CHRNA5-A3-B4基因簇與吸煙行為的相關性研究進展

劉紅艷，高笑宇，李媛，孫德俊

煙草暴露造成每年700多萬人死亡，僅我國吸煙者已超過3億，預計到2050年全國因吸煙造成的死亡人數將增加3倍［1］。香煙煙霧含多種有害物質，主要包括苯并芘、多環芳烴類、尼古丁和亞硝胺［2-3］，其中尼古丁是造成煙草依賴的主要成分［4］。為減少香煙依賴造成的死亡，戒煙是最有效的應對措施，而目前可用的戒煙方法如電子煙、藥物替代療法等的效果均不穩定［5］，且需要進一步明確上述戒煙方法的安全性。因此，為了制定更安全有效的戒煙策略，尼古丁依賴病因學的研究勢在必行。煙堿型乙酰膽堿受體（nicotinic acetylcholine receptors，nAChRs）由五聚體跨膜陽離子通道構成，屬于配體門控離子通道超家族的一員，其與乙酰膽堿或尼古丁結合后可開放通道，允許陽離子（Ca2+、Na+、K+）轉運［6］，促進神經遞質釋放，進而刺激細胞內信號傳導和基因轉錄［7］。nAChRs可以分為兩大類：肌肉型nAChRs和神經元型nAChRs，其中肌肉型nAChRs由α1、β1、γ、δ和ε亞基組成，與乙酰膽堿受體結合，可釋放神經遞質，激活離子通道，引起肌肉收縮；神經元型nAChRs由α2～α10和β2～β4亞基組成，可與尼古丁選擇性地在大腦中靶向結合，進而增強與尼古丁的結合效應［8-9］。CHRNA5-A3-B4基因簇緊密聚集在nAChRs的15號染色體上，編碼nAChR的α5、α3和β4亞基，其可相互協調，共同調控基因位點，增強基因表達，影響生物性狀。全基因組關聯分析（genome-wide association analysis，GWAS）已證實15號染色區域內的單核苷酸多態性（single nucleotide polymorphism，SNP）與尼古丁依賴性有關［10-11］。CHRNA5-A3-B4基因遺傳候選SNP研究和薈萃分析表明，CHRNA5-A3-B4基因簇與尼古丁依賴性［12］、初次吸煙［13］和重度吸煙行為［14］相關。本文就CHRNA5-A3-B4基因簇與吸煙行為的相關性進行綜述，以期為戒煙藥物新靶點的開發和煙草相關疾病的基因干預治療提供新思路。

1 CHRNA5-A3-B4基因簇

1.1 α5、α3、β4亞基相互作用 CHRNA5-A3-B4基因簇編碼的α5、α3、β4亞基可在大腦多個區域表達，尤其在內側韁核和腳間核區域內［15］，其在尼古丁依賴性方面有著至關重要的作用［16］。在腳間核中，單獨α5亞基對乙酰膽堿受體結合位點沒有作用，但與α3、β4亞基組合后其對尼古丁的親和力增加［17-19］。RABE等［20］通過質譜法和免疫化學法對單個受體亞基的質膜表達進行分析，發現約98%的質膜受體中α3亞基單獨與β4亞基組合表達或與β4、α5亞基共同表達為五聚體結構，這均可增加其對尼古丁的親和力。有研究發現，CHRNA3基因rs1051730位點與CHRNA5基因rs16969968位點高度相似，可發生錯義突變，導致α5亞基蛋白（D398N）中第398個氨基酸處的天冬氨酸（D）替換為天冬酰胺（N），導致具有天冬酰胺變體的α5受體復合物對尼古丁的親和力變為原來最大親和力的3倍［21］。由此表明，α5、α3、β4亞基可以相互調節，互相組合，進而增加對尼古丁的親和力。

1.2 SNP位點相互作用 CHRNA5-A3-B4基因簇中的部分基因具有調控作用，使SNP聚集到基因組區域，形成局部調控組，發揮更強的調控作用。BARRIE等［22］研究發現，CHRNA3、CHRNB4 mRNA和CHRNA5反義RNA在人體多種組織中共表達，提示其有共同調控元件，見圖1；進一步研究發現，rs880395位點不但可增加所有組織中CHRNA5 mRNA表達水平，而且可增加腦和外周組織中CHRNA3 mRNA表達水平，同時發現rs880395位點與CHRNB4 3'端非翻譯區域中的rs1948位點可共同表達以調控基因變異。LEE等［23］研究發現，CHRNB4的rs4887074位點與尼古丁依賴性有關，其與CHRNA3和CHRNA5的兩個調節變體共同調節rs16969968位點的尼古丁依賴性；CHRNA5增強子區域中rs880395位點和CHRNA3增強子區域中rs1948、rs16969968位點可形成單倍型，進一步加強CHRNA5、CHRNA3與尼古丁依賴性的關聯性。CHRNA5-A3-B4基因簇與尼古丁親和力的強弱可能具有組織特異性，如rs1948位點僅在基底神經核中充當CHRNA3的調控變體，而在其他組織中則不起作用。孟加拉種族研究發現，rs16969968、rs578776位點多態性與吸煙行為呈正相關，攜帶rs16969968位點的A等位基因者吸煙風險增加1.51倍，攜帶rs578776位點A等位基因者的吸煙風險降低0.595倍［24］。綜上，需要了解CHRNA5-A3-B4基因簇在不同組織間甚至種族間相互調控的過程，才能對其產生的復雜臨床表現如尼古丁依賴性有一定認知。

