【佳學基因檢測】阿爾茨海默病（阿爾茨海默病(AD)）的基因檢測位點

1991年，Pericak-Vance及其同事在19q染色體上發(fā)現(xiàn)了一種與阿爾茨海默?。ˋD）相關的變異，并發(fā)現(xiàn)了載脂蛋白E（APOE）基因的變異，這些變異可能增加或降低典型的晚發(fā)型阿爾茨海默病的風險。APOE基因有三種常見的等位基因形式：ε2、ε3和ε4。研究發(fā)現(xiàn)，ε4等位基因與阿爾茨海默病(阿爾茨海默病(AD))的風險增加相關，而ε2等位基因則被認為具有保護作用。這項研究還驗證了關聯(lián)研究的有效性，通過比較阿爾茨海默病(阿爾茨海默病(AD))患者與健康對照者（病例對照設計）兩組的等位基因和基因型頻率來進行分析（見框1）。

自從發(fā)現(xiàn)APOE變異與阿爾茨海默病(阿爾茨海默病(AD))的關聯(lián)已有30多年，研究表明，阿爾茨海默病(阿爾茨海默病(AD))表現(xiàn)出高度的異質性，許多基因變異對發(fā)病風險的影響較?。▽儆诙嗷蜻z傳）。APOE基因的病例對照關聯(lián)設計取得了成功，并且由于招募患有和未患病阿爾茨海默病(AD)的個體較為便捷，促進了大量研究使用這種方法，識別北美、歐洲和亞洲人群中的其他遺傳風險因素。隨著基因組技術的進步，病例對照方法得到了進一步擴展，現(xiàn)在包括了單核苷酸多態(tài)性（SNP）的全基因組基因分型，以及外顯子組測序（WES）和全基因組測序（WGS）。這些分析不僅可以關注與SNP或基因變異的關聯(lián)，也可以通過匯總基因內多個變異的影響來評估與基因關聯(lián)的總體證據(jù)。隨著WGS成本的快速下降，以及大型國家和國際合作的展開，遺傳研究現(xiàn)已包括來自數(shù)十萬甚至一百萬名參與者的樣本。過去三年中，研究通過這種方法確定了70多種與阿爾茨海默病(AD)相關的遺傳變異（見圖1）。這些變異大多是在非西班牙裔白人群體中發(fā)現(xiàn)的，主要來源于歐洲和美國，因此可能不適用于非白人及/或西班牙裔群體。因此，目前的研究結果可能無法完全解釋非洲、亞洲、中東及中美洲和南美洲人群的遺傳風險。此外，許多針對非白人群體的研究規(guī)模較小，研究結果仍需要進一步驗證以確認其可靠性。

根據(jù)Bellenguez等人的研究繪制了曼哈頓圖，展示了在非西班牙裔白人群體中已鑒定出的與阿爾茨海默病相關的基因位點。P值來自固定效應薈萃分析的雙側原始P值。全基因組顯著性閾值（P = 5 × 10^−8）用紅色虛線表示，而全基因組顯著性的提示性閾值（P = 1 × 10^−5）則用黑色虛線表示?；蜃麨榕c每個基因座中最接近的哨兵變異相對應的基因。Bellenguez等人新發(fā)現(xiàn)的基因座用紅色表示，而之前報告的基因座則用淺藍色和深藍色標示。

多基因風險評分提供了一種定量方法來綜合多種變異的影響，并且已被證明是在存在許多不同變異且個體影響較小的情況下定義遺傳風險的重要工具。多基因風險評分已在流行病學隊列中進行了評估，以估計以人群為基礎的環(huán)境中風險因素的影響，其中病例數(shù)反映了人口發(fā)病率。在非西班牙裔白人中發(fā)現(xiàn)的 阿爾茨海默病(AD) 相關遺傳變異的多基因風險評分與 tau-PET 積累速度更快有關。

移民、多樣性與血統(tǒng)

