基因變異與急性呼吸窘迫綜合征易感性及預后的關聯研究進展

陳 遙，宋振舉

復旦大學附屬中山醫院急診科，上海 200032

ARDS是一種以頑固性低氧血癥為特征的彌漫性急性肺泡損傷。研究表明重癥監護病房(intensive care unit, ICU)患者中ARDS發病率達10.4%，死亡率約40%[1]。基因變異是指由于突變等原因導致一個基因位點存在不同的基因型，其可影響疾病在攜帶特定基因型的群體中的特征。單核苷酸多態性(single nucleotide polymorphism, SNP)是基因變異的常見類型，近年來研究發現多個基因的SNPs與ARDS的易感性與預后相關。本文從過度炎癥反應、凝血/抗凝系統異常以及毛細血管內皮損傷的角度對相關研究做一綜述。

1 參與調節炎癥反應

基于一系列刺激因素而導致的系統性炎癥反應被認為是ARDS產生的基礎[2]。SNP可能通過改變基因的表達，調節其相應產物對炎癥反應的促進或抑制作用，繼而對ARDS的易感性及預后產生影響。

1.1 調節促炎基因表達

1.1.1 促炎白細胞介素(interleukin, IL)相關基因 白細胞介素在炎癥活動、免疫調節等過程中起到重要作用。其中IL-1、IL-2、IL-6、IL-8、IL-15等具有促炎作用。IL-6 rs2069832的A等位基因被發現與ARDS易感性增高有關。rs2069832與rs1800795高度連鎖，rs1800795被認為影響了ARDS的預后及易感性，但與血漿IL-6濃度無顯著關聯。位于IL-8啟動子區的rs4073多態性在隱性模型中顯著減少了ARDS患者的生存天數，增加了呼吸機使用天數。ARDS患者血漿IL-8水平的提高被認為是rs4073調節IL-8轉錄活性的結果。而高IL-8水平可導致ARDS的不良預后[3]。

1.1.2 煙酰胺磷酸核糖基轉移酶(nicotinamide phosphoribosyltransferase, NAMPT)基因 NAMPT又稱為前B細胞集落刺激因子1基因(PBEF1)，其編碼的蛋白質是煙酰胺腺嘌呤二核苷酸(nicotinamide adenine dinucleotide, NAD)生物合成途徑的關鍵限速酶，也是細胞因子，可能對IL-6、IL-8表達具有促進作用[4]。NAMPT rs59744560(-1001G)增加了ARDS的易感性，rs61330082(-1543T)則降低了易感性，并與患者的28 d死亡率相關[3]。其中，-1543T通過降低NAMPT表達，繼而減輕其導致的炎癥反應。-1001G不調節NAMPT表達，其作用機制有待進一步研究[5]。

1.1.3 多環芳烴受體(aryl hydrocarbon receptor, AhR)及細胞色素P450 1A1(cytochrome P450 family 1 subfamily A member 1, CYP1A1)基因 AhR是一種配體激活的螺旋-環-螺旋轉錄因子，對細胞色素P450在內的外源性代謝酶的生物學功能有調節作用。AhR rs2066853 GA及AA基因型的頻率在ARDS患者中顯著提高。CYP1A1編碼一組細胞色素P450酶的超家族。細胞色素P450蛋白是一種單加氧酶，對藥物代謝，膽固醇、類固醇以及其他脂類的合成等一系列反應有催化作用。關聯分析顯示CYP1A1 rs2606345的TG、GG基因型攜帶者發生ARDS的可能性較小。同時，CYP1A1 rs2606345G/rs1048943A/rs4646903T單倍型表現出對ARDS存在保護作用。CYP1A1的功能受到AhR的調節。AhR-CYP1A1信號通路對于肺部炎癥反應存在放大作用，相關SNPs可能參與調節該通路的信號強度而影響了ARDS的易感性[6]。

