CTSB基因多态性位点和慢性胰腺炎的相关性研究进展

唐欣颖 邹文斌 廖专 李兆申

CTSB基因多态性位点和慢性胰腺炎的相关性研究进展

唐欣颖 邹文斌 廖专 李兆申

慢性胰腺炎(CP)是胰腺组织慢性进行性不可逆的炎症性疾病，最终导致胰腺组织严重受损。CP常导致胰腺内外分泌功能障碍，临床表现为腹痛、外分泌功能不足和糖尿病[1]。研究表明CP病程较长，且具有反复发作、逐渐加重的特征，部分患者甚至可进展为胰腺癌[2]。按照病因学分类，CP可分为化学及代谢因素导致的CP(如酒精性胰腺炎)、胆源性CP、遗传性胰腺炎、热带钙化性胰腺炎(tropical calcific pancreatitis，TCP)、特发性慢性胰腺炎(idiopathic chronic pancreatitis，ICP)和自身免疫性胰腺炎。CP发病机制与基因突变、细胞因子、免疫和细胞凋亡等密切相关[3]。近几年，在胰腺炎遗传易感性方面的研究取得了一系列进展，阳离子胰蛋白酶原(PRESS1)基因、丝氨酸蛋白酶抑制剂Kazal 1型(serine protease inhibitor Kazal type 1，SPINK1)基因、囊性纤维化跨膜转导调节器基因(cystic fibrosis transmembrane conductance regulator，CFTR)、糜蛋白酶C (chymotrypsin C，CTRC)和其他潜在的易感基因，均在胰腺分泌功能和胰腺损伤中对炎症的应答有重要作用[4]。2006年Mahurkar等[5]首次报道了组织蛋白酶B(cathepsin B,CTSB)基因多态性位点和TCP有密切关系。其后，又有多项关于该基因与其他类型CP的相关性研究。

一、 CTSB功能及基因结构

人类CTSB是一个由339个氨基酸组成的溶酶体水解酶，属于肽酶C1家族。正常情况下它局限在溶酶体中，参与胞内蛋白质的降解和更新[6]。许多关于阳性胰蛋白酶原的研究认为在胰腺炎的病理生理过程中CTSB起到重要作用[7]，它可以激活胰蛋白酶原转变成胰蛋白酶样产物[8-9]，引起胰蛋白酶的自身消化或水解，促进胰腺腺泡细胞凋亡[10]。CTSB基因位于第8号染色体上，长度为25.6 kb，含有12个外显子，其中3个在5′非翻译区，可以被选择性剪切而产生多个转录本[11]。有研究表明，CP是CTSB基因突变的结果，这些突变有可能参与胰蛋白酶原的过早激活或异常定位[5]。

二、CTSB基因多态性位点

近年来，越来越多的研究针对CTSB基因多态性位点。2006年Mahurkar等[5]用聚合酶链反应、核酸分析及限制性片段长度多态性位点分析等方法对306例TCP患者和330例健康者进行队列研究。对队列Ⅰ中的51例TCP患者和25例健康对照者的CTSB基因测序后确定了23个多态性位点，所有多态性位点在Hardy-Weinberg平衡中无显著偏差。8个新发现的单核苷酸多态性位点(single nucleotide polymorphisms，SNP)中只有Ser53Gly(S53G)是非同义的，且TCP组和对照组的携带率存在差异。Leu26Val(L26V)是已被报道过的非同义SNP位点，其突变等位基因Val26相比于对照组而言，在TCP组中更为常见，但两组差异无统计学意义。对队列Ⅱ针对性地研究了L26V、C595T、T663C和S53G这4个SNP，发现只有在L26V上的等位基因Val26显示出数据上的显著性差异。此外，累积的总队列研究表明，仅在L26V上的等位基因Val26存在和疾病的相关性，其他3个多态性位点差异均无统计学意义。S53G多态性位点在SPINK1基因N34S突变携带者和非携带者上有显著的分布差异。因此，他们认为居于CTSB前肽区域的多态性位点，例如L26V和S53G，导致了CTSB到酶原颗粒的错误定位，过早活化胰蛋白酶原。由于该前肽序列和胞质内蛋白酶的运输相关，故出现在该前肽区域的多态性位点L26V和S53可能会影响CTSB蛋白的运输，而内含子突变位点C595T虽然与TCP不直接相关，但其可能与附近区域一些其他基因的多态性位点具有连锁不平衡关系。同时有研究认为CTSB的S53G和C595T等突变作为激活胰蛋白酶原的触发点可能是至关重要的，但也可能只是SPINK1蛋白表达时所必需的一个伴随因子[12]。

