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腫瘤壞死因子受體基因單核苷酸多態性與肺炎嚴重程度的相關性*

2013-10-25 06:57:58鄭少強袁偉鋒黃文杰
中國病理生理雜志 2013年4期

李 理, 鄭少強, 袁偉鋒, 黃文杰△

(1廣州軍區廣州總醫院呼吸內科,廣東 廣州 510010; 2南方醫科大學第三附屬醫院呼吸內科,廣東 廣州 510630)

腫瘤壞死因子受體基因單核苷酸多態性與肺炎嚴重程度的相關性*

李 理1, 鄭少強2, 袁偉鋒1, 黃文杰1△

(1廣州軍區廣州總醫院呼吸內科,廣東 廣州 510010;2南方醫科大學第三附屬醫院呼吸內科,廣東 廣州 510630)

目的比較腫瘤壞死因子受體(tumor necrosis factor receptor,TNFR)基因多個等位基因在肺炎人群中的分布頻率,分析基因多態性與肺炎發病率和病情嚴重程度的相關性。方法納入66例肺炎患者與66例既往無肺炎的健康體檢者,抽提各研究對象外周血DNA,通過聚合酶鏈式反應-限制性片段長度多態性或基因測序的方法檢測TNFR1+36A/G、TNFR1-609G/T、TNFR2+676T/G、TNFR2 +1663T/G、TNFR2 +1668A/G和TNFR2 +1690C/T各多態性位點在肺炎患者與健康體檢者、重癥肺炎與非重癥肺炎患者中的分布頻率,并統計分析各基因分布頻率與肺炎發生率和嚴重程度的相關性。結果TNFR1-609G與T等位基因在肺炎患者中分布頻率分別為40.9%與59.1%,在健康體檢者中的分布頻率分別為53.8%與46.2%;TNFR1-609T等位基因在肺炎患者中的分布頻率較高(P<0.05)。余基因的各等位基因在肺炎患者與健康體檢者中的分布頻率差異無統計學意義。TNFR1-609G與T等位基因在重癥肺炎患者中分布頻率分別為25.0%與75.0%,在非重癥肺炎患者中的分布頻率分別為46.0%與54.0%,T等位基因在重癥肺炎患者中的分布頻率較高(P<0.05)。TNFR2 +1690C與T等位基因在重癥肺炎患者中分布頻率分別為81.1%與18.9%,在非重癥肺炎患者中的分布頻率分別為61.0%與39.0%,C等位基因在重癥肺炎患者中分布頻率較高(P<0.05),余基因的各等位基因在重癥肺炎與非重癥肺炎患者中的分布頻率差異無統計學意義。結論攜帶TNFR1-609T等位基因的個體更易罹患肺炎,而攜帶TNFR1-609T及TNFR2 +1690C等位基因的個體肺炎病情較嚴重,易進展為重癥肺炎。

受體,腫瘤壞死因子; 多態性,單核苷酸; 肺炎

當前眾多研究均顯示重癥肺炎的發病機制與肺局部炎癥反應調節失衡有關,促炎反應過度活化與抑炎反應活化相對不足,導致機體正常組織與細胞的炎癥性破壞,損傷肺臟的通氣與換氣功能,在宏觀上表現為重癥肺炎。 本實驗室前期研究已證實炎癥反應通路中不同分子的基因多態性可能影響炎癥反應強度,進而影響機體對肺炎的易感性與罹患重癥肺炎的風險,如攜帶TNF-α-308A等位基因的患者在感染后體內炎癥反應水平較高,更容易發展成感染性休克[1]。

