IV 型胶原蛋白，α-5; COL4A5

基底膜胶原蛋白，α-5链

HGNC 批准的基因符号：COL4A5

细胞遗传学位置：Xq22.3 基因组坐标（GRCh38）：X:108,439,838-108,697,545（来自 NCBI）

▼ 克隆与表达

霍斯蒂卡等人（1990）鉴定出一种独特的 IV 型胶原蛋白 α 链，他们将其称为 α-5。通过对 cDNA 克隆的分析，他们发现胶原 Gly-Xaa-Yaa 重复序列有 5 个“缺陷”。与 α-1（IV）链相应部分的那些一致。非胶原（NC）结构域具有 12 个保守的半胱氨酸残基，与 α-1（IV）（120130）和 α-2（IV）（120090）链的 NC 部分具有 83% 和 63% 的序列同一性。通过免疫印迹分析，针对α-5（IV）合成肽的抗血清对约185kD的多肽链进行染色。人肾中的免疫定位几乎完全局限于肾小球。

周等人（1992）发现 COL4A5 基因的 cDNA 预测具有 1,685 个氨基酸残基的转录产物：26 个残基的信号肽、以 14 个残基非胶原序列开始的 1,430 个残基的胶原结构域和一个 gly-Xaa-Yaa -重复序列在 22 个位置处中断，随后是 229 个残基羧基末端非胶原结构域。成熟链的计算分子量为 158,303 Da。

▼ 基因结构

周等人（1991）描述了人类 COL4A5 基因的 3-prime 一半，包括内含子-外显子结构。他们从基因组噬菌体克隆中确定了 19 个 3-prime-most 外显子的序列及其侧翼序列，但外显子 15 除外，该外显子是在通过 PCR 从基因组 DNA 扩增后进行测序的。该基因 3-prime 半部分的外显子大小与 α-1（IV）链中观察到的外显子大小非常相似。

维特里等人（1992）在 COL4A5 基因周围构建了 2.4 Mb 的长范围限制性图谱。使用稀有切割酶 XhoI 进行的高分辨率 PFGE 作图表明，该基因至少有 110 kb 长，是迄今为止最大的胶原蛋白基因之一。

周等人（1994）确定COL4A5基因含有51个外显子。

▼ 测绘

通过体细胞杂交体的 Southern 分析和原位杂交，Hostikka 等人（1990）将 COL4A5 基因座指定给 Xq22。

▼ 基因功能

SLIT（参见 SLIT1；603742）是分泌型糖蛋白，可结合并激活 ROBO 受体（参见 ROBO1；602430），并在发育过程中发挥轴突引导作用。肖等人使用斑马鱼模型（2011）表明顶盖基底膜表面的 Col4a5 结合 Slit1 并引导表达 Robo2 的视网膜神经节细胞轴突（602431）。

▼ 分子遗传学

莱明克等人（1997）对与 IV 型胶原蛋白基因突变相关的临床表现进行了全面回顾。其特征各不相同，从严重的临床和遗传异质性肾病阿尔波特综合征（参见例如 301050）到常染色体显性家族性良性血尿（BFH；141200）。作者表示，COL4A5 基因中已鉴定出 160 多种不同的突变。常染色体隐性遗传 Alport 综合征（ALS2；203780）由 COL4A3（120070）和 COL4A4（120131）基因突变引起。对于之前报道的 COL4A5 突变，Lemmink 等人（1997）在他们的 X 连锁 Alport 综合征（ALS1; 301050）患者组中添加了 8 个新发现的病例。突变谱很广泛，可以深入了解阿尔波特综合征在肾衰竭年龄和伴随特征方面的临床变异。

X连锁阿尔波特综合征

由于 X 连锁 Alport 综合征（ALS1；301050）已被定位到 COL4A5 基因定位的 Xq22，Hostikka 等人（1990）寻找 COL4A5 基因的缺陷；在单个男性患者中没有发现重大重排。然而，巴克等人（1990）通过在犹他州患有 Alport 综合征的不同家族中证明 COL4A5 基因（303630.0001-303630.0003）中的 3 个结构畸变，确定了 COL4A5 基因与至少 1 种形式的 Alport 综合征之间的关联：基因内缺失、PstI 位点变异、以及未表征的异常。

