脂蛋白(a)遺傳學與心血管疾病相關性的研究進展

石惠薇 劉碩霖 熱娜提·肉孜 吳娜瓊

脂蛋白a[Lp(a)]是目前血脂領域的研究熱點。 無論流行病學研究，還是孟德爾隨機試驗均證實Lp(a)升高與心血管疾病密切相關，如心肌梗死、外周動脈粥樣硬化以及主動脈瓣狹窄等。 2009 年Kamstrup 等[1]利用孟德爾隨機化研究證實Lp(a)水平升高是心血管疾病的病因之一，引起研究者對Lp(a)的濃厚興趣。 Erqou 等[2]從遺傳學角度揭示了Lp(a)與心血管疾病風險呈連續相關，Clarke 等[3]在2 100 個心血管疾病的候選基因中發現LPA 基因的變異是最強的心血管遺傳危險因素。 因此Lp(a)在心血管疾病中的病因性作用成為了研究熱點。 本綜述將重點從遺傳學角度來闡述Lp(a)的相關研究進展。

1.脂蛋白(a)血漿濃度與Apo(a)遺傳學

Lp(a)復合物由與纖溶酶原(PLG)同源的高分子量糖蛋白Apo(a)亞型和LDL 樣顆粒形成二硫鍵共價結合構成，是一種具有apo(a)基團的低密度脂蛋白樣蛋白，而且血漿Lp(a)濃度大部分是由LPA 基因決定，這在揭示Lp(a)與心血管疾病的因果關系中起關鍵作用[3]。 血漿Lp(a)水平的個體差異很大，健康個體中Lp(a)濃度從＜0.1 mg/dL 到＞200 mg/dL 不等，跨度超過1 000 倍[4]。 人群中，Apo(a)蛋白大小存在廣泛的異質性，有超過40 種不同的異構體，在個體內，80%以上的個體攜帶2 種不同大小的載脂蛋白(a)亞型，血漿Lp(a)水平由每個異構體中Apo(a)大小確定，而其大小是由KIV-2 拷貝數變異決定，且KIV-2 的拷貝數與血漿Lp(a)濃度成負相關[5]。 在中國人群中，目前尚無大樣本的基因檢測來闡述LPA 基因變異及相應的Lp(a)血漿濃度變化規律，仍有待于進一步研究。

要了解Lp(a)的遺傳學，首先必須了解LPA 基因結構以及這種結構在進化過程中是如何發展的。 在靈長類動物進化過程中，LPA 基因通過從纖溶酶原(PLG)基因的復制和重塑進化而來。 PLG 包含一個蛋白酶結構域和五種類型的kringle 結構域，稱為KI 到KV。 人類LPA 基因進化過程中，KI 到KIII 已經丟失，只存在KIV，KV 和蛋白酶結構域，因LPA 基因關鍵殘基突變，LPA 中的蛋白酶結構域發生改變而失去纖溶酶活性[6]。 LPA 基因位點最具特殊性的是KIV，它通過突變擴展成10 種不同的類型(KIV 類型1-10)，其中KIV-2 以多個拷貝的形式存在，拷貝數從2 ～40 個范圍內不等。 每個重復序列的大小為5.6kB，很少有個體在其基因組中有兩個拷貝數相同的等位基因，由此產生了高度多態性和信息豐富的拷貝數變異(CNV)，導致大多數群體中雜合度超過95%[4]。 KIV-2 拷貝數變異進一步轉錄翻譯成Apo(a)亞型，其多態性的發現驗證了LPA 能夠通過關聯和同胞連鎖研究確定為決定Lp(a)水平的主要因素，而且大約70%～90%的Lp(a)水平變異可以用LPA 位點來解釋。

