2　基因多态性及其在POCD中的作用

基因多态性是指在一个生物群体中,同时和经常存在两种或多种不连续的变异型或基因型或等位基因。其可以使基因的转录水平或活性的增强或降低、改变遗传密码、启动子的突变及非转录区的突变、导致蛋白质肽链中的片段缺失等。如果基因多态性的碱基的取代、缺失、插入引起编码序列的核苷酸顺序改变,在转录和翻译合成蛋白质的过程中,有的对多肽链中氨基酸的排列顺序产生影响,有的不产生影响。早期临床上有关基因多态性的研究是从HLA基因开始的,分析基因型在疾病发生易感性方面的作用,如HLA-B27等位基因与强直性脊椎炎发生率的密切关联,可作为诊断的依据。

载脂蛋白(APOE)是一种多态性蛋白,参与脂蛋白的转化与代谢过程,Zannis于1981年根据APOE表型提出APOE基因模型,认为APOE的合成是由位于一个基因位点上的三个等位基因所控制,即ε2、ε3和ε4,每一个等位基因对应于一个主要异构体产生 3 种纯合子(ε2/2,ε3/3,ε4/4)和三种杂合子(ε2/3,ε2/4,ε3/4)共 6 种常见表型其多态性与多种疾病有关。其中ε4具有精氨酸残基,使其构象不稳定,影响APOE的功能,可能对神经系统发生毒害作用并显著影响认知功能^[2]。

1993年,Schmechel研究发现,晚发性家族型老年痴呆(AD)患者ε4频率增多^[3],随后大量的实验证明了APOEε4在AD中发挥重要作用,但是APOEε4在POCD中的作用尚存在争议。1997年首次提出POCD与心脏病术后患者的载脂蛋白APOE等位基因ε4相关^[4],但随后的Abildstrom等人未能发现APOE基因多态性与非心脏手术患者术后1周及3个月认知功能障碍的发生有明显联系^[5],但是由于作者在实验过程中人为地筛选掉一些患者导致得到的POCD的发生率偏低,结果有一定的局限性。其他的研究中也得到类似报道^[6,7],APOE4与POCD 6周或术后1年的发生率没有明显联系。但是在一项大规模的临床研究中,Yingm in Cai等人对2000名汉族老年人的研究中发现:术后3天时吸入麻醉组APOE4基因型与POCD的发生率明显相关^[8]。与最近的一项研究相符合^[9]。一些学者认为,APOEε4引起的神经认知功能变化的效应是短暂急性的,只发生在术后较短的时间里。以上各个实验由于对于术后的认知功能评价时间点不同,导致其发生率及结果存在差异。由于各种复杂因素的干扰,等位基因ε4与POCD的关系还有待进一步证实。

C3是血清中含量最高的补体成分,主要由巨噬细胞和肝脏合成,在C3转化酶的作用下,裂解成C3a和C3b两个片段,在补体经典激活途径和旁路激活途径中均发挥重要作用。在小鼠脑中风模型中发现C3基因敲除能减少缺血范围,保护认知功能。进一步的研究发现C3可以通过影响海马神经元的突出可塑性以及神经发生影响学习记忆^[10]。研究者Alpert在人的C3中发现补体成分的基因多态性,人类C3普遍存在C3f、C3s两种基因型^[11]。大量的研究发现其多态性与多种疾病有关^[12-14]。Gigante等人在通过对147例接受CEA手术患者分析发现C3f基因型患者其POCD发生率明显高于C3s基因型患者^[15]。可能的机制是C3f基因型患者C3水平升高,而C3对海马依赖的认知功能的损伤中起着重要作用^[16,17]。但在CEA患者中C3f基因型如何影响C3水平还需进一步研究。

磷酸二酯酶具有水解细胞内第二信使(cAMP,环磷酸腺苷或cGMP,环磷酸鸟苷)的功能,降解细胞内cAMP或cGMP,从而终结这些第二信使所传导的生化作用,PDE4D可以特异性水解细胞内第二信使cAMP,cAMP的水平低会导致血管平滑肌细胞迁移和增殖,以及促进炎症和细胞因子的释放,这些都会促进疾病的发生发展,如在脑卒中起到重要作用。2003年通过对家族性缺血性脑疾病的调查发现编码PDE4D的基因与卒中的联系很密切^[18]。之后大量的实验对其多态性进行研究,发现SNP83与颈动脉性卒中有关^[19-21]。对PDE4D敲除小鼠的实验中发现PDE4D能减少海马的神经发生,从而影响小鼠的记忆^[22]。而PDE4D的基因多态性会影响PDE4D的浓度水平,Heyer等人试图发现PDE4D基因多态性与POCD有无关联,通过对340名CEA术后患者调查发现其SNP83位点C/C基因型患者术后认知功能发生率明显高于其他基因型患者^[23]。学者对PDE4D对认知功能的影响研究发现其可能的机制是PDE4D能够降解cAMP为无活性的5’-AMP,从而抑制cAMP/PKA通路及下游的CREB的磷酸化,进一步影响神经源性营养因子的表达,影响机体的认知功能^[24-27]。基因多态性具体是如何影响PDE4D的表达,进而影响认知功能的尚不清楚。

CRP是机体非特异性免疫机制的一部分,它结合C-多糖,在Ca²⁺存在时可结合细胞膜上磷酸胆碱,可激活补体的经典途径,增强白细胞的吞噬作用,调节淋巴细胞或单核/巨噬系统功能,促进巨噬细胞组织因子的生成。在一项调查中发现发生认知障碍的患者的CRP浓度明显高于没有认知障碍的患者^[28]。虽然CRP的升高并非特异性标志,但是它们反映了组织的损伤、病原体的感染、免疫刺激等炎症过程。有研究发现血浆CRP与IL-6浓度增高与老年人的认知功能减退相关。

血浆CRP浓度还受其基因多态性的影响,如rsll30864的TT基因型携带者显示出较高的血浆hs-CRP水平,CRP基因含多达40个SNP。其多态性发现与多种疾病相关,如心血管疾病、缺血性脑疾病、炎症性肠病等^[29,30]。而CRP的同义单核苷酸多态性+1059基因位于外显子2上,其并不影响基因的功能和表型,但是可以影响该特定基因翻译后蛋白的折叠和功能。Mathew等人通过对513名冠状动脉搭桥(GABG)手术患者研究发现1059G/G基因型患者发生POCD的概率明显高于其他基因型患者,对患者血浆CRP浓度进行分析发现1059G/G患者其术后24小时血浆浓度明显高于其他基因型患者^[31]。虽然作者在实验中无法排除与选择素-P(SELP)1087G/A单核苷酸多态性的连锁不平衡性,但以证明其CRP+1059基因单核苷酸多态性可影响手术患者后的认知功能。其可能是直接影响CRP的浓度也可能是通过改变其蛋白功能发挥作用。但具体过程及机制仍需进一步的研究。