基因多態(tài)性與支氣管哮喘

王秋義

(天津醫(yī)院ICU，天津 300211)

支氣管哮喘(bronchial asthma，簡稱哮喘)是一種由嗜酸性粒細(xì)胞、肥大細(xì)胞和T淋巴細(xì)胞等多種炎癥細(xì)胞及細(xì)胞因子參與的免疫變態(tài)反應(yīng)性疾病，其中氣道高反應(yīng)性和氣道的慢性炎癥為其主要特征，反復(fù)發(fā)作的喘息、胸悶、呼吸困難和咳嗽等相關(guān)癥狀。其中以氣道炎癥為最主要的病理變化，并決定氣道阻塞和氣道高反應(yīng)性的程度而氣道慢性炎癥又導(dǎo)致氣道高反應(yīng)性，二者相互影響。近年來，支氣管哮喘發(fā)病率、死亡率逐漸上升，據(jù)統(tǒng)計(jì)我國的哮喘發(fā)病率為1%，兒童達(dá)3%，哮喘已經(jīng)成為嚴(yán)重威脅人們健康的主要慢性疾病之一?，F(xiàn)已證實(shí)許多基因的變異可能參與該疾病的發(fā)生。因?yàn)榉肿由飳W(xué)的發(fā)展，運(yùn)用候選基因法我們確定了哮喘易感基因有幾百個(gè)，其中多個(gè)候選基因已得到了獨(dú)立研究的重復(fù)性驗(yàn)證[1]，如ADAM33[2]、ORMDL3[3]等。有關(guān)候選基因的研究顯示了基因之間的相互作用，以及在哮喘發(fā)病中的重要作用，這有將有利于利用分子病理生理學(xué)對(duì)哮喘進(jìn)一步的研究，為治療哮喘尋求進(jìn)一步的方向。

1 嗜酸性粒細(xì)胞活化趨化因子

嗜酸性粒細(xì)胞是支氣管哮喘主要的炎性細(xì)胞，研究表明，哮喘時(shí)氣道黏膜嗜酸細(xì)胞趨化因子表達(dá)增強(qiáng)，表達(dá)強(qiáng)度與嗜酸性粒細(xì)胞數(shù)及與哮喘嚴(yán)重度呈顯著正相關(guān)。嗜酸細(xì)胞趨化因子是趨化因子C家族成員之一，嗜酸性粒細(xì)胞趨化因子(Eotaxin)是CC趨化因子家族成員，因子由74個(gè)氨基酸殘基組成，由氣道上皮細(xì)胞以及肺泡產(chǎn)生，具有趨化嗜酸性粒細(xì)胞滲出炎性部位的功能。其被白介素-4誘導(dǎo)，被γ干擾素阻遏。Eotaxin對(duì)體內(nèi)嗜酸性粒細(xì)胞、嗜堿性粒細(xì)胞和Th2型細(xì)胞因子進(jìn)行激活趨化，。其通過受體(CCR3)選擇性地誘導(dǎo)嗜酸性粒細(xì)胞在氣道以及肺內(nèi)黏附、募集和脫顆粒。其基因位點(diǎn)位于人的l7q21.1-q21.2染色體上，含有3個(gè)外顯子，Eotaxin與細(xì)胞膜上的G蛋白偶聯(lián)的受體進(jìn)行結(jié)合而發(fā)揮作用，CCR3受體Eotaxin的唯一受體，Eotaxin與 CCR3受體特異性結(jié)合后，吸引嗜酸性粒細(xì)胞向炎癥部位聚集、活化，引起嗜酸性粒細(xì)胞炎癥反應(yīng)。后來在人染色體的位于7ql1.23的基因位點(diǎn)上相繼發(fā)現(xiàn)一些雖與Eotaxin同源性不到40%，但因功能與Eotaxin相似，也是通過CCR3受體選擇性作用于嗜酸性粒細(xì)胞的趨化因子，當(dāng)Eotaxin和其他趨化因子一起進(jìn)入呼吸道便引起氣道炎性病變的出現(xiàn)，也歸為Eotaxin基因系列，被分別命名為Eotaxin2以及Eotaxin3。

