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Leber氏遗传性视神经病(Leber hereditary optic neuropathy,LHON;MlM535000)是最典型、最常见的线粒体遗传病之一,主要由三个线粒体DNA(mitochondrial DNA,mtDNA)原发突变(primary mutation,m.11778G＞A、m.3460G＞A和m.14484T＞C)引起。患者主要表现为无痛性双侧视力下降或丧失,不完全外显(incomplete penetrance)和性别偏好(gender bias)是该病亟待解决的两大难题。LHON是研究线粒体疾病的极好模型,本文集中从mtDNA角度研究了我国LHON人群的致病突变和母系遗传背景。
以携带原发突变m.11778G＞A的LHON患者和疑似LHON患者(无原发突变但有LHON症状的患者)为研究对象,通过测定所有患者mtDNA控制区(control region)序列及部分患者的mtDNA全基因组序列,并对其进行线粒体单倍型类群(haplogroup)划分和进化医学分析,揭示LHON患者和疑似LHON患者的母系遗传背景或除原发突变外的其它mtDNA突变对该病发生的影响。
我们之前的研究结果表明,我国LHON人群的临床外显率受到mtDNA单倍型类群的影响,单倍型类群M7bl’2增加LHON原发突变m.11778G＞A外显的风险,而Msa对该原发突变外显有保护效应,但这一临床关联分析结果没有在病例—对照研究中得到证实。为进一步分析LHON患者的母系遗传结构(即单倍型类群的组成)与发病的关系,我们对479个携带m.11778G＞A的LHON患者(1组)和843个疑似LHON患者(2组)进行了mtDNA控制区序列分析和单倍型类群的划分,并与1689个己报道的正常汉族人(3组)的母系遗传结构进行比较。发现疑似LHON患者的母系遗传结构与正常汉族人群一致,提示mtDNA遗传背景不影响疑似LHON患者的发病。携带m.11778G＞A的LHON患者的母系遗传结构与正常人群或疑似LHON患者的遗传结构均有差异:单倍型类群R9,特别是其子类群F对携带m.11778G＞A的LHON患者具有显著的保护作用(1组与2组相比:P=9.133×10-23,OR=0.062;1组与3组相比:P=1.999×10-24,OR=0.066);单倍型类群M7b(1组与2组比:校正P=0.047,OR=1.795;1组与3组比:校正P=0.018,OR=1.782)和D4(1组与2组比:校正P=0.031,OR=1.628;1组与3组比:校正P=0.085,OR=1.467)是LHON发病的危险因素。
除原发突变的mtDNA突变可影响LHON发病。LHON原发性突变m.11778G＞A与致耳聋突变m.1555A＞G同时存在时,可增加该家系LHON发病的外显率(penetrance)。氨基酸保守性和蛋白疏水性等分析结果提示,在无三个原发突变的LHON人群中,稀有突变m.3635G＞A是LHON发病的原因之一。另外,在对LHON患者进行序列分析时,我们发现位于mt-tRNAphe的变异m.593T＞C在携带m.11778G＞A的IMON患者中发生频率(2.92％,14/479)高于疑似LHON患者组(1.42%,12/843)或普通对照组(2.06%,49/2374)。对其进行的位点保守性、其它报道人群检索、MT-TF基因二级结构预测和体外转录的分析表明该变异可能通过改变mt-tRNAphc的结构,进而影响线粒体蛋白合成过程,从而加重携带m.11778G＞A的LHON患者的发病。
总之,通过对我国携带m.11778G＞A突变的LHON患者及疑似LHON患者进行mtDNA序列变异的系统分析,我们取得了一系列原创性结果,进一步证明了mtDNA的变异/突变可从多个方面影响LHON患者的发病。本研究为国人LHON病的遗传咨询和防治提供了理论基础和数据。