腺苷脱氨酶2与血管炎的相关性研究进展

鞠俊，邹丽萍

血管炎是一种具有血管炎症和坏死的临床病理过程，组织病理上表现为血管内皮细胞肿胀，血管壁及血管周围炎性细胞浸润，纤维蛋白样变性或肉芽肿性增生[1]。血管炎临床表现多样，只有少数病因较明确，如药物变态反应及感染所致。根据血管炎好发部位及严重程度进行分类，常见的有变应性白细胞破碎性（坏死性）血管炎、结节性多动脉炎、血栓形成性血管炎、肉芽肿性血管炎及淋巴细胞性血管炎等。各类血管炎继发性组织缺血可影响包括皮肤、肌肉骨骼系统、肾脏、胃肠道、心血管和神经系统在内的任何器官。最近的研究发现，部分血管炎性病变可能与猫眼综合征染色体候选基因1（cat eye syndrome chromosome region，candidate 1，CECR1）突变导致该基因编码的腺苷脱氨酶2（adenosine deaminase 2，ADA2）功能缺陷相关，且由于该基因突变造成的功能缺失与血管病变及炎症表现相关，可导致儿童早期复发性卒中、系统性血管炎等一系列病变[2-4]。本文对新近多项研究中发现的血管炎患者存在CECR1基因突变，并出现ADA蛋白功能缺陷的情况展开综述，以期从遗传学角度探索血管炎的病因。

1 ADA结构功能和分类

ADA是一种氨基水解酶，参与嘌呤核苷代谢过程，能催化腺嘌呤核苷脱氨基变为肌苷，以及脱氧腺苷转变为脱氧肌苷，以调节前者的水平。ADA有两种同工酶，分别是ADA1和ADA2。人类除上述两种酶外，还有ADA样蛋白（adenosine deaminase-like protein，ADAL或者ADA3），其功能不清[5]。ADA1普遍存在于人体内，主要作用是下调其作用底物腺苷和脱氧腺苷的毒性衍生物，保护细胞以免凋亡[6]，ADA1在生物体内具有很高的脱氨效率。研究[7]发现高水平腺苷可以抑制淋巴细胞的激活和增殖。因此，遗传性突变引起的ADA1活性丧失能够导致严重的联合免疫缺陷症（severe combined immunodeficiency disease，SCID）[7]。关于ADA1的结构和激活淋巴细胞的功能已经研究得很清楚，狭义的ADA是指ADA1。ADA2是由CECR1基因编码的包含有511个氨基酸的蛋白质。仅存在于单核-巨噬细胞系统内，其对脱氧腺苷的亲和力较弱，故ADA2在生物体内的脱氨作用极弱。

以往研究表明，ADA2活性在肺结核患者胸膜腔积液[8]，以及人类免疫缺陷病毒（human immunodeficiency virus，HIV）感染个体血清[9]中浓度显著升高，因此将ADA2作为这两种疾病诊断和治疗随访的有效标志物。临床数据也表明，ADA2可能与免疫细胞对结核分枝杆菌（Mycobacterium tuberculosis，MTB）和HIV感染的免疫应答有关。

ADA2不同于ADA1，其生物化学特点被研究得较少。作为分泌型蛋白质，ADA2主要在血浆中表达，但水平较低。近年来，研究人员构建了ADA2的高分辨率晶体结构[10]，表明ADA2是对称的同源二聚体，确定了蛋白质的催化性结构域，还解析了腺苷脱氨酶生长因子（adenosine deaminase growth factor，ADGF）/ADA2特异性结构域，能介导其同源二聚体结合到细胞表面受体。通过蛋白质三维结构分析推测，基因突变可能通过影响蛋白质的稳定性和结构域，以改变蛋白质的功能。与ADA1相比，ADA2具有广泛的糖基化以及保守的二硫键和信号肽，这些突变的位置多位于基因的高度保守序列。

ADA2在早期胚胎发育及免疫系统都发挥作用[11]。编码ADA2的CECR1基因位于22q11.2，该染色体部分三倍体导致与猫眼综合征（cat eye syndrome，CES）相关的发育异常[12]，可见ADA2可能与早期胚胎发育相关。基因比对表明，ADA2是ADGF家族成员之一。Zavialov等[11，13]通过一系列研究发现ADA2由单核-巨噬细胞系统产生，是单核细胞分化为巨噬细胞或树突细胞过程中由抗原提呈细胞（antigen presenting cell，APC）分泌，并且是APC分泌的唯一的ADA产物，分泌水平是由细胞激酶/生长因子调节，可能通过细胞表面腺苷脱氨酶受体（adenosine deaminase receptor，ADR）和蛋白聚糖类结合到细胞表面，与细胞表面分子相互作用，参与细胞内信号转导；并且揭示了ADA2的生长因子样活性，提出ADA2在T细胞依赖性单核细胞分化中起到特异性作用，能促进CD4+T细胞依赖性单核细胞分化为巨噬细胞并出现巨噬细胞增殖。

