宿主基因多态性与结核病易感性的相关研究新进展

石佳，马笑雪

(中国医科大学基础医学院病原生物教研室，辽宁沈阳110001)

结核病是由结核杆菌引起的一种慢性和缓发的传染病，主要通过呼吸道传播，一年四季均可发病，15岁到35岁的青少年是结核病的高发人群。80%的结核感染初次发生在肺部，其他部位如骨骼、皮肤、结肠、腹膜、脑膜也可发生继发感染。近几年，随着环境污染和艾滋病等免疫力障碍疾病的传播，结核病发病率呈现高发态势。据报道，我国是结核病高发国家之一，有近三分之一的人口感染了结核杆菌，受感染人数超过4亿，现有肺结核病人约500万。研究表明，受结核菌感染的人群中，10%会发展为结核病。如果不采取有效的控制措施，预计在未来的10 a中，我国将有近5 000万人口可能罹患结核病。研究显示(图1)，结核杆菌侵入人体后，人体内的免疫应答系统包括固有免疫、适应性免疫等会发生一系列的反应和变化:启动固有免疫-激活吞噬细胞，P2X受体上调，促使结核杆菌死亡;启动适应性免疫-激活T细胞，产生一系列细胞因子-增强巨噬细胞杀伤结核杆菌能力;同时刺激B细胞产生抗结核杆菌抗体。调查显示，即使同为结核杆菌的感染者，其感染结局也会截然不同，由此推断存在不同宿主对结核杆菌敏感性不同的可能性。因此相当一部分学者应用候选基因筛选、病理对照、基因连锁分析等方法，对宿主基因多态性与结核杆菌易感性进行研究，目前发现宿主的HLA、细胞因子和细胞因子受体(如IFN-γ、IL-12、TNF-α等)、模式识别受体等基因与结核杆菌易感性有关［1］。而其中研究最深入的是HLA基因。本综述就这些基因与结核易感性的现状加以归纳总结。

图1 结核杆菌进入人体后体内免疫系统系列反应Fig.1 Series of reactions occured in immune system when mycobacterium tuberculosis entered the human body

1 宿主HLA相关基因型与结核病的发生相关性

人类白细胞抗原(HLA)为组织相容性，在人类复杂的免疫反应调节中起着重要的作用，它因传染病选择的压力导致出现最大程度的多态性。HLA基因多态性在器官移植或抵抗自身免疫和传染性等疾病中起着重要作用，其中也包含结核病［2］。HLA基因(人类白细胞抗原基因)位于6号染色体的短臂上，约3 500 kb。HLA复合体分为3类:Ⅰ类位于染色体端粒端，分为HLA-A基因、HLA-B基因、HLA-C基因。HLA-Ⅰ类基因编码的蛋白质主要参与呈递内源性抗原。内源性抗原(endogenous antigen)是指在抗原提呈细胞内新合成的抗原，如病毒感染细胞合成的病毒蛋白、肿瘤细胞内合成的肿瘤抗原和细胞内感染细菌的产物等。内源性抗原在细胞内合成后经加工处理，以抗原肽-MHCⅠ类分子复合物形式提呈给CD8+T细胞。T细胞的TCR特异性识别并与APC表面抗原肽-MHC分子复合物结合，在细胞间黏附分子及细胞因子协同作用下，活化T细胞、介导免疫应答;Ⅱ类接近于染色体的着丝点，主要有DR、DQ、DP 3个亚区。HLA-Ⅱ基因编码的蛋白质主要参与呈递外源性抗原［3-4］。外源性抗原(exogenous antigen)是指抗原提成细胞通过吞噬或吞饮等作用从细胞外摄入的抗原，如胞外寄生细菌及其产物、细胞抗原、可溶性蛋白质抗原等。此类抗原首先需被APC摄取，在经过细胞内多种溶酶体酶的消化，降解为抗原肽，再与MHCⅡ类分子结合，提成给CD4+T细胞;Ⅲ类位于Ⅰ类和Ⅱ类之间，编码的蛋白质不参与抗原呈递，有些则参与补体途径，以及一些非免疫相关性基因如热休克蛋白［4］。

