ANGPTL3 p.H343R变异与多基因易感性协同导致低β脂蛋白血症的机制研究

《Atherosclerosis》：Synergic combination of the monogenic ANGPTL3 p.H343R variant and a polygenic predisposition in a family with hypobetalipoproteinemia.

本研究针对一个表现为低β脂蛋白血症（HBL）的家系，揭示了其病因是ANGPTL3基因新发错义变异p.H343R（功能丧失型）与低LDL-C多基因风险评分（PRSLDL-C）的协同作用。通过家系分析、体外功能实验（证实该变异导致ANGPTL3分泌减少82%）及UK Biobank队列验证，证实了单基因与多基因因素在复杂脂质表型中的相互作用，为HBL的精准诊断提供了新见解。

　　

在血脂异常的广阔研究领域中，原发性低β脂蛋白血症（Primary Hypobetalipoproteinemia, HBL）是一种表现为极低水平低密度脂蛋白胆固醇（LDL-C）和载脂蛋白B（ApoB）的异质性疾病。这种看似“有益”的表型背后，隐藏着复杂的遗传根源。临床上，明确HBL的病因至关重要，因为它关系到患者发生脂肪肝等并发症的风险。目前已知，HBL可由单基因因素引起，例如APOB或PCSK9基因的功能丧失（Loss-of-Function, LOF）变异，但更多情况下，它被认为与多基因背景相关，即由多个对LDL-C有微小影响的常见遗传变异累积所致，这可以通过低LDL-C多基因风险评分（Polygenic Risk Score for LDL-C, PRS_LDL-C）来识别。

然而，当在一个家族中观察到HBL表型清晰地代代相传时，研究者通常会优先考虑单基因遗传模式。但事情往往没那么简单。近年来，血管生成素样蛋白3（Angiopoietin-like 3, ANGPTL3）基因的LOF变异被确认为HBL的一个新病因，其遗传模式为半显性。杂合子携带者通常表现为LDL-C降低，而纯合子携带者则伴有LDL-C、高密度脂蛋白胆固醇（HDL-C）和甘油三酯（TG）的全面下降。但问题在于，单纯携带一个ANGPTL3 LOF变异，其降低LDL-C的效应有时并不显著，甚至在大型人群队列中难以被检测到。这引出了一个有趣的科学问题：是否需要有其他的遗传“背景”——比如一个本身就倾向于低LDL-C的多基因体质——来“放大”单基因变异的表现，从而在临床上显现出明显的HBL表型？

发表在《Atherosclerosis》上的这项研究，正是围绕一个携带ANGPTL3新发错义变异p.H343R（c.1028A>G）且呈现HBL表型的法国家系展开。该变异最初被归类为意义不明确的变异（Variant of Uncertain Significance, VUS）。研究人员旨在破解这个家族的遗传之谜：究竟是这个ANGPTL3变异独自导致了疾病，还是它与家族成员普遍存在的低PRS_LDL-C协同作用，共同塑造了如此显著的脂质表型？为了回答这个问题，研究团队进行了一项集家系遗传学分析、体外细胞功能实验和大规模人群队列验证于一体的综合性研究。

为了开展这项研究，研究人员主要应用了几个关键技术方法。首先，他们利用靶向下一代测序（Next Generation Sequencing, NGS）对先证者及其家系成员进行了ANGPTL3、APOB和PCSK9等HBL相关基因的筛查，并计算了基于12个单核苷酸多态性（SNP）的PRS_LDL-C。其次，他们通过体外细胞实验评估了ANGPTL3 p.H343R变异的功能：将野生型和突变型ANGPTL3基因构建到表达载体中，转染人胚胎肾293T（HEK293T）细胞，随后使用酶联免疫吸附测定（ELISA）分别检测细胞裂解物和培养基中的ANGPTL3蛋白含量，以计算分泌比率。最后，研究利用英国生物样本库（UK Biobank）这一大规模人群队列（排除了服用降脂药者），筛选出p.H343R变异携带者，并分析其LDL-C水平与PRS_LDL-C的关联，以验证家系中发现的协同效应。

临床和生物学数据

对先证者（一名36岁患有2型糖尿病的女性）及其家族共三代成员的血脂分析显示，HBL表型呈现明显的家族聚集性。所有8名表现为HBL的成员，其LDL-C水平均低于同年龄、同性别人群的第五百分位数。

