脑血管病是我国人口死亡和残疾的最主要原因，其中缺血性卒中占所有脑血管病的85% ～90% 。缺血性卒中是多种病因通过多种机制引起的一组综合征，其易感性受多种环境因素、生活方式和遗传因素的影响，是由多种基因相互作用以及基因与环境共同影响的结果，卒中的预防有赖于对其危险因素的确定和干预。缺血性卒中的遗传易感性早在20 年前即已在双胞胎家系研究中得到证实。Jerrard-Dunne 等的研究显示，与性别和年龄相匹配的对照者相比，具有卒中遗传家族史的人群（年龄≤65 岁）发生大动脉粥样硬化性卒中（large artery artherosclerosis ，LAA ）和小动脉闭塞性卒中（small-artery disease ，SAD ）的风险分别增高2.93 倍和3.15 倍。随后缺血性卒中的分子遗传学研究成为热点。迄今为止，已发现100 多种可能与缺血性卒中易感性有关的基因，涉及缺血性卒中发病过程的多个环节，包括动脉粥样硬化、血小板和内皮细胞功能、凝血功能以及机体免疫功能等。
近年来，冰岛基因研究组通过全基因组连锁扫描确定了2 个新的缺血性卒中相关基因：5- 脂氧合酶激活蛋白（5-lipoxygenase activating protein ，ALOX5AP ）基因和磷酸二酯酶4D （phosphodiesterase 4D ，PDE4D ）基因。5- 脂氧合酶激活蛋白（5-lipoxyenase activating protein ，FLAP ）可提高5- 脂氧合酶（5-lipoxygenase ，5-LO ）活性。ALOX5AP 基因突变后，FLAP 通过调节5-LO 底物浓度，并在5-LO 参与下促使白细胞三烯（leukotriene ，LT ）和多种炎症介质损伤血管壁，使血管内膜增厚，进而导致动脉粥样硬化。PDE4D 具有降低环磷酸腺苷（cyclic adenosine monophosphate ，cAMP ）和环磷酸鸟苷（cyclic guanosine monophosphate ， cGMP ）活性的生物学特性，使血管内皮失去保护。PDE4D 基因突变后，长链构型的PDE4D 发挥磷酸化作用，进一步降低上述2 种物质的活性，从而加速动脉粥样硬化。ALOX5AP 和PDE4D 基因多态性与缺血性卒中的相关性已成为近年来的研究热点。
1 ALOX5AP 和 PDE4D 基因多态性与动脉粥样硬化
动脉粥样硬化导致的动脉狭窄或斑块易损性是缺血性卒中发生的重要机制。动脉粥样硬化的发病机制目前主要有脂源性学说、致突变学说、损伤应答学说、炎症免疫学说和受体缺失学说。近年来的研究表明，ALOX5AP 和PDE4D 基因多态性可调节动脉炎症反应，与动脉粥样硬化和斑块易损性密切相关。
1.1 ALOX5AP 基因、FLAP/5-LO 通路和血管损伤
ALOX5AP 基因定位于13q12-13 ，包含5 个外显子和4 个内含子，长约31 kb ，包括HapA 和HapB2 种单元型，分别包含4 种单核苷酸多态性（single nucleotide polymorphism ，SNP ）（表1 ）。其编码的FLAP 与5-LO- 起将体内花生四烯酸转化为LT 和多种炎症介质，在血管壁损伤和动脉粥样硬化的发生中发挥着重要作用。
小鼠模型实验表明，ALOX5AP 基因敲除引起的5-LO 特异性缺乏可显著抵抗主动脉粥样硬化的进展。研究显示，动脉粥样硬化患者斑块内5-LO 通路也广泛表达。Dwyer 等的研究显示，5-LO 基因启动子区多态性与颈动脉内膜一中膜厚度增加和炎性标记物浓度增高有关。FLAP/5-LO 通路在动脉粥样硬化过程中发挥着重要作用。近年来的研究还显示，ALOX5AP 基因多态性与动脉粥样硬化斑块的稳定性有关，SG13 S114A 等位基因是动脉粥样硬化易损斑块的重要标志。
表 1 ALOX5AP 基因的单核苷酸多态性和单元型
表 2 PDE4D 基因的单核苷酸多态性和单元型
1.2 PDE4D 基因、cAMP 信号通路及表达调控机制
PDE4D 基因定位于染色体5q12 ，长约1.6 Mb ，包含24 个外显子和22 个内含子。Nakayama 等在日本人群中发现了PDE4D 基因的2 种单元型：一种为含有SNP83 、SNP3 和AC008818-1 的单元型，T2G2X 型单元型为卒中的保护性因素，而C2G2X 单元型则为危险因素；另一种为含有SNP18 、SNP19 、SNP20 和SNP21 的单元型，而SNP45 没有多态性。迄今已发现了PDE4D 基因的多种SNP （表2 ）。PDE4D 在血管平滑肌细胞、内皮细胞、T 淋巴细胞、巨噬细胞以及单核细胞等炎症细胞和免疫细胞上都有表达，是一类催化水解细胞内第二信使cAMP 和cGMP 的关键酶，使cAMP 和cGMP 转变为无活性的单核苷酸。
