腎上腺腺瘤中KCNJ5基因體細(xì)胞突變的研究進(jìn)展

邵 丹(綜述)，李南方(審校)

(1.石河子大學(xué)醫(yī)學(xué)院，新疆 石河子 832000; 2.新疆維吾爾自治區(qū)人民醫(yī)院高血壓中心 新疆高血壓研究所，烏魯木齊 830001)

原發(fā)性醛固酮增多癥(primary aldosteronism，PA)是指由于腎上腺皮質(zhì)自主性醛固酮分泌增多而導(dǎo)致的高血壓伴有低鉀血癥、低血漿腎素活性、高濃度血漿和尿液醛固酮水平為特征的臨床綜合征[1]。近年來PA在高血壓人群中的患病率以及難治性高血壓中所占比例越來越高[2-3]。根據(jù)PA的病因，可分為腎上腺腺瘤(aldosterone-producing adenoma,APA)、特發(fā)性醛固酮增多癥、單側(cè)腎上腺增生、家族性醛固酮增多癥和生成醛固酮的腺癌[4]，其中30%～40%為APA[5]。Choi等[6]對(duì)22例APA中KCNJ5(potassium inwardly-rectifying channel,subfamily J,member 5)基因進(jìn)行了全外顯子掃描，發(fā)現(xiàn)了兩處體細(xì)胞突變：G151R(2/18)及L168R(6/18)。目前在APA中已發(fā)現(xiàn)多種體細(xì)胞KCNJ5突變位點(diǎn)，且APA中KCNJ5突變型與野生型臨床特征相比存在差異。以上研究均表明KCNJ5基因與APA的發(fā)生關(guān)系密切，但其具體作用機(jī)制尚不清楚。該文就近年來APA中發(fā)現(xiàn)的重要體細(xì)胞突變進(jìn)行簡要綜述。

1 KCNJ5基因及其編碼蛋白特點(diǎn)

KCNJ5基因位于第11號(hào)染色體長臂2區(qū)4帶，包含3個(gè)外顯子，mRNA大小為2912 bp，編碼G蛋白偶聯(lián)的內(nèi)向整流型鉀通道(G protein gated inward rectifier K+channel,GIRK4)蛋白，GIRK4屬于Kir(Inward rectifying potassium channel)家族，由兩部分組成：孔道構(gòu)成蛋白GIRK亞基和G蛋白偶聯(lián)受體。GIRK亞基由M1、M2兩個(gè)疏水片段組成,兩者之間的肽段形成P區(qū)，P區(qū)和M2片段對(duì)鉀離子的選擇性起著重要作用。人GIRK4蛋白多肽鏈為419個(gè)氨基酸，可與GIRK1、GIRK2、GIRK3形成異源四聚體，也可形成同源四聚體[7-8]。以往對(duì)GIRK4研究多集中于心房顫動(dòng)等心臟領(lǐng)域[9]，除此之外，GIRK1/GIRK4可形成異源四聚體作為麻醉劑的作用靶點(diǎn)[10]，且與肥胖發(fā)生關(guān)系密切[11]。近年來也有與糖尿病、神經(jīng)系統(tǒng)、血液系統(tǒng)及消化系統(tǒng)等疾病的相關(guān)報(bào)道[12-15]。

2 APA中KCNJ5體細(xì)胞突變位點(diǎn)

2.1G151R G151R是最早報(bào)道的突變位點(diǎn)之一，G151為選擇性鉀通道Gly-Thr-Gly(GYG)模序上的第一個(gè)甘氨酸，此位置上的甘氨酸存在于大多數(shù)鉀通道中，具有高度保守性，其主鏈的羰基面對(duì)P區(qū)，而P區(qū)對(duì)鉀離子的選擇性起重要作用。已有研究顯示此突變導(dǎo)致KCNJ5通道離子選擇性缺失，胞內(nèi)鈉電導(dǎo)增加，細(xì)胞除極，引起鈣離子內(nèi)流增加，而鈣離子作為醛固酮合成的重要信號(hào)分子，可能通過調(diào)節(jié)醛固酮合成酶基因CYP11B2的轉(zhuǎn)錄進(jìn)一步導(dǎo)致細(xì)胞增殖和醛固酮合成增多[10,16]。現(xiàn)已有研究證實(shí)，與野生型相比突變型中KCNJ5和CYP11B2的轉(zhuǎn)錄均明顯增加[17-18]。

