分枝杆菌感染易感基因的研究进展

陈志明 姜海琴 王洪生

·综述·

分枝杆菌感染易感基因的研究进展

陈志明 姜海琴 王洪生

人致病性分枝杆菌主要有结核分枝杆菌、麻风分枝杆菌和非结核分枝杆菌，是严重危害人类健康的病原微生物之一，其感染与宿主遗传背景关系密切。研究表明，宿主基因在分枝杆菌感染中起重要作用。近年来通过全基因组关联分析、人群候选基因研究、基于家庭连锁分析和罕见易感个体基因分析，发现和分枝杆菌感染易感相关的基因有 IL12B、IL12RB1、IFNGR1、IFNGR2、TLRs、NOD2、MRC1、IRGM、NRAMP1、VDR及LTA4H等，研究这些基因为揭示分枝杆菌感染免疫机制提供可能，同时也为麻风和结核高危人群的筛查，预防提供理论依据。

分枝杆菌感染；基因；结核分枝杆菌；麻风分枝杆菌；非结核分枝杆菌

分枝杆菌是一个庞大的家族，普遍存在于自然界中。人致病的分枝杆菌主要有3大类：结核分枝杆菌、麻风分枝杆菌和非结核分枝杆菌。麻风在发展中国家依然是重大疾病的负担，结核病控制形势依然严峻，临床上非结核分枝杆菌感染也越来越常见。然而，这些患者仅占接触者的5%～10%，除受营养状况、疫苗接种因素等影响外，宿主的基因也起重要作用。

1 白细胞介素（IL）12/23、干扰素（IFN）γ轴与分枝杆菌感染

IL-12和IL-23主要由激活的巨噬细胞和树突细胞分泌，它们有共同亚基IL-12p40。IL-12或IL-23与天然杀伤细胞或T细胞表面受体结合，启动 IFN-γ 表达，继而启动固有免疫［1］。编码IL-12/23、IFN-γ轴基因突变可导致机体免疫清除胞内感染病原菌的异常，个体表现为对低致病性的分枝杆菌，如卡介菌、非结核分枝杆菌等易感。

1.1 IL12B和IL12RB1与分枝杆菌感染：IL12B位于染色体5q31.1-q33.1，编码IL-12p40。目前，莱顿开变异数据库（Leiden open variation database，LOVD）记录在库的患者454例，特异性DNA突变11个；而IL12RB1位于染色体19p13.1，编码IL-12受体β1，记录在库的患者199例，特异性DNA突变186个。IL12B的突变影响IL-12/IL-23的合成，而IL12RB1突变影响细胞对IL-12/IL-23的反应。患者中IL12B高频突变依次为：320ddupA，298_305del,169A＞ C，527_528del，482+83_856-855del；IL12RB1高频突变依次为：1791+2T＞G,1623_1624delinsTT,783+1G＞A，518G＞ C,64+2T＞G［2］。IL12A和IL12RB2突变引起机体免疫异常的报道较少，可能与IL-12p40和IL-12β1是IL-12和IL-23信号通路的共同部分，具有不可替代的作用有关。除了基因突变可引起分枝杆菌的易感，Ali等［3］通过单核苷酸多态性（SNP）分析，发现IL12B基因中SNP rs2853694和麻风易感相关，IL23R基因的拷贝数和少菌型麻风易感相关。

作者单位：210042南京，中国医学科学院 北京协和医学院 皮肤病研究所麻风分枝杆菌实验室

1.2 IFNGR1和IFNGR2与分枝杆菌感染：IFNGR1位于染色体6q23-q24，有7个外显子，目前LOVD收录有来自30多个国家和地区121例患者的35个突变，高频率的突变依次为：819_822del，260T＞C，188T＞G，其中位于第6个外显子的819_822del突变使IFN-γ受体1胞内段近端蛋白翻译提前终止，在超过50%的患者中检出。提前终止的IFN-γ受体1虽然和IFN-γ亲和力正常，但由于缺少和JAK1、STAT1结合的区域，无法完成信号转导。IFNGR2位于染色体21q22.1，也有7个外显子，目前LOVD收录有来自波兰、法国等10个国家的20例患者的20个突变，高频的突变是：191A＞G，466A＞C，544A＞G，708A＞T，889G＞A［2］。这些突变引起靶细胞对IFN-γ无反应，巨噬细胞和树突细胞清除胞内菌感染受阻。

