糖尿病的微血管并发症 6 超氧化物歧化酶2

Superoxide dismutase-2（SOD2; EC 1.15.1.1. ）是一种线粒体基质酶，可清除线粒体中发生的广泛氧化还原和电子传递反应产生的氧自由基。与细胞质 SOD1（ 147450 ）相比，SOD2（147460）是一种含铜和锌的同型二聚体酶，SOD2（ 147460 ）是四聚体并含有锰（Beckman 等人，1973 年；Beck 等人，1987 年）。

▼ 克隆与表达

贝克等人（1987）和Heck1（1988）分别从 T 淋巴细胞和胎盘 cDNA 文库中孤立地克隆了人 SOD2。推导出的 222 个氨基酸的蛋白质具有 24 个氨基酸的 N 端信号序列。万等人（1994）注意到 SOD2 cDNA 的 3 素 UTR 中存在显着的序列变异，包括Beck 等人报道的那些（1987 年）和赫克尔（1988 年）。

▼ 基因结构

万等人（1994）确定 SOD2 基因包含 5 个外显子并且跨越近 20 kb。5 元侧翼区域不包含 TATA 或 CAAT 框，但它富含 GC（78%）并包含 7 个潜在的 SP1（ 189906 ）结合位点和 3 个 AP2（ 107580 ）共有位点的簇。3 元区域包含交替的多聚腺苷酸化位点、SP1 结合位点和 NF-kappa-B（参见164011 ）共有序列。将基因组序列与报道的 SOD2 cDNA 的 5 素 UTR 进行比较表明存在至少 1 个替代转录起始位点。

▼ 测绘

通过对体细胞杂交体的研究，已将线粒体 SOD 的位点分配给 6 号染色体（Creagan 等人，1973 年）。它与细胞质苹果酸酶（154250）同线。

教堂等人（1992）通过荧光原位杂交（FISH）将 SOD2 基因定位到 6q25。使用包含 6 号染色体不同片段的体细胞杂交组，他们证明 SOD2 位于 6q25.3-qter 区域，这与 FISH 分析一起表明 SOD2 位于 6q25 的远端部分。

菲格罗亚等人（1988）证明 Sod2 对应到小鼠的 t 复合体中。由于 Sod2 是一种线粒体酶，线粒体对精子活力很重要，Figueroa 等人（1988）推测 Sod2 基因座可能是参与小鼠分离畸变的基因之一。需要注意的是，与小鼠t复合体相关的基因TCP1（ 186980 ）在人类中位于靠近SOD2的位置。

▼ 分子遗传学

罗森布鲁姆等人（1996）强调了信号肽中多态性的重要性，这些信号肽将细胞器特异性蛋白质靶向其亚细胞作用位点。当他们从正常个体和患有早衰遗传病的患者的细胞系中克隆 SOD2 基因时，他们发现了一种多态性。多态性由编码信号序列的 DNA 区域中的单个核苷酸变化组成，因此存在丙氨酸或缬氨酸（ 147460.0001 ）。罗森布鲁姆等人（1996）表明这种信号序列多态性可能导致分布疾病，其中必需蛋白质没有正确靶向，从而导致特定细胞区室中关键酶的绝对或相对缺陷。他们认为早衰（176670）和相关综合征可能是分布性疾病。

MnSOD、谷胱甘肽过氧化物酶-1（GPX1; 138320 ）和过氧化氢酶（CAT; 115500 ）是具有共同解毒途径的抗氧化酶。巴斯塔基等人（2006）测量了来自 231 名健康、不吸烟的学生志愿者的血细胞样本中这 3 种酶的活性。次要等位基因频率范围从过氧化氢酶（T）的 13% 到 GPX1（T）的 18% 和 MnSOD（C）的 33%，种族之间存在显着差异。GPX1 活性在最低和最高水平之间显示出 6 倍的差异。过氧化氢酶活性范围为 8 倍，而 MnSOD 的值范围为 56 倍。MnSOD 酶活性在女性中比男性高 15%，在具有 47C-T 多态性的 CT 或 TT 基因型的个体中高 33%（ 147460.0001）与 CC 个人相比。他们得出的结论是，健康年轻人中抗氧化酶活性的个体间差异部分可以通过与 3 种已知遗传多态性的显着关联来解释，并进一步受到性别和种族的影响。这种变异性的一个重要组成部分可能是由于饮食、环境暴露和其他遗传因素的差异。