目前文獻(xiàn)報(bào)道其突變率為9%～52%[17-18]，比其他突變更常見。Taguchi等[18]和Boulkroun等[19]研究發(fā)現(xiàn)兩種突變形式：C451G→C和C451G→A，而編碼氨基酸相同，均為精氨酸。而Choi等[6]的最初報(bào)道只有C451G→C突變，考慮突變可能存在種族差異，但仍需大規(guī)模研究證實(shí)。突變患者中女性比例顯著高于男性，但未發(fā)生突變的患者中男性多于女性，且男性腫瘤直徑顯著大于女性，這種性別差異可用kcnk3-/-的小鼠實(shí)驗(yàn)來解釋，kcnk9和kcnk3在腎上腺皮質(zhì)中高表達(dá)，實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)只在雌性kcnk3-/-小鼠中表現(xiàn)出高醛固酮和高血壓，而青春期前的雄性kcnk3-/-小鼠也表現(xiàn)出這種異常，但青春期后這種異常消失[20]。去勢的kcnk3-/-小鼠與雌性kcnk3-/-小鼠表現(xiàn)相似，但加入睪酮的雌性kcnk3-/-小鼠則表現(xiàn)正常[21]。因此，突變?cè)谂灾斜壤^高可能是由于相對(duì)于男性缺少雄激素的補(bǔ)償機(jī)制所致。此外，與野生型相比突變患者中醛固酮水平和舒張壓較高，血鉀水平較低，腫瘤直徑更大，且年輕患者比例更高。有研究提出年輕患者比例較高可能是由于年輕患者比高齡患者更容易被醫(yī)師懷疑為繼發(fā)性高血壓，因此有更大的機(jī)會(huì)被診斷為APA[18]。

2.2L168R L168R同為最早報(bào)道的突變位點(diǎn)，突變率在13%～27%[18-20]。L168位于GIRK4的第二跨膜區(qū)，同為保守區(qū)域，它的側(cè)鏈連接高度保守的GYG模序酪氨酸側(cè)鏈。G151R和L168R占已發(fā)現(xiàn)突變類型的99%[19]，兩種突變的臨床特征以及目前已研究的KCNJ5突變導(dǎo)致APA的分子機(jī)制均相似，但在大多數(shù)研究中L168R突變率比G151R低，且腫瘤直徑比G151R小[16-19]。突變同樣導(dǎo)致KCNJ5通道離子選擇性缺失，胞內(nèi)鈉電導(dǎo)增加，細(xì)胞除極，引起鈣離子內(nèi)流增加[6,22]，從而同樣通過調(diào)節(jié)醛固酮合成酶基因CYP11B2的轉(zhuǎn)錄[17]進(jìn)一步導(dǎo)致細(xì)胞增殖和醛固酮合成增多。且L168R中KCNJ5和CYP11B2的轉(zhuǎn)錄也明顯增加[17-18]。

