特應性皮炎全基因組關聯研究進展①

沈松英 王成銳 黃培元 曠雅舒 邱 琇

（廣州醫科大學附屬廣州市婦女兒童醫療中心出生隊列研究室，廣州 510623）

特應性皮炎（atopic dermatitis，AD），又稱特應性濕疹，是一種常見的慢性反復性炎癥皮膚疾病，以反復局部皮膚瘙癢和發紅為特征。65%的AD患者在出生后第1年出現，稱為嬰兒濕疹（嬰兒AD）；2歲以前發生的AD為早發型。AD是“過敏進程”的第一站，嬰兒AD可顯著增加過敏性鼻炎、哮喘的發生風險［1］。過去30年中，工業化國家兒童AD患病率從15%上升至30%，成人AD患病率也從2%上升至10%，引起關注［2］。

AD的病因尚不清楚，目前普遍認為是遺傳因素和環境暴露綜合作用所致。早期AD的遺傳學研究主要采用家系關聯研究、雙胞胎研究和候選基因關聯研究等方法，這些研究結果提示，AD是高度遺傳的疾病［3］。隨著測序技術的發展和應用，過去10年AD的全基因組關聯研究（genome-wide association study，GWAS）逐漸增加。

自2009年報道第一個AD的GWAS以來，共發表了11個AD的GWAS（附表1，www.immune99.com）［4-14］。這些GWAS共報道了36個染色體區域上76個單核苷酸多態性位點（single nucleotide polymorphism，SNP）在全基因組水平上與AD相關。這些SNPs相關的基因主要與表皮皮膚屏障功能和免疫功能相關。有研究估計，目前GWAS發現的遺傳變異解釋了AD約27%的遺傳度，約73%的遺傳性還未被解釋［12-13］。本文系統地總結了2009年以來AD的GWAS發現。

1 與表皮皮膚屏障功能相關的基因和SNPs

1.1 絲聚蛋白（filaggrin，FLG）基因及其相關SNPs目前有6個GWAS發現了1q21.3染色體區域上的10個SNPs在全基因組水平上與AD相關，其中8個位于 FLG 基因，即 rs3126085、R501X、2282del4、rs11205006、rs6661961、rs61813875、rs12081541、rs12144049（附 表2，www.immune99.com），其 中rs3126085 位點在中國人群中發現［6，9-11，13-15］。連鎖不平衡分析顯示該位點與既往其他研究發現的中國人群主要的FLG突變位點c.3321delA16高度相關。其余位點主要在歐洲人群中發現，以R501X和2282del4的無效突變最為常見［16］。FLG基因位點突變與AD發生風險的OR值為1.61（95%CI：1.48～1.75），其中與兒童早發持續性AD亞組相關性最強（OR：4.31，95%CI：3.29～5.63）［10，17］。FLG是目前較為公認的與AD相關的基因［16］。在皮層分化過程中，FLG在顆粒層被釋放至細胞間隙，其逐漸降解形成的各種氨基酸及降解產物是天然保濕因子中的重要組成部分，對維持正常皮膚屏障功能具有重要作用［18］。近期有針對AD小鼠模型進行蛋白質組學的研究，并在AD患者中進行驗證，結果發現在沒有炎癥的情況下，FLG無效突變足以誘導AD小鼠和患者皮膚中蛋白酶激肽釋放酶-7（kallikrein-7，KLK7）表達上調和免疫調節因子親環素A（cyclophilin A，PPIA）表達下調［19］。這些蛋白是AD特有的分子，在蛋白溶解和炎癥中起重要作用。小鼠模型中，人類KLK7過表達會導致嚴重瘙癢、表皮厚度增加和皮膚炎癥［20］；PPIA是廣泛表達的親免疫蛋白家族成員，在蛋白折疊、運輸和免疫調節中發揮作用［21］。FLG的無效突變也與皮膚角質形成IL-1細胞因子表達上調有關，IL-1因子水平升高與天然保濕因子成分減少相關［22］；也有研究顯示FLG無效突變的人表皮CD83（+）朗格漢斯細胞數量增加，絲聚蛋白降解產物尿氨酸可減少樹突狀細胞成熟，并增加其誘導調節性T細胞的作用，提示絲聚蛋白缺乏與免疫失調有關［23］。FLG的功能和表達可受IL-4和IL-13細胞因子影響，提示皮膚屏障和免疫功能可能協同作用，增加機體對濕疹的易感性［8，24］。以上結果表明FLG無效突變在AD的發病中發揮重要作用。

