強直性脊柱炎遺傳病因機制研究進展

[摘要] 強直性脊柱炎是一種遺傳因素為主導的多基因疾病， 除HLA-B27外，尚有HLA-B60（HLA-B*40∶01）等MHC基因和ERAP1、IL23R、LTBR、TNFRSF1A、TBKBP1、KIF21B、RUNX3、染色體2p15、21q22內基因沙漠和IL-1基因簇等非MHC基因及IL1R2、 ANTXR2、TNFR1、KIR、ANKH、CYP2D 6*4、5q14.3 和ANO6等其他基因參與。該部分新易感基因和標記位點的發現，豐富了我們對AS發病機制的基因水平認識，并且完善了AS的發病假說。

[關鍵詞] 強直性脊柱炎；遺傳機制；MHC基因；非MHC基因；其他基因

[中圖分類號] R993.2 [文獻標識碼] A [文章編號] 2095-0616（2013）04-35-03

強直性脊柱炎（ankylosing spondylitis，AS）是一種以炎性腰背痛為特征并不斷進展的慢性疾病，常伴有外周關節炎，肌腱炎和虹膜炎等，嚴重者可致脊柱畸形和甚至強直。在AS發病機制中，遺傳因素具有重要作用。有關雙生子的研究估計總的遺傳貢獻度在強直性脊柱炎發病機制中可能超過90%，現已證明主要組織相容性復合物（MHC）單倍型HLA-B*27與強直性脊柱炎的易感性強相關。HLA-B27陽性的健康人群中，只有1%～5%最終發展為AS，HLA-B27可能只占總遺傳貢獻度的20%～30%左右[1]，表明除HLA-B27外，尚有其他基因參與。

1 MHC有關基因

1.1 HLA-B27

與AS發病相關的基因主要位于MHC內。盡管已進行了近半個世紀的廣泛研究，HLA-B27參與AS的發病機制，至今不清。目前發現HLA-B27至少已有69個亞型[1]，多由HLA-B*27∶05演變而來，且與地域分布有關，大體上反映了人類遷徙過程。西歐白種人主要亞型為HLA-B*27∶05（約90%）和HLA-B*27∶02（約10%）。東亞主要為HLA-B*27：04和HLA-B*27∶05，尤其是AS患者，但亞洲南部發現有HLA-B*27∶07AS患者。HLA-B*27：06（見于東南亞）和*27∶09（主要在撒丁島）兩亞型似乎與AS不相關，其原因至今仍不清楚。其他亞型較為少見，大多只見于單個人或家庭，如HLA-B*27∶01和*27∶14等。撒哈拉非裔AS患者HLA-B27陽性率低，可能與“保護型”亞型B*27∶03的分布有關。最近西非的研究表明HLA-

B*14∶03與AS易感性相關，該相關也見于未分化脊柱關節病和艾滋病毒感染后反應性關節炎。

近來Wellcome Trust Case-Control Consortium[2]和Australo- Anglo-American Spondyloarthritis Consortium （WTCCC2-TASC），在3 023例AS和9 401例正常對照研究中發現了2個與AS強相關的HLA-B單核苷酸多態性（SNP）位點。一個是SNPrs4349859，HLA-B27的標記性SNP，對HLA-B27基因分型的敏感性98%，特異性99%。另一個SNPrs13202464，也表現出較高的敏感性（98.7%），特異性（98%）。如果在MHC SNPs中剔除rs4349859，不再顯現與AS有意義的其他殘余相關，該現象表明是MHC內可能不存在其他對AS易感性有重大影響的多態性基因。這些結果同時也表明，HLA-B27本身可能與AS發病相關，而不是附近的連鎖基因。

1.2 HLA-B60（HLA-B*40∶01）

1989年在五個獨立的研究中發現，與HLA-B27陰性AS患者相比，HLA-B60（HLA-B*40∶01）能夠增加HLA-B27陽性患者約3倍的發病風險。該關聯隨后在英國，臺灣[7]和美國等人群中進一步被證實，但在墨西哥混血人群中，未發現該關聯。其他MHC等位基因也有研究被發現與AS易感性有關，但多因與HLA-B27連鎖，最終未能證實該關聯的獨立存在。

2 非MHC有關基因

過去幾年基于SNP基因分型芯片的低成本化、高精度化和研究設計、分析方法的成熟化和商業化，使常見疾病的遺傳學研究得到革命性發展。在2007年Wellcome Trust Case-Control Consortium（WTCCC）全基因組聯研究（GWAS）中[8]，首次在關于AS大規模SNP研究中證實IL23R和ERAP1與AS相關。緊臨其后，Australo-Anglo-American Spondyloarthritis Consortium（TASC）進行了一個含有2 053例AS和5 140例對照者的有關AS的GWAS研究發現，染色體2p15、21q22區域及ANTXR2、IL1R2基因與AS相關聯[2]。后續研究中又分別發現，CARD9和TRADD也與AS相關[3-4]。