2.3delI157 delI157由Azizan等[22]首次報(bào)道(1/119)。I157在人類、大鼠、小鼠、牛、犬、雞、青蛙等動(dòng)物的GIRK4蛋白中均存在，對(duì)人類KCNJ的7個(gè)亞家族進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)157位氨基酸均為異亮氨酸[23]，表明I157具有高度保守性。I157位于GIRK4環(huán)的C末端，其通過三個(gè)α螺旋形成疏水袋，GIRK4形成的選擇性離子通道對(duì)于微小的變化均很敏感。delI157可導(dǎo)致R155和E159距離更近，并且可能會(huì)打斷通道內(nèi)口周圍重要鹽鍵的形成，而這些鹽鍵對(duì)控制陽離子的選擇性起著重要作用，且delI157產(chǎn)生的電流變化與之前報(bào)道的APA中的突變相似，均引起胞內(nèi)鈉電導(dǎo)增加，細(xì)胞去極化，從而觸發(fā)鈣離子內(nèi)流增加[23]。

2.4E145Q Akerstrom等[24]首次報(bào)道了1例E145Q，突變頻率較低，對(duì)不同物種部分氨基酸序列進(jìn)行對(duì)比發(fā)現(xiàn)，人類、小鼠、青蛙、斑馬魚和玻璃海鞘第145位氨基酸均為谷氨酸，且E145周圍氨基酸序列幾種物種也基本一致，推測人E145位于高度保守區(qū)域，而保守區(qū)域的突變會(huì)對(duì)蛋白質(zhì)功能產(chǎn)生較大影響。由于G151R、L168R和I157S均通過影響蛋白結(jié)構(gòu)和選擇性離子通道的特異性，而進(jìn)一步和APA相關(guān)，E145Q則很可能也是由此途徑來發(fā)揮作用的。

3 展 望

PA中這些突變的發(fā)現(xiàn)以及突變型和野生型臨床特征及分子機(jī)制的差異說明可能存在更多的不同亞型，不同種族與人群之間是否存在差異尚需大規(guī)模研究證實(shí)。今后針對(duì)不同發(fā)病機(jī)制的亞型可能出現(xiàn)多種特異性診斷或治療，因此KCNJ5基因突變?cè)贏PA中的地位及其在治療中的應(yīng)用前景均有待于更深入的研究。目前KCNJ5基因發(fā)揮作用的具體分子機(jī)制尚不清楚，其所涉及的信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路亦不明確，這些突變位點(diǎn)的發(fā)現(xiàn)不僅是對(duì)KCNJ5基因突變研究的完善,更為進(jìn)一步研究KCNJ5基因?qū)A發(fā)病的相關(guān)分子機(jī)制以及進(jìn)一步個(gè)體化治療奠定基礎(chǔ)。

[1] Funder JW,Carey RM,Fardella C,etal.Case detection,diagnosis,and treatmentof patients with primary aldosteronism[J].J Clin Endocrinol Metab,2008,93(9):3266-3281.

[2] Calhoun DA,Nishizaka MK,Zaman MA,etal.High prevalence ofprimary aldosteronism among black and white subjects with resistant hypertension[J].Hypertension,2002,40(6):892-896.

[3] 李南方,李紅建,王紅梅,等.330例原發(fā)性醛固酮增多癥患者的臨床分析[J].中華內(nèi)分泌代謝雜志,2011,27(9):752-754.

[4] Mulatero P,Stowasser M,Loh KC,etal.Increased diagnosis of primary aldosteronism,including surgically correctable forms,in centers from five continents[J].JClin Endocrinol Metab,2004,89(3):1045-1050.

[5] Young WF Jr.Minireview:primary aldosteronismchanging concepts in diagnosis and treatment[J].Endocrinology,2003,144(6):2208-2213.

[6] Choi M,Scholl UI,Yue P,etal.2011 K+Channel mutations in adrenal aldosterone-producing adenomas and hereditary hypertension[J].Science,2011,331(6018):768-772.

[7] 徐向華，王曉良.中樞神經(jīng)系統(tǒng)中與G蛋白耦聯(lián)的內(nèi)向整流鉀通道[J].生理科學(xué)進(jìn)展,2001,32(2):168-170.