TNF-α與其受體TNFR結合將向細胞內傳遞炎癥反應活化的信號,二者質或量的改變均將影響炎癥反應強度。TNFR作為TNF-α的受體,是TNF-α/NF-κB/TNF-α炎癥反應放大途徑的重要分子。但對于在感染性疾病TNFR基因多態性的研究不多,在肺炎中的研究僅見個別報道。本研究為明確TNFR基因多態性與肺炎易感性、病情嚴重程度的相關性,通過聚合酶鏈式反應-限制性片段長度多態性(po-lymerase chain reaction-restriction fragment length polymorphism,PCR-RFLP)或基因測序的方法檢測肺炎患者與健康體檢者TNFR基因中多個多態性位點不同等位基因的分布,并分析其分布規律與病情嚴重程度的相關性,為通過檢測TNFR基因多態性預測肺炎患者病情與預后提供實驗室依據。

材 料 和 方 法

1研究對象

研究對象為2010年10月~2011年 6月就診于廣州軍區廣州總醫院呼吸科的66例成年肺炎患者(男性37名,女性29名,年齡60.59歲±14.67歲)及66例既往無肺炎病史的健康體檢者(男性31名,女性35名,平均年齡54.62歲±15.45歲)。各受試者之間無血緣關系。在肺炎患者中,16例診斷為重癥肺炎,死亡7例。

肺炎診斷標準:(1)新近出現的咳嗽、咳痰,或原有呼吸道疾病癥狀加重,并出現膿性痰;伴或不伴胸痛、氣急等癥狀;(2) 發熱;(3) 肺實變體征和(或) 濕性羅音;(4)白細胞>10×109/L 或<4×109/L,伴或不伴核左移;(5) 胸部X 線檢查顯示片狀、斑片狀浸潤性陰影或間質性改變,伴或不伴胸腔積液。以上1~4 項中任何1項加第5項,并排除肺結核、肺部腫瘤、非感染性肺間質性疾病、肺水腫、肺不張、肺栓塞、肺嗜酸性粒細胞浸潤癥、肺血管炎外等,可建立肺炎臨床診斷。重癥肺炎診斷標準參照2007年IDSA/ATS關于成人社區獲得性肺炎的診治指南。主要標準:(1)需要機械通氣;(2)感染性休克或需要應用血管活性物質;次要標準(1)呼吸頻率≥30 min-1;(2)氧合指數(PaO2/FiO2)<250;(3)雙側或多葉性肺炎;(4)昏迷或定向力缺失;(5)尿毒癥(血尿素氮≥20 mg/dL);(6)白細胞計數<4×109/L;(7)血小板計數<100×109/L;(8)低體溫<36 ℃;(9)低血壓需要液體復蘇。符合3條次要標準或1條主要標準[2]。排除標準:(1)伴有代謝性疾病,如糖尿病、甲狀腺功能亢進、甲狀腺功能減低、原發性醛固酮增多癥等;(2)伴良性或惡性腫瘤;(3)伴自身免疫性疾病;(4)伴病毒感染。

本研究以肺炎患者為肺炎組(community-acquired pneumonia group, CAP組),以健康體檢者為對照組(control group);其中CAP組按病情嚴重程度分為重癥肺炎組(severe community-acquired pneumonia group, SCAP組)與非重癥肺炎組(non-severe community-acquired pneumonia group, NSCAP組)。

2TNFR的單核苷酸多態性(singlenucleotidepo-lymorphism,SNP)檢測

收集研究對象的外周血,EDTA抗凝,取200 μL提取外周血DNA,按照Fermentas公司DNA抽提試劑盒(Genomic DNA Purification Kit,#K0512)說明書進行。

以抽提的DNA作為模板,使用PCR-RFLP或基因測序的方法對各研究對象的以下SNP進行分析:TNFR1+36A/G、TNFR1-609G/T、TNFR2+676T/G、TNFR2+1663T/G、TNFR2+1668A/G與TNFR2+1690C/T。PCR試劑采用DreamTaqTMPCR Master Mix 2×(Fermentas,#K1071)。PCR體系:DreamTaqTMPCR Master Mix 10 μL,上游及下游引物各0.8 μL(濃度10 μmol/L,引物序列見表1),DNA模板3 μL,去離子水5.4 μL。PCR條件:95 ℃預變性5 min,95 ℃變性、退火(溫度見表1)與72 ℃延伸各30 s,終延伸5 min。