糖尿病的微血管并发症 6

在日本 2 型糖尿病患者（ 125853 ）中，Nomiyama 等人（2003）发现 SOD2-VV 基因型（ 147460.0001 ）的频率显着高于糖尿病肾病患者（MVCD6; 612634 ）中的 AA 或 VA 基因型，并得出结论认为 A16V 多态性可能与 2 型糖尿病的病因无关，但与日本 2 型糖尿病患者的糖尿病肾病有关。

莫尔斯滕等人（2007）分析了1,510 名芬兰和瑞典 1 型糖尿病患者（ 222100 ）的 SOD2 A16V 多态性（ rs4880 ），发现 VV 基因型与糖尿病肾病风险的增加有关。Logistic 回归分析显示，与低风险组相比，曾经吸烟的高风险组 VV 患者患糖尿病肾病的风险增加了 2.52 倍，这支持了氧化应激有助于糖尿病肾病发展的假设。

待确认的关联

为了在日语中揭示非家族性特发性扩张型心肌病（CMD；参见115200 ）的遗传风险因素， Hiroi 等人（1999）研究了 86 名患者和 380 名健康对照者的 SOD2 和 HLA-DRB1（ 142857 ）基因的多态性。V 等位基因的纯合子显着过量（在位置 16 处的 SOD2 的前导肽中存在缬氨酸对丙氨酸（A 型）；147460.0001）。西等人（1995）证明扩张型心肌病患者 HLA-DRP11401 等位基因的频率增加；广井等人（1999）证实了这一发现。2 位点分析表明，这 2 个遗传标记（SOD2-VV 基因型和 DRB11401）可能在控制非家族性特发性心肌病易感性方面发挥协同作用。此外，V 型 SOD2 前导肽在线粒体存在下的加工效率显着低于 A 型 11 +/- 4%，这表明这种较低的加工效率部分是该关联的潜在机制SOD2-VV 基因型与非家族性特发性心肌病之间的关系。

有关 SOD2 基因变异与致死性新生儿扩张型心肌病之间可能关联的讨论，请参见147460.0002。

▼ 细胞遗传学

吉光等人（1987 年）在 6 号环状染色体患者中发现低白细胞 SOD2。断点似乎是 p24（或 p25）和 q26（或 q27）。

▼ 动物模型

SOD2 基因编码一种线粒体内自由基清除酶，它是抵御作为氧化磷酸化副产物产生的超氧化物的第一道防线。李等人（1995）通过同源重组使转基因小鼠中的 Sod2 基因失活。纯合突变小鼠在出生后 10 天内死于扩张型心肌病、肝脏和骨骼肌中脂质积聚以及代谢性酸中毒。细胞化学分析显示心脏中的琥珀酸脱氢酶（复合物 II；600857）和乌头酸酶（一种三羧酸循环酶；100850）活性严重降低，其他器官的活性降低程度较低。研究结果向Li 等人提出了建议（1995）MnSOD 通过维持易受超氧化物直接失活的线粒体酶的完整性，是组织正常生物学功能所必需的。