1.1 HLA-Ⅰ类基因

HLA-Ⅰ的等位基因A、B已经过科学家多次证实，其基因多态性与结核病有一定的内在联系。而C等位基因是否与结核病存在着一定关联还有待探究。V.Vijaya Lakshmi［5］应用病理对照分析得出HLA-B51等位基因在结核病患者中高显的结论，而HLA-B52等位基因则在健康人群中高显。S.Raghavan［6］应用病例分析、统计分析等方法对印度南部进行调查研究，表明HLA-A11是结核感染的保护基因，而HLA-B40为结核病易感基因。Rika Yuliwulandari［2］应用基因测序、统计分析等技术，对HLA-Ⅰ基因与结核病之间的关系进行了进一步研究，发现HLA-B*4006与结核病首次感染有关，而HLA-B*1802、HLA-B*4001则与结核病的反复感染有关。虽然很多学者发现了许多HLA-Ⅰ类的等位基因与结核病有关，但不论是病例对照还是基因检测都有着区域限制。例如，加拿大和高加索人群的肺结核与HLA-B基因8相关［7］，埃及和北美黑人的肺结核病与HLA-B5基因相关［8］，而波兰人的肺结核病则与HLA-B62有关［9］。

1.2 HLA-Ⅱ类基因

关于HLA-Ⅱ类基因与结核病之间的联系，此前N Lucena-Silva［10］使用家族结核病接触模式，发现HLA-DRB1*04在家族式结核病中高显，而HLA-DRB1*15则低表达。同时Rika Yuliwulandari［2］提出HLA-DR等位基因与结核的易感性有关。之后U.Shankarkumar［11］又提出HLA-DQ亚区在结核病患者和健康者之间存在着差异，指出HLA-DQB1*0902、HLA-DQB1*03103、HLADQB1*050201在结核病患者中急剧增加，而HLA-DQB1*030101、HLA-DQB1*050301、HLADQB1*060101在结核病患者中急剧减少。

但是，HLA-Ⅱ基因虽然与结核易感性有关，但在不同种族之间存在差异。对于HLA-DR区域研究就存在着种族或区域差异，在印度、俄罗斯、印度尼西亚发现肺结核的发病与HLA-DR2有关，而北美黑人肺结核发病则与HLA-DR5有关，同时还发现HLA-DR3可能是结核病易感保护基因。而对于HLA-DQ区域研究也有着区域的差异。在泰国结核病保护基因为HLA-DQB1*0502，而越南的结核病保护基因为HLA-DQB1*0503，对于DP区域的研究较少。在我国南北方之间也存在着差距，王敬慧等［12］报道HLA-DR15基因与中国北方汉族人肺结核病易感性有关，而刘志辉等［13］报道HLA-DR16基因与中国南方汉族部分人群肺结核易感性相关。

1.3 HLA-Ⅲ基因

目前对于HLA-Ⅲ类基因的研究报道较少，乌兹别克斯坦人肺结核患者TNF-α308基因高度表达，认为其为易感基因。我国专家纪春梅［14］发现，TNF-β基因突变与肺结核相关而TNF-α-238基因型与肺结核发病无相关性。而Selvaraj等［15］在印度所做的一项研究认为，TNF-α与TNF-β基因均与肺结核无明显相关，但与其他基因连锁分析则有一定的意义。因此对于HLA-Ⅲ基因与结核病的联系有待进一步深入研究。

2 非HLA基因型与结核病的关系

2.1 巨噬细胞蛋白1(NRAMP1)基因

巨噬细胞自然抗性相关蛋白-1(nature resistance associated macrophage protein-1，Nramp-1)基因与鼠中bcg/lsh/ity基因是同一基因，影响宿主对包括鼠伤寒沙门菌、杜氏利什曼原虫、卡介苗分枝杆菌等胞内病原体的早期反应，来抵抗这些病原体。鼠Nramp-1基因单个核苷酸改变是卡介苗分枝杆菌易感性表现型的惟一原因，研究表明，人Nramp-1基因序列与鼠Nramp-1基因序列有89%相同，由此可以推测，人的Nramp-1基因的多态性与分枝杆菌易感性相关。Nramp-1可通过改变吞噬溶酶体内环境限制胞内病原体的繁殖。其原理可能是:Nramp-1基因具有一定的多态性，包括蛋白调节序列的3个多态(启动子3、UTR和D543N)，所以不同人群中有着不同的表达，Nramp-1基因在吞噬小体上的表达对吞噬溶酶体内形成Mn2+和Fe2+的浓度不同来影响结核杆菌的繁殖［15-17］。