大量研究發(fā)現(xiàn)，哮喘的嚴(yán)重程度與衡量哮喘易感性的IgE水平均Eotaxin基因多態(tài)性相關(guān)。Chae等[4]發(fā)現(xiàn)哮喘易感性與Eotaxin基因家族多態(tài)性相關(guān)，且Eotaxin3多態(tài)性與嗜酸性粒細(xì)胞數(shù)量和總IgE水平明顯相關(guān)。此外研究表明在一些嚴(yán)重哮喘病例中，氣道上皮細(xì)胞的檢查可見Eotaxin也大大增加。Wang X等[5]研究發(fā)現(xiàn)，血清總、IL-13以及eotaxin在支氣管哮喘的進(jìn)展惡化進(jìn)程中相互作用，并影響相應(yīng)的病理生理過程，IL-13和eotaxin可以作為評(píng)估支氣管哮喘嚴(yán)重程度的標(biāo)記物。

2 解整合素-金屬蛋白酶

解整合素-金屬蛋白酶(A disintegrin and metalloprotease 33，ADAM33)是近年來發(fā)現(xiàn)的一種哮喘易感基因，其影響氣道平滑肌細(xì)胞的過度收縮進(jìn)而造成氣道高反應(yīng)性(bronchial hyper-reactivity，BHR)，加重哮喘的炎性過程。ADAM33是細(xì)胞膜結(jié)合糖蛋白家族，屬于金屬蛋白酶家族的亞家族，位于第20號(hào)染色體的短臂，包含22各外顯子。通過研究發(fā)現(xiàn)，若ADAM33基因的核苷酸序列因?yàn)樘厥庠虬l(fā)生了改變，便直接影響了哮喘病的發(fā)生。其基因的多態(tài)性與支氣管哮喘的BHR密切相關(guān)，主要在肺內(nèi)由成纖維細(xì)胞和支氣管平滑肌細(xì)胞表達(dá)，與支氣管的重塑有關(guān)[6-7]。大量研究顯示，ADAM33的單核苷酸多態(tài)性(single nucleotide polymorphisms，SNPs)和單倍體與不同種族人群的哮喘之間存在密切關(guān)系，其基因多態(tài)性與支氣管哮喘[7-8]、肺功能下降相關(guān)聯(lián)，相關(guān)研究認(rèn)為ADAM33基因不僅與哮喘易感性相關(guān)，而且與哮喘的嚴(yán)重程度密切相關(guān)，這可能與其增強(qiáng)了氣道重塑有關(guān)。覃潔等[9]研究發(fā)現(xiàn)，ADAM33基因的F+1位點(diǎn)與內(nèi)蒙古族支氣管哮喘具有相關(guān)性，ADAM33的F+1T/C對(duì)支氣管哮喘易感。Wang P等[10]用ADAM333種不同基因型：內(nèi)含子6的7575G/A位點(diǎn)，內(nèi)含子19的11188A/T位點(diǎn)以及外顯子20 的12433T/C位點(diǎn)來探討漢族的ADAM33基因多態(tài)性與哮喘是否相關(guān)，結(jié)果顯示，擁有ADAM33基因的漢族，其與哮喘無明顯相關(guān)性，這進(jìn)一步驗(yàn)證了ADAM33的種族差異性，在不同區(qū)域，種族其ADAM33基因多態(tài)性未必均與哮喘相關(guān)。

