流感基因多態性的研究進展

康曉蕾(綜述)，林海洋，張劍琿(審校)

(廣州市婦女兒童醫療中心PICU，廣州 510623)

流行性感冒(流感)是由流感病毒引起的一種急性上呼吸道傳染病。從1918年西班牙流感至2009年甲型H1N1流感，引起了全世界的廣泛關注[1-3]。據世界衛生組織報道，全世界每年的重癥流感病例有300萬～500萬，其中死亡人數為25萬～50萬，5歲以下兒童是重癥流感的高風險人群之一，世界銀行估計，2009年的流感H1N1大流行造成了3萬億美元的經濟損失[4]。基于流感對人類造成的社會負擔和經濟損失，如何防止流感的發生和發展成為當今國際醫學研究的重點及難點。積極探討流感的遺傳易患因素，對流感的易患人群進行早期預防、個體化治療以及預后評估，將有利于降低流感的發病率和病死率。人類基因組計劃的完成，使人類了解了基因組的全部核苷酸的序列，同時發現單核苷酸多態性(single-nucleotide polymorphism，SNPs)是引起人類種群多樣性的主要原因之一，并且在生物醫學以及疾病的病因學研究中將發揮重要作用。

1 流感相關的宿主基因多態性的研究背景

流感是流感病毒經飛沫空氣傳播的傳染性疾病，病毒顆粒與呼吸道上皮細胞膜上的相關受體結合，通過細胞內吞作用進入細胞，轉運到宿主細胞核，病毒基因組在細胞核內進行轉錄和復制，復制出大量新的子代病毒顆粒。這些病毒顆粒通過呼吸道黏膜擴散并感染其他細胞。普通流感病例中極少數有病毒血癥或肺外組織感染的情況，能在短時間內自愈或臨床痊愈。而有些患者甚至起病時就出現重要器官的功能衰竭即重癥流感，以重癥肺炎較常見，有時會出現病毒血癥、胃腸感染、肺外傳播、中樞神經系統感染、多器官功能障礙綜合征，甚至死亡[5]。除了感染的流感病毒以及治療手段不同外，流感的發生、發展及預后受環境因素和遺傳因素的共同影響。在流感病毒及其模式分子引起宿主的反應中，除了與本身的毒力和劑量相關外，宿主體內效應細胞表面的模式識別受體、細胞內信號轉導分子以及由效應細胞活化產生的促炎、抗炎因子也是形成宿主反應性的物質基礎，這些分子在基因水平上的變異形成流感基因多態性的基因背景。

基因是指攜帶有遺傳信息的DNA或RNA序列，是控制生物性狀的基本遺傳單位。人類基因組包含3萬～3.5萬個基因，在一個隨機婚配的群體中，染色體同一基因座位點上存在兩個或兩個以上的基因型(一般發生率>1%)，即基因多態性[6]。在基因多態性的研究中，常涉及兩類DNA的標志物:SNPs和微衛星。其中，SNPs是最常見的類型，是指在基因組水平上由單個核苷酸的變異所引起的DNA序列多態性，這種在基因水平上的改變可能引起基因表達的差異以及所編碼的功能蛋白質不同，從而影響流感的表型、預后以及對藥物的反應。目前關于流感的基因多態性的研究主要集中于SNPs，因此在此僅探討和總結流感與宿主基因SNPs的研究進展。

2 流感與宿主基因多態性的研究進展

近年來，國內外在研究流感基因多態性方面，基因多選取炎性因子、效應細胞表面模式分子受體、胞內信號轉導分子、免疫相關因子等對流感的發生和發展密切相關的分子[7]。

2.1炎性因子的基因多態性 流感病毒進入機體后，機體啟動天然免疫應答產生大量促炎細胞因子(包括細胞因子、氧自由基、凝血因子等)，參與機體免疫應答。隨著病程進展，患者體內產生炎性細胞因子過度表達及功能失調為特點的“細胞因子風暴”，參與的炎性因子在機體內表達、活化、凋亡等變化都對流感的發生、發展、預后有重要的影響。