安提尼亚克等人（1994）使用 COL4A5 cDNA 探针通过 Southern 印迹分析测试了 88 名患有 X 连锁 Alport 综合征的无关男性患者的 COL4A5 基因的主要基因重排。他们检测到 14 种不同的缺失，该患者群体的缺失率为 16%。 1 名患者的缺失分散在整个基因中，大小不同，从 1 kb 到完全缺失（超过 250 kb）。免疫组织化学方法证实 4 例基因内缺失患者的肾小球基底膜中缺乏 α-3（IV）链。这一发现支持了以下假设：α-5（IV）链异常可能会阻止 α-3（IV）链正常掺入肾小球基底膜。 Antignac 等人使用适当的引物组合，对从 4 名内部基因缺失患者的淋巴母细胞 mRNA 中扩增出的 cDNA 进行直接测序，在预测的缺失边界上进行扩增（1994）确定基因组重排对转录本的影响，并推断对 α-5（IV）链的影响。无论缺失的程度和假定的蛋白质产物如何，这 14 个缺失均发生在青少年型 Alport 综合征患者中。

莱明克等人（1994）指出，在 Alport 患者的 COL4A5 基因中检测到了 60 多种不同的突变。

克内贝尔曼等人（1996）通过 SSCP 分析筛选了 COL4A5 基因 51 个外显子中的 48 个，并在 131 名无关的 X 连锁 Alport 综合征患者中鉴定出 64 个突变和 10 个序列变异。他们指出突变检出率约为 50%。克内贝尔曼等人（1996）假设这种不完整的检测可能部分是由于 SSCP 技术的敏感性，或者由于引物设计而缺乏剪接位点突变的检测。他们注意到内含子变化，例如倒位（显示在血友病中致病；参见 306700 和 Naylor 等人，1993）和不稳定的三核苷酸重复扩展（显示在 Friedreich 共济失调中致病；参见 229300 和 Campuzano 等人，1996）尚未排除 COL4A5 的致病变化。

大型多外显子 COL4A5 基因一直难以筛选；一些研究仅检测到该基因大约 50% 的突变。 King 等人的研究结果对此提出了部分解释（2002）：他们鉴定了 3 个新的内含子突变，证明内含子深处的单碱基变化可以并且确实导致 X 连锁 Alport 综合征。一个突变在内含子内创建了一个新的供体剪接位点，导致包含一个新的框内神秘外显子；第二个突变产生了一个新的外显子剪接增强子序列（ESE），该序列促进了包含终止密码子的神秘外显子的剪接；第三个突变是多嘧啶束内位于受体剪接位点之前的碱基取代，导致外显子跳跃。如果使用逐个外显子 DNA 筛查方法，这 3 例病例都会被漏掉。

涉及 COL4A5 的连续基因缺失综合征

安提尼亚克等人（1992, 1992）提出的证据表明，弥漫性食管平滑肌瘤病综合征和 Alport 综合征（308940）是一种连续基因缺失综合征，已在 24 名患者中报告过，其中大多数患者还患有先天性白内障。他们发现患者的 COL4A5 基因 5-prime 部分缺失，并向上游延伸至少 700 bp。

周等人（1993）证明平滑肌瘤病肾病综合征代表一种连续基因综合征，其原因是 COL4A5 和 COL4A6（303631）基因的缺失被破坏。

双基因遗传的证据

Mencarelli 等人使用大规模并行测序（2015）鉴定出 11 名阿尔波特综合征患者，他们的 3 个 IV 型胶原蛋白基因中的 2 个存在致病性突变。 7 名患者具有 COL4A3（120070）和 COL4A4（120131）突变的组合，而 4 名患者具有 1 或 2 种与 COL4A5 突变相关的 COL4A4 突变。在任何情况下都没有同时发生 COL4A3 和 COL4A5 突变。对于这 11 名先证者中的每一位，招募了 1 至 12 名家庭成员，平均每个家庭有 4 名成员（56 人，年龄从 5 岁到 80 岁不等）。总共发现了 23 个独特突变，其中 7 个位于 COL4A3，12 个位于 COL4A4，4 个位于 COL4A5。这些突变涉及胶原蛋白分子的所有结构域，尽管大多数错义突变（13 个中的 11 个）影响了三螺旋胶原蛋白结构域，并且 11 个错义突变取代了该结构域中的关键甘氨酸残基。此前已报道了 13 种突变，其中 10 种是新突变。 8例COL4A4和COL4A5突变患者（4例先证者和4例家庭成员）中，6例为血尿伴蛋白尿，2例为终末期肾病。 1个家系中，先证者除COL4A5突变外，还携带2个COL4A4反式突变。