在人類進化的數(shù)千年歷史中，遷徙和地理人口事件一直存在，并塑造了現(xiàn)有人群的遺傳多樣性。不同人群之間等位基因頻率和常見等位基因的連鎖不平衡程度差異巨大，這些差異會顯著影響遺傳變異與性狀和疾病之間的關聯(lián)。從近四十年前通過全球人類線粒體DNA序列推斷出的系統(tǒng)發(fā)育分析表明，解剖學上現(xiàn)代人類起源于非洲，隨后逐步向外擴展。大約160,000至110,000年前，撒哈拉以南非洲是人類種群之間最大分裂的發(fā)生地。在過去的十年里，古人類和其他原始人類基因組的測序研究表明，擁有較大非洲血統(tǒng)的個體比擁有較小非洲血統(tǒng)的個體表現(xiàn)出更少的連鎖不平衡。這是因為在整個人類進化史上，生活在非洲的種群保持了較大的有效種群規(guī)模，并且比其他種群擁有更多的基因重組機會。相比之下，過去5萬到10萬年間從非洲遷出的種群，其遺傳模式截然不同，遺傳多樣性較低，雜合度逐漸降低，祖先等位基因頻譜趨于平緩，這與距離非洲的地理距離和創(chuàng)始事件瓶頸密切相關。這些歷史事件導致具有較高非洲血統(tǒng)的個體比具有較低非洲血統(tǒng)的個體展現(xiàn)出更高的遺傳多樣性。在大多數(shù)基因組研究中，個體通常通過主成分分析分配到不同的遺傳祖先類別，主成分分析是一種多元方法，旨在通過民族生物學起源和親緣關系來描述個體和種群的遺傳背景。

這些祖先差異會影響基因型風險的評估。盡管不同人群中存在一些遺傳標記與疾病之間的關聯(lián)——為疾病風險的共同遺傳基礎提供了重要證據(jù)——但從一個祖先群體開發(fā)出來的遺傳風險預測模型在應用于其他祖先群體時，效果通常不佳。常見變異可以在全球范圍內共享，但罕見變異通常由密切相關的群體共享，且可能僅限于特定大陸的群體。大約10萬年前，離開非洲并在世界其他地區(qū)定居的一小群人類只攜帶了非洲變異的一小部分。因此，全球各地的人群可能擁有包括在非洲遷徙過程中出現(xiàn)的變異的基因組。遷移的時間段和個體數(shù)量將決定特定人群的非洲血統(tǒng)程度。然而，留在非洲的人類遺傳變異子集只能在高度非洲血統(tǒng)的個體中進行研究。

非裔美國人和西班牙裔群體是美國最大的非歐洲混血群體，分別占總人口的12.6%和16.3%。第一批非洲人于17世紀初作為奴隸被帶到北美，直到1865年美國國會廢除奴隸制。這些群體的變異數(shù)量變化程度大致與個體基因組中近期非洲血統(tǒng)的比例成正比。因此，對于混血人群，整體遺傳疾病風險可能由多種祖先背景組合而成的遺傳變異決定。對于具有非洲血統(tǒng)的混血群體，了解本土非洲個體的阿爾茨海默病（阿爾茨海默病(AD)）風險至關重要。

對APOE及其他與阿爾茨海默病(AD)遺傳關聯(lián)的影響

在大多數(shù)針對非歐洲血統(tǒng)個體的遺傳學研究中，參與者自我報告其血統(tǒng)，研究人員會對祖先異質性（即由于遺傳祖先背景導致的人口分層）進行統(tǒng)計校正或使用主成分分析等方法進行調整。從對非洲裔和西班牙裔個體的研究來看，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了與祖先相關的顯著差異，特別是在阿爾茨海默病(AD)的遺傳結構中。與非西班牙裔白人相比，非洲裔個體的APOE ε4相關的阿爾茨海默病(AD)風險較低，而日本裔個體的風險則較高。初步證據(jù)表明，這種風險差異可能是由APOE ε4基因座處DNA的祖先來源（即當?shù)剡z傳血統(tǒng)）驅動的。APOE ε4氨基酸編碼序列在不同血統(tǒng)的人群之間并不一致，因此，與APOE ε4相關的基因型風險變異的來源可能在于影響基因表達的調控區(qū)域。事實上，在對阿爾茨海默病(AD)患者的大腦進行尸檢研究中，歐洲血統(tǒng)的個體大腦中APOE的表達水平明顯高于非洲血統(tǒng)的個體。

使用按主成分進行群體分層的非洲裔個體全基因組研究已經(jīng)確定了多個與祖先特異性風險變異相關的基因，包括ABCA7和ACE等。在ABCA7基因中，一個44 bp的缺失與非裔美國人的阿爾茨海默病(AD)密切相關，這種缺失也存在于加勒比地區(qū)的西班牙裔個體中，后者已知具有較高比例的非洲血統(tǒng)（41.8%）。功能研究表明，這種祖先特異性缺失可能導致神經(jīng)元中毒性淀粉樣蛋白β（Aβ）的產(chǎn)生增加，并降低小膠質細胞清除Aβ的能力，從而使其成為潛在的治療靶點。ABCA7中的其他罕見截短和剪接改變變異則會增加非西班牙裔白人群體的阿爾茨海默病(AD)風險。