2.2 维生素D受体(VDR)基因

维生素D受体(Vitamin D Receptor，VDR)基因，此基因为维生素D3编码的细胞核激素受体，属于反式转录调节因子家族，与类固醇和甲状腺激素的受体有序列相似性，人类的VDR基因位于12q13.11，该基因存在数个多态性位点。这些位点可依次被限制性内切酶BsmI、TaqI、ApM和FokI识别，从而将不同个体区分为不同的基因型。维生素D的代谢产物1，25-二羟基维生素D，是重要的免疫调节物，它通过激活巨噬细胞及影响免疫应答来提高杀灭细菌的能力。维生素D还能抑制巨噬细胞中结核杆菌的生长。Wilkinson RJ等对结核高发的伦敦西部亚洲移民进行了调查研究，对126例未处理的结核患者和116名对照的健康者的VDR上的Taql、Bsml和Fokl多态性进行研究，结果发现单独的VDR多态性与结核没有明显关联，但是基因型1T/Tt和血清维生素D缺乏的双重因素则和结核有关，而基因型ff或血清维生素D测不到者和结核易感性有着密切的联系。

2.3 Sp110基因

Sp110基因是一种蛋白编码基因，属于核小体Sp100/Sp140家族，编码白细胞特殊核小体的组件，包含了Sp100区，SAND区，核定位序列(NLS)以及细胞核激素受体结合域(NRB)等多种功能结构区，位于2号染色体上的2q37.1位点上。Sp110这种多蛋白复合体在基因转录，激素受体信号传递，诱导髓样细胞分化，细胞凋亡，病毒复制等方面都有重要作用。Kerrie Tosh等对冈比亚219个家庭研究发现Sp110上的3个片段的多态性和结核有关，分别是rs2114592、sp110intl0和rs3948464。虽然调查研究中显示rs3948464的C等位基因、sp110intl0的A等位基因、rs2114592的C等位基因都与结核病易感性有关，但是不同人群的易感性片段也不相同［18］。

2.4 P2X7基因

人类P2X7基因定位于人染色体12q24上，编码人类P2X7受体，P2X7受体是一个高表达于人类和鼠类巨噬细胞表面的配体一门控离子通道。研究证实P2X7基因是一个高多态性的基因，该基因上存在的一些单核苷酸多态性可以引起P2X7受体功能的缺失。而现在主要的研究是倾向于对1513和-762的多态性研究。我国专家经过Meta分析研究，其结果提示人群P2X7基因1513多态性位点与结核易感性相关，而-762多态性位点与结核易感性不相关［19-20］。

2.5 嗜乳脂样蛋白2(BTNL2)基因

嗜乳脂样蛋白2(BTNL2)基因位于染色体6p21.3的MHCⅡ区域，属于B7受体家族基因。理论上入侵的结核杆菌被吞噬细胞吞噬后，把抗原信号呈递给T淋巴细胞使之活化，T淋巴细胞活化需要抗原识别和协同因子共同刺激，而嗜乳脂样蛋白2是一种负协同因子，它抑制T淋巴细胞活化。并且有研究显示在结核病小鼠模型中结核杆菌诱导单核巨噬细胞嗜乳脂样蛋白2表达来增加结核易感性。我国专家应用SNaPshot SNP分型等技术研究表明，嗜乳脂样蛋白2基因多态性单个位点与结核病无显著联系。但在研究中发现的9个单倍体型C-A-T-G-C-G单倍体型和CG-T-G-C-G单倍体型与中国人群结核病的易感性有显著关系［21］。