1.1.4 腫瘤壞死因子(tumor necrosis factor, TNF)基因 TNF-α是與ARDS密切相關的促炎細胞因子，參與調節細胞增殖、分化、凋亡、脂肪代謝以及凝血等生理過程。抗TNF-α治療被認為有利于ARDS的病情及預后[7]。TNF -308 GA基因型以及A等位基因對于兒童ARDS的結局存在有利影響。而兒童中TNF -863 CA基因型以及A等位基因攜帶者的ARDS易感性提高。當其與淋巴毒素α(lymphotoxin-alpha, LTA)基因結合分析時，LTA+252A/TNF -863A/TNF -308G單倍型使兒童ARDS易感性降低。+252G/-863C/-308A對疾病結局存在有利作用[8]。相關研究發現，-308A等位基因具有較高轉錄活性[9]，而-863A等位基因與TNF-α轉錄活性降低有關[10]。因此，相關基因多態性與ARDS的關系是否有年齡相關性值得進一步研究。

1.1.5 Toll-IL-1受體域接頭蛋白(TIR domain containing adaptor protein, TIRAP)基因 Toll樣受體(Toll-like receptor, TLR)在固有免疫系統中有識別微生物病原的作用，每一類TLR均有一個負責信號轉換的Toll-IL-1受體域。TIRAP是一個參與TLR4信號通路的TIR調節蛋白，通過激活NF-κB、MAPK1、MAPK3及JNK等途徑，促進細胞因子分泌及炎癥反應。有研究發現TIRAP rs595209A等位基因及rs8177375G等位基因的頻率在膿毒癥誘發ARDS患者中提高。同時，AG單倍型(rs595209A、rs8177375G)增加了膿毒癥誘發ARDS的易感性，CA單倍型(rs595209C、rs8177375A)則相反。研究認為rs595209及rs8177375作為標簽SNP，對ARDS易感性的影響可能是對TIRAP其他SNP作用的體現，其對炎癥反應的調節作用值得進一步探究[11]。

1.2 調節抗炎基因表達

1.2.1 抗炎IL相關基因 抗炎IL包括IL-4、IL-10、IL-13等。IL-4 -589 T等位基因與IL-1 -431A等位基因在ARDS患者中頻率明顯降低。相關等位基因導致IL-4及IL-13水平增高，因而抑制了炎癥作用[12]。IL-10 -1082G>A多態性位于IL-10啟動子區域。IL-10 -1082GG基因型為52歲以下人群ARDS進展的危險因素，而對于52歲以上人群，則是保護因素。這可能由于不同年齡人群對炎癥的反應不同。-1082GG基因型還降低ARDS患者入ICU時的APACHE-Ⅲ評分、器官衰竭評分以及60 d死亡率[13]。有研究發現，在多聚ADP核糖合成酶-1型[poly (ADP-ribose) polymerase-1，PARP-1]的調節下，IL-10 -1082A等位基因使轉錄活性降低明顯，而G等位基因則有著較高轉錄活性[14]。

1.2.2 脂肪酸酰胺水解酶(fatty acid amide hydrolase, FAAH)基因 FAAH有水解神經調節復合物花生四烯酸乙酰胺和油酰胺等脂肪酸酰胺的作用。rs324420SNP位于FAAH第3外顯子，導致385C/A的錯意突變，與肺外因素導致的ARDS的易感性增高相關。高密度脂蛋白被認為對炎癥具有保護作用。rs324420通過改變FAAH的脂代謝功能，導致高密度脂蛋白水平降低，因而促進了炎癥反應[15]。

1.2.3 脂聯素(adiponectin,C1Q and collagen domain containing, ADIPOQ)基因 ADIPOQ只在脂肪組織中表達。其編碼的脂聯素循環于血漿中參與代謝及內分泌過程，是一種抗炎脂肪因子。然而相關研究[16]發現低脂聯素水平與重癥患者的生存改善相關。這可能因為脂聯素在ARDS不同階段存在不同效應。因此，高脂聯素水平可能導致ARDS的不良預后。ADIPOR rs2082940 CC基因型的血漿脂聯素水平較低[17]。而TT基因型則在未調整模型中增加ARDS患者的60 d死亡率[18]，這可能與rs2082940突變型等位基因T導致高脂聯素水平相關。脂聯素與AdipoR1(ADIPOR1編碼)與AdipoR2(ADIPOR2編碼)受體結合。這些受體對脂聯素的生物學作用有著調節作用。其中，ADIPOR2 rs1029629C等位基因在未調整的模型中與ARDS的進展有關，rs16928751A等位基因在未調整及多變量模型中與ARDS的進展有關[18]。