以各PCR擴增產物作為底物,采用限制性內切酶進行酶切反應。攜帶TNFR1+36A/G、TNFR1 -609G/T與TNFR2+676T/G 這3個SNP的PCR產物酶切體系、條件、酶切產物片段大小與基因型判斷見表2。

TNFR2 +1663T/G、 +1668A/G和 +1690C/T這3個SNP在序列上位置接近,采用基因測序的方法共同對上述3個SNP進行檢測。

表1 攜帶目標SNP的DNA片段PCR擴增

表2酶切反應條件與基因型判斷

Table 2. Outline of genotypes ofTNFRand the reaction condition of restriction enzyme

LocusSubstrate(bp)EndonucleaseTemperature(℃)Allele(bp)TNFR1-609G/T360TaaI65GT:360+263+97TT:263+97GG:108+75TNFR1+36A/G183MspAII37GA:183+108+75AA:183TNFR2+676T/G242NlaIII37TT:109+133GT:242+109+133GG:242

3統計學處理

計量資料行正態性檢驗,正態性分布資料以均數±標準差(mean±SD)表示,非正態資料以中位數表示。計數資料的組間比較采用2檢驗。采用SPSS 11.5軟件完成,以P<0.05為差異有統計學意義。

結 果

1TNFR基因各SNP檢測結果

在所有研究對象中,除TNFR1+36A/G未發現突變純合子外,TNFR1-609G/T、TNFR2+676T/G、TNFR2+1663T/G、TNFR2+1668A/G與TNFR2 +1690C/T均發現野生純合子與雜合子。TNFR1 -609G/T、TNFR1 +36A/G與TNFR2 +676T/G的基因型判斷參照表2,上述不同基因型所在PCR片段經酶切后進行瓊脂糖電泳分析,雜合子的基因型將被酶切為3段核苷酸片段,酶切產物電泳示意圖見圖1。TNFR2+1663、+1668和+1690基因測序結果示意圖見圖2。

Figure 1. Restriction enzyme analysis ofTNFR1-609(A),TNFR1+36 (B) andTNFR2+676 (C) PCR products.M: DNA marker;N:normal control (wild type).

圖1TNFR1-609、TNFR1+36與TNFR2+676的PCR片段酶切分析

2TNFR基因多態性在CAP組和對照組中的分布

TNFR1-609GG、GT與TT基因型在CAP組中分布頻率分別為18.2%、45.5%與36.3%,在對照組中的分布頻率分別為30.3%、47.0%與22.7%,上述3個基因型在兩組中的分布差異無統計學意義(P>0.05)。TNFR1 -609G與T等位基因在CAP組中分布頻率分別為40.9%與59.1%,在對照組中的分布頻率分別為53.8%與46.2%,T等位基因在CAP組中的分布頻率較高,其差異具統計學意義(P<0.05),見表3。TNFR1+36、TNFR2+676、TNFR2 +1663、TNFR2+1668與TNFR2+1690的各基因型與等位基因在CAP組與對照組中的分布頻率差異差異無統計學意義,見表3。

Figure 2. The schematic diagrams of sequencing ofTNFR2 +1663, +1668 and +1690.

圖2TNFR2+1663、+1668和+1690基因測序結果示意圖

3TNFR基因多態性在SCAP組和NSCAP組中的分布

TNFR1-609GG、GT與TT基因型在SCAP組中分布頻率分別為0.0%、50.0%與50.0%,在NSCAP組中的分布頻率分別為24.0%、44.0%與32.0%,上述3個基因型在兩組中的分布差異無統計學意義(P>0.05)。TNFR1-609G與T等位基因在SCAP組中分布頻率分別為25.0%與75.0%,在NSCAP組中的分布頻率分別為46.0%與54.0%,T等位基因在SCAP組中的分布頻率較高,其差異有統計學意義(P<0.05)。