研究中還觀察到相同大小的apo(a)異構體在濃度上差別很大，這表明LPA 基因中的KIV-2 拷貝數變異并不是Lp(a)水平變異的唯一原因，事實上LPA 基因中的rs10455872和rs3798220 單核苷酸多態性(SNPs)均與高冠心病風險相關(25%和8% structure)。 孟德爾隨機研究發現最主要的SNP 是LPA rs10455872，其解釋了白種人群28%的Lp(a)血漿濃度變化[7]。 目前為止，LPA KIV-2 拷貝數和LPA rs10455872 SNP 是在大型孟德爾隨機研究中最好的基因工具。 盡管KIV-2 拷貝數＞40 以及LPA rs10455872 非攜帶者均提示Lp(a)低濃度，但相對于中等或低KIV-2 拷貝數而言，rs10455872 雜合性和純合子型者其血漿Lp(a)濃度分布顯著不同。

2.脂蛋白(a)的生理功能及作用機制

Lp(a)的生理功能尚不清楚，但可以確定的是Lp(a)的生理功能恰好能解釋其致病性。 Lp(a)定量攜帶LDL-C，具有LDL-C 的所有致動脈粥樣硬化成分。 已知Apo(a)和PLG之間具有高度同源性，這提示Lp(a)或許能同時參與膽固醇運輸系統和纖溶系統，并能調節血液凝固和纖溶系統的平衡。 體外實驗已經證明Lp(a)確實能通過一些步驟干擾凝血/纖溶級聯反應，其通過組織型PLG 激活劑(t-PA)抑制鏈激酶和尿激酶介導的PLG 激活，并與PLG 競爭結合細胞受體以及增強PLG 激活抑制劑PAI-1 的活性[5]。 KIV-8 和KIV-10 中的Apo(a)賴氨酸結合位點介導與纖維蛋白/纖維蛋白原的結合，這種結合使動脈粥樣硬化斑塊中膽固醇沉積以及斑塊表面纖溶作用受到抑制，有明確證據表明，Lp(a)可以干擾許多關鍵的凝血/纖溶反應，并沉積在動脈粥樣硬化斑塊中[8]。

Lp(a)致動脈粥樣硬化特性還可通過其結合運輸血漿中促發炎癥的氧化磷脂得到解釋，一項實驗觀察到氧化磷脂(OxPls)與Apo(a)的KV10 通過賴氨酸結合位點共價結合[9]，但這種作用只能在人體觀察到。 Kamstrup 等[10]最近發現血漿中基因決定的OxPl-apoB 和OxPl-Apo(a)水平增加一倍與主動脈狹窄風險相關(OR 值分別為1.18 和1.09)。OxPl 與Lp(a)結合的能力優于LDL，且與心血管事件相關。在獨立研究中，OxPL 上調炎癥基因，并誘導IL-8 和單核細胞趨化蛋白-1 的釋放[11]。 單核細胞趨化蛋白-1 生理環境下存在于Lp(a)上，因此可能促進Lp(a)進入血管壁。 最后，Apo(a)含有賴氨酸結合位點，使其能夠與裸露的內皮表面緊密結合，進入內膜下腔或主動脈瓣小葉并積聚，從而導致炎癥。因此在人體內，Lp(a)是OxPLs 的重要攜帶者，充當促進炎癥反應的生物活性脂質的角色，也被認為是Lp(a)預測心血管疾病的生物標志物。 總之，Lp(a)的遺傳特性決定了它具有致動脈粥樣硬化、促炎癥和抗纖溶的特征(圖1)。

圖1 Lp(a)的促動脈粥樣硬化、促炎和抗纖溶作用圖 Lp(a)由apoB-100 與Apo(a)共價結合而成，Apo(a)來源于Kringle IV(KIV)和KV。 Apo(a)包含10 個KIV 重復序列亞型，由1 個KIV1、多個KIV2、KIV3-10 各1 個、1 個KV 和一個非活性蛋白酶樣區(P)組成。 氧化磷脂(OxPL)與Apo(a)共價結合