1.2.4 肽酶抑制劑3(peptidase inhibitor 3, PI3)基因 PI3是一種抗菌肽。PI3 rs2664581多態性C等位基因與ARDS的易感性增高相關，該關聯在膿毒癥患者中尤其明顯。同時，C等位基因表現出在ARDS發病時較高的PI3水平。人中性粒細胞彈性蛋白酶(human neutrophil elastase, HNE)被認為在ARDS病程中破壞內皮血管屏障的完整性，同時協助中性粒細胞向炎癥部位遷移。PI3通過抑制HNE活動而減弱炎癥反應。研究認為C等位基因導致的氨基酸置換產生大量缺陷型PI3，因而對于ARDS易感性無降低作用[19-20]。

1.2.5 Duffy抗原趨化因子受體(duffy blood group, chemokine receptor, DARC)基因 DARC是紅細胞膜上的血型抗原，其在非洲裔人種多因基因突變而不表達。DRAC rs2814778多態性CC基因型(不表達DARC)與CT或TT基因型在非裔美國人中相比，60 d死亡率出現17%的絕對危險度增加，脫離呼吸機天數以及無器官衰竭天數的中位數分別降低8 d和4.5 d。DARC被認為可以與促炎趨化因子結合而起到抑制炎癥反應的作用，DARC表達缺失導致循環促炎因子IL-8水平升高，對ARDS產生不利影響[21]。

1.2.6 酪氨酸激酶(tyrosine kinase, FER)基因 酪氨酸激酶調節細胞間黏著，并通過生長因子受體介導從細胞表面至細胞骨架的信號轉導。有研究[22]發現FER有抑制中性粒細胞趨化的作用。FER rs4957796 TT基因型相對于C等位基因攜帶者，因肺炎所致ARDS的90 d死亡率增加。rs4957796 T等位基因可能降低FER表達，加重炎癥反應，從而影響肺炎所致ARDS的結局[23]。

1.2.7 核因子-κB1(nuclear factor kappa B subunit 1, NF-κB1)基因 NF-κB是轉錄調節因子，在ARDS的病程中被損傷因素激活后，促使肺泡巨噬細胞分泌一系列促炎細胞因子[24]。然而，NF-κB1編碼相對分子質量105 000的蛋白質，同時通過共翻譯過程產生一個具有抑制轉錄活性作用的相對分子質量50 000的蛋白(p50)。NF-κB1啟動子區的 rs28362491四堿基對插入(ins)/缺失(del)多態性的del等位基因被認為降低啟動子活性[25]。有研究[26]發現，與其他基因型相比，del/del基因型的ARDS患者在ICU住院期間的器官衰竭可能性大，60 d死亡率提高。65歲以下攜帶del/del基因型的ICU患者發展為ARDS的風險提高。del/del基因型患者的p50合成低下，導致NF-κB復合體的抑制性同源二聚體降低，惡化ARDS患者的炎癥狀態[26]。

1.2.8 集落刺激因子2(colony stimulating factor 2, CSF2)基因 CSF2對于粒細胞與巨噬細胞的合成、分化及功能有控制作用。CSF2通路被認為影響上皮細胞的信號轉導及功能。CSF2缺乏會導致肺泡上皮屏障功能損害[27]。CSF2 rs743564 在隱性模型中顯示出與ARDS死亡率有關聯[28]，然而相關機制有待進一步研究。

2 參與調節微血管功能

在ARDS的發病過程中，肺毛細血管通透性增加，繼而導致毛細血管內皮及肺泡上皮損傷。SNP改變了調節微血管生成及功能的相關基因的表達，對ARDS的病理生理過程產生了影響。

2.1 血管內皮生長因子(vascular endothelial growth factor, VEGF)基因 VEGF是血管生成的重要調節因子，有促進血管再生的作用。較高水平的VEGF可能通過促進血管生成及保護肺泡上皮對ARDS患者的肺損傷修復起到一定作用。研究提示攜帶VEGF +936TT基因型是罹患ARDS的危險因素[29]，提高了ARDS的死亡率[29-30]。+936 T等位基因患者的上皮細胞襯液(epithelial lining fluid, ELF)內VEGF水平降低[31]與血漿VEGF水平降低有關[29]。