1.2 OVOL1基因及其相關SNPs 11q13.1染色體區域與AD相關的SNPs有rs479844和rs10791824［7，11，14］（附表2，www.immune99.com）。rs479844主要在歐洲人群中發現，位于OVOL1上游＜3 kb處［7，14］。2014年王理［25］驗證該位點也與中國漢族人群AD相關。rs10791824位于OVOL1基因的內含子區域，已在多個種族人群中進行驗證［11］。OVOL1屬于高度保守的基因，編碼含C2H2鋅指結構的轉錄因子OVO樣蛋白。OVOL1蛋白在多種上皮組織中表達，參與調節上皮組織和生殖細胞的發育和分化，可抑制角質形成細胞中與細胞增殖密切相關的c-Myc表達，是WG/Wnt和TGF-β/BMP7-Smad4信號通路的下游靶點［26-29］。這些途徑除了在胎兒皮膚及皮膚附屬物的器官形成中發揮作用外，也參與出生后表皮增殖和分化的調節［30-31］。有研究顯示外周組織中的IL-13水平升高可通過下調OVOL1-FLG軸引起屏障功能障礙［32］。

1.3 EMSY基因及其相關SNPs 11q13.5染色體區域與AD相關的SNPs由最早期的濕疹GWAS發現，隨后在幾個歐洲大型GWAS中得到驗證，包括rs7927894、rs2155219、rs2212434 和 rs7130588［4，9，11，14］（附表2，www.immune99.com）。但程芳［33］并未在中國人群中發現rs7927894與AD發病相關。這些SNPs位于EMSY和LRRC32兩個基因之間。EMSY基因在包括皮膚、小腦等多個人體組織中表達，是一種轉錄調節因子，也可在炎癥中發揮作用。蛋白激酶AKT1可通過EMSY的磷酸化調節干擾素反應［34］。有關EMSY基因在AD發病中的機制研究較少。近期有研究顯示培養組織中采用siRNA技術敲除EMSY可導致FLG和FLG2蛋白以及長鏈神經酰胺等表達增加，從而增強皮膚屏障功能［35］。相反，EMSY在角質形成細胞中過度表達可導致FLG等屏障形成標志物的顯著減少，AD患者的皮膚活檢標本顯示細胞核內EMSY染色增強，提示該基因在皮膚屏障形成中具有重要作用。這在一定程度上解釋了之前發現的rs7927894和FLG的遺傳風險變異存在倍增效應的結果，提示二者的聯合效應可能導致更高的AD發病風險［36］。

1.4 CCDC80基因及其相關SNPs 3q13.2染色體區域上的rs12634229發現于日本人群（附表2，www.immune99.com），該位點可能與中國人群的AD發病不相關［8，33］。相關的基因是該 SNP 附近的 CCDC80基因。CCDC80基因編碼蛋白可充分抑制T細胞因子介導的轉錄活性，在克隆擴增過程中下調Wnt/β-catenin靶基因，隨后誘導C/EBPα和過氧化物酶體增殖物激活受體γ（peroxisome proliferator-activated receptor γ，PPARγ）［37］。C/EBPα 在基底角質形成細胞中表達，且當角質形成細胞退出基底層并進行終末分化時表達上調［38］。IL-12和IL-23分別是Th1和Th17細胞產生和效應功能的關鍵因子，在AD慢性期反應中起重要作用［39-40］。C/EBPα可直接與IL-12和IL-23的亞基P40啟動子相互作用并抑制P40在炎癥巨噬細胞中的轉錄［41］。PPARγ在免疫細胞中起負調節作用，其激動劑可明顯抑制胸腺基質淋巴生成素在皮膚中的表達，以及在AD小鼠模型中抑制樹突狀細胞的成熟和遷移［42］。因此推測CCDC80基因編碼蛋白可能通過C/EBPα和PPARγ表達改變在AD發病中發揮作用。關于CCDC80基因在AD發病機制中作用的直接證據有待進一步研究。