腫瘤壞死因子α(tumor necrosis factor-α，TNF-α)是較早被研究的因子，在重癥流感的發生和轉歸方面起著中心性細胞因子的作用。TNF-α基因位于人類第6號染色體上p21.3、p21.1區域內。目前有關TNF-α的基因多態性的研究主要集中在啟動子區域上游的位點：-238、-308、-376、-555等，其中研究最多的是-308位點，但關于TNF-α-308位點G/A多態性是否影響基因轉錄的研究結果報道不一。2009年，Antonopoulou等[8]對109例H1N1流感患者-308和-238、-376三個位點多態性進行研究，發現TNF-238A攜帶者的TNF基因產物比非攜帶者高，并推測TNF-238A等位基因與2009年H1N1流感病毒感染相關，且是流感重癥肺炎的一個獨立危險因素，這項研究認為-238A等位基因可能與2009年H1N1流感的易患性相關，而-308和-376位點的基因多態性與流感的易患性、病情嚴重程度和預后無關。Ferdinands等[9]對105例因流感而死亡的兒童、青壯年(年齡<40歲)的TNF相關的3個SNP(-308、-238、-555位點)進行分析，并分別將病例組分為黑人、白人、亞洲人群和其他種族人群進行比對分析，發現TNF rs1800750AG基因型的病程較GG基因型短，且在突然死亡的患者中，AG基因型與GG基因型的優勢比為15.0，而TNF的3個SNP位點與合并細菌感染之間并未發現有相關性。Morales-García等[10]對H1N1流感相關的炎性因子的基因多態性進行研究，發現TNF rs1800629GA基因型和TNF rs1800750AA基因型與流感的嚴重程度相關，白細胞介素1B rs16944AA基因型與白細胞的增加相關，趨化細胞因子配體1 rs2282691AA、白細胞介素8 rs4073AT和淋巴毒素α rs909253CT基因型是流感的風險因素，淋巴毒素α rs909253AG基因型與流感病死率有統計學意義，表明其可能與重癥流感的預后相關，表明相關炎性因子的基因多態性與H1N1流感的嚴重性相關。

2.2模式識別受體基因多態性 模式識別受體是存在于機體免疫細胞上的識別受體，能夠特異性地識別病原微生物某些高度保守的分子結構，即病原體的分子模式，從而有效地監測病原微生物的入侵以及誘導機體的免疫應答反應。目前有關模式識別受體基因多態性與流感易患性和病情嚴重程度的研究方興未艾，其中研究較多的有甘露聚糖結合凝集素(mannan-binding lectin，MBL)和Toll樣受體(Toll-like receptor,TLR)2、TLR-3、TLR-9等。

MBL是由肝臟產生的C型血清凝集素，可與微生物表面的糖類蛋白結合，直接促進調理吞噬作用并受凝集素補體通路的間接激活[11]。MBL在機體防御病原微生物的入侵過程中具有重要的作用，MBL缺乏可導致機體易患各種感染。Ferdinands等[9]對105例因流感而死亡的兒童、青壯年(年齡<40歲)和對照組的MBL-2相關的8個SNP和基因型進行比對分析，發現在死亡的流感患者中，血清低MBL水平相關的MBL-2基因型合并耐甲氧西林金黃色葡萄球菌感染的風險是血清中、高MBL水平相關的MBL-2基因型的7倍，而其他MBL-2基因型在兩組間的分布無明顯差異，表明血清低MBL水平相關的MBL-2基因型的存在可能是流感合并耐甲氧西林金黃色葡萄球菌感染的危險因子。

TLR-3是先天性免疫的重要組成部分，廣泛分布于樹突狀細胞，表達于細胞質膜的表面和胞內溶酶體中，可識別病毒表面的抗原，TLR-3基因位于第4號染色體長臂(4q35區)，開放讀碼區有4個外顯子編碼。目前已有研究表明，發現的TLR-3 rs5743313和TLR-3 rs5743315基因多態性引起的氨基酸改變，可導致TLR-3受體細胞外域發生改變，影響TLR信號轉導和炎性介質的生成，可能使機體更易感染流感病毒[12]。Esposito等[12]對51例H1N1陽性的流感患兒和221例H1N1陰性的有流感樣癥狀的患兒進行基因研究，發現TLR-3 rs5743313CT與流感肺炎相關，而TLR-3 rs5743315AC多態性可能在流感導致的肺炎中起重要作用。Hidaka等[13]在1例流感相關性腦病患者的基因中發現TLR-3(F303S)的錯義突變，認為TLR-3基因的突變可能與重癥流感并發癥相關。TLR-3基因的多態性與多種感染性疾病(如單純皰疹病毒、麻疹病毒、乙型肝炎病毒感染等)的易患性相關。Bell等[14]研究表明，單純皰疹病毒1通過TLR-3依賴的干擾素介導作用感染宿主,TLR3(Phe554Ser)突變與單純皰疹病毒1的感染相關。還有研究表明，在日本人中TLR-3與麻疹病毒感染所致的硬化性腦炎相關[15]。一項對707例乙型肝炎病毒感染的阿拉伯人進行基因多態性的分析發現，TLR-3 rs1879026(G/T)與該人群乙型肝炎病毒感染相關，TLR-3基因的一個單倍型GCGA(rs1879026,rs5743313,rs5743314,rs5743315)與該人群乙型肝炎病毒感染的預后相關[16]。另外，其他TLR與流感病毒的感染也可能有一定的關系，Liu等[17]對模式識別受體在H1N1流感病毒感染中的作用進行了研究，利用反轉錄聚合酶鏈反應和酶聯免疫吸附測定法檢測TLR基因的表達，發現在流感患者中TLR-2、TLR-3、TLR-9基因的表達增加，表明TLR-2、TLR-3、TLR-9是先天性免疫和固有免疫中重要的識別受體。

