设AAT含量测定,这导致漏诊而延误治疗。对无 症状患者的早期诊断可以帮助患者改善生活习惯来减少肺气 肿的发生,特别是对于儿童,该疾病的预防很重要。因此,加强 [6]Janciauskiene SM,Bals R,Koczulla R,et a1.The discovery of al— antitrypsin and its role in health and disease[J].Respir Med, 2011,105(8):¨29—1139. 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[31]Ferrarotti I,Scabini R,Campo I,et a1.Laboratory diagnosis of al一 ・综 述・ 实时荧光定量PCR法检测儿童常见病原菌的研究进展 闰超综述,孙红妹△审校 (首都儿科研究所细菌研究室,北京1OO020) 关键词:聚合酶链反应;病原; 细菌; 儿童 DOI:10.3969/j.issn.1673—4130.2013.09.025 文献标识码:A 文章编号:1673—4130(2O13)09—1l14一O3 实时荧光定量聚合酶链反应(real—time fluorescent quanti— tative polymerase chain reaction,Real—time PcR)是根据荧光共 振能量转移原理,设计相应的荧光标记核酸探针,通过PCR反 应对靶DNA进行定性、定量测定的技术口],可根据样品的循 2 Real—time PCR的类型及特点 Real—time PCR技术可以分为非特异性的DNA结合染料 法和特异性探针法,后者由于增加了探针的识别步骤,特异性 更高,但前者则简便易行。 2.1 非特异性的DNA结合染料法(非探针类) 荧光染料可 环阈值,参照标准曲线准确计算出样本内核酸的起始浓度,实 现PCR从定性到定量的飞跃。在PCR扩增的早期即可监测 其反应动力学,既保持了PCR技术快速和灵敏的优点,又克服 以非特异性结合双链DNA的小沟,嵌合进DNA双链,但是不 与单链结合。反应起始时,只产生很少的荧光,但随着反应进 行,扩增产物的增加,即双链DNA的增加,荧光强度也随之增 强。当DNA变性时则荧光信号降低。因此,通过每个循环结 束时荧光强度的变化可估计DNA增加的量。此方法的优点 了传统PCR技术中存在的假阳性污染和不能进行准确定量的 缺点。与现有基因检测方法相比较,该方法具有多病原同时检 测、操作简便、仪器设备要求不高、经济等优势,可迅速应用于 临床。 1 Real—time PCR的原理 是不需设计探针,简便,同时降低了检测成本,但其特异性较 差,染料可以和任意双链DNA结合。目前常用的DNA结合 染料为sYBR GreenII 。 2.2特异性荧光定量PCR方法(探针类) 此方法是根据荧 光共振能量转移原理,当荧光基团与一个荧光淬灭基团(可以 Real—time PCR是在常规PCR基础上添加了荧光染料或 荧光探针,利用荧光信号积累实时监测整个PCR进程,最后通 过标准曲线对未知模板进行定量分析,见图1。其基本原理在 于PCR反应体系中加入了荧光化学物质,PCR产物随着PCR 反应的进行不断积累,荧光强度与PCR产物的数量呈对应关 系,实时检测荧光信号强度,进而确定扩增产物的数量,即检测 每个循环结束后的产物量,从而实现PCR扩增的动力学监测, 扩增曲线为S型。 在Real—time PCR技术中2个重要的概念:荧光阈值和 淬灭前者的发射光谱)的距离接近至一定范围(7~10 nrn)时, 会发生荧光能量转移,淬灭基团会吸收荧光基团在激发光作用 下激发的荧光,从而使其不发光,一旦二者分开,淬灭作用即消 失。根据荧光探针类型,目前常用的有TaqMan探针、双杂交 探针、分子信标、蝎形探针等相关技术。以TaqMan探针为例 说明其工作原理,探针完整时,报告基团发射的荧光信号被淬 灭基团吸收;PCR扩增时,Taq酶的5 ~3,夕 切酶活性将探针 酶切降解,使报告荧光基团和淬灭荧光基团分离,从而荧光监 测系统可接收到荧光信号 3 Real—time PCR对于儿童常见病原菌的检测 国内系统性的关于儿童常见病原菌种类的报道较少,但总 体上从城市儿科医院收集的标本测定结果看,儿童常见致病菌 CT值。荧光阈值是在荧光扩增曲线上人为设定的一个值,一 般设置为扩增过程3~15个循环的荧光信号的标准差的1O 倍。当荧光值超过阈值时的循环数被称为CT值。CT值与该 模板的起始拷贝数的对数存在线性关系,起始拷贝数越多,CT 值越小。利用已知起始拷贝数的标准品可作出标准曲线,以 CT值为横坐标,以一系列标准DNA分子的起始拷贝数的以 l0为底的对数为纵坐标,因此,只要获得未知样品的CT值,即 可从标准曲线上计算出该样品的起始拷贝数l2]。 与成人有不少相似之处,少数存在特异性 ]。其中,革兰阴性 菌的比例约占6O ,超过革兰阳性菌。革兰阴性菌中肠杆菌 通讯作者,E—mail:S.hongmei@263.net。 作者简介:闰超(1985 ̄),女,硕士研究生,主要从事常见病原菌的研究。