▼ 动物模型

犬X连锁遗传性肾炎是阿尔波特综合征的动物模型。郑等人（1994）使用人 COL4A5 cDNA 的核苷酸序列信息构建了一组狗肾 cDNA 的引物。他们发现编码非胶原结构域 NC1 的核苷酸序列与人类 X 染色体杂交，并且与人类 NC1 结构域在 DNA 水平上有 93% 的同一性，在蛋白质水平上有 97% 的同一性。序列分析表明，受影响的狗发生了 G-T 颠换，将外显子 35 中的密码子从 GGA（甘氨酸）更改为终止密码子（TGA）。在受影响的狗中，COL4A5 基因的转录减少了大约 10 倍。

索纳等人（1996）检查了犬 IV 型胶原蛋白基因在肾脏中的表达。他们在从正常狗肾小球中分离出的 IV 型胶原蛋白的非胶原结构域中检测到了 α-3（120070）、α-4（120131）和 α-5 链，但在受影响的狗肾小球中却没有检测到。除了COL4A5基因表达水平显着降低（约为正常值的10%）外，COL4A3和COL4A4基因的表达也分别降低至14-23%和11-17%。这些发现向 Thorner 等人提出了建议（1996）协调这 3 种基底膜蛋白表达的机制。

▼ 等位基因变异体（15 个选定示例）：

.0001 ALPORT 综合征 1，X 连锁
COL4A5、EX5-10DEL

在犹他州患有阿尔波特综合征（ALS1；301050）的 EP 中，Barker 等人（1990）发现 COL4A5 基因中包含外显子 5 至 10 的部分被删除（外显子已编号，外显子 1 是最多 3 个外显子）。具有大缺失的先证者的耳聋是 Alport 亲属中遇到的最严重的耳聋之一，这意味着耳聋的严重程度与 COL4A5 缺陷的严重程度相关。

.0002 ALPORT 综合征 1，X 连锁
COL4A5、CYS108SER

Perkoff 等人研究了犹他州历史悠久的 P 家族（1951, 1958），后来由 Hasstedt 和 Atkin（1983）、Barker 等人提出（1990）证明 PstI 位点变体的分离与 Alport 表型（ALS1; 301050）的存在或不存在完全连锁。所有23位携带基因的母亲都是杂合子；共有45个儿子表现出完整的联系。在附录中，Barker 等人（1990）指出，通过 PCR 扩增和 DNA 测序，PstI 变体已被证明是由于单个碱基对变化所致，该变化将非胶原酶（NC）结构域中高度保守的半胱氨酸密码子转换为丝氨酸密码子（C108S）（根据针对该分子部分的抗体的研究，Alport 综合征中肾小球基底膜 IV 型胶原蛋白的 NC 结构域不存在或发生改变。）Zhou 等人（1991）描述了新 BglII 位点的生成，并表明半胱氨酸到丝氨酸的变化发生在第三个到最后一个外显子中。博耶等人（1991）评论说，该缺陷被定义为外显子 3 中的 G 到 C 转变，产生了 PstI 和 BglII 位点。

.0003 ALPORT 综合征 1，X 连锁
COL4A5，10-15 KB INS，40 KB DEL

通过使用 3 个 cDNA 克隆对 COL4A5 基因的 3 引物末端进行分析，Boye 等人（1991）在 38 名阿尔波特综合征患者中发现了 3 名突变（ALS1; 301050）。一名患者患有复杂的插入/缺失突变。 Vetrie 等人使用脉冲场凝胶电泳（1992）发现该突变涉及 10 至 15 kb 的基因内插入和 40 kb 的基因外删除，总删除量为 25 kb。

.0004 ALPORT 综合征 1，X 连锁
COL4A5，450 KB DEL

通过使用 3 个 cDNA 克隆对 COL4A5 基因的 3 引物末端进行分析，Boye 等人（1991）在 38 名阿尔波特综合征患者中发现了 3 名突变（ALS1; 301050）。一名患者至少有 35 kb 的缺失。 Vetrie 等人使用脉冲场凝胶电泳（1992）发现该突变涉及 450 kb 的缺失，包括大约 12 kb 的 3-prime 末端（外显子 1-6）。