TNFR2+1690CC、CT與TT基因型在SCAP組中分布頻率分別為62.5%、37.5%與0.0%,在NSCAP組中的分布頻率分別為40.0%、42.0%與18.0%,上述3個基因型在兩組中的分布差異無統計學意義(P>0.05)。TNFR2+1690C與T等位基因在SCAP組中分布頻率分別為81.1%與18.9%,在NSCAP組中的分布頻率分別為61.0%與39.0%,C等位基因在SCAP組中分布頻率較高,其差異有統計學意義(P<0.05)。

TNFR1+36、TNFR2+676、TNFR2+1663與TNFR2+1668的各基因型與等位基因在SCAP組與NSCAP組中的分布頻率差異無統計學意義,見表4。

表3TNFR基因多態性在CAP組和對照組中的分布

Table 3. Genotype and allele frequencies ofTNFRgene polymorphisms between CAP group and control group

LocusAlleleCAPControlPTNFR1-609GG12(18.2%)20(30.3%)>0.05GT30(45.5%)31(47.0%)TT24(36.3%)15(22.7%)G54(40.9%)71(53.8%)<0.05T78(59.1%)61(46.2%)TNFR1+36AA57(86.4%)58(87.9%)>0.05AG9(13.6%)8(12.1%)GG0(0.0%)0(0.0%)A123(93.2%)124(93.9%)>0.05G9(6.8%)8(6.1%)TNFR2+676GG5(7.6%)5(7.6%)>0.05GT15(22.7%)19(28.8%)TT46(69.7%)42(63.6%)G25(18.9%)29(22.0%)>0.05T107(81.1%)103(78.0%)TNFR2+1663GG22(33.3%)22(33.3%)>0.05AG32(48.5%)27(40.9%)AA12(18.2%)17(25.8%)A56(42.4%)61(46.2%)>0.05G76(57.6%)71(53.8%)TNFR2+1668TT66(100.0%)66(100.0%)NoneTG00GG00T132(100.0%)132(100.0%)NoneG00TNFR2+1690CC30(45.5%)33(50.0%)>0.05CT27(40.9%)27(40.9%)TT9(13.6%)6(9.1%)C87(65.9%)93(70.0%)>0.05T45(34.1%)39(30.0%)

表4TNFR基因多態性在SCAP組和NSCAP組中的分布

Table 4. Genotype and allele frequencies ofTNFRgene polymorphisms between SCAP group and NSCAP group

LocusAlleleSCAPNSCAPPTNFR1-609GG0(0.0%)12(24.0%)>0.05GT8(50.0%)22(44.0%)TT8(50.0%)16(32.0%)G8(25.0%)46(46.0%)<0.05T24(75.0%)54(54.0%)TNFR1+36AA14(87.5%)43(86.0%)>0.05AG2(12.5%)7(14.0%)GG0(0.0%)0(0.0%)A30(93.7%)93(93.0%)>0.05G2(6.3%)7(7.0%)TNFR2+676GG1(6.2%)4(8.0%)>0.05GT3(18.8%)12(24.0%)TT12(75.0%)34(68.0%)G5(15.6%)20(20.0%)>0.05T27(84.4%)80(80.0%)TNFR2+1663GG3(18.8%)9(18.0%)>0.05AG8(50.0%)24(48.0%)AA5(31.2%)17(34.0%)A14(43.7%)42(42.0%)>0.05G18(56.3%)58(58.0%)TNFR2+1690CC10(62.5%)20(40.0%)>0.05CT6(37.5%)21(42.0%)TT0(0.0%)9(18.0%)C26(81.1%)61(61.0%)<0.05T6(18.9%)39(39.0%)

