維生素D受體基因多態性與肺結核易感性關系的研究進展

結核是一種古老的慢性傳染病,近年來,隨著分子生物學技術迅猛發展,人類對結核病的認識不斷深入。從20世紀70年代起,以家族研究為基礎的連鎖分析和以病例對照研究為基礎的關聯分析使人們再次認識到結核病與遺傳因素有關[1]。流行病學調查發現結核病的易感性有種族差異,與黑種人和愛斯基摩人相比,白種人對結核桿菌有更強的抵抗能力。雙生子研究也發現,同卵雙生子比異卵雙生子有更高的同病率(前者為70%～80%,后者為30%)。Comstock和Stead等的研究也強烈提示遺傳因素在結核桿菌致病中起重要作用[2-3]。

既往有許多研究者對人類結核病的易感基因進行了篩選,包括維生素D受體(VDR)基因、自然抗性相關巨噬細胞蛋白1基因、人類白細胞抗原基因等[1]。VDR基因最初因為其與骨質疏松癥的關聯而受到重視,隨之發現該基因的多態性與癌癥、骨關節病、甲狀旁腺機能亢進癥、感染性疾病等均存在關聯。近年來,國內外學者對VDR基因多態性與肺結核易感性進行了廣泛研究,現綜述如下。

1 VDR基因的結構與功能

人類VDR基因位于常染色體12q13.11上,基因組DNA全長75 kb,由9個外顯子和8個內含子組成。盡管不同種屬的VDR分子量存在較大差異,但它們的結構及氨基酸組成極為相似。VDR包含427個氨基酸殘基,分子量為50 kD,功能上主要分為5個結構域:A/B區(1～24)、DNA 結合區 (DBD)(24～91)、鉸鏈區(91～115)、配體結合區 (1igand binding domain,LBD)(115～409)和AF-2區(409～427),分別稱為A/B、C、D、E、F 5個功能區,每個功能區分工不同但又相互協作。A/B區為不依賴配體的細胞、組織特異性的轉錄激活自主調節功能區AF-1(activation function-1 domain)。C區主要參與DNA序列識別,也部分參與二聚體的形成。E區相對較大,功能也較多,主要參與:(1)配體結合;(2)視黃酸X受體(RXR)形成二聚體;(3)形成配體依賴的轉錄激活/抑制功能區AF-2,并與AF-1協同作用。此外,E區對DNA識別也有協同作用。D區和F區的功能不詳,D區可能是一個絞鏈區,并可能與核受體定位有關。

VDR基因是激素受體家族中的一員,與類固醇和甲狀腺激素的受體序列有相似性,共同特征是具有高度保守的DNA結合區及一定保守性的配基結合區。維生素D的活性代謝產物1,25-(OH)2-D3是重要的免疫調節物之一,它可能參與了機體對結核分枝桿菌的宿主免疫反應,而這些生物學活性主要由VDR介導。1,25-(OH)2-D3激素信號分子在靶細胞與VDR結合形成激素-受體復合物,該復合物作用于特定的DNA序列,從而對結構基因的表達產生調節作用。因此,VDR在本質上是一種配體依賴的核轉錄因子,屬于配體激活的受體超基因家族,它在維持體內礦物質動態平衡、鈣及磷酸根代謝、骨代謝、多種組織細胞的生長分化和免疫調節等方面起非常重要的作用。

2 VDR基因多態性

編碼VDR的基因存在多態現象,這種多態可影響宿主對結核病的易感性。VDR基因包括多個多態性位點,目前研究較多的有4個,即rs731236、rs2228570、rs1544410、rs7975232 位點,分別對應限制性內切酶TaqI、FokI、BsmI和ApaI的酶切位點,一般用b、a、t、f表示該基因存在4種內切酶的多態性位點,用B、A、T、F表示缺乏4種內切酶的多態性位點。

rs2228570(Fok1)位點位于5′端第2外顯子處,其多態性表現為5′端第2外顯子處第一個起始密碼子ATG上的T→C變異,從而造成一個潛在的ATG起始位點與轉錄因子IIB不能有效地相互作用,最終翻譯出的蛋白質少了3個氨基酸,從而影響蛋白質的正常功能,不僅使轉錄效率降低了1.7倍[4],而且導致VDR不能有效結合1,25-(OH)2-D3,使其協助單核巨噬細胞抑制結核分枝桿菌胞內生長的作用顯著降低。此位點多態性可產生2種不同長度肽鏈的VDR分子,多項研究發現由“F”基因編碼的短鏈反應比較活躍,FF基因型者外周血單核細胞中VDR的mRNA水平比ff基因型者高19.7%[1]。

rs731236(Taq1)位點位于3′端第9外顯子中,其多態性是由于第352個密碼子上的同義突變造成的,即T→C突變使密碼子ATT變為ATC,兩者均為異亮氨酸的密碼子。Taq1多態性中,T基因被認為是結核病的易感基因,t基因為保護基因。有研究顯示TT基因型表達VDR的mRNA水平和蛋白水平最高,較tt者分別高25.8%和72.9%[5]。

rs7975232(Apa1)和rs1544410(Bsm1)位點均位于VDR基因3′端的內含子8,其多態性不影響編碼氨基酸的序列,能合成正常的VDR蛋白,不影響其生物學功能的發揮。