3.脂蛋白(a)遺傳學特性與心血管疾病相關性的研究進展

隨著人們對Lp(a)研究的深入，其與心血管疾病的病因學研究逐漸成為熱點。 遺傳學研究表明由遺傳學特性決定的血漿Lp(a)水平與心血管疾病的發病風險存在相關性，包括缺血性心臟病，外周血管疾病，主動脈瓣疾病及家族性高膽固醇血癥等[1，12-14]。 目前尚無Lp(a)正常范圍的統一界值，2016 加拿大心血管協會血脂異常管理指南推薦Lp(a)＜30 mg/dL(＜45 nmol/L)為理想水平，可以忽略Lp(a)相關的CVD 與CVAD 風險[15]。 歐洲動脈粥樣硬化協會提出Lp (a)＜50 mg/dL 作為最佳控制目標。 但是2019 年美國國家脂質協會(NLA)建議Lp(a)測量應使用免疫化學分析方法進行，其根據世界衛生組織/國際臨床化學和實驗室醫學聯合會(WHO/IFCCLM)二級參考材料進行校準，并以nmol/L 報告[16]。 這是因為Lp(a)在人群中存在分子量不同的異構體，用mg/dL 報告Lp(a)值會有偏差。

Zekavat 等[17]在新近研究中對8 392 例來自歐洲和非洲的個體進行了全基因組測序，以發現和解釋與Lp(a)相關的單核苷酸變異和拷貝數變異。 結果發現，常見的與Lp(a)膽固醇相關的rs12740374 是分揀蛋白1(SORT1)的表達數量性狀(eQTL)，與LDL-C 無關。 所觀察到的罕見非編碼變異聚集體的關聯在很大程度上可以用LPA 結構變異來解釋，即LPA kringle IV2 (KIV2)拷貝數。 同時發現LPA 風險基因型與直接測量的Lp(a)相比，具有更高的發生動脈粥樣硬化心血管疾病的相對風險，并且與非裔美國人亞臨床動脈粥樣硬化的測量顯著相關。

(1)心肌梗死和缺血性心臟病 Kamstrup 等[1]于2009年利用孟德爾隨機化方法來評估Lp(a)與CVD 的因果關系，發現遺傳學決定的Lp(a)水平升高增加MI 的風險。 KIV2拷貝數位于第一分位(6-30KIV2 拷貝數)對應的血漿Lp(a)水平是第四分位(41-99 KIV2 拷貝數)的兩倍，其引起MI 的HR 值為1.22(95%CI:1.09 ～1.37)。 同年，Clarke 等[3]確定了兩個LPA SNPs(rs10455872 與rs3798220)，均與Lp(a)水平升高和CHD 風險增加密切相關。 攜帶rs10455872 患者發生CHD 的OR 值為1.70(95%CI: 1.49 ～1.95)；而攜帶rs3798220 者 發 生CHD 的OR 值 為1.92(95%CI: 1.48 ～1.49)[3]。 由于遺傳學研究通常免于回歸稀釋偏差，混淆或反向因果關系[18]，因而上述研究加強了該論證，即Lp(a)水平可能與CHD 有因果聯系(圖2)。 Lp(a)濃度的翻倍使得應用LPA KIV-2 拷貝數進行MI 風險評估的HR 值增加15%(95%CI:11%～20%)；同時使得應用LPA rs10455872 SNP 進行MI 風險評估的HR 值增加10%(6%～13%)。 Enas等[19]在最新發表的INTER-HEART 研究中納入來自52 個國家非致死性AMI 共15 152 例，應用Lp(a)來評估南亞不同種族人群發生AMI 的風險。 結果發現研究結果存在顯著種族差異。 中國人的Lp(a)水平最低，非洲人的Lp(a)水平最高。 南亞人是第二高。 而且，高Lp(a) (＞50 mg/dL)者AMI的風險增加了48%。 但是高Lp(a)沒有增加非洲人和阿拉伯人患AMI 的風險，這兩類人都是最小的群體。 當排除非洲和阿拉伯人兩組后對數據重新分析時，其余高Lp(a)者AMI風險增加到58%。 由此可見Lp(a)在增加AMI 風險方面存在顯著的種族差異。