2.6 甘露糖结合凝集素基因

甘露糖结合凝集素(mannose binding lectin，MBL)是Ca2+依赖型凝集素家族中的一员，是机体天然免疫系统中一个重要的补体激活蛋白，MBL缺损可引起机体调理吞噬功能低下，导致各种病原体的反复感染等疾病。MBL基因(mbl2)位于第10号染色体上，血清MBL低下或MBL缺损的主要原因是MBL外显子1内52、54和57位密码子出现了结构基因突变，相应的突变型命名为B、C、D，野生型命名为A。此外，在MBL5'非翻译区及启动子区也具有较高的多态性。SCborg等采用聚合酶链反应—序列特异性引物(PCRSSP)方法研究，发现低表达的MBL基因型XA/O可能对结核易感性有保护作用，而高表达的基因型或MBL基因型缺失则没有这种保护作用。此外，E1 sahly等对非洲裔美国人群的MBL基因型进行分析，发现B等位基因对结核易感性起到保护作用。与此同时，Fitness等对马拉维Karonga区人群MBL基因进行分型发现MBL等位基因型与结核病无关。以上不同研究结果之间存在着差异，这有待进一步证实［22］。

2.7 肿瘤坏死因子(TNF)基因

肿瘤坏死因子α主要由巨噬细胞产生，肿瘤坏死因子β主要由淋巴细胞和自然杀伤细胞产生，虽然两者来源于不同的细胞但它们的生物作用极为相似，肿瘤坏死因子在体内具有抗肿瘤、抗病毒感染、诱发炎症反应以及刺激某些正常细胞的生长的作用。肿瘤坏死因子基因与人类主要组织相容性复合体基因紧密连锁，同时肿瘤坏死因子α和β之间也紧密连锁，同时位于第6号染色体6p23～6q12之间。2003年，Scola在西西里岛发现TNF-α的-308G-A多态性同保护机体免受结核病感染有关;2005年，Correa在哥伦比亚发现TNF-α的-308A-238G单倍型也具有保护性［11］。因此认为肿瘤坏死因子基因的多态性与结核病易感性之间存在着一定联系。

2.8 γ干扰素(IFN-γ)基因

人类IFN-γ基因位于l2号染色体长臂1区4带(12q14)，全长6 kb，包含4个外显子，3个内含子。IFN-γ的主要功能是活化巨噬细胞。上调其表面MHC-Ⅰ、MHC-Ⅱ、协同刺激分子CD80/86等分子的表达，促进诱导型一氧化氮合酶(iNOS)的产生，激活巨噬细胞的氧依赖性和氧非依赖性杀菌系统。使巨噬细胞获得杀灭胞内寄生菌的能力。同时其抗原呈递能力进一步加强，从而扩大抗结核的免疫效能。研究者首先对意大利西西里人群中45例结核病患者、97例健康对照的基因型进行了分析。分析结果认为IFN-γ基因第1个内含子存在着+874T-A的单核苷酸多态性。而其中+874IT基因型与高IFN-γ产量有关，即结核病的保护性基因型［23］。

2.9 IL-12基因

IL-12是白细胞介素12，主要由单核-巨噬细胞、B细胞产生，可激活和增强NK细胞杀伤活性及IFN-γ产生。2004年Tso通过健康者和结核患者基因对照发现了IL-12 p40亚单位的2种基因多态性同结核病的易感性有关。拥有纯合子的IL12B基因的内显子2个重复的ATT，其患结核病概率是平常的2.1倍。这一调查表明IL-12与结核易感性有关［24-25］。图2为IL-12的依赖干扰素γ对结核杆菌反应模式图(包括肿瘤坏死因子(TNF)的作用)。

图2 IL-12的依赖干扰素γ对结核杆菌反应模式图［1］Fig.2 The response of IFN-γdepending IL-12 to Mycobacterium tuberculosis infection［1］

3 讨论

综上所述，除了人类白细胞抗原(HLA)多个等位基因片段与宿主对结核病的易感性具有相关性外，另有9个宿主基因的多态性与结核病易感性相关。相信伴随结核杆菌基因组学研究的不断深入和发展，将有更多的与结核病发生、发展及疾病转归相关的候选基因出现，而针对结核易感基因的探索不仅有利于结核病的预防，更将为结核病的治疗提供有意义的作用靶点，成为人类攻克结核顽疾的得力研究武器。

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