一個有關Crohn’S與AS的遺傳學重疊研究發現，KIF21B，IL12B，STAT3附近的SNPs強相關，CDKAL1，LRRK2/MUC19和13q14染色體上基因間區域具有不確定的相關。最近，WTCCC2-TASC研究發現，RUNX3，TNFR1，PTGER4和TBKBP1與AS相關，驗證了以前部分結果。

2.1 ERAP1

調節腫瘤壞死因子受體氨基肽酶（ERAP1/ARTS-1）是第一個明確的與AS最強相關的非MHC基因，估計其人群歸因危險度為26%。WTCCC2-TASC研究表明與歐洲白人相關的主要變異位點是rs30187（Lys528Arg），包含rs10050860（Asp575Asn）和rs17482078（Arg725Gln）的單倍型則是獨立的疾病保護性因素。

最初認為ERAP1主要作用是從細胞壁切割細胞因子受體，現已證明該作用不是其主要的生理作用。WTCCC2-TASC研究小組通過比較ERAP1敲除小鼠與野生型小鼠脾細胞培養上清液中TNF受體和IL-6受體水平，發現無論經ERAP1刺激與否，二者水平并無明顯變化。因此，已知ERAP1的分子尺作用（在HLAⅠ類分子遞呈前將肽鏈長度修剪少至九個氨基酸），可能是ERAP1與AS發病機制相關的主要作用。有明確的研究發現，由于HLAⅠ類分子不能有效遞呈寄生蟲抗原給CD8+T細胞，ERAP1敲除小鼠更容易感染弓形蟲，表明ERAP1在HLAⅠ類分子介導的免疫反應中具有重要作用。如果能證明ERAP1與AS易感性相關的話，那么該相關應該主要是由于多肽類分子處理異常和HLAⅠ類分子抗原肽遞呈異常，而非B27分子異常折疊或同型二聚體形成等其他理論。

2.2 IL23R及相關基因

在有關銀屑病的GWAS研究中，首先發現IL23R存在變異。在該研究中，常見的IL23R單體型（rs753051和rs11209026）的二個重復樣本集與銀屑病表現出相關，并且在所有三個樣本集中經綜合分析后得到再次確認。大約在同一時間，在研究中還發現，IL23R變異與炎癥性腸病也相關。Wellcome Trust Case Control Consortium（WTCCC）和NASC通過綜合分析AS患者IL23R基因的8個SNP，首次發現IL23R與AS相關。該相關相繼在葡萄牙人群、西班牙人群、加拿大人群和英國人群[6]中得到進一步證實。但在東亞地區的二個研究中表明，IL23R與AS在中國漢族人群和韓國人群中不相關[7-8]。最可能的原因是，歐洲白人中與AS發病最相關的主要非同義SNPrs11209026，在上述兩類人群中沒有多態性。同時發現，與IL23R同路徑的其他一些基因包括IL12B，STAT3，CARD9和PTGER4，也與AS相關。

IL12B編碼IL-12p40。IL-12p40是細胞因子IL-12和IL-23的異二聚體的一種組成成分。STAT3編碼JAK-STAT信號通路下游IL-23R部分成分。值得注意的是，已證明JAK2（編碼該途徑中JAK3的配體）與Crohn’s相關，并與AS可能也相關[9]。CARD9編碼初始免疫信號轉導通路Dectin-1的組成成分。Dectin-1識別β-葡聚糖（真菌和部分細菌的細胞壁的一種成分），通過CARD9把信號傳導至細胞核，導致Th1、Th17淋巴細胞亞群的活化，從而在功能上連接了初始免疫系統和適應性免疫系統。PGE2EP4編碼PGE2EP4受體，是已知的前列腺素PGE2受體（EP1-4）之一，各型受體作用不同，不同組織的表達也不同。EP2和EP4均是G蛋白偶聯受體，激活腺苷酸環化酶產生Camp。已表明PGE2EP4刺激樹突狀細胞產生IL-23，反過來活化Th17淋巴細胞，同時也刺激其他各類細胞表達IL-23R[10]。現已證明PGE2EP4激動劑能促使IL-17的產生，恢復對白色念珠菌的反應性，PGE2的合成能被非甾體抗炎藥阻斷[11]。PGE2也參與力學生物調控網絡，能夠傳感機械應力并且刺激骨形成和骨吸收。在PGE2EP4/4基因敲除小鼠實驗中，膠原性關節炎（一種IL-23介導的炎癥性關節炎模型）明顯減輕，并且已證明在預防用藥和藥物治療模型中，抑制PGE2EP4能夠減輕膠原性關節炎。因此PGE2EP4參與炎癥和新骨形成，對AS發病過程出現的肌腱端炎可能有作用。

2.3 TNF通路相關基因

遺傳學研究明確表明TNF通路在AS發病機制具有十分重要的作用。TNF拮抗劑可高效地抑制AS的炎癥反應并且TNF過表達的小鼠可發展成脊柱關節炎。在WTCCC2-TASC研究中，發現染色體12p13內淋巴毒素受體（LTBR）基因和腫瘤壞死因子受體1（TNFRSF1A，tumor necrosis factor receptor 1，TNFR1）基因之間的部分SNP與AS發病相關[12]。

