脊柱結核易感性與基因多態性的研究現狀

向清華，王瑞陽，茹能，黃巾幗，高天翔，婁兆金，柳青

三峽大學人民醫院 湖北省宜昌市第一人民醫院骨科，湖北宜昌 443000

結核病（tuberculosis，TB）是世界性疾病，全世界每年新發病數約為1000 萬，而每年有130萬人死于該疾病[1]。TB 是由于機體感染結核分枝桿菌所引起的一種慢性傳染病，80%發生在肺部，稱肺結核；余下20%繼發感染出現在除肺部之外的其他部位，如骨骼、腦部、消化道等，稱肺外結核。10%～35%的肺外結核累及骨與關節，而脊柱結核約占所有骨與關節結核的50%，因循環障礙及結核感染引起椎體病變所致，以腰椎最為多見，胸椎次之，胸腰段占第3 位，頸椎和骶尾椎則較罕見，男女比例約為1.5～2:1[2]。椎骨受結核分枝桿菌感染后，受累椎體出現骨質破壞、干酪樣壞死、膿腫形成，進而導致椎骨壞死。椎體因病變及承重發生塌陷，最終導致嚴重的脊柱畸形和截癱，引起殘疾[3]。脊柱結核的發展是宿主、病原體與環境相互作用的結果，受年齡、性別、生活環境、健康狀況以及遺傳等多種因素的影響[4]。宿主相關基因多態性越來越多地被發現與脊柱結核易感性有關。隨著基因測序技術的進步，國內外已開展了大量病例對照研究以探索脊柱結核的遺傳易感性。目前已有相關研究表明腫瘤壞死因子α（tumor necrosis factor-α，TNF-α）、維生素D 受體（vitamin D receptor，VDR）、單核細胞趨化蛋白 1（monocyte chemotactic protein-1，MCP-1）、γ 干擾素（interferor-γ，IFN-γ）、白細胞介素（interleukin，IL）等細胞因子在脊柱結核的發生發展過程中起著重要作用。因此本文對近年來脊柱結核宿主遺傳易感性與相關基因多態性方面的研究狀況進行綜述。

1 TNF-α基因

TNF-α 是由巨噬細胞、樹突狀細胞和T 淋巴細胞在結核分枝桿菌刺激或感染時產生的一種具有促炎癥作用的單核細胞因子。人類TNF-α 基因位于6p21.4、長約3.6kbp，有4 個外顯子和3 個內含子，與主要組織相容性抗原復合體基因緊密連鎖位于HLA-B 和HLA-C2 位點之間的MHCⅢ類基因區內[5]。TNF-α 基因主要由5 個小衛星序列與數個單核苷酸多態性（single nucleotide polymorphism,SNP）啟動區構成，具有高度的多態性和協調性。結核病初期，TNF-α 基因便實時調控TNF-α 的表達。TNF-α誘導巨噬細胞抵抗結核分枝桿菌的入侵并調控T 細胞抑制結核分枝桿菌的生長[6]，可顯著誘導機體生成多種細胞因子參與脊柱結核的發生發展過程，通過間接調節相應細胞因子的免疫活性從而增加保護功能。此外，TNF-α 可促進某些特定的細胞因子黏附在結核病灶部位而形成肉芽腫，以防止結核桿菌的生長和擴散[7]。TNF-α 的免疫學功能可密切影響結核分枝桿菌在體內的致病及播散過程。張玉坤等[8]對我國新疆地區脊柱結核患者TNF-α 基因多態性的檢測結果顯示，TNF-α-308 位點A 等位基因及-238位點GA 基因型頻率均高于正常對照組，初步表明TNF-α 基因參與了脊柱結核的發展過程，其多態性促成了脊柱結核的易感性。Zheng 等[9]的研究結果也提示TNF-α-857 位點的多態性是脊柱結核的危險因素，其多態性與中國人群脊柱結核易感性存在一定關聯。以上兩項研究結果基本一致，初步表明TNF-α 基因多態性與脊柱結核易感性相關。目前國內外關于TNF-α 基因多態性與脊柱結核易感性的研究報道較少，現有研究多數僅針對單個基因位點的多態性與脊柱結核易感性關系的探討。因此，脊柱結核易感性與TNF-α 基因多態性的相關性仍有待于進一步研究。

