基因多態性與支氣管哮喘

王秋義

(天津醫院ICU，天津 300211)

支氣管哮喘(bronchial asthma，簡稱哮喘)是一種由嗜酸性粒細胞、肥大細胞和T淋巴細胞等多種炎癥細胞及細胞因子參與的免疫變態反應性疾病，其中氣道高反應性和氣道的慢性炎癥為其主要特征，反復發作的喘息、胸悶、呼吸困難和咳嗽等相關癥狀。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性的程度而氣道慢性炎癥又導致氣道高反應性，二者相互影響。近年來，支氣管哮喘發病率、死亡率逐漸上升，據統計我國的哮喘發病率為1%，兒童達3%，哮喘已經成為嚴重威脅人們健康的主要慢性疾病之一。現已證實許多基因的變異可能參與該疾病的發生。因為分子生物學的發展，運用候選基因法我們確定了哮喘易感基因有幾百個，其中多個候選基因已得到了獨立研究的重復性驗證[1]，如ADAM33[2]、ORMDL3[3]等。有關候選基因的研究顯示了基因之間的相互作用，以及在哮喘發病中的重要作用，這有將有利于利用分子病理生理學對哮喘進一步的研究，為治療哮喘尋求進一步的方向。

1 嗜酸性粒細胞活化趨化因子

嗜酸性粒細胞是支氣管哮喘主要的炎性細胞，研究表明，哮喘時氣道黏膜嗜酸細胞趨化因子表達增強，表達強度與嗜酸性粒細胞數及與哮喘嚴重度呈顯著正相關。嗜酸細胞趨化因子是趨化因子C家族成員之一，嗜酸性粒細胞趨化因子(Eotaxin)是CC趨化因子家族成員，因子由74個氨基酸殘基組成，由氣道上皮細胞以及肺泡產生，具有趨化嗜酸性粒細胞滲出炎性部位的功能。其被白介素-4誘導，被γ干擾素阻遏。Eotaxin對體內嗜酸性粒細胞、嗜堿性粒細胞和Th2型細胞因子進行激活趨化，。其通過受體(CCR3)選擇性地誘導嗜酸性粒細胞在氣道以及肺內黏附、募集和脫顆粒。其基因位點位于人的l7q21.1-q21.2染色體上，含有3個外顯子，Eotaxin與細胞膜上的G蛋白偶聯的受體進行結合而發揮作用，CCR3受體Eotaxin的唯一受體，Eotaxin與 CCR3受體特異性結合后，吸引嗜酸性粒細胞向炎癥部位聚集、活化，引起嗜酸性粒細胞炎癥反應。后來在人染色體的位于7ql1.23的基因位點上相繼發現一些雖與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胞的趨化因子，當Eotaxin和其他趨化因子一起進入呼吸道便引起氣道炎性病變的出現，也歸為Eotaxin基因系列，被分別命名為Eotaxin2以及Eotaxin3。

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

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)是近年來發現的一種哮喘易感基因，其影響氣道平滑肌細胞的過度收縮進而造成氣道高反應性(bronchial hyper-reactivity，BHR)，加重哮喘的炎性過程。ADAM33是細胞膜結合糖蛋白家族，屬于金屬蛋白酶家族的亞家族，位于第20號染色體的短臂，包含22各外顯子。通過研究發現，若ADAM33基因的核苷酸序列因為特殊原因發生了改變，便直接影響了哮喘病的發生。其基因的多態性與支氣管哮喘的BHR密切相關，主要在肺內由成纖維細胞和支氣管平滑肌細胞表達，與支氣管的重塑有關[6-7]。大量研究顯示，ADAM33的單核苷酸多態性(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系，其基因多態性與支氣管哮喘[7-8]、肺功能下降相關聯，相關研究認為ADAM33基因不僅與哮喘易感性相關，而且與哮喘的嚴重程度密切相關，這可能與其增強了氣道重塑有關。覃潔等[9]研究發現，ADAM33基因的F+1位點與內蒙古族支氣管哮喘具有相關性，ADAM33的F+1T/C對支氣管哮喘易感。Wang P等[10]用ADAM333種不同基因型：內含子6的7575G/A位點，內含子19的11188A/T位點以及外顯子20 的12433T/C位點來探討漢族的ADAM33基因多態性與哮喘是否相關，結果顯示，擁有ADAM33基因的漢族，其與哮喘無明顯相關性，這進一步驗證了ADAM33的種族差異性，在不同區域，種族其ADAM33基因多態性未必均與哮喘相關。