 

表1.在非洲裔美國人的 阿爾茨海默病(AD) GWAS 中確定的P值≤10 −7的基因位點

P值截止值≤10 −7表示基因座提示具有全基因組顯著性。GWAS，全基因組關聯(lián)研究；hg38，人類基因組參考聯(lián)盟版本 38；MAF，次要等位基因頻率；SNP，單核苷酸多態(tài)性。

a.在非西班牙裔白人中也觀察到了該基因

b.與在非西班牙裔白人中觀察到的CELF1/SPI1基因座相距 5 Mb，但沒有連鎖不平衡。

c.與非西班牙裔白人中觀察到的CD33相距 1.7 Mb，但沒有連鎖不平衡。
 

據(jù)報道，來自不同地區(qū)和血統(tǒng)的早發(fā)性阿爾茨海默病（阿爾茨海默病(AD)）患者存在APP、PSEN1和PSEN2突變，這些突變已在多個群體中得到確認，包括北歐和南歐人群、中東和阿拉伯人群、加勒比地區(qū)西班牙裔人群、拉丁美洲人群、北部和南部非洲人群、澳大利亞和新西蘭人群，以及包括中國、韓國、臺灣、日本、印度和馬來西亞在內的一系列亞洲人群。盡管一些變異在不同人群中共享，但大多數(shù)變異是特定祖先群體所特有的。

非洲

國際阿爾茨海默病協(xié)會關于撒哈拉以南非洲癡呆癥的報告描述了該地區(qū)癡呆癥的現(xiàn)狀，并總結了與人口老齡化相關的趨勢。需要注意的是，在撒哈拉以南非洲的46個國家中，只有少數(shù)國家具備癡呆癥研究和臨床護理的能力。非洲大陸主要由低收入到中等收入國家組成，預計到2030年，非洲的阿爾茨海默病(AD)患病率將達到約350萬，到2050年將增至760萬。盡管已有一些研究專注于非洲阿爾茨海默病(AD)的流行病學，但對非洲阿爾茨海默病(AD)基因組學的研究仍處于起步階段。

幾項關于非洲早發(fā)性阿爾茨海默病(AD)的候選基因研究發(fā)現(xiàn)了先前在非西班牙裔白人群體中已知的阿爾茨海默病(AD)相關基因變異，如APP、PSEN1、PSEN2和TREM2等。APOE ε4等位基因對阿爾茨海默病(AD)風險的影響也已在具有非洲血統(tǒng)的不同人群中得到研究。一項摩洛哥研究對17名散發(fā)性阿爾茨海默病(AD)患者和8名家族性早發(fā)性阿爾茨海默病(AD)患者進行了APP外顯子16和17的測序，發(fā)現(xiàn)外顯子17中有七個新的移碼突變和一個新的剪接突變。類似的靶向研究也對摩洛哥家族性和散發(fā)性阿爾茨海默病(AD)患者進行了PSEN1和PSEN2的研究，發(fā)現(xiàn)PSEN1中有一個新移碼突變，PSEN2中有兩個新移碼突變。

在突尼斯的一項研究中，對200名患有癡呆癥的個體和300名認知健康的個體進行了血管疾病相關基因多態(tài)性的調查，發(fā)現(xiàn)APOE、血管緊張素轉換酶（ACE）和對氧磷酶1（PON1）基因的多態(tài)性與癡呆癥有關，盡管這些變異與阿爾茨海默病(AD)之間的具體關聯(lián)尚未被研究。

APOE仍然是非洲裔個體中研究最多的阿爾茨海默病(AD)基因。它與非西班牙裔白人群體的阿爾茨海默病(AD)風險顯著相關，因此成為全球研究的重點。最早對居住在紐約市的非裔美國人進行的APOE研究未發(fā)現(xiàn)其與阿爾茨海默病(AD)的關聯(lián)，但后來在印第安納波利斯的非裔美國人和尼日利亞伊巴丹的約魯巴人中，研究發(fā)現(xiàn)APOE ε4等位基因與阿爾茨海默病(AD)的發(fā)病率相關。在約魯巴人中，APOE ε4的純合型（而非雜合型）是阿爾茨海默病(AD)的重要風險因素，這表明該變異對非洲裔個體的影響低于對非西班牙裔白人的影響。