2 人體免疫功能相關的基因和SNPs

2.1 IL6R基因及其相關SNPs PATERNOSTER等［11］發現IL6R基因上的rs12730935位點在全基因組水平上與AD相關（附表2，www.immune99.com）。IL6R基因雖與FLG基因同在一個染色體區域，但其功能獨立于FLG基因。該基因已被證實決定了經典的膜結合和可溶性IL6R信號傳導途徑之間的平衡。與野生型358Asp（rs2228145［A］）純合子相比，突變型358Ala（rs2228145［C］）純合子攜帶者的血清可溶性IL6R水平呈2倍增加，且AD患者的可溶性IL6R水平高于對照組［43］。ROSA等［44］和MCGOWAN等［45］均通過孟德爾隨機化研究驗證了基因預測的血漿可溶性IL6R水平升高與AD發病風險增加的因果關系［45］；MCGOWAN等［45］還發現可溶性IL6R特異性調節 T細胞在AD發病中發揮重要作用。在動物模型中已發現IL-6可降低Th2細胞因子并改善哮喘癥狀［46］；抗IL-6的藥物使用也被發現與濕疹發生相關［47］。血漿可溶性IL6R水平升高也可能通過負向調節IL-6信號在AD的發病中起作用［44］。

2.2 CD207基因及其相關SNPs 2015年PATERNOSTER等［11］通過多種族人群meta分析新發現位于2p13.3區域的rs112111458位點與AD在全基因水平相關。該SNP在CD207基因上游37 kb。2018年蔡新穎［48］也在中國人群中證實該位點與AD相關。CD207編碼一種只在樹突狀細胞亞群朗格漢斯細胞中表達的細胞內模式識別受體。表皮朗格漢斯細胞在AD患者受損皮膚中可穿透皮膚緊密連接識別抗原，在誘導耐受和適應性免疫反應中發揮重要作用［49-51］。

2.3 IL-1家族成員基因及其相關SNPs 2q12.1區域的rs13015714和rs6419573也被發現與AD相關（附表2，www.immune99.com）［8，11］。相關基因是編碼IL-1家族成員IL1RL1、IL18R1和IL18RAP的基因。IL-1家族成員IL1RL1、IL18R1和IL18RAP基因編碼的蛋白在皮膚中表達豐富。IL1RL1是IL-33受體的組成部分，在Th2和肥大細胞中表達。據報道，IL-33在AD受損組織中分泌，促進Th2型免疫反應和AD發病［52］。IL-33轉基因小鼠在角質形成細胞中特異性表達IL-33，可自發產生AD樣濕疹，提示IL-33足以促進AD的發展［53］。IL-33刺激各種細胞，包括Ⅱ型天然淋巴樣細胞（ILC2s），ILC2s通過產生大量IL-5和IL-13而引發過敏性炎癥［54］。IL-33還可通過誘導IL-31促進瘙癢和抓撓行為；抓撓皮膚反過來會促進角質形成細胞釋放IL-33［55］；IL-33也可能直接作用于周圍神經引起瘙癢［56］。因此，阻斷IL-33信號可能是減輕IL-33信號相關皮膚瘙癢和炎癥的治療靶點。與IL-33的研究相比，IL18R1和IL18RAP與AD發病的研究較少。有研究發現IL18RAP在AD或銀屑病皮膚活檢中新鮮分離的角質形成細胞中顯著高表達；IL-18可上調角質形成細胞主要組織相容性復合體（MHC）Ⅱ類分子表達和趨化因子CXCL10水平［57］。

2.4 GLB1和CCR4基因及其相關SNPs 染色體3p22.3區域上的rs7613051位點發現于日本人群（附表2，www.immune99.com）［8］。該位點位于編碼半乳糖苷酶β1的GLB1基因內含子區域。GLB1基因與AD的關系有待進一步研究，值得注意的是附近的CCR4基因編碼Th2趨化因子CCL17的受體CCR4蛋白，CCR4蛋白在炎癥過程中介導皮膚特異性的T細胞聚集［58］。在AD小鼠模型中，CCR4缺陷的Th2不能遷移至炎癥部位，對引發皮膚炎癥具有重要作用［59］。