3 VDR基因多態性與肺結核易感性的關聯研究

Bellamy等[6]1998年首次在西非人群中報道VDR基因多態與結核易感性有關;1999年,Bellamy等[7]再次報道,VDR基因多態與非洲人結核病的發病有關。2000年以后,中國大陸和加拿大等國相繼有研究報道VDR基因多態與結核易感性相關[8-9]。Liu等[8]不僅在藏族,還在我國漢族人群中研究證實Fok1的ff基因型為結核病易感基因型,該結論與Selvaraj等[10]以及劉瑋等[11]的研究結論一致。Liu等[12]進一步闡釋了VDR基因與結核病易感性的關聯機制,指出Toll樣受體在人類巨噬細胞的活化上調了VDR基因與維生素D1羥化酶基因的表達,誘導抗菌肽(cathelicidin)的產生,有助于殺滅胞內分枝桿菌;非裔美國人因為1,25-(OH)2-D3血清水平過低,不能促使抗菌肽信使RNA產生,從而對結核病易感。Gao等[13]在前人所作的系統綜述和Meta分析的基礎上繼續研究,認為在亞洲人群,Fok1 ff基因型攜帶者結核病發病風險約增加1倍(OR=2.0,95%CI:1.3～3.2)。王喜等[14]對新疆哈薩克族人群的研究結果顯示,VDR-Ff基因型為肺結核的危險因素。

Freidin等[15]對俄羅斯的圖瓦族人群的結核易感基因進行研究發現圖瓦族Bsm1位點的b基因型與結核易感性顯著相關。在馬拉維HIV陽性的結核患者中,VDR基因Bsm1多態似乎對結核的發病起到保護作用[16]。Gao等[13]Meta分析結果所示,在亞洲人群,Bsm1 bb基因型攜帶者結核病發病風險則顯著降低(OR=0.5,95%CI:0.4～0.8)。

對于Taq1位點,Bellamy等[17]在西非岡比亞人中的研究發現編碼密碼子352的Taq1tt基因頻率在結核病人中低得多。Selvaraj等[18]認為Taq1多態性與印度女性結核病易感性有關。陳丹丹等[19]在寧夏回族人群中開展的大樣本病例對照研究結果顯示,VDR-(TT+Tt)、男性VDR-TT基因型可能是肺結核病的保護因素;VDR-(FF+ff)、回族VDR-(FF+ff)基因型可能是肺結核發病的危險因素。此外,在西非的病例對照研究顯示Bsm1、Apa1和Taq1存在明顯的連鎖不平衡,這幾個多態位點構成的單倍型與結核易感性有關[20]。

然而,亦有許多研究證實VDR基因與結核病易感性無關。Bellamy等[21]通過全基因組掃描研究,未在VDR基因中發現有統計學意義的結核病遺傳易感性多態位點。馮福民等[22]在中國唐山的研究中未發現VDR基因多態與漢族人肺結核發病風險存在有統計學意義的關聯。

2009年Merza等[23]對伊朗結核病患者進行研究,未發現VDR基因Fok1位點與結核病存在關聯,這與Liu等[1，8]在唐山地區的漢族人群、高玉婧等[24]在寧夏、Soborg等[25]在東非的坦桑尼亞、焦偉偉等[26]在中國漢族人群、孟憲杰等[27]在新疆維吾爾族人群中研究結論一致。對于Bsm1位點,Freidin等[15]對Tomsk州的俄羅斯民族人群的結核易感基因進行研究發現:俄羅斯族的VDRb基因型與結核易感性無明顯相關性。陳雪融等[28]對我國藏族人群的研究未見Taq1多態性與肺結核發病存在關聯。對于Apa1位點,2007年Soborg等[25]以東非的坦桑尼亞人群為研究對象,發現VDR基因的多態性位點Apa1的基因型分布頻率在結核病患者和對照者間的分布無顯著差異性。

一些Meta分析結果也顯示,VDR基因多態性與結核病易感性無顯著關聯。比如,2005年,Lewis等[4]對VDR基因多態性與結核病易感性關系的Meta分析指出,目前得出VDR基因Fok1多態性及Taq1多態性與結核病易感性有關的結論尚為時過早。因為在倫敦、西非等國家和地區的研究中均未發現VDR基因多態性與結核病相關[9,20]。楊本付等[29]對VDR基因多態性與肺結核易感性做了Meta分析,結果表明各地的研究結果存在差異,尚不能認為VDR基因多態性是肺結核易感性的影響因素,VDR基因可能與別的易感基因存在連鎖不平衡。

4 展望

綜上所述,國內外學者對VDR基因多態性與肺結核易感性的研究結果并不一致。原因可能在于:(1)VDR基因多態性存在種族差異。(2)結核病的發病是由多個基因共同調控的,可能VDR基因的調控作用不占據主要地位。因此,其結果會由于樣本選擇的不同而受到影響。(3)VDR 基因可能與別的基因存在連鎖不平衡。總之,我們目前尚不能證實VDR基因多態性與結核病易感性的關系是否真正成立,因為我們不能排除這是VDR與NRAMP1、TNF等功能基因連鎖不平衡造成的假象,無法證實這些突變點會引起基因功能改變。因此,VDR基因多態性在肺結核發病中所起的真正作用及其與環境、其他易感基因間的交互作用還需進一步研究確定。隨著研究的進一步深入,人們一定能揭示人類肺結核發生的相關的遺傳學基礎,使我們能從基因水平定位高危人群,最終為臨床對結核病的診斷、治療及進行流行病學研究服務。

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