2 模式识别受体和吞噬受体基因与分枝杆菌感染

模式识别受体中，Toll样受体（TLR）和核苷酸结合寡聚化结构域2（NOD2）可识别分枝杆菌，而甘露糖受体在介导麻风杆菌进入施旺细胞和巨噬细胞中发挥重要作用。相关基因突变可导致麻风杆菌的识别和清除障碍，从而发生免疫逃逸。

2.1 TLR与分枝杆菌感染：分枝杆菌免疫相关的TLR 为 TLR-1、2、4、6和 9，其中 TLR2 在识别分枝杆菌中最重要，TLR2可以和TLR1或者TLR6形成异二聚体将分枝杆菌病原相关分子模式信号通过MyD88和TIRAP适配体转导而激活巨噬细胞和树突细胞。TLR4则结合CD14和MD2识别脂多糖，通过MyD88独立或者MyD88依赖信号通路启动信号转导。Zhang等［4］进行的 Meta分析结果显示，TLR2 G2258A增加亚洲和欧洲人患结核病风险，而TLR1 G1805T增加非洲人和美国白人患结核风险。Wang等［5］进行的 Meta分析结果显示，TLR2 2258G等位基因可能是结核保护因素。Torres-García 等［6］对墨西哥印第安人进行病例对照研究提示，TLR9 rs352139A多样性可能与该地区结核发病相关。

2.2 NOD2与分枝杆菌感染：NOD2广泛参与细胞内病原微生物的识别和炎症应答过程，是联系天然免疫与特异性免疫的重要桥梁。NOD2多态性与结核和麻风易感相关性被广泛报道。Khalilullah等［7］研究发现，非裔美国人中，Pro268Ser和Arg702Trp突变是结核易感保护因素，而Ala725Gly则是结核易感危险因素。Zhao等［8］进行的病例对照研究，分析了中国汉族、维吾尔族和哈萨克族人群中NOD2 SNP与结核易感的相关性，结果显示，汉族人群中，Arg587ArgSNP是结核易感的危险因素。NOD2 SNP和麻风易感关系也很密切，Zhang等［9］在麻风患者进行的全基因组关联分析以及另外3个在中国进行的独立研究，确认了 NOD2SNP（rs9302752和rs7194886）与麻风易感相关。Berrington 等［10］对尼泊尔进行的病例对照研究中，发现位于NOD2启动子的 SNP（rs8044354，rs8043770）和位于内含子的 SNP（rs13339578，rs4785225和 rs751271）和当地麻风易感有关。

2.3 MRC1与分枝杆菌感染：MRC1编码甘露糖受体，是C型凝集素模式识别受体之一。甘露糖受体能识别并结合分枝杆菌胞外结构，在抗原提呈中起重要作用。越南进行家庭连锁分析和巴西进行的病例对照研究发现，MCR1第7位外显子的非同义突变G396S和麻风的易感相关，其中在越南大样本家庭分析中发现，S396基因型是多菌型麻风的一个保护因素，而在巴西的病例对照组结果显示，S396-A399-F407的单倍型是麻风的保护因素。Wang等［11］在云南汉族人群中进行的病例对照研究也发现，MRC1的两个变异rs692527和rs34856358与多菌型麻风易感相关。Zhang等［12］发现，第7位外显子的G1186A突变是新疆维吾尔族人群的肺结核易感因素。