2.5 Th2細胞信號通路基因及其相關SNPs 多個GWAS確定了AD在5q31區域中參與Th2細胞信號通路的基因遺傳風險位點（rs2897442、rs2897443、rs6871536、rs2158177、rs1295686、rs20541、rs12188917、rs17690965、rs848），相關基因主要包括IL-4、IL-13、IL4Rα 基因（附表2，www.immune99.com）［7，9-11，14，60］。Th2細胞信號通路的IL-4、IL-13、IL4Rα基因也在AD的發病中發揮重要作用。IL-4促進Th2在過敏性炎癥中的作用并降低上皮細胞的表皮分化復合物（EDC）基因表達［61］。IL-13主要促進外周組織炎癥的發生，在濕疹型皮損中表達上調［12］。以IL-13為靶點的生物制品，如抗IL4Rα抗體dupilumab和抗IL-13抗體tralokinumab，成功地改善了AD病變，進一步突出了IL-13在AD發病機制中的重要性［32］。

2.6 MHC基因及其相關SNPs HIROTA等［8］在日本人群首先發現6p21.33和6p21.32染色體區域MHC基因的相關SNPs與AD關聯，隨后WEIDINGER等［9］、BAURECHT 等［10］和 PATERNOSTER 等［11］在歐洲人群也發現并驗證了以上位點（附表2，www.immune99.com）。WEIDINGER等［9］發現MHC基因相關SNPs與AD的相關性來自兩個經典的HLA等位基因HLA-DRB*07：01和HLA-B*18：44：02的獨立效應。盡管有以上發現，這些基因在AD中發揮作用的機制還有待進一步探討。

2.7 CARD11基因及其相關SNPs 7p22.2染色體區域的rs4722404位點在日本人群被發現與AD相關（附表2，www.immune99.com），但未在中國人群得到 驗 證［8，33］。 該 位 點 位 于 CARD11 基 因 附 近 。CARD11基因編碼蛋白通過T細胞受體和B細胞受體信號轉導激活淋巴細胞，在T細胞分化中發揮至關重要的作用，在調節JUNB和GATA3轉錄因子及隨后產生的Th2特異性細胞因子中也起關鍵作用［62］。有研究顯示CARD11突變小鼠逐漸發展為AD，其血清IgE含量也逐漸升高［63］。

2.8 DOK2和CD200R1基因及其相關SNPs 最近一項GWAS新發現染色體8p21.3區域的rs34215892和3q13.2區域的rs9865242與AD有關（附表2，www.immune99.com），分別位于DOK2和CD200R1基因［12］。DOK2是細胞質信號分子，主要在造血/免疫細胞中表達。DOK1-2是Toll樣受體4下游ERK信號必不可少的負調控因子［64］。缺乏DOK1-3的小鼠在免疫細胞發育和免疫應答中表現出明顯缺陷［65］。此外，DOK1-2在NK細胞的成熟中發揮作用［66］。CD200R1是一種蛋白質編碼基因，與之相關的疾病包括人皰疹病毒和伴有硬化性白質腦病的多囊性脂膜性骨增生，參與相關途徑包括Ⅰ類MHC介導的抗原加工和呈遞及先天免疫系統。基于多組學的網絡和RNA-Sequencing分析表明，DOK2是一個與CD200R1、IL6R和信號轉導和轉錄激活因子3（signal transducer and activator of transcription 3，STAT3）相互作用的中心樞紐，有望成為一個新的治療靶點［12］。由于DOK2為新發現的位點，有關DOK2在AD發病中的作用機制仍有待進一步深入研究。

2.9 STAT3基因及其相關SNPs 位于染色體17q21.2區域的rs12951971位點也在PATERNOSTER等［11］的研究中發現與AD相關（附表2，www.immune99.com）。該SNP位于STAT3基因內含子區域。STAT3蛋白可在各種細胞因子和生長因子刺激下通過磷酸化激活，介導多種基因表達，在細胞生長和凋亡等細胞過程中發揮關鍵作用。有研究顯示，該基因的突變與嬰兒期發病的自身免疫性疾病和高IgE綜合征有關，與兒童早發型持續濕疹的關聯強度僅次于FLG基因［17，67］。

