维生素D受体基因多态性与肺结核易感性关系的研究进展

结核是一种古老的慢性传染病,近年来,随着分子生物学技术迅猛发展,人类对结核病的认识不断深入。从20世纪70年代起,以家族研究为基础的连锁分析和以病例对照研究为基础的关联分析使人们再次认识到结核病与遗传因素有关[1]。流行病学调查发现结核病的易感性有种族差异,与黑种人和爱斯基摩人相比,白种人对结核杆菌有更强的抵抗能力。双生子研究也发现,同卵双生子比异卵双生子有更高的同病率(前者为70%～80%,后者为30%)。Comstock和Stead等的研究也强烈提示遗传因素在结核杆菌致病中起重要作用[2-3]。

既往有许多研究者对人类结核病的易感基因进行了筛选,包括维生素D受体(VDR)基因、自然抗性相关巨噬细胞蛋白1基因、人类白细胞抗原基因等[1]。VDR基因最初因为其与骨质疏松症的关联而受到重视,随之发现该基因的多态性与癌症、骨关节病、甲状旁腺机能亢进症、感染性疾病等均存在关联。近年来,国内外学者对VDR基因多态性与肺结核易感性进行了广泛研究,现综述如下。

1 VDR基因的结构与功能

人类VDR基因位于常染色体12q13.11上,基因组DNA全长75 kb,由9个外显子和8个内含子组成。尽管不同种属的VDR分子量存在较大差异,但它们的结构及氨基酸组成极为相似。VDR包含427个氨基酸残基,分子量为50 kD,功能上主要分为5个结构域:A/B区(1～24)、DNA 结合区 (DBD)(24～91)、铰链区(91～115)、配体结合区 (1igand binding domain,LBD)(115～409)和AF-2区(409～427),分别称为A/B、C、D、E、F 5个功能区,每个功能区分工不同但又相互协作。A/B区为不依赖配体的细胞、组织特异性的转录激活自主调节功能区AF-1(activation function-1 domain)。C区主要参与DNA序列识别,也部分参与二聚体的形成。E区相对较大,功能也较多,主要参与:(1)配体结合;(2)视黄酸X受体(RXR)形成二聚体;(3)形成配体依赖的转录激活/抑制功能区AF-2,并与AF-1协同作用。此外,E区对DNA识别也有协同作用。D区和F区的功能不详,D区可能是一个绞链区,并可能与核受体定位有关。

VDR基因是激素受体家族中的一员,与类固醇和甲状腺激素的受体序列有相似性,共同特征是具有高度保守的DNA结合区及一定保守性的配基结合区。维生素D的活性代谢产物1,25-(OH)2-D3是重要的免疫调节物之一,它可能参与了机体对结核分枝杆菌的宿主免疫反应,而这些生物学活性主要由VDR介导。1,25-(OH)2-D3激素信号分子在靶细胞与VDR结合形成激素-受体复合物,该复合物作用于特定的DNA序列,从而对结构基因的表达产生调节作用。因此,VDR在本质上是一种配体依赖的核转录因子,属于配体激活的受体超基因家族,它在维持体内矿物质动态平衡、钙及磷酸根代谢、骨代谢、多种组织细胞的生长分化和免疫调节等方面起非常重要的作用。

2 VDR基因多态性

编码VDR的基因存在多态现象,这种多态可影响宿主对结核病的易感性。VDR基因包括多个多态性位点,目前研究较多的有4个,即rs731236、rs2228570、rs1544410、rs7975232 位点,分别对应限制性内切酶TaqI、FokI、BsmI和ApaI的酶切位点,一般用b、a、t、f表示该基因存在4种内切酶的多态性位点,用B、A、T、F表示缺乏4种内切酶的多态性位点。

rs2228570(Fok1)位点位于5′端第2外显子处,其多态性表现为5′端第2外显子处第一个起始密码子ATG上的T→C变异,从而造成一个潜在的ATG起始位点与转录因子IIB不能有效地相互作用,最终翻译出的蛋白质少了3个氨基酸,从而影响蛋白质的正常功能,不仅使转录效率降低了1.7倍[4],而且导致VDR不能有效结合1,25-(OH)2-D3,使其协助单核巨噬细胞抑制结核分枝杆菌胞内生长的作用显著降低。此位点多态性可产生2种不同长度肽链的VDR分子,多项研究发现由“F”基因编码的短链反应比较活跃,FF基因型者外周血单核细胞中VDR的mRNA水平比ff基因型者高19.7%[1]。

rs731236(Taq1)位点位于3′端第9外显子中,其多态性是由于第352个密码子上的同义突变造成的,即T→C突变使密码子ATT变为ATC,两者均为异亮氨酸的密码子。Taq1多态性中,T基因被认为是结核病的易感基因,t基因为保护基因。有研究显示TT基因型表达VDR的mRNA水平和蛋白水平最高,较tt者分别高25.8%和72.9%[5]。

rs7975232(Apa1)和rs1544410(Bsm1)位点均位于VDR基因3′端的内含子8,其多态性不影响编码氨基酸的序列,能合成正常的VDR蛋白,不影响其生物学功能的发挥。