2.2 1-磷酸鞘氨醇受體3(sphingosine-1-phosphate receptor 3, S1PR3)基因 1-磷酸鞘氨醇受體蛋白參與如肺微血管通透性及宿主免疫反應等ARDS的病理生理過程。高SIPR3轉錄活性會導致炎癥反應對血管內皮屏障的破壞。SIPR3啟動子區的-1899G等位基因和-1785C等位基因降低了歐洲人種中與膿毒癥相關ARDS的風險，亦降低了SIPR3的血漿濃度。尾側同源盒轉錄因子1(caudal type homeobox transcription factor 1, Cdx1)及早期B細胞因子1(early B-cell factor 1, Ebf1)與SIPR3的結合增強提高了其轉錄活性，因而增加了ARDS的風險。研究推測-1899G等位基因與-1785C分別阻斷了Cdx1及Ebf1因子與啟動子的結合[32]。

2.3 血管緊張素轉換酶(angiotensin converting enzyme, ACE)基因 ACE基因編碼的血管緊張素轉化酶在腎素-血管緊張素(renin-angiotensin system, RAS)系統中催化血管緊張素Ⅰ向有活性的血管緊張素Ⅱ的轉化。血管緊張素Ⅱ是強效的血管收縮劑。RAS被認為通過提高血管通透性影響ARDS的病理生理過程[33]。根據ACE第16內含子一段287 bp的Alu重復序列的缺失與否，ACE分為I(插入型)及D(缺失型)，DD基因型導致較高的mRNA水平及ACE活性[34]。DD基因型是亞洲人種高ARDS死亡率的危險因素[35]。同時，DD基因型較ID級II基因型的ARDS易感性提高，種族亞組分析顯示其在高加索人種中提高了ARDS易感性，年齡亞組分析顯示其在成人中與ARDS易感性提高有關[36]。此外，血管緊張素原(angiotensinogen，AGT)是血管緊張素Ⅰ的前體，AGT rs699CC基因型攜帶者被發現有著更高的肺炎后ARDS易感性，且C等位基因與血漿AGT水平升高相關[6]。

3 參與調節凝血機制

凝血機制的過度激活被認為與ARDS的不良預后相關。相關SNP改變了凝血物質的產生及其活性，參與了ARDS的疾病過程。

3.1 內皮蛋白C受體(endothelial protein C receptor, EPCR)與血栓調節蛋白(thrombomodulin, THBD)基因 蛋白C是一種抗凝因子，活化的蛋白C可滅活凝血因子Ⅴα與Ⅷα而起到抗凝作用。EPCR增強蛋白C的活化。THBD為與凝血酶結合的內皮特異性1型膜受體。THBD與凝血酶結合激活蛋白C，繼而減少凝血酶的形成。EPCR rs9574GC及CC基因型提高了ARDS的死亡率。THBD rs1042580 GG基因型及rs3716123 CC基因型與ARDS的高死亡率相關。研究[37]推測相關SNP下調了EPCR及THBD的功能活性。

3.2 富亮氨酸重復序列16A(leucine rich repeat containing 16A, LRRC16A)基因 LRRC16A編碼加帽蛋白ARP2/3及肌球蛋白-I連接(CP, Arp2/3, myosin-I linker，CARMIL)，這與以肌動蛋白為基礎的細胞活動相關[38]。LRRC16A是一個血小板數量性狀位點，而血小板減少被認為與ARDS的不良預后相關[39]。rs7766874A>G影響ARDS易感性，機制并非直接影響ARDS易感性，而是可能通過包括改變血小板數量介導、以血小板數量變化為條件、或與血小板數量的變化交互作用，rs7766874可能與某些調節CARMIL功能的SNP存在連鎖不平衡，因而對巨核細胞成熟及血小板功能產生影響[40]。rs9358856 G>A與收入ICU后的28 d及60 d的有利生存相關。攜帶A等位基因的患者在入ICU的28 d內血小板降低較輕微，提示良好預后。研究[41]認為rs9358856降低了CARMIL活動及其下游的F-肌動蛋白極化，因而阻斷了血小板激活，減輕了循環中血小板數量的降低。