圖1 CHRNA5-A3-B4煙堿受體位點相互調節簡化插圖Figure 1 Simplified illustration of CHRNA5-A3-B4 nicotinic receptor site reciprocal regulation

2 CHRNA5-A3-B4基因簇與吸煙行為及吸煙相關疾病的相關性

2010年大規模基因組相關研究表明，nAChRs基因變異與吸煙人群的遺傳性狀相關［14，25］。其中CHRNA5-A3-B4基因簇與吸煙行為呈正相關，其首先與吸煙量〔每天吸煙（cigarettes per day，CPD）〕有關，其次與吸煙相關表型（如尼古丁依賴性、戒煙）以及吸煙相關疾病（如肺癌和COPD）有關［12，26-27］。LIU等［14］已識別出3個以上連鎖不平衡SNP位點，其中包括位于啟動子區域的rs16969968位點、CHRNA5的rs588765位點以及CHRNA3的rs6495308位點，其均與吸煙行為呈正相關。CHRNA5-A3-B4基因簇SNP位點的作用及臨床表現見表1。CHRNA5-A3-B4基因簇的SNP位點與吸煙行為關系的研究顯示，rs1948位點可增加CHRNA3在腦基底核區的表達，rs880395、rs905740位點可增加CHRNA5在腦組織中的表達［23，28］；而rs4887074位點可減少CHRNB4在外周組織中的表達，rs6495308位點可減少CHRNA5、CHRNA3在外周組織中的表達；其中rs16969968位點是非同義SNP位點，其通過錯義突變提高CHRNA5的尼古丁依賴性［23］。研究顯示，rs4886580、rs7178270位點僅與CHRNB4在外周組織中的表達情況相關［29］。另有學者研究發現，rs1948、rs880395、rs905740、rs4887074、rs6495308、rs1051730、rs514743、rs8192475、rs16969968、rs4886580、rs7178270位點均與吸煙行為相關［22，28，30-35］。

表1 CHRNA5-A3-B4基因簇SNP位點的作用及臨床表現Table 1 The role and clinical manifestations of SNP loci in CHRNA5-A3-B4 gene cluster

CHRNA5-A3-B4基因簇與吸煙相關疾病亦具有相關性。ZHAO等［36］對來自中國的823例男性COPD患者樣本和435例吸煙的男性健康人群樣本進行了DNA提取和SNP基因分型研究，結果顯示，攜帶rs667282位點CT基因型者比攜帶rs667282位點TT基因型者的戒煙成功率高；攜帶rs4950位點AG基因型者比攜帶rs4950位點TT基因型者的戒煙成功率高；在吸煙的COPD患者中，CHRNA5-A3-B4基因簇與戒煙成功明顯相關。GANBOLD等［37］對181例COPD患者和292例健康人群進行外周血采樣和問卷調查，結果發現CHRNA3（rs1051730、rs12914385位點）、CHRNA5（rs16969968、rs17486278位點）基因多態性是COPD的獨立風險基因，且這些風險基因型的任何組合均會增加COPD患者吸煙量及對尼古丁的依賴性。

綜上，CHRNA5-A3-B4基因簇與吸煙行為及吸煙相關疾病具有相關性，但其具體機制尚需要進一步研究。

3 小結

綜上所述，CHRNA5-A3-B4基因簇中與吸煙行為相關的基因可相互作用，調控SNP并使其聚集到基因組區域，形成局部調控組，進而影響整個集群的遺傳效應。CHRNA5-A3-B4基因簇可能不是直接驅動SNP來影響nAChRs表達的，而是通過增加其與轉錄因子的結合能力或增強其與轉錄因子的相互作用來影響nAChRs表達的，但這仍需要進一步研究。CHRNA5-A3-B4基因簇中的基因變異導致吸煙行為的具體機制還需要深入研究。

作者貢獻：劉紅艷進行文章的構思與設計、文獻/資料收集、論文撰寫與修訂；高笑宇、李媛、孫德俊進行文章的可行性分析、質量控制及審校；孫德俊對文章整體負責，監督管理。

本文無利益沖突。