圖2 Lp(a)遺傳學與心血管疾病之間的相關性孟德爾隨機等研究證實KIV 低拷貝數(11-22個)以及LPA 基因rs10455872 攜帶者均與高Lp(a)水平相關，同時增加心血管疾病風險

總之，現有許多遺傳學證據表明高Lp(a)濃度導致MI的發生風險增加。 最近一項研究分析了歐洲七個前瞻性隊列，共56 804 例入選(最高隨訪24 年)[20]，發現Lp(a)水平存在地區差異并證實Lp(a)升高會增加主要冠狀動脈事件(MCE)的風險。 在經年齡，性別和CVD 危險因素調整的分析中，Lp(a)水平≥90th 百分位數(對應于水平≥43.5 mg/dL)患者未來MCE 風險最高，HR 為1.49(95%CI:1.29 ～1.73)。 隊列分析中，非裔美國人發生CVD 事件的HR 為1.35(95%CI:1.06 ～1.74)，白種人為1.27(95%CI:1.10 ～1.47)，這兩大人群Lp(a)水平分別在最高與最低的五分位相[20]。 最近，來自巴基斯坦的心肌梗死風險研究(PROMIS)中，Saleheen 等[21]發現，更小的Apo(a)亞型大小和Lp(a)血漿濃度增加均與CHD 相關。 在該人群中，Lp(a)濃度中每增加一標準差(根據LPA KIV2 復制數和常規脂質調整的數據)，其發生MI 的OR 值為1.10(95%CI:1.05 ～1.14， P＜0.0001)。

(2)外周血管動脈粥樣硬化 哥本哈根缺血性心臟病研究、哥本哈根頸動脈卒中以及哥本哈根心臟研究把Lp(a)濃度分成三組，發現第三分位發生頸動脈及股動脈粥樣硬化的風險比第一分位高[22]，KIV-2 拷貝數結果類似，對應的OR值分別為1.7(95%CI:1.2～2.5)和1.6(95%CI:1.3 ～2.0)。在InCHIANTI 研究中，對1 002 例60 歲以上人群進行一項隨訪超過6 年的踝臂指數評估，結果發現高Lp(a)是下肢外周動脈疾病的危險因素[11]。

(3)鈣化性主動脈瓣狹窄 血漿高Lp(a)濃度是造成鈣化性主動脈瓣狹窄最強的風險因素之一。 2013 年，Thanassouis 等發現LPA rs10455872 SNP 是MI 和CHD 的高危因素，同時也是主動脈瓣鈣化和狹窄的最強的基因致病危險因素[23]，該LPA SNP 對主動脈瓣鈣化的HR 值為2.05(95%CI:1.63～2.57)。 在前瞻性分析中，該LPA SNP 每個等位基因對主動脈瓣狹窄的HR 值為1.68(95%CI:1.32 ～2.15)，在瑞典和丹麥總體人群隊列中為1.60(95%CI:1.12～2.28)。

哥本哈根市心臟研究發現高Lp(a)濃度增加主動脈瓣狹窄風險[24]。 進行多變量調整后，相比Lp(a)濃度＜5 mg/dL，Lp(a)濃度為5～19 mg/dL 時主動脈瓣狹窄發生的HR 值為1.2(95% CI:0.8 ～1.7)，Lp(a)濃度為20 ～64 mg/dL 時HR 值為1.6(95%CI:1.1～2.4)，Lp(a)濃度為65～90 mg/dL時HR 值為2.0(95%CI:1.6 ～2.8)，Lp(a)濃度高于90 mg/dL 時HR 值為2.9(95%CI:1.8～4.9)。 更多研究也證實，高Lp(a)水平是主動脈瓣鈣化，主動脈瓣狹窄以及主動脈瓣狹窄進展的強致病風險因素[25]，在白人和亞洲人中該結論也得到證實。