2.10 TNFRSF6B和ZGPAT基因及其相關SNPs染色體20q13.33區域的相關SNPs在中國人群和歐洲人群中均發現與AD相關（附表2，www.immune99.com）［6，10-11］。這些 SNPs包括 rs909341、rs6010620 和rs4809219，其中rs909341位于TNFRSF6B基因，rs6010620在ZGPAT基因附近，rs6010620、rs4809219位于RTEL1基因內含子區域內。TNFRSF6B為TNF受體超家族成員6B，在適應性免疫應答中發揮重要作用，具體作用于T細胞、樹突狀細胞和巨噬細胞反應［68-70］。AD患者與健康對照和非特應性炎癥性疾病患者相比，血清TNFRSF6B的 mRNA 表達增加［71］。ZGPAT編碼一種鋅指CCCH結構域蛋白參與表皮生長因子受體（EGFR）通路［72］。有研究顯示，在小鼠模型中阻斷EGFR信號通路可誘導角質形成細胞趨化因子表達失調，導致皮膚炎癥增強［73］。表明TNFRSF6B和ZGPAT是AD可能的候選基因，但仍需進一步的功能驗證闡明其在AD發病中的作用。RTEL1基因編碼一種DNA解旋酶，其在端粒的穩定性、保護和伸長中起作用，但在AD中所發揮的作用機制有待進一步探討。

2.11 其他與免疫相關的基因 其他識別的與AD相關的SNPs和基因在既往研究中或多或少與免疫功能相關（附表2，www.immune99.com），如編碼細胞因子的IL-2/IL-21、IL-7/CAPSL和IL15RA/IL2RA，以及 ZNF365、NLRP10 和 PPP2R3C［8，11，13］。

3 與濕疹/AD相關的其他基因和SNPs

近年的GWAS發現了3p21.1、5q22.1、6p21.33和6p21.32染色體區域上的其他相關SNPs（附表2，www.immune99.com）［6，9，11］。涉及的相關基因主要 有 SFMBT1/RFT1、TMEM232/SLC25A46、BAT1、TNXB、PUS10和ATF6B。這些基因主要編碼一些跨膜蛋白或連接蛋白，其具體作用有待進一步研究。另外還有一些基因的功能未確定。

值得注意的是，20q13.2上的rs16999165也與AD相關（附表2，www.immune99.com），相關基因為CYP24A1/PFDN4基因。CYP24A1基因是維生素D通路基因，編碼一種線粒體細胞色素P450超家族酶，該酶通過側鏈羥基化啟動降解1，5-二羥基維生素D3，即維生素D3的活性形式。而維生素D是先天和適應性免疫系統功能的調節因子。有報道提示維生素D缺乏與AD發生風險和嚴重程度相關［74-75］。但本課題組前期的系統綜述發現血液中維生素D缺乏并不增加哮喘的發生風險［76］。

4 總結

隨著基因測序技術的發展，2009年以來研究者開始采用GWAS進行AD的遺傳學研究。目前共發現36個染色體區域上76個SNPs與AD在全基因組水平上相關。與這些SNPs相關的基因主要與表皮皮膚屏障功能和免疫系統功能相關。

在目前的大多GWAS中，病例與對照的年齡并不一致，如病例是兒童，而對照是成人。有研究顯示，與過敏性疾病風險增加相關的遺傳位點與更早發病相關，提示AD患者和對照組的年齡存在差異可能會導致結果偏倚［77］。后續研究應進一步關注早發型AD的遺傳學特征，這對于AD的個性化干預前移具有指導意義。另外，濕疹的遺傳易感基因具有種族特異性。目前的研究主要在歐洲人群中開展，亞洲人群較少，未來研究需要更多的亞洲人群參與。隨著深度測序技術的發展，全基因組測序能夠提供更多的遺傳信號，且可進行基因功能研究［78］。AD“丟失的遺傳性”可能需要采用全基因組測序來進一步補充［79］。

綜上所述，近年來GWAS研究表明皮膚屏障功能障礙、先天免疫反應減弱、IL-1信號轉導和Th2免疫信號增強等在AD的發生發展中具有重要作用。這些基因并非獨立存在，而是相互作用。這些發現為AD的精準分型和治療帶來新的視角。未來研究需進一步進行全基因組測序識別“丟失的遺傳性”，并對識別的基因功能進行驗證。