活性氧（ROS）与广泛的退行性过程有关，包括肌萎缩侧索硬化症、缺血性心脏病、阿尔茨海默病、帕金森病和衰老。ROS 由线粒体产生，作为氧化磷酸化的有毒副产物，它们的能量产生途径。如上所述，小鼠中 SOD 线粒体形式的遗传失活导致扩张型心肌病、肝脂质积累和早期新生儿死亡（Li 等，1995）。梅洛夫等人（1998）据报道，使用 SOD 模拟物 MnTBAP 治疗，可将 Sod2 -/- 突变小鼠从这种全身性病变中拯救出来，并显着延长它们的存活时间。幸存的动物在 3 周龄时出现明显的运动障碍，发展为完全虚弱。神经病理学评估显示皮质和特定脑干核出现明显的海绵状变性，与神经胶质增生和髓内空泡化相关，类似于在细胞毒性水肿和与线粒体异常相关的疾病（如 Leigh 病和 Canavan 病）中观察到的情况。梅洛夫等人（1998）提出，由于 MnTBAP 未能穿过血脑屏障，进行性神经病理学是由线粒体产生过多的 ROS 引起的。

氧化应激与许多疾病有关。细胞内活性氧的主要来源是线粒体。梅洛夫等人（1999）描述了线粒体超氧化物歧化酶的小鼠基因失活的各种生化和代谢影响。Sod2 突变小鼠表现出对呼吸链酶 NADH-脱氢酶（复合物 I）和琥珀酸脱氢酶（复合物 II）的组织特异性抑制，三羧酸循环酶乌头酸酶的失活，尿有机酸尿症的发展以及部分3-羟基-3-甲基戊二酰辅酶A裂解酶缺陷（HMGCL；613898），以及氧化性 DNA 损伤的积累。这些结果表明，线粒体活性氧的增加可导致生化异常，其特征让人联想到线粒体肌病、Friedreich 共济失调和 HMGCL 缺乏。

为了开发用于研究视神经氧化损伤的动物模型系统，Qi 等人（2003）设计了锤头状核酶来降解 SOD2 mRNA，从而降低线粒体对活性氧（ROS）的防御。在体外分析了几种潜在的核酶。将具有最佳动力学特征的病毒克隆到重组腺相关病毒（rAAV）载体中，用于在细胞和动物中进行递送和测试。然后将rAAV核酶注射到DBA/1J小鼠的眼睛中，通过眼部组织病理学检查评估对视神经的影响。表达 AAV 的核酶将 SOD2 mRNA 和蛋白质水平降低多达 85%，增加细胞超氧化物，降低线粒体膜电位，并最终导致受感染的细胞系因细胞凋亡而死亡，而不会显着改变复合物 I 和 III 的活性，在某种程度上幸免于难。最常见的 LHON 突变（G11778A；516003.0001）虽然 ATP 合成显着减少。当接种到小鼠的眼睛中时，表达 AAV 的核酶会导致视神经中的轴突和髓鞘以及视网膜中的神经节细胞丢失，这是 LHON 患者尸检时检查的视神经标志。小鼠模型的视神经病变与 LHON 患者组织病理学的惊人相似性是支持 ROS 作为 LHON 发病机制的关键因素的证据。

齐等人（2004）通过使用核酶靶向破坏 Ndufa1（ 300078 ） mRNA ，创建了严重复合体 I 缺乏（ 252010 ）的小鼠模型。受累小鼠的体外复合物 I 活性降低了 80% 以上，活性氧增加了 21% 至 24%。小鼠显示出对视神经和视网膜的损伤。人类 SOD2 基因的腺相关病毒递送导致视神经退化的抑制和视网膜神经节细胞的拯救。研究结果表明，活性氧导致复杂 I 缺乏小鼠的视网膜细胞死亡和视神经损伤，而 SOD2 的表达减弱了疾病过程。

▼ 历史

Pauling（1979）指出，超氧化物歧化酶仅在大约 10 年前被发现，而在过去的 5 年中，关于 SOD 的论文比任何其他单一酶的论文都多。

▼ 等位基因变体（ 2 示例）：

.0001 超氧化物歧化酶 2 多态性
糖尿病的微血管并发症，对 6 的易感性，包括
SOD2、ALA16VAL
罗森布鲁姆等人（1996）确定了 SOD2 基因中的 47C-T 转换，这导致密码子 16 处从 GCT（丙氨酸）变为 GTT（缬氨酸）（ala16 到 val；A16V）。

