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背景阿尔茨海默病(Alzheimer’s disease,AD)在我国俗称老年痴呆症,是一种最为常见的神经退行性疾病和痴呆类型,临床症状表现为记忆的缺失,以及不能形成新的记忆。研究发现,AD主要的病理特征是脑细胞外由Aβ异常聚集形成的老年斑和脑细胞内高度磷酸化tau蛋白聚集形成的神经纤维缠结。由于AD疾病进程伴随着大量的突触丢失,使得AD也被认为是一种"突触疾病"。Arc基因编码活性调节的细胞骨架蛋白,位于人的第八号染色体,属于即刻早期基因家族。Arc诱发突触的长时程增强效应,是突触可塑性、学习和记忆的关键调控因子。大量证据表明,Arc在记忆的巩固过程中发挥着重要作用。并且,前期研究发现,Arc蛋白还会和PSEN1相互作用,促进Aβ的生成。由于Aβ异常聚集形成的老年斑和记忆丢失是AD的典型病理特征,我们推测Arc基因的遗传变异可能与AD遗传易感相关。近期也有研究报道Ac基因的遗传变异在瑞典人群中与AD遗传易感相关。但是,到目前为止,没有关于Ac基因的遗传变异在我国汉族人群中与AD遗传易感相关的报道。方法本研究分两个阶段,一共收集了 1471例病例-对照样本,所有的样本均来自我国汉族人群,以探究Arc基因中的常见变异与AD的遗传易感相关性。同时,我们对99例具有高遗传力的AD样本(具有家族遗传史或发病年龄早于55岁)和52例认知正常的对照样本进行全外显子测序,并从中提取了Arc基因的全外显子测序结果进行分析,以探究在具有高遗传力的AD样本中是否存在Ac的稀有致病变异。对发现的变异,从GenBank中下载11种脊椎动物的Arc蛋白序列,应用软件包DNASTAR Lasergene7.1中的MegAlign软件比对蛋白序列,以探究在物种进化过程中Arc蛋白序列的保守性。使用RaptorX软件预测变异是否会潜在改变蛋白结构。通过挖掘分析基因表达数据库(Gene Expression Omnibus(GEO)和BRAINEAC),以探讨Arc蛋白在AD中的表达变化,以及AD相关变异位点与Ac基因表达的相关性,并通过双荧光报告实验对处于非编码区的调控位点进行功能初探。通过挖掘并分析ADNI数据库中180例AD患者、363例轻度认知功能障碍患者以及214例正常对照样本的全基因组关联分析(Genome-wide association study,GWAS)、临床数据以及生物指标数据,以探究风险等位基因与AD内表型的关联。结果对我们的样本研究发现,Arc基因3’UTR区变异位点rs10097505在我国汉族人群中与AD遗传易感显著相关(p=0.003)。通过GEO相关数据分析发现,在AD疾病进程中,颞叶皮层中的Arc表达水平显著降低;跨平台归一化分析其他表达数据集发现,在与AD发病最相关的脑区内嗅皮层中Arc的表达水平在AD人群中显著低于正常人群。而查询brain eQTL BRAINEAC数据库分析发现,SNP rs10097505风险等位基因型AA在海马中与显著上调的Arc mRNA的表达相关,这一发现得到了双荧光报告实验的验证。通过下载ADNI公开发表的数据,并进行整合分析发现,AD风险基因型rs10097505-AA较其他基因型携带者,在正常人群的脑脊液中与显著高的Aβ1-42的水平相关,同时与较高的Aβ水平的相关。并且,该风险基因型还在正常人群中与较低的MMSE(Mini-mental state examination,MMSE)认知评分相关。我们进一步通过外显子测序分析了Ar 基因外显子区的稀有变异,在两个无亲缘关系的AD患者中,发现了一个非同义变异c.20G>A(p.T7I),该变异在认知正常的对照人群中未见报道。保守性分析显示,变异c.20G>A改变了 Arc蛋白高度保守的第7位氨基酸,蛋白结构预测也显示该变异可能潜在影响蛋白结构。结论我们的研究发现,Arc基因中位于调控区的常见变异和位于编码区的稀有变异均与AD发病风险显著相关。细胞功能实验和数据挖掘分析显示,与AD遗传易感相关的Arc基因变异位点可能是通过改变Arc蛋白结构或者影响Arc在大脑中的表达,进而参与到AD发病机制中。接下来我们还需要独立样本人群的验证研究和系统的细胞和动物实验,来进一步揭示Arc参与AD发生发展的具体机制。