有報道稱，非洲裔血統(tǒng)的個體患APOE ε4相關阿爾茨海默病(AD)的風險低于非西班牙裔白人，這引發(fā)了更多針對血統(tǒng)的研究，并探索可能降低非洲裔血統(tǒng)APOE ε4風險的基因變異。在一項非洲裔美國人的研究中，APOE ε4等位基因與SNP rs10423769之間的統(tǒng)計學相互作用得到了發(fā)現(xiàn)，隨后，研究人員在一個大型波多黎各人群和約魯巴人群中重復了這一結果。該研究發(fā)現(xiàn)，rs1042369_A等位基因與APOE ε4純合子的阿爾茨海默病(AD)風險降低約70%相關。這個非洲血統(tǒng)特異性基因座位于APOE基因座2Mb處，可能成為進一步研究的潛在治療靶點。

拉美

拉丁美洲現(xiàn)有居民的血統(tǒng)源自美洲原住民、歐洲人和非洲人群的混合，不同血統(tǒng)的比例因地區(qū)而異。拉丁美洲的這種歷史人口結構使得遺傳關聯(lián)研究更加復雜，因為各國甚至各地區(qū)之間的祖先差異較大。據(jù)估計，拉丁美洲60歲及以上的成年人中約8.5%患有癡呆癥，且到2040年，該地區(qū)的癡呆癥患病率預計將增加至400%，增幅超過西歐和北美的預測。

在加勒比西班牙裔個體中，APP、PSEN1和PSEN2突變已被發(fā)現(xiàn)與早發(fā)性阿爾茨海默病(AD)相關。此外，在哥倫比亞混合人群中，發(fā)現(xiàn)了PSEN1的錯義變體（NM_000021.3: c.1247T>C p.Ile416Thr），該變體源自非洲單倍型，并在一個大型哥倫比亞家族中發(fā)現(xiàn)了PSEN1的280密碼子變體（PSEN1 E280A）。隨后，針對攜帶此變體的個體進行了II期臨床試驗，測試單克隆抗體（crenezumab）對Aβ1-40和Aβ1-42的抗單體及聚集效果，雖然研究未發(fā)現(xiàn)具有統(tǒng)計學意義的治療效果，但在認知、腦成像和生物標志物結果上顯示出向良好結果發(fā)展的趨勢。

與非西班牙裔白人相比，加勒比西班牙裔人群中APOE ε4純合型對阿爾茨海默病(AD)風險的影響較小，而雜合型中的風險則沒有增加。全基因組關聯(lián)研究（GWAS）發(fā)現(xiàn)了與阿爾茨海默病(AD)相關的基因位點，諸如PICALM、CLU、BIN1、MS4A基因簇、CD33、CD2AP、ABCA7和EPHA1等。在WES或WGS研究中，還發(fā)現(xiàn)了許多其他基因中的罕見阿爾茨海默病(AD)相關變異，例如TREM2、SORL1、PINX1、PGL2、ABI3、PTK2B和AKAP9等。一項研究使用混合圖譜對大量加勒比西班牙裔參與者進行了分析，發(fā)現(xiàn)了與阿爾茨海默病(AD)相關的祖先區(qū)塊，位于1、6、21和22號染色體上。精細映射結果優(yōu)先關注了22號染色體上的GCAT基因，該基因在獨立數(shù)據(jù)集中得到復制，并在人類死后組織以及果蠅和斑馬魚模型中進行的功能研究表明，GCAT的炎癥反應與淀粉樣蛋白毒性相關，GCAT表達降低會加劇阿爾茨海默病(AD)病理。

還觀察到了遺傳相互作用的證據(jù)。在墨西哥人中，APOE ε4 等位基因和SORL1變體的存在暗示可能存在增加 阿爾茨海默病(AD) 風險的遺傳相互作用 。PSEN1 基因 ( E280A )的單一突變是世界上最大的常染色體顯性 阿爾茨海默病(AD) 家族的病因，該家族位于哥倫比亞的安蒂奧基亞。該突變幾乎 100% 滲透 阿爾茨海默病(AD)。值得注意的是，這個哥倫比亞家族的一名成員直到 70 多歲才擺脫認知障礙。她還攜帶兩個APOE ε3 Christchurch (R136S) 突變的副本，這表明APOE ε3 等位基因的純合性可能具有保護作用。