该基因通过对cAMP 信号传导通路及表达调控机制促进血管内皮细胞增殖，加重血管炎症反应，降低斑块稳定性，从而影响脑梗死的易感性。PDE4D 的酶活性可以调节人体组织损伤或感染，并影响cAMP 的水平，是动脉粥样硬化和缺血性卒中的潜在候选基因。PDE4D 酶活性主要是通过影响炎症环境、动脉粥样斑块稳定性、对抗血管损伤和病理性血管发生以及抵御低水平感染风险等方面在卒中中起着重要作用。同时，PDE4D 与cAMP 和cGMP 之间存在复杂的血管内皮功能信号通路，当cGMP 合成被抑制或内膜细胞剥脱后，PDE4D 表达可显著降低，进而影响cAMP 浓度。Houslay 和Adams 的研究也证实，该基因发生突变后产生的PDE4D 可选择性降解第二信使cAMP ，促进平滑肌细胞的增殖、迁移以及受损血管的炎症反应，促进动脉粥样硬化发生。
2 AL05XP 和 PDE4D 基因突变与缺血性卒中
2.1 ALOX5AP 基因突变
2004 年，Helgpdottir 等对冰岛296 个家族的713 例心肌梗死患者进行的研究显示，ALOX5AP 基因多态性与心肌梗死和卒中相关，全基因组扫描显示该基因有144 个SNP 。携带HapA 单元型者心肌梗死风险增高1.8 倍，卒中风险增高1.67 倍。在英国心肌梗死患者中发现了另一种单元型HapB ，携带此单元型的患者发生心肌梗死的风险增高1.95 倍，但未发现HapB 与脑梗死之间存在相关性。2005 年，Helgadorrir 等对苏格兰的脑梗死患者进行的研究显示，HapA 与缺血性卒中密切相关，而HapB 在男性患者中比例高，但与缺血性卒中无关，进一步证实了冰岛人群研究的结果。Kaushal 等的研究显示，ALOX5AP 基因SG13 S106 和SG13 S89 与白人缺血性卒中有关，但与其他人种的缺血性卒中无关。一项汇总分析表明，ALOX5AP 基因SG13 S114 突变是伊比利亚人群发生缺血性卒中的独立危险因素。
不过，也有研究表明ALOX5AP 基因多态性与脑梗死易感性的关系不同于冰岛人群。Zintzaras 等对希腊拉里萨人群进行的研究显示，HapA 和HapB 均与脑梗死无关，仅SG13 S106 和SG13 S377 与脑梗死有微弱联系。Zee 等的研究同样未显示ALOX5AP 基因多态性与心肌梗死或脑梗死的相关性。在中国人群中进行的研究也表明，SG13 S114A 等位基因不是动脉粥样硬化性脑梗死的危险因素。
综上所述，ALOX5AP 基因多态性与缺血性卒中的研究尚未取得一致的结论（表3 ）。迄今为止，多数研究主要围绕该基因HapA 和HapB 单元型展开，对与卒中亚型相关性的研究较少。
表 3 ALOX5AP 基因多态性与缺血性卒中
ALOX5AP ：5- 脂氧合酶激活蛋白；SNP ：单核苷酸多态性；HapA ：单元型A ；HapB ：单元型B ；LAA ：大动脉粥样硬化性卒中
2.2 PDE4D 基因突变
2003 年，Gretarsdottir 等的研究显示，冰岛人群PDE4D 基因AC008818-1 、SNP45 、SNP41 、SNP87 、SNP89 和SNP56 主要影响LAA 和心源性脑栓塞（cardiac embolism ， CE ）的发生，其中含有SNP45 和AC008818-1 位点的单元型与脑梗死的相关性最为密切，SNP83 与LAA 相关。Saleheen 等的研究显示，SNP83 T 等位基因与巴基斯坦人脑梗死相关，而单元型却与之无关。Xu 等也发现，SNP83 与亚洲人群的缺血性卒中有关。Brophy 等的研究显示，SNP9 、SNP42 、SNP219 、SNP220 和AC008818-1 与非高血压人群卒中风险有关，SNP175 则相反。Zee 等的研究显示，SNP56 可使缺血性卒中风险增高2.26 倍，SNP42 、SNP45 和SNP56 可能与无高血压的男性卒中呈弱相关。Staton 等的研究显示，SNP89 、SNP87 、SNP83 及其单元型与澳大利亚人的卒中风险相关，而SNP56 、SNP45 、SNP41 及其单元型则无相关性；不过，汇总分析表明SNP87 和SNP41 与卒中发病相关。Bevan 等的研究显示，SNP87 和SNP19 与LAA 相关，SNP2 、SNP13 、SNP14 、SNP15 、SNP20 和SNP26 与CE 相关，而SNP45 和AC008818-1 位点与卒中无关。