2.3干擾素誘導的膜轉移蛋白基因多態性 干擾素誘導的膜轉移蛋白(interferon-inducible transmembrane protein,IFITM)是擁有超過30種蛋白的蛋白域超家族成員之一，其中每一種蛋白都有2個跨膜區域和1個介于中間的高度保守的胞內環孔。最近幾年的體外實驗證實，IFITM能夠抑制多種病毒(包括流感A H1N1病毒、西尼羅河病毒、登革熱病毒等)的復制[18-20]。IFITM3抑制A型流感病毒復制的作用最為顯著。在此基礎上，Everitt等[21]用基因敲除小鼠模型成功驗證了IFITM3抗A型和B型流感病毒的作用，并對因流行性H1N1/09或季節性流感病毒感染需要住院的53例患者進行IFITM3的測序，結果發現，IFITM3等位基因(SNP rs12252-C)存在于多數的住院患者中，進一步的體外實驗表明，IFITM3等位基因(SNP rs12252-C)降低了對流感病毒的抑制作用。據最新研究，Zhang等[22]對83例中國漢族患者的IFITM3 rs12252-C進行基因研究分析發現，在重癥流感的患者中CC基因型是CT和TT基因型的6倍；而且在中國人群中，重癥流感的高風險的CC基因型的歸因危險度是54.3%，而在北歐人群中僅為5.4%，表明IFITM3 rs12252C等位基因可能與中國漢族人群流感的嚴重程度相關，而與易患性無明顯相關性。

2.4免疫相關因子基因多態性 CD55是一種重要的補體調控蛋白，通過抑制補體C3和C5的激活酶和轉化酶來抑制C3、C5的激活，進而抑制下游的補體激活途徑，達到保護宿主細胞免受補體和級聯反應攻擊的目的。CD55有兩種存在方式，膜結合性(mCD55)和可溶性(sCD55)[23]。CD55基因位于人類第1號染色體長臂1q32區。Zhou等[24]對425例中國流感患者(177例重癥流感和248例普通流感)的CD55基因多態性進行研究，結果表明，CD55rs2564978 T/T基因型與重癥H1N1流感的預后相關，CD55rs38 41376可以作為重癥H1N1流感的一個遺傳標簽。

C-C類趨化因子受體5(chemokine receptor-5，CCR-5)屬于β趨化因子受體家族，主要表達于T細胞、巨噬細胞和樹突狀細胞，在介導白細胞的趨化作用等免疫反應中起重要作用。CCR-5基因中32 bp的缺失使CCR-5在細胞表面的表達減少，機體對人類免疫缺陷病毒、西尼羅河病毒、黃病毒等易患[25-26]。Keynan等[27]研究發現，在白人中CCR-5Δ32雜合子的比例占10%～15%，而在重癥感染的白人中CCR-5Δ32雜合子的比例達55.5%，表明CCR-5Δ32基因型是重癥流感的一個風險因素。最近，研究人員采用病例對照的方法對189例墨西哥成年人進行了一項與流感相關的基因多態性的研究，其中包括91例流感H1N1/09重癥肺炎患者和98例有暴露因素但無癥狀，與流感患者無血緣關系的對照組成員，研究使用基因芯片對包含心血管、炎癥、代謝相關區域在內的28 368個SNP進行分析，得出了與流感H1N1/09重癥肺炎相關的4個SNP，其中3個SNP(另外1個SNP未命名)所在基因的蛋白質分別為：免疫球蛋白Fc片段低親和力2A受體；補體1q結合蛋白；復制蛋白A入核蛋白，這些基因位于第1號和第17號染色體上，與H1N1重癥流感的易患性相關，而且這些基因的高風險性可能與宿主免疫系統的過分激活有關[28]。

3 小 結

目前有關基因多態性與流感易患性和預后的相關性研究仍在起步階段，研究工作尚存在局限性，各研究結論不盡相同，有的結果甚至相反，這可能與研究病例數量較少和由于人種、地域、研究方法差異等種種因素有關。大多數研究局限于基因多態性發生頻率與疾病易患性的相關性分析上，較少深入探討基因多態性與疾病發生及臨床表型多樣性的內在聯系。隨著基因技術的不斷成熟、相關研究的不斷深入、樣本量的增多、不同種群之間的差異比較，相信與流感相關的基因多態性會逐步發現，其作用機制會得到證實。這將為流感尤其是重癥流感的早期預防和患病風險的評估及降低流感的發病率和病死率提供有力的工具和手段。

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