.0005 ALPORT 综合征 1，X 连锁
COL4A5，38 KB DEL

Renieri 等人对一名患有阿尔波特综合征（ALS1; 301050）的 12 岁意大利男孩进行了研究（1992）发现了一个大的缺失（超过 38 kb），其中包括 COL4A5 基因的 5-prime 部分。

.0006 ALPORT 综合征 1，X 连锁
COL4A5、GLY1143ASP

Zhou 等人在 20 个患有阿尔波特综合征（ALS1; 301050）的丹麦亲属中发现了 1 个（1992）发现 GGC 到 GAC 的突变将甘氨酸 1143 改变为天冬氨酸。甘氨酸-1143（位于 α-5（IV）链的胶原结构域）被任何氨基酸取代，预计会干扰胶原蛋白分子三螺旋构象的维持，进而削弱胶原蛋白的作用。肾小球基底膜框架，导致通透性增加。先证者是一名 27 岁男性，童年时出现血尿，25 岁时出现终末肾衰竭。他没有听力损失或眼部病变。电子显微镜显示肾小球基底膜致密层分裂。先证者的母亲从40岁起就有持续性镜下血尿，但没有其他表现。

.0007 ALPORT 综合征 1，X 连锁
COL4A5、GLY325ARG

在一个有许多成员患有成人型 X 连锁阿尔波特综合征（ALS1; 301050）的亲属中，Knebelmann 等人（1992）通过 Southern 印迹分析发现 COL4A5 基因中 MspI 限制性位点丢失。 cDNA 的直接测序表明存在 gly325 至 arg（G325R）突变。克内贝尔曼等人（1992）评论说，COL1A1 和 COL1A2 基因的这种类型的突变通常与成骨不全有关。

.0008 ALPORT 综合征 1，X 连锁
COL4A5，3 素数和部分 5 素数删除

Smeets 等人在一名 17 岁时患有严重阿尔波特综合征（ALS1; 301050）和终末期肾病（ESRD）并伴有耳聋的患者中（1992）发现编码 IV 型胶原 α-5 链的非胶原结构域和部分胶原区域的外显子缺失。移植无关供体的肾脏后，出现快速进展的抗肾小球基底膜肾炎，导致移植后近 7 个月肾移植失败。他受影响的外祖父26岁时因肾衰竭去世。该缺失似乎以杂合形式存在于母亲和妹妹身上，两人均表现出血尿。

.0009 ALPORT 综合征 1，X 连锁
COL4A5、TRP1538SER

Smeets 等人在 2 名患有阿尔波特综合征（ALS1; 301050）的兄弟中发现，他们没有耳聋，且发病相对较晚，而且他们的携带者母亲也是如此（1992）在外显子 4 中发现了 C 到 G 的颠换，将色氨酸密码子（TGG）更改为丝氨酸密码子（TCG）。

.0010 ALPORT 综合征 1，X 连锁
COL4A5、GLY521CYS

通过对患有阿尔波特综合征（ALS1; 301050）的亲属受影响成员的基因组 DNA 进行分析，Zhou 等人（1992）展示了一个新的 HindIII 切割位点。该突变被发现位于外显子 23：G 到 T 的颠换，将甘氨酸 521 的 GGT 密码子更改为半胱氨酸（G521C）。

.0011 ALPORT 综合征 1，X 连锁
COL4A5、GLY325GLU

Renieri 等人在一名 6 岁意大利阿尔波特综合征患者（ALS1; 301050）中进行了研究（1992）证明了一种从头突变，导致 α-5（IV）链三螺旋区 325 位（G325E）处的甘氨酸残基被谷氨酸取代。