[8] Bradley KK,Hatton WJ,Mason HS,etal.Kir3.1/3.2 encodes an I(KACh)-like current in gastrointestinal myocytes[J].Am J Physiol Gastrointest Liver Physiol,2000,278(2):G289-G 296.

[9] Brundel BJ,Van Gelder IC,Henning RH,etal.Ion channel remodeling is related to intraoperative atrial effective refractory periods in patients with paroxysmal and persistent atrial fibrillation[J].Circulation,2001,103(5):684-690.

[10] Weigl LG,Schreibmayer W.G-protein-gated inwardly rectifying potassium channels are targets for volatile anesthetics[J].Mol Pharmacol,2001,60(2):282-289.

[11] Perry CA,Pravetoni M,Teske JA,etal.Predisposition to late-onset obesty in GIRK4 knockout mice[J].Proc Natl Acad Sci U S A,2008,105(23):8148-8153.

[12] Wickman K,Karschin C,Karschin A,etal.Brain localization and behavioral impact of the G-protein-gated K+channel subunit GIRK4[J].J Neurosci,2000,20(15):5608-5615.

[13] Shankar H,Kahner BN,Prabhakar J,etal.G-protein-gated inwardly rectifying potassium channels regulate ADP-induced cPLA2 activity in platelets through Src family kinases[J].Blood,2006,108(9):3027-3034.

[14] Zhang YL,Park HJ,Madias C,etal.G-protein-activated inward rectifier potassium channel 4 is a regulateable protein:its role in autonomic neuropathy in type Ⅰdiabetes[J].Faseb J,2008,22(5):614-620.

[15] 盧強(qiáng).RNA干擾人食管平滑肌細(xì)胞GIRK4基因表達(dá)的實(shí)驗(yàn)研究[D].西安:第四軍醫(yī)大學(xué)，2009.

[16] Scholl UI,Nelson-Williams C,Yue P,etal.Hypertension with or without adrenal hyperplasia due to different inherited mutations in the potassium channel KCNJ5[J].Proc Natl Acad Sci U S A,2012,109(7):2533-2538.

[17] Monticone S,Hattangady NG,Nishimoto K,etal.Effect of KCNJ5 mutations on gene expression in aldosterone-producing adenomas and adrenocortical cells[J].J Clin Endocrin Metab,2012,97(8):1567-1572.

[18] Taguchi R,Yamada M,Nakajima Y,etal.Expression and mutations of KCNJ5 mRNA in Japanese patients with aldosterone-producing adenomas[J].J Clin Endocrinol Metab,2012,97(4):1311-1319.

[19] Boulkroun S,Beuschlein F,Rossi GP,etal.Prevalence,clinical,and molecular correlates of KCNJ5 mutations in primary aldosteronism[J].Hypertension,2012,59(3):592-598.

[20] Heitzmann D,Derand R,Jungbauer S,etal.Invalidation of TASK1 potassium channels disrupts adrenal gland zonation and mineralocorticoid homeostasis[J].EMBO J,2008,27(1):179-187.

[21] Davies LA,Hu C,Guagliardo NA,etal.TASK channel deletion in miccauses primary hyperaldosteronism[J].Proc Natl Acad Sci,2008,105(6):2203-2208.

[22] Azizan EA,Murthy M,Stowasser M,etal.Somatic mutations affecting the selectivity filter of KCNJ5 are frequent in 2 large unselected collections of adrenal aldosteronomas[J].Hypertension,2012,59(3):587-591.

[23] Charmandari E,Sertedaki A,Kino T,etal.A novel point mutation in the KCNJ5 gene causing primary hyperaldosteronism and early-onset autosomal dominant hypertension[J].J Clin Endocrin Metab,2012,97(8):E1532-E1539.

[24] Akerstrom T,Crona J,Delgado Verdugo A,etal.Comprehensive re-sequencing of adrenal aldosterone producing lesions reveal three somatic mutations near the KCNJ5 potassium channel selectivity filter[J].PLoS One,2012,7(7):41926.