東亞

中國可能是世界上 阿爾茨海默病(AD) 患者數(shù)量最多的國家。根據(jù)最近的薈萃分析，癡呆癥的患病率為中國南方的 4.8%、中部的 5.2%、北方的 5.5% 和西部的 7.2%；但并非所有地區(qū)都進行了調查。東亞有三個主要民族：漢族、日本人和朝鮮族。與許多其他人群一樣，在這三個民族的家族性早發(fā)性 阿爾茨海默病(AD) 患者中均發(fā)現(xiàn)了APP、PSEN1和PSEN2的突變 。此外，候選基因研究和 GWAS 已經(jīng)在幾個基因中或附近發(fā)現(xiàn)了 阿爾茨海默病(AD) 風險變異，而其他民族的這些基因也包含 阿爾茨海默病(AD) 風險變異。這些基因包括APOE、SORL1、SORCS1、TREM2、BIN1、CLU、MS4A4E/MS4A6A、CD33、PICALM、DAPK1、UNC5C、CNTNAP2、SHARPIN和KCNJ15。在中國漢族個體中，TREM2 p.H157Y 變異在一項靶向測序研究中的優(yōu)勢比達到 11.01 ，在一項對 7,000 多名 阿爾茨海默病(AD) 患者和 7,400 名健康對照參與者的薈萃分析中的優(yōu)勢比達到 ~3.6 ，這表明該基因座在這個人群中的重要性。GWAS 或 WGS 提示的其他基因座包括日本人群中的SUDS3–SRRM4和FAM47E–SCARB2基因間區(qū)域；中國漢族人群中的GCH1、RHOBTB3–GLRX和CHODL ；以及韓國隊列中的CHD2、CACNA1A和LRIG1 （表2）。

P值截止值≤10 −5表示位點提示具有全基因組顯著性。GWAS，全基因組關聯(lián)研究；hg38，基因組參考聯(lián)盟人類參考37；MAF，次要等位基因頻率；SNP，單核苷酸多態(tài)性；WGS，全基因組測序。

a.在非西班牙裔白人中也觀察到了該基因座。

b.據(jù)報道， CNTNAP2的變異與西班牙個體的血管性癡呆有關174。
 

三個東亞祖先亞群體的疾病相關基因座顯示出顯著差異（見表2）。盡管部分差異可能與有限的樣本量和統(tǒng)計能力有關，但漢族、日本人和韓國人群體在基因構成、等位基因頻率以及連鎖不平衡模式上均存在顯著差異，這表明這些群體中可能存在祖先特異性的疾病相關變異。我們預計，隨著更多大規(guī)模遺傳學研究的開展，東亞人群中將發(fā)現(xiàn)更多變異和基因座?？偟膩碚f，這些數(shù)據(jù)進一步強調了在非歐洲人群中開展遺傳學研究，以識別更加有效的、基于祖先的可用藥靶點的重要性。

西亞和中東

在西亞和中東地區(qū)，已有多例早發(fā)性阿爾茨海默病(AD)的家族被發(fā)現(xiàn)，并且PSEN1和PSEN2突變與其相關。此外，觀察到了一些表現(xiàn)出新表型的孟德爾式阿爾茨海默病(AD)。例如，在土耳其某個家族中的兩個個體中，早發(fā)性阿爾茨海默病(AD)和痙攣性截癱與PSEN1中的雜合剪接變異（c.869-1G>A）相關。在以色列的一個家族中，該家族有七代人出現(xiàn)認知能力下降或腦出血病史，相關個體被發(fā)現(xiàn)攜帶包含APP基因座的拷貝數(shù)變異（chr21:27,224,097-27,871,284）。此外，5號染色體上的另一個拷貝數(shù)變異與一些家族成員中的APP重復共同分離。在這個大家庭中，盡管某些攜帶者無癥狀，但他們在三十五歲時便開始出現(xiàn)認知能力下降。

在西亞和中東人群中，APOE ε4與阿爾茨海默病(AD)之間的關聯(lián)性較強，盡管APOE等位基因的頻率在不同地區(qū)有所不同，尤其是一些地區(qū)ε4等位基因的患病率較低。在埃及、伊朗、以色列、黎巴嫩、沙特阿拉伯和土耳其的隊列和臨床研究中，APOE ε4與阿爾茨海默病(AD)密切相關。在西亞和中東地區(qū)的家族性與散發(fā)性阿爾茨海默病(AD)研究中，多個已知的候選基因與阿爾茨海默病(AD)的關聯(lián)性得到了驗證，包括TREM2、SORL1、ABCA7、ACE、CD2AP、CLU和EPHA1。此外，PICALM中的保護性等位基因也被報道與阿爾茨海默病(AD)相關。盡管該地區(qū)的阿爾茨海默病(AD)大規(guī)模全基因組研究較少，但已知阿爾茨海默病(AD)基因中的常見變異的鑒定證明了該疾病的全球性。