LDLR基因5'UTR区新型起始密码子变异(c.-35C>G)导致家族性高胆固醇血症的分子机制研究

本研究通过全基因组测序和功能实验鉴定出LDLR基因5'UTR区新型变异c.-35C>G，该变异通过引入上游开放阅读框(uORF)干扰正常翻译起始，导致LDLR蛋白表达降低59.4%，首次证实非编码区uAUG获得性变异是家族性高胆固醇血症(FH)的新型致病机制。研究采用UTRannotator生物信息学分析和双荧光素酶报告系统等实验技术，为FH的基因诊断拓展了非编码区筛查新思路，成果发表于《European Journal of Human Genetics》。

　　

在心血管疾病领域，家族性高胆固醇血症(FH)作为典型的遗传代谢疾病，其发病机制与低密度脂蛋白受体(LDLR)功能缺陷密切相关。尽管目前已知LDLR、APOB和PCSK9等基因编码区变异是主要致病因素，但仍有约50%临床确诊患者未能通过常规基因检测明确病因。这种"诊断缺口"现象促使科学家将目光投向非编码区域——特别是可能影响基因表达的5'非翻译区(5'UTR)，但该区域变异的致病机制和临床意义长期缺乏实验证据。

来自英国圣乔治大学的研究团队通过分析10万人基因组计划(100KGP)中536例FH患者的全基因组数据，发现了一个位于LDLR基因5'UTR区的新型变异c.-35C>G。该变异通过生物信息学工具UTRannotator预测会引入一个上游起始密码子(uAUG)，可能形成与正常编码序列(CDS)框外重叠的开放阅读框(oORF)。研究人员创新性地构建了包含LDLR启动子和5'UTR区的荧光素酶报告系统，在A549细胞模型中证实：与野生型相比，c.-35C>G变异使报告基因表达降低59.4%，而通过基因编辑将HiBiT荧光标签与变异uAUG同框后，蛋白表达完全恢复。这些结果确证该变异通过"劫持"翻译起始机制导致LDLR蛋白合成障碍。研究还复现了既往报道的c.-22del变异功能，两者共同揭示了一类新型FH致病变异——uAUG获得性变异。

关键技术方法包括：1)基于100KGP队列的WGS数据，利用UTRannotator筛选罕见5'UTR变异；2)构建系列报告质粒(pLDLR-UTR-Luc2P等)，通过双荧光素酶系统定量变异对表达的影响；3)采用HiBiT-NanoLuc互补系统验证变异uAUG的翻译起始功能；4)通过胆固醇调节培养基(LPDS/lovastatin)模拟体内调控环境。

主要研究结果
LDLR 5'UTR变异筛选
在536例FH患者中鉴定出c.-35C>G变异，gnomAD数据库显示其人群频率<0.0002%。该变异位于翻译起始位点上游35bp处，预测形成63个氨基酸的oORF。文献回顾发现土耳其报道的c.-22del变异同样创造uAUG，两者均未被纳入现有FH变异数据库。

FH相关5'UTR变异降低野生型CDS表达
在胆固醇缺乏条件(LPDS/lovastatin)下，c.-35C>G和c.-22del分别使荧光素酶活性降低59.4%和46.7%。常规培养基(FBS)中同样观察到42.3%和43.1%的表达抑制，证实变异效应不依赖胆固醇调节通路。

变异uAUG的翻译起始功能验证
当HiBiT标签与c.-35C>G引入的uAUG同框时，尽管周围序列不符合Kozak共识，仍能检测到完整蛋白表达。进一步将uAUG周边序列优化为ACCATGG核心 Kozak序列后，表达水平与野生型相当，说明uAUG存在本身（而非序列强度）是影响翻译的关键因素。

变异分类与临床意义
根据ACMG指南，c.-35C>G满足PM2(罕见)、PP4(符合FH表型)、PM5(新型功能变异)标准，被判定为"可能致病"；c.-22del因功能证据不足暂归类为VUS。研究强调这类变异可能导致常规检测漏诊，建议将5'UTR纳入FH基因筛查范围。

结论与展望
该研究首次实验证实LDLR基因5'UTR区uAUG获得性变异可通过干扰正常翻译起始导致FH，完善了FH的分子病因谱。发现的c.-35C>G变异被收录至ClinVar数据库(VCV003893685.1)，为临床遗传咨询提供依据。未来研究需扩大样本验证这类变异的群体频率，并探索其产生的短肽是否具有生物学功能。从转化医学角度看，开发靶向uORF的反义寡核苷酸(ASO)或为FH治疗提供新策略。这项工作由Martin Bird和Axel Nohturfft等学者完成，不仅解决了FH领域"基因型-表型"关联的重要知识缺口，更示范了非编码变异功能研究的标准化流程。