討 論

多項研究已證實重癥肺炎患者體內存在炎癥反應失衡。本實驗室既往的動物實驗已證實重癥肺炎大鼠體內存在促炎細胞因子的過度釋放與抑炎細胞因子的表達不足[3-4]。后續研究證實TNF-α啟動子區單核苷酸多態性與肺炎的易感性、重癥肺炎的發生率有關[5]。我們對TNF-α的后續擴展研究發現,重癥肺炎時TNF-α/NF-κB形成正反饋環路,放大炎癥反應,當抑制TNF-α信號后,上述正反饋環路中斷,肺內炎癥損傷減輕[6-7]。因此,TNF-α信號與肺內炎癥反應強度密切相關,并可能影響肺炎的進一步惡化。

TNFR接受TNF-α的信號而啟動細胞的炎癥反應。TNF-α作為一種重要的炎癥介質,與其受體TNFR結合,啟動細胞內的炎癥反應,二者表達量或活化程度的改變均可影響炎癥反應的強度。TNFR主要分兩型,TNFR1與TNFR2,前者由TNFRSF1A編碼,后者由TNFRSF1B編碼。TNFR1廣泛存在于有核細胞表面,其胞內段具有死亡結構域,可通過與TNF受體相關死亡結構域(TNF receptor-associated death domain,TRADD)相結合,激活半胱天冬酶及活化NF-κB,引起炎性因子、趨化因子的轉錄[8]。TNFR2主要在淋巴細胞表達,其胞內段無死亡結構域,但可通過TNF受體相關因子2(TNF receptor-asso-ciated factor 2,TRAF2)介導細胞凋亡與NF-κB的激活。TNFR2與TNF-α的親合力較高,即使較低的濃度也可以與TNF-α結合[9]。

TNFR與炎癥反應關系密切,其基因的改變也將從TNFR表達水平或功能上影響炎癥反應強度。已知TNFRSF1A基因與TNFRSF1B基因均存在多個基因多態性位點。有研究表明在伴有血液疾病的侵襲性肺曲霉病患者中,如攜帶TNFRSF1A+36G或-609G等位基因則易于罹患侵襲性肺曲霉病[10]。Cipriano等[11]則發現在CAP患者中,攜帶TNFRSF1B+676TG基因型的患者比攜帶TT或GG基因型患者死亡率低。但Gordon等[12]的研究卻認為TNFRSF1A-609G/T、+36A/G,TNFRSF1B+676T/G、+1663A/G基因多態性與膿毒癥的易感性、嚴重程度不相關。

TNFR基因的多態性是否影響炎癥反應強度進而影響肺炎的的嚴重性或機體對肺炎的易感性仍存爭論,探討TNFR基因多態性與肺炎的相關性,是更好地利用基因進行疾病嚴重性與預后判斷的基礎。本研究通過PCR-RFLP及基因測序的方法檢測了66例成年肺炎患者與66例健康體檢者TNFR基因上多個多態性位點的等位基因分布情況,并分析TNFR基因多態性與肺炎嚴重程度、肺炎易感性的相關性。

在本研究中,我們發現TNFR1-609T等位基因在肺炎患者與重癥肺炎中的分布頻率較高,提示TNFR1-609T與肺炎的易感性、病情嚴重程度有關。目前已有研究證實TNFR1-609G/T多態性位點與侵襲性肺曲霉病有關,其機制是TNFR1-609位點G到T的變異將影響ICSBP等轉錄因子與TNFR基因的結合能力,進而影響TNFR1的表達強度[10]。另有研究證實攜帶 TT 基因型患者的TNFR1 mRNA轉錄水平比攜帶GT、GG基因型高[13]。因此我們認為攜帶TNFR1-609T等位基因的肺炎患者體內表達更多的TNFR1,TNF-α的結合位點增多,炎癥信號相應更易向細胞內轉導,故此類個體更易罹患肺炎,且當此類患者罹患肺炎后,體內炎癥反應強度也較劇烈,易進展為重癥肺炎。