2 MCP-1 基因

MCP-1 也稱為單核細胞趨化與激活因子，隸屬于CC 亞族（β 亞族）趨化因子家族成員，為較強的單核/巨噬細胞趨化因子[10]。MCP-1 的編碼基因位于17q11.2-q12 位點的外顯子基因，由遠端和近端的啟動子調控，每個啟動子之間約有2.2kb 的DNA 染色體區域。位于啟動子區域的單個或多個基因發生改變即可影響MCP-1 基因的轉錄活性，繼而影響下游血清MCP-1 的表達水平[11]。當機體感染結核分枝桿菌時，MCP-1 適時適量的表達，對結核肉芽腫的形成、病灶的包裹和殺滅以及在脊柱結核特異性免疫過程中起到至關重要的作用。張宏其等[12]對湖南省漢族人群脊柱結核患者MCP-1-362 位點基因型的分析發現，MCP-1 啟動子區362 位點的CC 基因型頻率相較于正常人顯著增高，機體內過高表達的MCP-1 反而會降低免疫反應的嚴重程度并影響肉芽腫的形成，同時可抑制單核細胞的趨化與激活反應[13]。Gao 等[14]對湖南省漢族人群脊柱結核患者MCP-1-2518 位點基因型分析發現GG 基因型和G 等位基因相較于正常人顯著增高，與Gong 等[15]研究結果一致，表明MCP-1-2518A/G多態性是脊柱結核易感性的危險因素。Mecabin 等[16]針對阿爾及利亞地區132 名脊柱結核患者以及204 例健康人群核苷酸多態性的檢測發現，MCP1rs1024611-2518GG、MCP1rs2857656-362CC 以及MCP1rs3917887int1del554-567del/del純合子基因型在脊柱結核組中均顯著高于對照組，研究結果提示機體內過高表達的MCP-1 會降低免疫反應的嚴重程度并影響肉芽腫的形成。由此可見，MCP-1 基因多態性與脊柱結核易感性存在相關性。

3 VDR 基因

維生素D 內分泌系統參與調節免疫反應、骨骼代謝以及各種類型細胞的增殖和分化等生物反應過程[17]。VDR 基因位于12q13.11 區域，該基因在多個位點上表現出多態性，包括FokI、Bsml、Apal以及Taql 4 個經典多態位點[18]。其中FokI 代表了1個獨立的多態性位點，是位于VDR 起始密碼子中的C/T 過渡多態性位點，其多態性可改變氨基酸序列并影響編碼蛋白的結構和功能，進而導致VDR無法與1，25-二羥維生素D3有效地結合，最終導致巨噬細胞無法阻礙結核分枝桿菌的胞內生長，降低其對結核分枝桿菌的先天免疫反應[19]。Zhang 等[20]通過對中國湖南地區110 例漢族脊柱結核患者與102例健康志愿者FokI 位點基因型頻率的對比研究發現，脊柱結核組ff 基因型頻率（50%）明顯高于健康對照組（21.86%），與Wang 等[21]的研究結果相同，表明VDR 可能與脊柱結核易感性有關。FokI 位點多態性與VDR 表達增加有關，過高表達的VDR 基因可導致維生素D3缺乏，維生素D3缺乏和骨密度改變可能是脊柱結核的危險因素。Panwar 等[22]對印度地區就VDR Taql 以及Apa1 基因位點多態性的分析發現，VDR Taql 多態性的雜合型TC 和突變型CC基因型（TC+CC）的聯合頻率、VDR Apa1 多態性的雜合型TG 和突變型GG 基因型（TG+GG）的聯合頻率在脊柱結核患者中均顯著增加，研究結果表明VDR 基因的Taql 以及Apa1 多態性與脊柱結核相關。以上研究表明VDR 基因多態性與脊柱結核的發病呈顯著相關性。