然而，也有研究显示PDE4D 基因多态性与脑梗死风险无关，甚至存在某种保护作用。对北欧人群PDE4D 基因6 个多态性位点的研究未显示这些位点多态性与脑梗死风险有关。SNP41 并非韩国人非心源性栓塞的危险因素。Yoon 等的汇总分析显示，SNP56 与脑梗死风险密切相关，而SNP83T 等位基因则在亚洲人群中对脑梗死有保护作用。
迄今为止，PDE4D 基因多态性与缺血性卒中的关联研究已取得一定进展，但结论仍存在较多争议（表4 ）。
表 4 PDE4D 基因多态性与缺血性卒中
LAA ：大动脉粥样硬化性卒中；CE ：心源性脑栓塞；SAD ：小血管闭塞性卒中；HRH ：定义为45 的高风险单元型；VNTR ：AC008818-1 基因
a 与冰岛人群的研究结论不一致
2.3 2 种基因突变对缺血性卒中的独立影响
有少数研究同时探讨了ALOX5AP 和PDE4D 基因多态性与脑梗死易感性的联系。Dwyer 等的研究显示，PDE4D 基因SNP83 和SNP56 与脑梗死相关，而SNP45 、AC008818 以及ALOX5AP 基因HapA 与北美白人卒中风险无关。Kostulas 等对瑞典人群进行的研究显示，ALOX5AP 基因HapA 与缺血性卒中无关，只能增高动脉粥样硬化风险，而PDE4D 基因SNP45 和SNP41 会增高LAA 和CE 风险。Lovkvist 等的研究则显示，PDE4D 基因SNP45 和SNP39 对瑞典高血压人群的缺血性卒中起着保护作用，而ALOX5AP 基因SG13 S25 会在非高血压人群中增高卒中风险。Doming-les-Montanari 等的研究表明，西班牙伊比利亚人群SG13 S114T 单元型是脑梗死的独立危险因素，而PDE4D 基因与脑梗死无显著相关性。Quarta 等在基因同源的撒丁岛人群中未能发现PDE4D 和ALOX5AP 基因与缺血性卒中相关。迄今为止，对ALOX5AP 和PDE4D 基因多态性与脑梗死易感性相关性的研究多采用病例对照设计，未分析2 种基因之间的交互作用。ALOX5AP 基因突变主要通过表达炎性介质（如LT ）和改变血管通透性等方面促进动脉粥样硬化形成，而PDE4D 基因主要通过调节细胞内第二信使活性影响细胞功能，促进平滑肌细胞增殖和炎症反应。2 种基因对动脉粥样硬化的发生和发展以及斑块稳定性的病理学过程有着共同的作用机制，两者之间可能存在交互作用，从而增高脑梗死易感性。
综上所述，对ALOX5AP 和PDE4D 基因多态性与脑梗死易感性的研究结果存在较大差异，有些研究结果甚至相悖。这可能是由于研究对象不同、种族不同和研究位点不同所致，更重要的原因是多数研究仅探讨一种基因的1 个或2 个孤立的多态性位点，未进行前瞻性研究，也没有考虑基因一基因交互作用对脑梗死易感性的影响。
3 结语
近年来的大量流行病学资料表明，脑梗死是不遵循经典孟德尔遗传规律的多基因遗传性疾病，但遗传倾向程度未知。单个基因位点对脑梗死发病的影响非常有限甚至无法检测到，但多个此类弱势位点的联合作用可能会增高其易感性，基因一基因或基因一环境交互作用可能是脑梗死发病的重要原因。基因交互作用与缺血性卒中的关系是今后研究的重点和发展趋势。一种新的研究工具——广泛多因子降维法（generalized multifactor dimensionality reduction ，GMDR ）于2007 年应运而生。Liu 等采用GMDR 进行的研究显示，Notch3 、MTHFR 和ALOX5AP 基因多态性的交互作用可显著增高卒中风险。这是GMDR 首次在基因多态性与脑梗死遗传易感性研究中的应用。
我们推测，基因多态性的交互作用将是缺血性卒中遗传易感性研究的一个新领域，将来有希望描绘出一个确定的卒中基因谱，从基因水平确定不同个体的脑梗死易感性，应用于健康人群的病因筛查和预防。通过对ALOX5AP 和PDE4D 基因表达调控进行研究和分析，有可能更清楚地认识人动脉粥样硬化的形成机制和与其相关的分子机制。此外，还有可能开拓基因治疗在卒中防治中的应用前景。