本研究還發現TNFR2 +1690C等位基因的分布頻率在肺炎患者與健康體檢者中的分布頻率無明顯差異,但在重癥肺炎患者中的分布頻率較高,提示TNFR2+1690C等位基因影響炎癥性疾病嚴重程度。而Puga等[14]的研究卻有不同結果,認為TNFR2 +1690T/C多態性并不影響TNFR2的表達強度。我們已知膜蛋白的結構將影響其下傳信號的強度,甚至不需結合配體即可啟動下游的信號通路,因此我們推測編碼區中TNFR2 +1690T到C的變異通過影響TNFR的活性而使機體對TNF-α更“敏感”,從而加重炎癥性疾病的嚴重程度。此外,有研究認為TNFR2 +1690T/C與TNFR mRNA的穩定性有關,故攜帶TNFR2+1690C的肺炎患者炎癥反應時間延長,這可能是導致病情加重、遷延的重要原因之一。

基因多態性伴隨機體的一生,不受機體生理與病理狀態影響。通過對穩定的基因多態性進行檢測以準確評估機體對疾病的反應性,而準確地評估則建立在明確基因多態性與疾病相關性的基礎上。我們的研究發現攜帶TNFR1-609T等位基因的患者肺炎及重癥肺炎發病率高,攜帶TNFR2+1690C等位基因的肺炎患者易于發展為重癥肺炎,提示可通過對上述基因多態性的檢測判斷機體對肺炎易感性與嚴重程度進行預測,以盡早干預,提高重癥病人救治成功率。

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RelationshipbetweenSNPofTNFRgeneandincidence/severityofpneumonia

LI Li1, ZHENG Shao-qiang2, YUAN Wei-feng1, HUANG Wen-jie1

(1DepartmentofRespiratoryMedicine,GuangzhouGeneralHospitalofGuangzhouMilitaryCommand,Guangzhou510010,China;2DepartmentofRespiratoryMedicine,theThirdAffiliatedHospitalofSouthernMedicalUniversity,Guangzhou510630,China.E-mail:huangyelu1029@vip.163.com)

AIM: To analyze the relationship between the single nucleotide polymorphism (SNP) of tumor necrosis factor receptor (TNFR) gene and the incidence and severity of pneumonia.METHODSTotal 132 Chinese individuals were enrolled in this study. There were 66 patients with pneumonia and 66 healthy subjects. The SNPs ofTNFRgene includingTNFR1+36A/G,TNFR1-609G/T,TNFR2+676T/G,TNFR2+1663T/G,TNFR2 +1668A/G andTNFR2 +1690C/T were genotyped by polymerase chain reaction-restriction fragment length polymorphism or gene sequencing for all subjects. Polymorphisms affecting pneumonia incidence and severity were calculated by SPSS.RESULTSThe frequencies ofTNFR1-609G and T alleles in pneumonia patients were 40.9% and 59.1%, while those in healthy subjects were 53.8% and 46.2%. The frequency ofTNFR1-609T in pneumonia patients was higher than that in healthy subjects (P<0.05). Besides, the frequencies ofTNFR1-609G and T alleles in severe pneumonia patients were 25.0% and 75.0%, while those were 46.0% and 54.0% in non-severe pneumonia patients. The frequencies ofTNFR2 +1690C and T alleles in severe pneumonia patients were 81.1% and 18.9%, while those were 61.0% and 39.0% in non-severe pneumonia patients. The frequencies ofTNFR1-609T andTNFR2 +1690C in severity pneumonia subjects were higher than those in mild subjects (P<0.05).CONCLUSIONIt appears thatTNFR1-609T is associated with high incidence of pneumonia.TNFR1-609T andTNFR2+1690C are the risk factors of severity in pneumonia in Chinese.

Receptors,tumor necrosis factor; Polymorphism,single nucleotide; Pneumonia

R363

A

10.3969/j.issn.1000- 4718.2013.04.021

1000- 4718(2013)04- 0695- 06

2012- 11- 16

2013- 02- 22

廣東省自然科學基金資助項目(No.10151001002000005)

△通訊作者 Tel: 020-36653555; E-mail: huangyelu1029@vip.163.com

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