2 ADA2与血管炎性病变的相关性

结节性多动脉炎（polyarteritis nodosa）是一类累及中小动脉全层的坏死性血管炎。随受累动脉的部位不同，临床表现多样，可仅局限于皮肤（皮肤型），也可波及多个小器官或系统（系统型），以肾脏、心脏、神经、皮肤受累最常见。常在中年或老年时期被诊断，但在儿童时期即出现症状。尽管该疾病临床表现多为非特异性，器官受累和疾病严重程度差异性大，但目前美国风湿病协会提出明确的诊断标准[14]。最近以色列研究人员[2]确定了患有系统型和皮肤型结节性多动脉炎的6个格鲁吉亚犹太家系和德国家系，均为常染色体隐性遗传。所有研究对象均有皮肤症状，大多表现为网状青斑，严重时出现指/趾缺血和坏死，胃肠道症状，肾性高血压，神经系统症状，以及卒中，血管造影常发现微动脉瘤，腹腔动脉（肠系膜，腹腔，肝脏以及肾脏）狭窄，以及肾皮质梗死。研究者对家系中的患者进行全外显子组基因测序，并对家系中其他成员以及其他临床诊断为结节性多动脉炎患者进行了靶基因测序。全外显子基因测序结果显示，所有家系患者均存在CECR1基因的隐性突变，该基因编码ADA2。所有格鲁吉亚犹太人患者均是CECR1 c.139G→A（22号染色体：17，690，429 C→T）导致Gly47Arg氨基酸替换的纯合突变，ADA2的47位甘氨酸在测序的物种中是保守的，被替换为精氨酸后出现功能损害。而所有未患病的亲属均为杂合子或非携带者。对确定的候选等位基因进行人群中靶基因测序验证，推测同族结婚的格鲁吉亚犹太人群中，Gly47Arg携带频率是0.102，这与结节性多动脉炎在该人群中高发率相一致。在德国家系中，受累患者是杂合突变，亦均发生在CECR1基因，为突变编码Arg169Gln（c.506G→A；22号染色体：17，687，997 C→T）以及Pro251Leu（c.752C→T；22号染色体：17，684，454 G→A）的复合杂合突变。该研究随后使用桑格验证在土耳其结节性多动脉炎患者中进行CECR1基因测序，在14例诊断结节性多动脉炎的土耳其散发病例中，发现1名儿童是CECR1损伤变异的复合杂合突变，1个编码Gly47Val（c.140G→T；22号染色体：17，690，428 C→A），另一个编码Trp264Ser（c.791G→C；22号染色体：17，672，663 C→G）。

最近美国的研究者[3]也在CECR1基因的同一位点发现了基因突变。该研究首先在临床工作中发现了3例散发病例，具有共同的症状，表现为间断发热，早发腔隙性卒中以及其他神经血管症状，青斑样皮疹，肝脾大，以及全身性血管炎性病变。对发病的3例患儿及其表型正常的父母进行了全外显子组基因测序，并对3例类似表型的患儿同胞（2例患有结节性多动脉炎的同胞和1例患有小血管炎的患儿）进行候选基因测序。所有患者儿童早期就表现为反复发热，青斑样皮疹。皮肤活检显示间质中性粒细胞和巨噬细胞显著，伴有血管周T淋巴细胞浸润。所有患者均有卒中发作，主要出现在炎症反应期，伴有或不伴发热。颅脑磁共振成像（magnetic resonance imaging，MRI）显示急性或慢性小的皮层下梗死，累及脑深部神经核团和脑干，这与小血管阻塞相一致（腔隙性卒中，亦被归纳为腔隙性疾病谱系障碍）。研究结果在9例患者中均发现了CECR1基因的隐性遗传突变，并且患有结节性多动脉炎或小血管炎的3例患者的突变类型与以色列的家系研究相一致，同为p.Gly47Arg突变的纯合子。除此之外，这些家系中共同存在的突变有p.Gly47Ala、p.Arg169Gln和p.Tyr453Cys突变。研究者将此类系统性血管炎和轻微免疫缺陷并存在CECR1基因突变的疾病定义为腺苷脱氨酶2缺陷（deficiency of ADA2，DADA2）。