3 信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)和轉(zhuǎn)錄激活因子

信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)和轉(zhuǎn)錄激活因子(signal transducers and activators of transcription，STAT)屬于胞質(zhì)蛋白家族，STAT家族可以通過啟動(dòng)靶向基因，促使炎性蛋白表達(dá)，造成患者氣道炎性反應(yīng)。目前哺乳動(dòng)物已發(fā)現(xiàn)的有多個(gè)成員：包含有STAT1、STAT2、STAT3、STAT4、STAT5A 、STAT5B、STAT6。信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)和轉(zhuǎn)錄激活因子的各成員的結(jié)構(gòu)組成同源性雖然很高，但各個(gè)成員在功能執(zhí)行上確有其特異性。STAT6通過細(xì)胞因子信號(hào)通路，介導(dǎo)了如白介素-3、白介素-4、白介素-13的信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)，從而激活了與氣道高反應(yīng)相關(guān)的IgE的生成。而白介素是作為一種多功能的免疫調(diào)節(jié)劑在體內(nèi)存在，比如白介素-13是由淋巴細(xì)胞和Th2細(xì)胞在過敏性的炎癥反應(yīng)中產(chǎn)生的，顯著影響嗜酸性粒細(xì)胞和肥大細(xì)胞的分化和存活，對(duì)支氣管高反應(yīng)性的增高起了重要的作用；STAT6對(duì)Th2細(xì)胞以及B細(xì)胞的增殖分化進(jìn)行影響而從而對(duì)氣道的炎性反應(yīng)起了至關(guān)重要的作用。故此可以看出STAT的異常表達(dá)被發(fā)現(xiàn)不僅在支氣管哮喘而且在其他過敏性疾病均起重要作用。

已經(jīng)有研究證實(shí)STAT3在腫瘤的生長和轉(zhuǎn)移，炎癥以及缺血再灌注損傷，心肌的發(fā)育中起著關(guān)鍵的作用。STAT3作為T細(xì)胞分化通路上的一個(gè)關(guān)鍵因子，其調(diào)節(jié) Thl7細(xì)胞的體內(nèi)水平，當(dāng)炎癥發(fā)生時(shí)會(huì)伴有STAT3的激活，進(jìn)而維甲酸相關(guān)核孤兒受體(ROR Y t)受到誘導(dǎo)而進(jìn)行表達(dá)，最終導(dǎo)致Thl7細(xì)胞的分化[11]。而Thl7細(xì)胞可以通過分泌如白介素-17等多種細(xì)胞因子，調(diào)節(jié)炎性反應(yīng)的發(fā)生。研究證明，破壞上皮細(xì)胞STAT3以后，氣道發(fā)生嗜酸性粒細(xì)胞浸潤的水平下降進(jìn)而降低氣道炎癥反應(yīng)的發(fā)生，佐證了STAT3促進(jìn)炎癥反應(yīng)的作用[12]。Li Y等[13]研究表明，STAT4與變應(yīng)原誘導(dǎo)的氣道炎癥關(guān)系密切，STAT4基因T90089C位點(diǎn)和IFN-γ基因T874A位點(diǎn)多態(tài)性可能是中國人支氣管哮喘危險(xiǎn)性的遺傳因素。STAT6編碼基因在小鼠定位于第10號(hào)染色體，而在人類定位于第12號(hào)染色體12q13.3-q14.1。STAT6基因G2964A位點(diǎn)、STAT-4 基因T90089C位點(diǎn)和IFN-γ基因T874A位點(diǎn)之間的交互作用可能提高哮喘病人的易感性，有助于對(duì)哮喘發(fā)病機(jī)理的認(rèn)識(shí)。Tamura K等[14]提出STAT6 外顯子1的雙核苷酸重復(fù)多態(tài)性以及STAT6基因G2964A位點(diǎn)的變異可能是預(yù)測(cè)日本人群中變應(yīng)性疾病的指標(biāo)。但是相反的結(jié)論也同時(shí)存在，胡俊華等[15]以湖北漢族120例哮喘患者及112例無血緣關(guān)系的漢族健康人為研究對(duì)象，運(yùn)用聚合酶鏈反應(yīng)和限制性片段長度多態(tài)性(PCR-RFLP)的方法，對(duì)STAT6基因G2964A位點(diǎn)進(jìn)行多態(tài)性分析，得出結(jié)論：STAT 6基因3’非翻譯區(qū)G2964A位點(diǎn)多態(tài)性與湖北漢族人哮喘易感性和血漿總IgE水平無明顯相關(guān)性。鑒于STAT6相關(guān)的信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑比較復(fù)雜，以及其他基因均參與了哮喘的發(fā)生發(fā)展，單純通過對(duì)STAT6的調(diào)整來作為哮喘的治療方向有待進(jìn)一步研究。