3 自噬相关基因IRGM与分枝杆菌感染

自噬相关基因免疫相关鸟苷三磷酸酶（IRGM）基因位于染色体5q33.1，IRGM蛋白诱导巨噬细胞发生自噬，在胞内菌的清除过程种起重要作用［2］。研究表明，IRGMSNP和结核以及麻风的易感性相关。目前文献报道的 SNP有 9个（rs13361189.rs73282255、rs4958846、rs10051924.rs7255865、rs9637876、rs72553867、rs10065172、rs4958847）［13］。Song 等［14］确认了 IRGMSNPrs10065172 与亚洲人结核发病相关。Yang 等［15］发现了 IRGMSNP rs13361189多态性和麻风的易感性相关，尤其是rs13361189CC型的患者外周血单核细胞要比rs13361189TT型的炎症细胞因子，如INF-γ和IL-4表达水平高，通过相关影响细胞因子的形成，从而影响麻风易感性。病例对照研究也发现，感染了麻风的患者单核巨噬细胞IRGM的表达上调，临床症状的严重程度和IRGM 表达上调呈负相关［16］。

4 人天然免疫力相关巨噬细胞蛋白1（NRAMP1）基因与分枝杆菌感染

NRAMP1表达于吞噬小体膜上，通过改变含有微生物的吞噬体液泡内环境来控制胞内菌复制，从而消灭胞内感染菌。大量研究证实了NRAMP1与麻风病、结核病的感染相关［17］。已知相关的基因多态位点：3′UTR、D543N、INT4 和 5′（GT）n。刘玮等［18］进行的病例对照研究，发现D543N和3'UTR多态性增加汉族人群的感染结核风险。一项文献荟萃分析了1995—2004年关于NRAMP1多态性与结核易感相关研究，发现其多态性在欧洲人种中无差异，但在亚洲和非洲人群中3′U TR、D543N和5′（GT）n多态性和结核易感相关［19-20］。

5 维生素D3受体基因（VDR）与分枝杆菌感染

维生素D的活性形式1,25二羟维生素D3，调节人体矿物质的吸收，也是调节免疫应答重要的因子。1,25二羟维生素D3受体VDR表达于免疫细胞包括单核细胞，巨噬细胞和激活的T细胞表面［20］。其多态性和分枝杆菌感染相关，文献报道多态位点有 4 个:ApaI（rs7975232）、BsmI（rs1544410）、TaqI（rs731236） 和 FokI（rs10735810）［21］。有作者发现，VDR-FokI多样性与肺结核以及麻风易感性相关［22］。Wu等［23］在中国哈萨克族人群中进行的一项病例对照研究，发现VDR-FokI基因的多态性与该人群肺结核易感有关。Alexandra等［24］进行的病例对照研究中发现，VDR-ApaI、VDR-TaqI多样性和罗马尼亚地区肺结核的易感相关。

6 LTA4H与分枝杆菌感染

白三烯A4水解酶（LTA4H）能将白三烯A4转化为前炎症白三烯B4。白三烯B4在白细胞趋化、启动TNF的表达和分枝杆菌的免疫中起重要作用。Tobin等［25］研究发现，LTA4H的突变和斑马鱼感染海鱼分枝杆菌相关。继而发现了越南人群LTA4H基因的多态性和分枝杆菌性疾病的相关性，结果发现，LTA4H rs1978331和rs2660898 SNP多态位点和越南人的结核易感危险因素，在尼泊尔麻风人群中却是多菌性麻风病的保护因素。有作者进一步研究发现，LTA4H的缺陷使类二十烷酸不能转化为LTB4，而转化为抑制TNF产生的抗炎症物质脂氧素类物质，感染细胞内细菌大量繁殖而使巨噬细胞坏死。相反，LTA4H的过度表达使TNF产生过多，TNF通过RIP1-RIP3依赖信号通路诱导线粒体产生大量氧自由基使巨噬细胞坏死。这两种情况均使感染分枝杆菌的的巨噬细胞释放菌体到胞外感染其他细胞［26］。