4 其他ARDS相關基因

4.1 核因子E2相關因子2(nuclear factor, erythroid related factor 2, NRF2)基因 NRF2是一個作用于抗氧化反應原件的轉錄因子，在氧化應激的情況下對機體具有保護作用。rs6721961可降低NRF2啟動子活性，與創傷導致的ARDS的易感性相關，單個T等位基因的比值比為1.93[42]。同時rs6721961提高了ARDS的28 d死亡率[3]。

4.2 Egl-9家族缺氧誘導因子1(egl-9 family hypoxia inducible factor 1, EGLN1)基因 EGLN1又被稱為脯氨酰羥化酶2(prolyl hydroxylases 2, PHD2)。其對于缺氧誘導因子(hypoxia inducible factor, HIF)α中4-羥脯氨酸的翻譯后合成具有催化作用。HIF是哺乳動物氧平衡的關鍵轉錄復合體。有研究[43]顯示，EGLN1 rs516651TT基因型與ARDS患者30 d死亡率相關，風險為CC基因型的3.34倍。其機制可能為rs516651調節了機體對缺氧的耐受性。

4.3 鋅指蛋白335(zinc finger protein 335, ZNF335)基因 ZNF335編碼的蛋白通過配體依賴的核激素受體促進轉錄激活，同時與祖細胞增殖及自我更新有關。ZNF335 rs3848719G>A被發現與ARDS患者的APACHE-Ⅱ分值降低相關，同時卻與高加索人種的ARDS患者的60 d死亡率提高相關[44]。ZNF335影響細胞分化，同時影響肺組織的基礎生理機能以及神經信號，可能因此參與ARDS的發病[44]。

4.4 XK相關蛋白3(XK-related protein, XKR3)基因 XKR3是Kell血型系統前體XK的同系物，是一個假定的膜轉運體，同時是Kell血型系統XK/Kell復合物的一個部分。XKR3 rs9605146G>A與ARDS的易感性提高相關[44]。根據Provean預測，rs9605146導致了XKR3一個從脯氨酸到亮氨酸的有害氨基酸編碼變化。

4.5 芳香基硫酸酯酶D(arylsulfatase D, ARSD)基因 ARSD表達硫酸酯酶家族的蛋白質。硫酸酯酶對于骨及軟骨基質的正確合成至關重要。研究[44]發現ARSD rs78142020與ARDS的易感性及60 d死亡率正相關。在ARDS病程中，包括硫酸酯酶在內的肺脂質體酶的活性發生變化。研究推測rs78142040影響了ARSD差異表達，繼而影響與ARDS病理過程相關的硫酸酯酶活性[44]。

4.6 POP域3(popeye domain containing 3, POPDC3)基因 POPDC3主要在心肌及骨骼肌中表達，編碼一組POP家族蛋白質。POPDC3 rs1190286與低POPDC3 mRNA水平有關。研究[15]認為這可能是其降低肺源性ARDS易感性的一個機制。

5 結 語

基因多態性是當今極有研究價值的領域，然而許多SNP位點參與ARDS發病的作用機制尚不清楚，值得進一步探究。致病因子、共存狀況及環境暴露等均會影響對研究結果的解釋。本文從炎癥反應、微血管功能以及凝血機制等方面對相關基因多態性做了歸類，這些因素并不是孤立的。基因多態性之間的相互作用也可能產生不同的表型。基于連鎖不平衡(linkage disequilibrium, LD)的相關理論，一些由具有遺傳緊密關聯的SNP所構成的單倍型被發現。同時，全基因組關聯分析(genome-wide association study, GWAS)不需要通過既定所知的病理機制推測相關基因多態性，而能夠高效在全基因組水平上尋找與疾病相關SNP位點，對于尋找新位點及分析各位點的綜合效應有很大價值[45]。今后，大樣本的GWAS及相關分子機制的研究有助于生物標志物及靶向治療位點的發現。