4 前列腺素D2

前列腺素(prostaglandin，PG)在人體內(nèi)由花生四烯酸所合成，結(jié)構(gòu)由一個(gè)五環(huán)和兩條側(cè)鏈構(gòu)成的20碳不飽和脂肪酸。按其結(jié)構(gòu)PG分為多種類型。不同類型的PG的功能各不相同，作用涉及呼吸、生殖、內(nèi)分泌、消化、心血管、泌尿等多個(gè)系統(tǒng)。近年來的許多研究表明，前列腺素D2 (PGD2 )及其受體與激活肥大細(xì)胞，以及嗜酸性粒細(xì)胞的相互作用，甚至引起氣道重塑與狹窄密切相關(guān)，D prostanoid受體(DP)和在TH2細(xì)胞(CRTH2)受體已經(jīng)被證明是主要的與PGD2相關(guān)的受體。這兩個(gè)受體通過調(diào)節(jié)各種細(xì)胞來調(diào)節(jié)過敏性疾病，如TH2細(xì)胞、嗜酸性粒細(xì)胞、嗜堿性粒細(xì)胞、肥大細(xì)胞、樹突細(xì)胞和上皮細(xì)胞。PGD2誘導(dǎo)血管擴(kuò)張和增加的滲透性引起過敏反應(yīng)是眾所周知的。因此說PGD2是哮喘相關(guān)易感基因。Noguchi[16]等在日本進(jìn)行研究分析，以l44個(gè)有哮喘家族史的家庭為研究對(duì)象，對(duì)其家族成員中PGD合酶(PGDS)以及人類前列腺素D受體(PTGDR)的SNPs進(jìn)行傳遞不平衡分析，得出結(jié)論：具有PGDS內(nèi)含子A/C的等位基因的日本人發(fā)生哮喘的幾率較高。2004年國外一項(xiàng)大樣本研究分別對(duì)黑種人和白種人進(jìn)行病例對(duì)照，報(bào)道發(fā)現(xiàn)PTGDR編碼區(qū)的2個(gè)SNPs以及它附近的2個(gè)新的SNPs，均與哮喘相關(guān)，進(jìn)一步確定了PTGDR為哮喘易感基因[17]。然而國內(nèi)研究表明PG受體基因啟動(dòng)子區(qū)域SNP T-549C缺與我國漢族哮喘患者無明顯相關(guān)性，提示并非PTGDR所有基因位點(diǎn)均與哮喘相關(guān)。

5 兒童哮喘與基因多態(tài)性

支氣管哮喘為兒童時(shí)期最常見的呼吸道變態(tài)反應(yīng)性疾病，飲食，空氣污染，反復(fù)呼吸道感染均是患兒易發(fā)哮喘的因素。兒童的身體尚未發(fā)育成熟，上呼吸道的管腔較細(xì)，黏膜薄弱，血管較成人豐富，易受外源性感染侵襲，另外黏液腺體少，導(dǎo)致呼吸道的清除能力比成人差。3歲以下的嬰幼兒，缺乏免疫球蛋白IgA、IgG，而且有遺傳過敏體質(zhì)家族史的嬰兒IgA更加缺乏。相反，與過敏反應(yīng)有關(guān)系的IgE，則有較成熟的產(chǎn)生能力。因此，小兒呼吸道抵抗力較弱，既易引起感染，又易發(fā)生過敏反應(yīng)，研究已經(jīng)證實(shí)，患有哮喘病的患者，有相當(dāng)一部分幼年均患有過敏性鼻炎。