7 其他基因与分枝杆菌感染

SIGIRR是ILR/IL-1R信号转导的负调控分子，SIGIRR 3 个 SNP（rs10902158，rs7105848，rs7111432）和肺结核以及结核性脑膜炎的易感相关［27］。人白细胞抗原系统在免疫调节中起重要作用，流行病学调查和实验研究均表明，该系统分子的多样性影响人和分枝杆菌感染的结果，但在不同人群中易感的基因型不一样。Wu等［23］进行的病例对照研究，发现HLA-DRB1*4和HLA-DQB1*0201基因型为中国哈萨克斯坦人结核病的危险因素。Salie等［28］在非洲开普敦进行的一项研究，首次阐明了HLAⅠ类分子的基因型和肺结核分枝杆菌的来源不同影响感染结果，其中HLA-A*01，B*08和C2感染北京结核株的风险增高，相反，HLA-B*27和HLA-C1基因型的感染北京结核株的风险降低。这一研究提示分枝杆菌的易感和菌种和宿主的基因相关。

8 结语

目前通过采取可疑基因定位以及病例对照研究，发现了多个分枝杆菌遗传易感相关基因，为分枝杆菌的预防、治疗提供了一定的理论基础，但现有的研究结果存在样本大小不一，结果自相矛盾。现代生物技术的发展使大样本全基因组研究成为可能，未来通过全基因组关联分析，外显子测序、基因芯片等手段进行不同人群更大规模无偏倚的研究，为揭示分枝杆菌的遗传易感以及发病机制提供更加可靠的依据。

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Genetic susceptibility toMycobacteriuminfections

Chen Zhiming,Jiang Haiqin,Wang Hongsheng.Laboratory for Mycobacterium leprae research,Institute of Dermatology,Chinese Academy of Medical Sciences and Peking Union Medical College,Nanjing 210042,China

Human pathogenic mycobacteria,includingMycobacterium tuberculosis,Mycobacterium lepraeand non-tuberculosis mycobacteria,greatly threaten human health.Mycobacteriuminfections are closely related to the host genetic background.Studies have indicated that host genes play important roles inMycobacteriuminfections.Recently,a variety of genes have been identified to be associated with the susceptibility toMycobacteriuminfections by genome-wide association studies,large-scale population-based case/control studies on candidate genes,family-based linkage studies and investigations of rare individuals with exceptional mycobacterial susceptibility,including interleukin （IL）-12B,IL-12RB1,IFNGR1,IFNGR2,TLRs,NOD2,MRC1,IRGM,NRAMP1,VDR,LTA4H,etc.Researches on these predisposing genes may contribute to the elucidation of immunologic mechanisms ofMycobacteriuminfections,and provide a theoretical basis for screening for populations at high risks of leprosy and tuberculosis and for prevention fromMycobacteriuminfections.

Mycobacteriuminfections;Genes;Mycobacterium tuberculosis;Mycobacterium leprae;Nontuberculous mycobacteria

Wang Hongsheng,Email:whs33@vip.sina.com

2015-03-24）

江苏省临床医学科技专项基金（BL2012003）

Fund program：Jiangsu Provincial Special Program of Medical Science （BL2012003）

10.3760/cma.j.issn.1673-4173.2016.01.003

王洪生，Email:whs33@vip.sina.com

本文主要缩写：IFN：干扰素，LOVD：莱顿开变异数据库，STATS：转录激活因子，SNP：单核苷酸多态性，TLR：模式识别受体中Toll样受体，NOD2：核苷酸结合寡聚化结构域2，IRGM：免疫相关鸟苷三磷酸酶，NRAMP1：天然免疫力相关巨噬细胞蛋白1，VDR：维生素D3受体，LTA4H：白三烯A4水解酶，HLA人白细胞抗原