該研究還同時發現，染色體17q21附近TBKBP1（編碼TBK結合蛋白1，TNF受體信號轉導通路上的一個組成部分）與AS相關。還有些研究發現，在染色體16q包含TRADD（腫瘤壞死因子1型受體相關死亡域蛋白）廣泛區域與AS相關。

2.4 KIF21B

KIF21B與AS相關的目前還不清楚。KIF21B編碼驅動蛋白家族的一個成員，參與神經細胞成分轉運并在組織中表達廣泛，但其在非神經組織的功能目前還不清楚。KIF21B也與Crohn’s病和多發性硬化癥相關[13]，該家族的另一個成員，KIF5A，與1型糖尿病和類風濕性關節炎相關[14]，并且與多發性硬化癥的易感基因相鄰[15]。以上研究表明，該家庭成員具有某種未知的免疫功能。

2.5 RUNX3

RUNX3與AS易感性相關，證明了CD8+T淋巴細胞在AS發病機制中的作用。IL-7R信號誘導未成熟CD4/CD8雙陽性淋巴細胞表達RUNX3，反過來導致抑制CD4+T淋巴細胞表達和上調CD8+T淋巴細胞表達[16]。WTCCC2-TASC研究發現，與AS相關的RUNX3 SNP也與CD8+T淋巴細胞計數減少的健康對照者相關。同樣的研究結果發現，AS患者的CD8+T淋巴細胞計數低于年齡和性別均匹配的健康對照人群。研究中還發現，IL-7R基因的SNPs與AS具有某種相關。

2.6 染色體2p15、21q22內的基因沙漠

最近公布了TASC所進行一個超過2 000例歐裔AS患者和5 000例對照人群的GWAS研究結果[17]。該研究發現2個基因沙漠2p15、21q22達全基因組意義，同時還驗證了ERAP1和IL-23R與AS相關。基因沙漠是人類基因組中缺乏蛋白質編碼基因的大片區域。與p15最近的基因是距其約100 kb的3GNT2，目前還沒有發現有疾病與該基因相關。距21q22內與AS最強相關SNP最近的基因是相距82 kb的PSMG1基因。基因沙漠的意義不明確。據估計，大約有1/4的人類基因組包含有基因沙漠。有些基因沙漠對于基因組的功能來說似乎是非必要的，因為刪除這些基因沙漠，未發現對表型有明顯影響。

2.7 IL-1基因簇

英國、北美和臺灣的研究均發現IL-1基因簇與AS易感性相關。IL-1家族基因簇，大約橫跨360 kb，包含下列基因：IL-1A，IL-1B，IL-1F7，IL-1F9，IL-1F6，IL-1F8，IL-1F5，IL-1F10和IL-1RN。與AS最重要的IL-1基因簇基因是IL-1B基因和IL-1F10基因。IL-1A是唯一被一致認為與AS相關的IL-1基因簇基因成員，該基因在白種AS患者中的人群歸因危險度為4%～6%。

3 其他尚未確定的AS相關基因

最近TASC GWAS已確定的其他相關基因是IL-1R2，ANTXR2、TNFR1、KIR和ANKH。IL-1R2是誘餌受體，干擾IL-1與IL-1R1的結合。ANTXR2位于染色體4q21，該基因的突變與幼年性透明性纖維瘤病和小兒全身玻璃樣變性相關；是否與AS相關，目前尚不能十分肯定。TNFR1編碼TNF1，有學者認為TNFR1-ERAP1分子復合物以某種未知機制調節TNFR1的脫落。有研究報道KIR基因與AS易感性之間的關聯，但多數是都是負面的，或因為相關性不強而不能明確。有報道表明ANKH與AS和家族性常染色體顯性遺傳軟骨鈣質沉著癥相關。ANKH的二個新遺傳變異，一個在50非編碼區，另一具在ANKH啟動子區域，被認為與AS相關。然而，Timms等在研究中無法重現ANKH與AS易感性相關或與某些AS臨床表現相關。英國二個獨立的病例對照研究報告了CYP2D6*4基因純合型與AS相關。然而，該相關的生物學及臨床意義并不清楚，并且該相關未在法國人群中得到驗證。近年來，在中國人的GWAS中發現兩個與AS相關的新易感位點，位于5q14.3的HAPLN1-EDIL3基因和位于12q12的ANO6，同時還驗證此前曾報到過兩個已知位點，2p15和位于6p21的HLA-B基因[18]。

AS是一種遺傳因素為主導的多基因疾病，除HLA-B27外，尚有其他MHC基因及非MHC基因參與。通過持續進行多人種、大樣本的全基因組掃描尋找到的AS新易感基因和標記位點，豐富了我們對AS發病機制的基因水平認識，并且完善了AS的發病假說。

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（收稿日期：2012-12-21）