3 信號轉導和轉錄激活因子

信號轉導和轉錄激活因子(signal transducers and activators of transcription，STAT)屬于胞質蛋白家族，STAT家族可以通過啟動靶向基因，促使炎性蛋白表達，造成患者氣道炎性反應。目前哺乳動物已發現的有多個成員：包含有STAT1、STAT2、STAT3、STAT4、STAT5A 、STAT5B、STAT6。信號轉導和轉錄激活因子的各成員的結構組成同源性雖然很高，但各個成員在功能執行上確有其特異性。STAT6通過細胞因子信號通路，介導了如白介素-3、白介素-4、白介素-13的信號轉導，從而激活了與氣道高反應相關的IgE的生成。而白介素是作為一種多功能的免疫調節劑在體內存在，比如白介素-13是由淋巴細胞和Th2細胞在過敏性的炎癥反應中產生的，顯著影響嗜酸性粒細胞和肥大細胞的分化和存活，對支氣管高反應性的增高起了重要的作用；STAT6對Th2細胞以及B細胞的增殖分化進行影響而從而對氣道的炎性反應起了至關重要的作用。故此可以看出STAT的異常表達被發現不僅在支氣管哮喘而且在其他過敏性疾病均起重要作用。

已經有研究證實STAT3在腫瘤的生長和轉移，炎癥以及缺血再灌注損傷，心肌的發育中起著關鍵的作用。STAT3作為T細胞分化通路上的一個關鍵因子，其調節 Thl7細胞的體內水平，當炎癥發生時會伴有STAT3的激活，進而維甲酸相關核孤兒受體(ROR Y t)受到誘導而進行表達，最終導致Thl7細胞的分化[11]。而Thl7細胞可以通過分泌如白介素-17等多種細胞因子，調節炎性反應的發生。研究證明，破壞上皮細胞STAT3以后，氣道發生嗜酸性粒細胞浸潤的水平下降進而降低氣道炎癥反應的發生，佐證了STAT3促進炎癥反應的作用[12]。Li Y等[13]研究表明，STAT4與變應原誘導的氣道炎癥關系密切，STAT4基因T90089C位點和IFN-γ基因T874A位點多態性可能是中國人支氣管哮喘危險性的遺傳因素。STAT6編碼基因在小鼠定位于第10號染色體，而在人類定位于第12號染色體12q13.3-q14.1。STAT6基因G2964A位點、STAT-4 基因T90089C位點和IFN-γ基因T874A位點之間的交互作用可能提高哮喘病人的易感性，有助于對哮喘發病機理的認識。Tamura K等[14]提出STAT6 外顯子1的雙核苷酸重復多態性以及STAT6基因G2964A位點的變異可能是預測日本人群中變應性疾病的指標。但是相反的結論也同時存在，胡俊華等[15]以湖北漢族120例哮喘患者及112例無血緣關系的漢族健康人為研究對象，運用聚合酶鏈反應和限制性片段長度多態性(PCR-RFLP)的方法，對STAT6基因G2964A位點進行多態性分析，得出結論：STAT 6基因3’非翻譯區G2964A位點多態性與湖北漢族人哮喘易感性和血漿總IgE水平無明顯相關性。鑒于STAT6相關的信號轉導途徑比較復雜，以及其他基因均參與了哮喘的發生發展，單純通過對STAT6的調整來作為哮喘的治療方向有待進一步研究。