3 VDR基因多态性与肺结核易感性的关联研究

Bellamy等[6]1998年首次在西非人群中报道VDR基因多态与结核易感性有关;1999年,Bellamy等[7]再次报道,VDR基因多态与非洲人结核病的发病有关。2000年以后,中国大陆和加拿大等国相继有研究报道VDR基因多态与结核易感性相关[8-9]。Liu等[8]不仅在藏族,还在我国汉族人群中研究证实Fok1的ff基因型为结核病易感基因型,该结论与Selvaraj等[10]以及刘玮等[11]的研究结论一致。Liu等[12]进一步阐释了VDR基因与结核病易感性的关联机制,指出Toll样受体在人类巨噬细胞的活化上调了VDR基因与维生素D1羟化酶基因的表达,诱导抗菌肽(cathelicidin)的产生,有助于杀灭胞内分枝杆菌;非裔美国人因为1,25-(OH)2-D3血清水平过低,不能促使抗菌肽信使RNA产生,从而对结核病易感。Gao等[13]在前人所作的系统综述和Meta分析的基础上继续研究,认为在亚洲人群,Fok1 ff基因型携带者结核病发病风险约增加1倍(OR=2.0,95%CI:1.3～3.2)。王喜等[14]对新疆哈萨克族人群的研究结果显示,VDR-Ff基因型为肺结核的危险因素。

Freidin等[15]对俄罗斯的图瓦族人群的结核易感基因进行研究发现图瓦族Bsm1位点的b基因型与结核易感性显著相关。在马拉维HIV阳性的结核患者中,VDR基因Bsm1多态似乎对结核的发病起到保护作用[16]。Gao等[13]Meta分析结果所示,在亚洲人群,Bsm1 bb基因型携带者结核病发病风险则显著降低(OR=0.5,95%CI:0.4～0.8)。

对于Taq1位点,Bellamy等[17]在西非冈比亚人中的研究发现编码密码子352的Taq1tt基因频率在结核病人中低得多。Selvaraj等[18]认为Taq1多态性与印度女性结核病易感性有关。陈丹丹等[19]在宁夏回族人群中开展的大样本病例对照研究结果显示,VDR-(TT+Tt)、男性VDR-TT基因型可能是肺结核病的保护因素;VDR-(FF+ff)、回族VDR-(FF+ff)基因型可能是肺结核发病的危险因素。此外,在西非的病例对照研究显示Bsm1、Apa1和Taq1存在明显的连锁不平衡,这几个多态位点构成的单倍型与结核易感性有关[20]。

然而,亦有许多研究证实VDR基因与结核病易感性无关。Bellamy等[21]通过全基因组扫描研究,未在VDR基因中发现有统计学意义的结核病遗传易感性多态位点。冯福民等[22]在中国唐山的研究中未发现VDR基因多态与汉族人肺结核发病风险存在有统计学意义的关联。

2009年Merza等[23]对伊朗结核病患者进行研究,未发现VDR基因Fok1位点与结核病存在关联,这与Liu等[1，8]在唐山地区的汉族人群、高玉婧等[24]在宁夏、Soborg等[25]在东非的坦桑尼亚、焦伟伟等[26]在中国汉族人群、孟宪杰等[27]在新疆维吾尔族人群中研究结论一致。对于Bsm1位点,Freidin等[15]对Tomsk州的俄罗斯民族人群的结核易感基因进行研究发现:俄罗斯族的VDRb基因型与结核易感性无明显相关性。陈雪融等[28]对我国藏族人群的研究未见Taq1多态性与肺结核发病存在关联。对于Apa1位点,2007年Soborg等[25]以东非的坦桑尼亚人群为研究对象,发现VDR基因的多态性位点Apa1的基因型分布频率在结核病患者和对照者间的分布无显著差异性。

一些Meta分析结果也显示,VDR基因多态性与结核病易感性无显著关联。比如,2005年,Lewis等[4]对VDR基因多态性与结核病易感性关系的Meta分析指出,目前得出VDR基因Fok1多态性及Taq1多态性与结核病易感性有关的结论尚为时过早。因为在伦敦、西非等国家和地区的研究中均未发现VDR基因多态性与结核病相关[9,20]。杨本付等[29]对VDR基因多态性与肺结核易感性做了Meta分析,结果表明各地的研究结果存在差异,尚不能认为VDR基因多态性是肺结核易感性的影响因素,VDR基因可能与别的易感基因存在连锁不平衡。

4 展望

综上所述,国内外学者对VDR基因多态性与肺结核易感性的研究结果并不一致。原因可能在于:(1)VDR基因多态性存在种族差异。(2)结核病的发病是由多个基因共同调控的,可能VDR基因的调控作用不占据主要地位。因此,其结果会由于样本选择的不同而受到影响。(3)VDR 基因可能与别的基因存在连锁不平衡。总之,我们目前尚不能证实VDR基因多态性与结核病易感性的关系是否真正成立,因为我们不能排除这是VDR与NRAMP1、TNF等功能基因连锁不平衡造成的假象,无法证实这些突变点会引起基因功能改变。因此,VDR基因多态性在肺结核发病中所起的真正作用及其与环境、其他易感基因间的交互作用还需进一步研究确定。随着研究的进一步深入,人们一定能揭示人类肺结核发生的相关的遗传学基础,使我们能从基因水平定位高危人群,最终为临床对结核病的诊断、治疗及进行流行病学研究服务。

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