(4)家族性高膽固醇血癥 早期研究表明在雜合或純合型家族性高膽固醇血癥(FH)患者中，除了LDL-C 水平，Lp(a)濃度也很高，但其機制至今不明。 一項在雜合FH 個體中進行的研究[26]發現，使用PCSK9 抑制劑后Lp(a)水平顯著下降25%～30%，這表明Lp(a)至少也有一部分是由LDL受體(LDLR)分解代謝的，可以猜測當FH 患者的LDLR 存在缺陷時，其血漿LDL 和Lp(a)水平都會增加。

一項哥本哈根一般人口前瞻性隊列研究[14]對46 200 名參與者進行Lp(a)測量并對家族性高膽固醇血癥突變(FH)進行基因分型，得出診斷為FH 患者的Lp(a)濃度比非FH患者高39%～58%，而且1/4 的患者因為高水平Lp(a)而得到診斷，這可由Lp(a)含有LDL-C 成分從而有助于診斷FH得到解釋。 另外LPA 危險基因型在FH 患者中更常見。 當用DLCN 標準診斷FH 時，疑似或明確為FH 患者的LPA 基因KIV-2 拷貝數(與Lp(a)濃度成反比)比不可能診斷為FH患者的更低(P＜0.0001)，LPA rs10455872 SNP(與高Lp(a)濃度有關)在可能(P＝0.00012)、很可能(P≤0.001)以及確診(P＝0.21)為FH 患者中都比在不可能為FH 患者中更常見。 這也就不難理解此前歐洲動脈粥樣硬化協會(EAS)提出對所有疑似臨床FH 患者進行高Lp(a)濃度的篩查[27]。但是值得注意的是，由LPA 基因變異引起的Lp(a)濃度升高不是單基因形式，而是由LDLR、ApoB 和PCSK9 突變引起的多基因形式的FH[14]。

Gudbjartsson 等[28]在最新公布的一項病例對照研究中納入了143 087 例冰島人群，包括17 715 例CAD 和8 734 例2型糖尿患者群。 整體人群中具有Lp(a)nmol/L 濃度，KIV-2拷貝數及SNP G4 925 A，LPA 的剪接變異(如rs140570886，rs184278183，rs10455872 等)等信息。 研究發現Lp(a)nmol/L 濃度呈濃度依賴性與CAD 風險，外周血管病，主動脈瓣狹窄，心力衰竭以及壽命具有相關性。 Lp(a)nmol/L 濃度全面解釋Lp(a)與CAD 的相關性。 功能缺失型突變的純合子型所致Lp(a)的低濃度或缺如與2 型糖尿病的發病風險增加之間具有相關性。 nmol/L 濃度是Lp(a)影響心血管疾病發病風險的主要因素。 低Lp(a)濃度(處于最底10%)會增加2 型糖尿病風險。 該研究還發現在Lp(a)濃度最高的20%人群中，藥物降低Lp(a)濃度可降低CAD 風險，但不增加2 型糖尿病風險。

綜上所述，自1987 年成功測序編碼Lp(a)中Apo(a)的LPA 基因以來，有關Lp(a)的遺傳學研究得以廣泛開展。 目前已知Lp(a)的生理功能是致動脈粥樣硬化、促炎癥和抗纖溶等作用。 新近一系列基因證據表明Lp(a)水平是多種心血管疾病的直接致病因素，同時我們發現，基于遺傳學研究的新證據也提示有關Lp(a)與多種心血管疾病相關性仍存在諸多需深入探索的領域，如實驗模型不足，缺乏全球標準化的Lp(a)檢測，以及對當前藥物治療Lp(a)的機制理解不足等。 未來針對Lp(a)的基礎、機制、臨床前和臨床研究仍需開展大量深入研究以更好地了解Lp(a)的病理生理學以及更好地服務于臨床診斷和實現治療方面的突破。