對(duì)兒童哮喘基因多態(tài)性的研究結(jié)果顯示：CCR5基因的32堿基缺失去功能化，導(dǎo)致減少了病原菌進(jìn)入細(xì)胞而影響了宿主的炎癥反應(yīng)，進(jìn)而減少了兒童哮喘的流行。然而不同地區(qū)的CCR5基因的32堿基對(duì)哮喘的影響不同，研究表明在蘇格蘭地區(qū)呈現(xiàn)的CCR5基因的32堿基的缺失與哮喘降低明顯相關(guān)，而在我國確無此特征。Leung等[18]對(duì)中國兒童對(duì)貓以及霉菌變應(yīng)原的致敏的作用研究中發(fā)現(xiàn)與RANTES基因啟動(dòng)子G-401A多態(tài)性相關(guān)，并造成了第1秒用力呼氣容積的降低，造成了哮喘的發(fā)生。近來研究表明，人類第5，11，14號(hào)染色體上存在哮喘的易感基因，比如染色體5q31-32上的基因群，編碼影響了IgE和TH2細(xì)胞的表達(dá)，而造成氣道的反應(yīng)性增高。染色體14q32上存在的T細(xì)胞抗原受體基因位點(diǎn)可以特異性對(duì)IgE進(jìn)行調(diào)控，均造成了與兒童哮喘的高度關(guān)聯(lián)。研究證實(shí)哮喘敏感性的G蛋白偶聯(lián)受體(G-protein-coupled receptor for asthma susceptibility，GPRA)屬于哮喘的候選基因之一，Michael S D等[19]研究表明，GPRA 基因多態(tài)性與德國人的支氣管哮喘相關(guān)。而Wu H等[20]研究顯示，我國GPRA 基因遺傳變異性與兒童哮喘以及遺傳性過敏卻沒有顯著的相關(guān)。

最新研究表明，過氧化物酶體增生物激活受體(Peroxisome proliferator-activated receptor gamma，PPARγ)可能在免疫和炎癥反應(yīng)中發(fā)揮重要作用，大量研究證實(shí)，哮喘患者的氣道中PPARγ的表達(dá)上調(diào)，此外PPARγ參與了哮喘的氣道炎癥和氣道高反應(yīng)性[21]。妊娠合并支氣管哮喘的發(fā)生率為0.4%～1.3%，研究表明妊娠期哮喘病可增加不良母嬰狀況的發(fā)病率，甚至重癥哮喘的發(fā)作，會(huì)危及母體和胎兒的生命。因此，積極合理的治療可以繼續(xù)妊娠并減少發(fā)病率，而成為保證孕婦和胎兒安全的關(guān)鍵。目前已經(jīng)發(fā)現(xiàn)的哮喘易感基因包括：第5號(hào)染色體含有的多種白介素細(xì)胞因子簇，5q31-q32上的β2受體基因，第11號(hào)染色體q13的IgE高親和力受體β亞單位基因(FcεR1-β)、14q11.2-13的T細(xì)胞受體(TCR)基因等，大多基因存在種族差異性。

此外發(fā)現(xiàn)一些童年開始發(fā)病的成年哮喘患者，攜帶ORMDL3純合子基因的人群易發(fā)生哮喘。研究表明，純合子ORMDL3基因可能是發(fā)生哮喘的高?；騕22]。ORMDL3其基因位于染色體17q12-q2，編碼位于內(nèi)質(zhì)網(wǎng)的跨膜蛋白，而調(diào)節(jié)內(nèi)質(zhì)網(wǎng)介導(dǎo)的鈣離子促使相應(yīng)蛋白質(zhì)應(yīng)答，從而誘導(dǎo)炎癥發(fā)生，因此ORMDL3基因可能作為是一個(gè)促炎癥基因引發(fā)兒童哮喘。

綜上所述，哮喘是一種基因與環(huán)境因素共同參與的疾病，二者的相互作用在哮喘中發(fā)揮重要作用。相信隨著對(duì)基因多樣性與哮喘相關(guān)性的研究并隨著多種基因多態(tài)性在哮喘中的作用機(jī)制進(jìn)一步闡明，必將使哮喘形成機(jī)制的闡釋及其治療藥物的篩選工作翻開新的篇章。

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