PRS和APOE基因型

遗传分析揭示了一个关键背景：所有HBL成员的多基因风险评分（PRS_LDL-C）均低于正常人群的第十百分位数，这强烈支持该家系存在多基因性HBL的易感背景。此外，所有成员都携带至少一个APOE ε2等位基因（其中5人为ε2/ε2纯合子），该基因型本身也与较低的LDL-C相关。为了排除APOE的影响，研究人员还计算了不包含APOE基因位点的PRS（PRS_LDL-CnoAPOE），结果在5名成员中仍低于第十百分位数。

鉴定ANGPTL3变异

基因测序在先证者中发现了一个杂合的ANGPTL3 c.1028G>A变异，导致蛋白质第343位的组氨酸被精氨酸取代（p.H343R）。该变异位于ANGPTL3蛋白的纤维蛋白原样结构域，在人群中的频率极低（0.021%），最初根据美国医学遗传学与基因组学学会（ACMG）指南被归类为VUS。家系 segregation（分离）分析显示，该p.H343R变异只出现在那些同时具有低PRS_LDL-C和极低LDL-C（低于第五百分位数）的成员中。重要的是，在具有低PRS_LDL-C背景的成员中，携带p.H343R变异者（6人）的LDL-C中位数（0.37倍中位数, IQR 0.22）显著低于不携带该变异的成员（2人，中位数0.63倍中位数, IQR 0.16）。全基因组测序未发现其他可能解释该表型的致病性变异。

对ANGPTL3分泌的影响

体外功能实验为该变异的致病性提供了直接证据。ELISA检测结果显示，与野生型ANGPTL3相比，p.H343R变异体在细胞裂解物中的含量无显著差异，但其在细胞培养基中的分泌量显著降低了82%。相应地，其分泌比率（培养基/裂解物）也显著降低至野生型的0.28倍。这种分泌缺陷的幅度与一个已知的导致分泌减少的阳性对照变异p.E375K相似。这些结果表明，p.H343R是一个功能丧失（LOF）变异，它影响了ANGPTL3蛋白的正常分泌，而非其细胞内合成。

在UK Biobank中的交叉验证

为了在更大人群中验证这一发现，研究团队在UK Biobank队列中进行了分析。他们找到了60名p.H343R杂合携带者。在总体水平上，携带者与非携带者的平均LDL-C水平无显著差异。这印证了先前一些研究的观察，即单个杂合ANGPTL3 LOF变异在普通人群中可能不引起明显的LDL-C降低。然而，当根据PRS_LDL-CnoAPOE进行分层后，协同效应显现出来：在PRS_LDL-CnoAPOE低于第十百分位数（即具有多基因低LDL-C倾向）的个体中，p.H343R携带者的平均LDL-C水平（2.98 ± 0.16 mmol/L）显著低于非携带者（3.45 ± 0.004 mmol/L），降幅达0.47 mmol/L。而在PRS较高的个体中，变异携带者与非携带者的LDL-C差异则小得多。这有力地支持了家系中的发现，即ANGPTL3 p.H343R LOF变异与低LDL-C多基因背景之间存在协同相互作用，共同导致更严重的低LDL-C表型。

研究结论与讨论

本研究通过综合性的遗传和功能分析，得出以下核心结论：首先，新发现的ANGPTL3 p.H343R错义变异是一个功能丧失（LOF）变异，其在体外实验中显著损害了ANGPTL3的分泌功能。其次，也是更重要的，该家系中观察到的严重HBL表型，并非由单一的遗传因素造成，而是ANGPTL3 p.H343R这一单基因LOF变异与一个低LDL-C多基因易感背景（通过低PRS_LDL-C体现）协同组合的结果。UK Biobank的验证性分析进一步证实了这种基因-基因相互作用的普遍性。

这项研究的意义重大。它揭示了在复杂性状遗传学中，单基因变异的表现可能强烈依赖于个体所携带的多基因背景。这解释了为何某些家系中杂合ANGPTL3 LOF变异能导致明显的HBL，而在普通人群队列中其效应却往往被掩盖。从临床诊断的角度看，这项工作强调了在评估HBL患者时，除了寻找罕见的单基因变异，计算PRS以评估多基因贡献的重要性。这种综合评估有助于更准确地解释疾病表型，并进行精准的风险预测。例如，由APOB缺陷引起的HBL通常伴随肝脂肪变风险增加，而由ANGPTL3 LOF或多基因因素引起的HBL则无此风险。因此，明确病因对于患者的长期管理和咨询至关重要。

总之，这项研究不仅鉴定了一个新的ANGPTL3 LOF变异，更重要的是阐明了一种“双打击”模型来解释严重HBL的发生机制，为理解复杂脂质代谢疾病的遗传架构提供了新的视角，并推动了精准医疗在血脂异常领域的发展。