广井等人（1999）观察到 V 型 SOD2 前导肽在线粒体存在下的加工效率显着低于 A 型，低 11 +/- 4%。

巴斯塔基等人（2006）分析了健康非吸烟者分离线粒体中的 SOD2 活性，发现女性的活性比男性高 15%，47C-T 多态性的 CT 或 TT 基因型个体与 CC 个体的活性高 33%。

糖尿病微血管并发症的易感性 6

在日本 2 型糖尿病患者（ 125853 ）中，Nomiyama 等人（2003）在糖尿病肾病患者中发现 VV 基因型的频率明显高于 AA 或 VA 基因型（MVCD6; 612634 ）。他们得出结论，A16V 多态性可能与 2 型糖尿病的病因无关，但与日本 2 型糖尿病患者的糖尿病肾病有关。

莫尔斯滕等人（2007）分析了1,510 名芬兰和瑞典 1 型糖尿病患者（ 222100 ）的 SOD2 A16V 多态性（ rs4880 ）），包括 955 名糖尿病肾病患者和 555 名糖尿病对照者 20 年以上未进行蛋白尿或抗高血压治疗。在控制发病年龄、糖尿病病程、血红蛋白 A1C、吸烟和性别后，VV 基因型与糖尿病肾病风险增加相关（优势比，1.32；p = 0.049）。Logistic 回归分析显示，与低风险组相比，曾经吸烟的高风险组 VV 患者患糖尿病肾病的风险增加了 2.52 倍，这支持了氧化应激有助于糖尿病肾病发展的假设。

待确认的关联

广井等人（1999）发现日本非家族性特发性扩张型心肌病（CMD; 见115200 ）的 SOD2-VV 基因型（缬氨酸（V）等位基因与丙氨酸等位基因的纯合性）的频率增加，并表明这种多态性可能与 DRP1 *HLA-DRB1 基因（ 142857 ）的 1401 等位基因在控制对非家族性特发性心肌病的易感性中。

val16 等位基因破坏了 SOD2 的 α-螺旋结构并导致蛋白质保留在线粒体内膜的水平。突变蛋白的活性降低了 30% 到 40%，并增加了对氧化应激的敏感性。瓦伦蒂等人（2004）发现，与没有心肌病的 HH 患者和对照组相比，217 名患有扩张型或非扩张型心肌病的无关遗传性血色素沉着症患者（ 235200 ）的 val16 等位基因频率显着增加（频率分别为 0.67、0.45 和 0.52）。val/val 基因型使 HH 患者患心肌病的风险增加了 10.1 倍。该关联与肝硬化、糖尿病、关节病和性腺机能减退无关，不适用于缺血性心脏病。瓦伦蒂等人（2004）得出结论，由于 SOD2 酶活性降低，HH 患者的铁过载毒性和氧化导致 val16 等位基因增加了心肌病的风险。

.0002 意义不明的变体
SOD2、GLY181VAL
该变体被归类为意义未知的变体，因为它对致死性新生儿扩张型心肌病（CMD；见115200）的贡献尚未得到证实。

Almomani 等人研究了一名荷兰女婴，该女婴在出生 4 天时死于严重的双心室扩张型心肌病，该女婴对已知与早发性 CMD 相关的基因突变呈阴性（2020）进行了全外显子组测序并确定了 SOD2 基因中 c.542G-T 颠换（c.542G-T，NM_000636.3）的纯合性，导致高度保守残基处的 gly181-to-val（G181V）取代。她未受影响的远缘近亲父母是该变异的杂合子，该变异未在 GoNL 数据库中发现，但存在于 gnomAD 数据库中 248,906 个等位基因中的 1 个中。对患者成纤维细胞的分析显示，与对照相比，超氧阴离子水平显着增加，与对照相比，患者来源的肌肉细胞显示总 SOD 活性降低。对转染的患者成纤维细胞的分析显示，与对照相比，富含线粒体的部分中的超氧化物歧化酶活性明显降低，并且在用野生型 SOD2 cDNA 转导患者细胞后。