NishaGarg等[4]也对1名患有严重血管病变的5岁土耳其女孩进行了基因检测，发现了CECR1基因存在两个新发突变。该患儿自1岁半出现反复发热和皮疹，3岁出现右眼睑下垂和行走不稳，颅脑MRI检查提示延髓梗死灶，4岁半再次出现神经系统症状，结合颅脑MRI检查结果，诊断为急性延髓梗死。5岁时突发发热，头痛，意识不清，影像学检查发现右顶叶颅内出血，血管造影显示大脑中动脉右顶支不规则狭窄，推测为颅内出血导致的血管痉挛和血管炎。患儿急性起病3 d后死于呼吸衰竭。对患儿进行CECR1基因检测发现了两个突变，分别是之前研究中报道的错义突变p.Gly47Arg和c.916C→T导致的无义突变p.Arg306*。作者推测该病为CECR1基因突变导致的严重血管炎性病变。

通过对ADA2蛋白质三维结构分析发现，突变Gly47Arg和Gly47Val可能影响ADA2同源二聚体或者单个亚单位的稳定性，Arg169Gln可能改变受体结合域，突变Pro251Leu和Trp264His可能影响酶活性区，突变的位置多位于基因的高度保守序列。对存在ADA2突变（包括纯合突变和复合杂合突变）的被研究者血清样本进行ADA2活性分析，发现其ADA2活性较对照组显著降低，而未发病的突变携带者的血清样本ADA2活性与对照组相似[2-3]。这验证了在一组表现为特异性皮疹、卒中以及全身性血管炎性病变的患者中存在ADA2功能异常，并且是CECR1基因突变所导致的。

3 ADA2缺陷导致血管炎性病变的机制探讨

血管炎性病变特点是患者发病年龄、严重性和器官累及情况高度不同，甚至在同一家系内，以及在具有同样病变特征的患者个体间也有很大的差异[2-4]。血管炎各亚型间症状交叉，临床上表现多样，从儿童期严重的或者致死性系统性血管炎或多发卒中，到中年患者可能仅表现为皮肤改变，这种多样性是由特异性突变和其他因素（如环境、遗传或者两者皆有）所致[3]。目前临床应用检测生化标志物水平，例如在中小血管血管炎中发现抗中性粒细胞胞浆抗体（antineutrophil cytoplasmic antibodies，ANCA）阳性，能提高血管炎性病变的诊断能力。新近发现的CECR1基因突变导致的ADA2功能缺陷被确定为结节性多动脉炎等血管炎性病变的原因之一，将该基因突变的发现作为基础，将有助于对血管炎性疾病的分子分类研究。

结节性多动脉炎等血管炎性病变作为一种免疫功能紊乱疾病，与ADA2的作用性质相符，对疾病的发病机制提出了新的观点。ADA2是主要的细胞外腺苷脱氨酶，ADA2的缺陷使细胞外腺苷增多，腺苷信号能减缓急性疾病状态下（尤其是缺血缺氧）的炎症反应，腺苷水平的慢性增加通过延长炎症反应，可能促进组织损伤和纤维化[15]，这反映了在炎症反应中腺苷作用的复杂性。这些都应进行进一步研究，以明确全身性ADA2活性减低是否能通过影响腺苷炎症反应途径，导致血管炎的发生。

对斑马鱼和人类ADA2缺陷的患者研究表明，ADA2是内皮细胞、白细胞发育和分化的生长因子，ADA2缺陷可能损伤内皮细胞完整性，使巨噬细胞和单核细胞亚群向促炎细胞分化，导致血管病变和炎症的恶性循环[16-18]。ADA2缺陷表现为其催化活性受损和生长因子活性受损。微动脉瘤和网状青斑样皮疹这两个症状共存也是胸腔动脉瘤（由平滑肌α肌动蛋白突变导致的动脉壁结构性疾病）的特点。由这种结构性突变导致的非炎症性闭塞性血管病易引发网状青斑样皮疹和缺血性卒中[19]。ADA2缺陷患者以反复发热，网状青斑样皮疹，反复卒中发作以及全身性血管炎症反应为临床特征，是否具有类似结构性突变或者与上述结构性突变存在关联，可以采用细胞和动物模型进行直接验证研究。

总而言之，新近多项研究发现了CECR1基因突变导致ADA2功能缺陷的单基因遗传病，主要表现为间断发热、网状青斑样皮疹、反复卒中发作以及全身性血管炎性病变，与以往我们明确的血管炎性病变（如结节性多动脉炎）存在症状交叉。有研究者[2]将其定义为“DADA2”，尚待通过家系调查及机制研究对新认识的疾病有全面的了解，对发病机制进行进一步探讨。

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【点睛】

部分血管炎性疾病与CECR1基因突变导致ADA2功能缺陷相关。