4 IFN-γ 基因

IFN 是一類具有高度種屬特異性且具有多種功能活性的蛋白質，其成分以糖蛋白為主，主要由單核細胞和淋巴細胞產生[23]。IFN 可分為Ⅰ型、Ⅱ型和Ⅲ型，IFN-γ 也稱免疫干擾素，隸屬于Ⅱ型干擾素[24]。IFN-γ 是一種由胸腺衍生細胞在特定激活條件下和自然殺傷細胞分泌的免疫調節劑，其抗結核作用主要通過下調巨噬細胞的產生、限制中性粒細胞的招募以及調節結核分枝桿菌所引起的慢性感染過程中的先天和適應性免疫應答[25]。此外，IFN-γ可激活抗原提呈細胞，通過上傳轉錄因子T-bet 促進Ⅰ型輔助T 細胞分化而發揮抗結核免疫作用。IFN-γ 基因長約6kb，包含有4 個外顯子及3 個內含子，rs2430561 位點與第1 內含子緊密相鄰，該位點的等位基因具有與轉錄因子NK-kβ 結合活性并對IFN-γ 的轉錄具有調控作用[26]。IFN-γ 及其受體的基因變異將顯著削弱機體抵抗結核分枝桿菌的能力，弱毒力結核分枝桿菌感染即會導致椎體破壞、嚴重者可發生椎體塌陷、并導致脊柱畸形和癱瘓。吳太鋒等[27]在研究脊柱結核患者血清IFN-γ 的表達意義時發現，觀察組患者血清IFN-γ 的含量顯著高于對照組，且表達水平受基因多態性的影響，提示IFN-γ在脊柱結核的發病中可能起著一定的作用。胡德新等[26]對78 例脊柱結核患者和100 例健康人群中的IFN-γrs2430561 位點基因多態性與脊柱結核易感性關系的病例對照研究中發現該位點A 等位基因為脊柱結核的易感基因。此外，曹太見等[28]將青海地區藏族脊柱結核患者作為研究人群，經檢測和統計發現試驗組IFN-γ rs2430561 位點的T 等位基因頻率以及 T/T 基因型分布頻率均高于對照組，說明IFN-γrs2430561T 等位基因存在著過度表達。因此，IFN-γ 基因多態性與脊柱結核易感性密切相關。鑒于研究環境、數量以及種族等因素存在差異，干擾素基因及其受體基因與脊柱結核發病的相關性仍需深入研究。

5 IL 基因

IL 是一類由多種細胞產生且能調節細胞間相互作用的淋巴因子。已發現的IL 共有38 種，分別命名為IL-1～IL-38，其在白細胞或免疫細胞應答過程中發揮傳遞信息、活化免疫細胞、促進細胞增殖以及免疫調節等作用[29]。IL 與其受體結合后可激活免疫細胞并調節免疫細胞的增殖，在機體受到結核分枝桿菌感染時起到關鍵性抵抗作用[30]。Ma 等[31]通過對129 例脊柱結核患者以及106 例健康人群IL-10 基因rs1800871（A/G）多態性的檢測分析發現，GG 與AG+GG 基因型分布頻率與AA 基因型相比，差異有統計學意義，攜帶G 等位基因的人群將會增加罹患脊柱結核的風險。曹太見等[28]的研究結果也表明，IL-10-1082、IL12-RB1rs436857 位點的多態性與青海地區藏族脊柱結核的發病呈顯著相關性；Zhou 等[32]的研究納入了163 例中國漢族脊柱結核患者，通過序列特異性引物-聚合酶鏈反應（polymerase chain reaction，PCR）檢測IL-18 基因啟動子-137 位點的多態性發現，等位基因G 可能是脊柱結核的易感因素。以上研究表明IL 基因及其受體基因多態性與脊柱結核易感性有關。

6 小結

目前已有眾多研究集中關注脊柱結核易感性，但是其早期臨床癥狀和影像學表現缺乏特異性，使得當前的實驗室診斷和菌種鑒定無法滿足脊柱結核早期診治的需求，給脊柱結核的早期診斷帶來極大挑戰。基因多態性作為脊柱結核早期診斷的研究熱點正逐步應用于臨床。本研究結果可初步表明，TNF-α、VDR、MCP-1、IFN-γ、IL 基因及其受體基因與脊柱結核易感性存在關聯。深入研究脊柱結核基因層面的易感性以及免疫學機制，將為脊柱結核的預防、早期診斷、治療及預后提供一些新的思路和策略。