4 前列腺素D2

前列腺素(prostaglandin，PG)在人體內由花生四烯酸所合成，結構由一個五環和兩條側鏈構成的20碳不飽和脂肪酸。按其結構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、內分泌、消化、心血管、泌尿等多個系統。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胞，以及嗜酸性粒細胞的相互作用，甚至引起氣道重塑與狹窄密切相關，D prostanoid受體(DP)和在TH2細胞(CRTH2)受體已經被證明是主要的與PGD2相關的受體。這兩個受體通過調節各種細胞來調節過敏性疾病，如TH2細胞、嗜酸性粒細胞、嗜堿性粒細胞、肥大細胞、樹突細胞和上皮細胞。PGD2誘導血管擴張和增加的滲透性引起過敏反應是眾所周知的。因此說PGD2是哮喘相關易感基因。Noguchi[16]等在日本進行研究分析，以l44個有哮喘家族史的家庭為研究對象，對其家族成員中PGD合酶(PGDS)以及人類前列腺素D受體(PTGDR)的SNPs進行傳遞不平衡分析，得出結論：具有PGDS內含子A/C的等位基因的日本人發生哮喘的幾率較高。2004年國外一項大樣本研究分別對黑種人和白種人進行病例對照，報道發現PTGDR編碼區的2個SNPs以及它附近的2個新的SNPs，均與哮喘相關，進一步確定了PTGDR為哮喘易感基因[17]。然而國內研究表明PG受體基因啟動子區域SNP T-549C缺與我國漢族哮喘患者無明顯相關性，提示并非PTGDR所有基因位點均與哮喘相關。

5 兒童哮喘與基因多態性

支氣管哮喘為兒童時期最常見的呼吸道變態反應性疾病，飲食，空氣污染，反復呼吸道感染均是患兒易發哮喘的因素。兒童的身體尚未發育成熟，上呼吸道的管腔較細，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家族史的嬰兒IgA更加缺乏。相反，與過敏反應有關系的IgE，則有較成熟的產生能力。因此，小兒呼吸道抵抗力較弱，既易引起感染，又易發生過敏反應，研究已經證實，患有哮喘病的患者，有相當一部分幼年均患有過敏性鼻炎。

對兒童哮喘基因多態性的研究結果顯示：CCR5基因的32堿基缺失去功能化，導致減少了病原菌進入細胞而影響了宿主的炎癥反應，進而減少了兒童哮喘的流行。然而不同地區的CCR5基因的32堿基對哮喘的影響不同，研究表明在蘇格蘭地區呈現的CCR5基因的32堿基的缺失與哮喘降低明顯相關，而在我國確無此特征。Leung等[18]對中國兒童對貓以及霉菌變應原的致敏的作用研究中發現與RANTES基因啟動子G-401A多態性相關，并造成了第1秒用力呼氣容積的降低，造成了哮喘的發生。近來研究表明，人類第5，11，14號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細胞的表達，而造成氣道的反應性增高。染色體14q32上存在的T細胞抗原受體基因位點可以特異性對IgE進行調控，均造成了與兒童哮喘的高度關聯。研究證實哮喘敏感性的G蛋白偶聯受體(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 基因多態性與德國人的支氣管哮喘相關。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。

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中發揮重要作用，大量研究證實，哮喘患者的氣道中PPARγ的表達上調，此外PPARγ參與了哮喘的氣道炎癥和氣道高反應性[21]。妊娠合并支氣管哮喘的發生率為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病率，甚至重癥哮喘的發作，會危及母體和胎兒的生命。因此，積極合理的治療可以繼續妊娠并減少發病率，而成為保證孕婦和胎兒安全的關鍵。目前已經發現的哮喘易感基因包括：第5號染色體含有的多種白介素細胞因子簇，5q31-q32上的β2受體基因，第11號染色體q13的IgE高親和力受體β亞單位基因(FcεR1-β)、14q11.2-13的T細胞受體(TCR)基因等，大多基因存在種族差異性。

此外發現一些童年開始發病的成年哮喘患者，攜帶ORMDL3純合子基因的人群易發生哮喘。研究表明，純合子ORMDL3基因可能是發生哮喘的高危基因[22]。ORMDL3其基因位于染色體17q12-q2，編碼位于內質網的跨膜蛋白，而調節內質網介導的鈣離子促使相應蛋白質應答，從而誘導炎癥發生，因此ORMDL3基因可能作為是一個促炎癥基因引發兒童哮喘。

綜上所述，哮喘是一種基因與環境因素共同參與的疾病，二者的相互作用在哮喘中發揮重要作用。相信隨著對基因多樣性與哮喘相關性的研究并隨著多種基因多態性在哮喘中的作用機制進一步闡明，必將使哮喘形成機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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