.0012 ALPORT 综合征 1，X 连锁
COL4A5、GLY289VAL 和 ARG1421CYS

郭等人（1995）在一名 19 岁时出现镜下血尿和肾病综合征的女性患者中发现了 COL4A5 基因中的 2 个从头错义突变。 Alport 综合征（ALS1；301050）的诊断是通过在该年龄进行的肾活检发现典型的肾小球基底膜异常而得到证实的。肾功能逐渐恶化，30岁开始慢性血液透析。2年后进行尸体肾移植。没有听力损失，也没有特纳综合征的临床特征。她身高162厘米，月经规律正常。家族史显示，她的父亲于 36 岁时死于与感音神经性听力损失相关的肾衰竭。一位姐姐出现镜下血尿、蛋白尿，肾功能正常，听力下降。一个突变（G289V）发生在外显子 15 中，并将 COL4A5 胶原结构域中的甘氨酸转化为缬氨酸。第二个突变位于外显子 46，将 COL4A5 NC1 结构域附近的半胱氨酸替换为精氨酸（R1421C）。这两种突变存在于白细胞和肾脏 90% 以上的 mRNA 中，而在基因组水平上，患者的这两种突变都是杂合的。因此，这 2 个突变发生在同一个 COL4A5 等位基因中。郭等人（1995）通过测序发现 COL4A5 启动子区域没有突变，也没有检测到正常等位基因的主要重排。从患者肾脏和白细胞中分离出的 DNA 证实了 X 失活的倾斜模式；超过 90% 的 X 染色体中正常的 COL4A5 等位基因失活。失活模式的倾斜被认为是导致无法检测到正常 COL4A5 mRNA 的原因，因此也是导致该女性出现严重表型的原因。

.0013 ALPORT 综合征 1，X 连锁
COL4A5、GLY54ASP

图尔科等人（1995）在一名患有晚发 Alport 综合征的男性患者（ALS1; 301050）中发现了 COL4A5 基因外显子 3 的新错义突变。首次发现微血尿是在 22 岁时。他在 40 岁时患上了终末期肾病，并在 41 岁时成功进行了移植。他患有双侧感音神经性听力损失和囊下晶状体后混浊。先证者有 2 个女儿，分别为 15 岁和 13 岁。大女儿自2岁起就有轻度不规则血尿，肾功能正常； 8岁时的肾活检显示肾小球基底膜变薄。另一个女儿在 7 岁时发现微量血尿。两姐妹的眼部和听觉评估均正常。已知先证者的母亲患有微量血尿。该突变是 G 到 A 的转变，导致 gly54 到 asp（G54D）取代并废除了 BstNI 限制性位点。研究结果与以下结论一致：进展缓慢的阿尔波特综合征往往与错义突变相关，而不是大的缺失或移码。作者表示，这是阿尔波特综合征患者 COL4A5 基因 N 末端三螺旋 7S 结构域中首次描述的突变。

.0014 ALPORT 综合征 1，X 连锁
COL4A5，LEU1649ARG

巴克等人（1996）在 Alport 综合征（ALS1; 301050）患者的 COL4A5 基因中发现了一种新的 leu1649 到 arg（L1649R）突变。与大多数描述的 Alport 综合征中的 COL4A5 突变（每种突变都导致单个家庭中的疾病）相比，L1649R 突变在所研究的 121 个家庭中超过 7% 被发现。在携带 L1649R 突变的男性中，肾衰竭发生在听力损失之前大约 10 年，并且到 60 岁时听力损失的累积频率为 60%。 Barker 等人（1996）指出，在具有相同突变的个体中，出现终末期肾病和功能性听力损失的年龄存在显着差异，强调了与仅在少数人中观察到的特定突变相关的表型的概括的错误性奥尔波特综合征患者。

.0015 ALPORT 综合征 1，X 连锁
COL4A5，ARG1677GLN

几乎所有阿尔波特综合征（ALS1; 301050）病例都涉及不同的突变，正如 X 连锁疾病所预期的那样，该疾病会显着降低受影响男性的健康状况。一些 COL4A5 突变似乎与疾病严重程度降低有关，并且可能是发生创始人效应的人群中晚发阿尔波特综合征的相当大比例的原因。巴克等人（1997）报道了 COL4A5 基因 R1677Q 的新突变。在 3 个孤立确定的德系犹太人家庭中检测到该病毒，引起相对较轻的肾炎，典型发病于四五十，并且可能与德系犹太人中大部分成人发病的遗传性肾炎的病因有关。该突变是核苷酸 5232 中的 G 到 A 的转变，代表 CpG 二核苷酸的变化。在 3 个亲属的受影响雄性中发现了相同的 COL4A5 连锁标记单倍型。无法建立家谱联系。

大久保等人（2003）发现免疫组织化学证据表明正常晶状体前囊表达所有 A4 胶原链。他们还检查了一名因 R1677X 无义突变而患有阿尔波特综合征的患者的晶状体前囊。患者的前晶状体导致晶状体前囊中的 4A3 至 4A6 链缺乏免疫反应性。