自Shneider等于1992年成功地纯化出牛肾上腺的LDL-R基因,Yamamoto等1984年成功地分离和克隆出5.3kb受体基因的全cDNA,并制成探针后,FH患者LDL-R基因突变在NDA分子水平上的研究有了新进展。
LDL-R基因位于人类第19号染色体p13.1~13.3,长45kb,由18个外显子和17个内显子组成(见图20-3),编码860个氨基酸的受体前体蛋白,分子量为120000,此前体蛋白在由内质网向高尔基体转运的过程中切去21个氨基酸残基组成的信号肽,加上18个O-连接和2个N-连接的寡糖链,成为分子量为160000的成熟LDL-R。LDL-R蛋白根据结构与功能的关系分成5个功能区,见第六章。
图20 -3 LDL-R基因结构示意图
图中细线为内含子,宽线为外显子
在LDL-R外显子与其功能结构区也有密切的对应关系,如表20-1所示。17个内含子分别在LDL-R氨基酸序列中第2、43、84、211、252、293、333、375、432、508、548、594、642、693、750、776和828位点处插断外显子的序列。
表20-1 LDL-R外显子与功能结构区的对应关系
外 显 子 | 长 度(bp) | 编码LDL-R结构区 |
1 | 145~160 | mRNA5'端非翻译区、信号肽 |
2 | 123 | 1区重复1 |
3 | 123 | 1区重复2 |
4 | 381 | 1区重复3、4、5 |
5 | 123 | 1区重复6 |
6 | 123 | 1区重复7 |
7 | 120 | 2区重复A |
8 | 126 | 2区重复B |
9 | 172 | 2区重复B、C间区 |
10 | 228 | 2区重复B、C间区 |
11 | 119 | 2区重复B、C间区 |
12 | 140 | 2区重复B、C间区 |
13 | 142 | 2区重复B、C间区 |
14 | 153 | 2区重复C |
15 | 171 | 3区 |
16 | 78 | 3区,4区9个氨基酸残基 |
17 | 153 | 4区13个、5区39个氨基酸残基 |
18 | 2535 | 5区11个氨基酸残基,mRNA5'端非翻译区 |
在对FH病人LDL-R基因的分析中,已发现了几十种不同的基因突变,按照突变对LDL-R结构与功能的影响,将LDL-R基因突变分成四型,如表20-2所示。
表20-2 LDL-R基因突变类类型
类 型 | LDL-R功能异常 |
Ⅰ型 | 不产生可测定的LDL-R,细胞膜上无LDL-R存在 |
Ⅱ型 | 基因产物在细胞内有成熟和运输障碍,膜上LDL-R明显减少 |
Ⅲ型 | 基因产物可到达细胞表面,但不与配体结合 |
Ⅳ型 | 基因产物可到达细胞表面且与配体结合,但不能全部转入有被小窝 |
从DNA分子水平上看,LDL-R突变包括缺失、插入、无义突变和错义突变,影响受体的5个功能区,目前至少已发现180种LDL-R基因突变型,其中以5’端>10kb片段突变最为常见。LDL-R的各种基因突变及其对LDL-R功能的影响见表20-3、表20-4、表20-5。
表20-3 LDL-R 的各种基因突变及其对LDL-R功能的影响(缺失)
患者 | 缺失位点 | 缺失长度 | LDL-R异常 | 突变类型 |
FH381 | 外显子13~15 | 5kb | 无LDL-R合成 | Ⅰ |
FH49 | 启动子-外显子1 | >10kb | 无LDL-R合成 | Ⅰ |
FH26 | 启动子-外显子1 | >6kb | 无LDL-R合成 | Ⅰ |
FHTD | 外显子13~14 | 4kb | 无LDL-R合成 | Ⅰ |
FHTT | 外显子2 | 6bp | 1区重复1Asp26、Gly27缺失 | Ⅱ |
FH563 | 外显子4 | 3bp | 1区重复5Gly187缺失 | Ⅱ |
FH626 | 外显子5 | 0.38kb | 1区重复6缺失 | Ⅲ |
FHYF | 外显子7~14 | 12kb | 2区大部分缺失 | Ⅲ |
FH359 | 外显子7~8 | 4kb | 2区重复A、B缺失 | Ⅲ |
FH781 | 外显子16~18 | 7.8Kb | 4、5区缺失 | Ⅳ |
FH274 | 外显子16~18 | 5.5Kb | 4、5区缺失 | Ⅳ |
FHHelsjnkl | 外显子16~18 | 9.5Kb | 4、5区缺失 | Ⅳ |
FH5272 | 外显子2~3 | 5Kb | 1区重复1、2缺失 | Ⅲ |
FHOF | 外显子15~16 | 5.5Kb | 3区,4区9个氨基酸残基缺失 | - |
FHST | 外显子16~17 | 4Kb | 3区部分、4区、5区部分氨基酸残基缺失 | - |
FHL171 | 外显子16 | 0.4Kb | 3区部分,4区部分氨基酸残基缺失 | - |
FHkanazawa | 外显子2~4 | 12Kb | 1区重复2~5缺失 | - |
FHokayama | 外显子7~14 | 13Kb | 2区缺失 | - |
表20-4 LDL-R的各种基因突变及其对LDL-R功能的影响(错义突变)
患者 | 缺失位点 | 缺失长度 | LDL-R异常 | 突变类型 |
FHMM | 外显子14 | GGC→GAC | 2区重复C内Pro664→Leu | Ⅱ |
FH47 | 外显子14 | TGT→TAT | 2区重复C内Cys646→Leu | Ⅱ |
FH787 | 外显子4 | CTC→CTT | 1区重复5内Glu207→Lys | Ⅱ |
FH848 | 外显子4 | TCG→TTG | 1区重复4内Ser156→Leu | Ⅱ |
FH12 | 外显子4 | GTC→CTC | 1区重复5内Asp206→Glu | Ⅱ |
FH724 | 外显子9 | CAC→CAT | 2区内Val408→Met | Ⅱ |
FH429 | 外显子11 | GGC→GTC | 2区内Gly554→Val | Ⅱ |
FH840 | 外显子4 | C→G | 1区重复5内Asp206→Glu | Ⅱ |
FH883 | 外显子3 | TGG→GGG | 1区重复2内Trp66→Gly | Ⅲ |
FH380 | 外显子17 | TAT→TGT | 5区内Tyr807→Cys | Ⅳ |
表20-5 LDL-R的各种基因突变及其对LDL-R功能的影响(无义突变、插入)
患者 | 缺失位点 | 缺失长度 | LDL-R异常 | 突变类型 |
FH264 | 外显子14 | TGC→TGA | 2区重复内Cys660→终止密码 | Ⅱ |
FH683 | 外显子17 | TGG→TGA | 5区内Trp792→终止密码 | Ⅳ |
FH295 | 外显子8~9 | 14kb插入 | LDL-R增大4000D | Ⅲ |
FHL257 | 外显子9~10 | 4.4kb插入 | 移码、插入片段内出现终止密码 | - |
FH763 | 外显子17 | AGAA插入 | 5区内移码→终止密码804 | Ⅳ |