三、CTSB基因多态性位点和CP

1．CTSB基因多态性和TCP：TCP是一种青少年类型的慢性钙化性非酒精性胰腺炎，几乎只发生在热带地区的发展中国家[13]。它经常被称为是一种儿童期疼痛、青春期糖尿病、成年期死亡的疾病。由于TCP显著的家族聚集性，科学家们对其遗传学病因展开了研究[14]。他们认为，SPINK1、CTSB、CTRC和其他不确定的基因突变与TCP的发生有关[15-17]。虽然Mahurkar等[5]说明了CTSB基因多态性位点和TCP的相关性，但最近一项来自北印度的包含150例TCP和150例对照的中等样本量的研究[18]，应用PCR限制性片段长度多态性位点分析加上测序，结果显示L26V在TCP组的突变率为4.6%，在对照组的突变率为0.66%，差异无统计学意义。该研究报道的对照组等位基因突变率为0.33%，远低于之前报道的30%，让人们对结果的真实性产生了怀疑，也对CTSB基因与胰腺炎的相关性提出了质疑。

2．CTSB基因多态性位点和ICP：ICP是通过病史采集、B超、CT、MRCP检查后仍难以确定病因但反复发作的CP，占CP总数的10%～25%，在女性和儿童中比例更高[19]。ICP也具有一定的遗传学发病基础，它与CP相关的基因突变及拷贝数变异有关，主要是PRSS1、SPINK1、CFTR 3个基因的某些位点突变以及PRSS1的拷贝数变异[20-22]。根据Mahurkar等[5]的研究，CTSB基因L26V突变的发生率在SPINK1的N34S突变病例和SPINK1野生型病例之间差异无统计学意义，意味着CTSB基因突变独立参与了胰腺炎发病机制。由于发生在西方国家的ICP和发生在印度的TCP同时都有着很高的SPINK1突变的发生率，Weiss等[23]对欧洲ICP和CTSB基因L26V突变的关系展开了研究。他们研究了德国64例ICP和100例健康对照者，结果提示队列中高频的Val26仅仅代表了一个多态性位点等位基因的突变，而不能作为ICP的易感因素，认为CTSB基因多态性位点Val26和欧洲患者的ICP没有相关性。Mahurkar等的研究如果不能说明病例组和对照组中种族背景差异，可解释为CTSB基因可能在TCP而非ICP中发挥作用。若要更好地阐明CTSB在更多更普遍类型的胰腺炎和各个不同的种族群体中的作用，还需要更多的相关研究。

3．CTSB基因多态性位点和其他类型CP：CP是一种多因素的复杂疾病，有多种分型。酒精性胰腺炎是CP的一种主要类型，其遗传易感性与CTRC、CFTR、SPINK1、PRSS1-PRSS2、CLDN2等有一定相关性[24-27]。遗传性胰腺炎的发生与遗传水平上PRSS1的功能获得性错义突变及拷贝数变异、SPINK1和CTRC的功能缺失性突变、CFTR和钙敏感受体基因(calcium sensing receptor gene，CASR)等有关[28-29]。目前仍无CTSB基因多态性位点与酒精性胰腺炎和遗传性胰腺炎的相关性报道。

综上所述，溶酶体水解酶CTSB在CP的病理生理过程中起重要作用，国内外学者对其多态性位点与不同类型CP易感性研究结果不尽一致。其原因可能为参与CP进程的上游因素的相关基因很多且相互作用，或是研究对象种族之间潜在的差异，或是环境因素也影响疾病的发生发展。未来需要更多的研究结果以阐明CTSB在胰腺炎和各个不同的种族群体中的作用，而更多的全基因组关联研究(genome-wide association studies，GWAS)和基于高通量测序平台的外显子组测序将用来解释许多未确定的胰腺炎的易感性位点。对CP的病因学因素和易感性单核苷酸多态性位点关系的理解将有助于人们对胰腺炎的早期诊断和治疗。

[1] Pujahari AK. Chronic pancreatitis: A Review [J]. Indian J Surg, 2015, 77(Suppl 3):1348-1358. DOI: 10.1007/s12262-015-1221-z.

[2] Wang W, Liao Z, Li G, et al. Incidence of pancreatic cancer in Chinese patients with chronic pancreatitis [J]. Pancreatology, 2011, 11(1):16-23. DOI: 10.1159/000322982.

[3] 孙笑天,廖专,李兆申. 慢性胰腺炎的病因及危险因素和发病机制的研究进展[J]. 中华胰腺病杂志, 2013, 13(6):430-432. DOI: 10.3670/cma.j.issn.1674-1935.2013.06.026.

[4] Whitcomb DC. Genetic aspects of pancreatitis [J]. Annu Rev Med, 2010, 61:413-424. DOI: 10.1016/j.dld.2015.04.012.

[5] Mahurkar S, Idris MM, Reddy DN, et al. Association of cathepsin B gene polymorphisms with tropical calcific pancreatitis [J]. Gut, 2006, 55(9):1270-1275. DOI: 10.1136/gut.2005.087403.

[6] Paliwal S, Bhaskar S, Chandak GR. Genetic and phenotypic heterogeneity in tropical calcific pancreatitis [J]. World J Gastroenterol, 2014, 20(46): 17314-17323. DOI: 10.3748/wjg.v20.i46.17314.

[7] Reddy DN, Prasad SS. Genetic basis of chronic pancreatitis in Asia Pacific region [J]. J Gastroenterol Hepatol, 2011, 26(Suppl 2): 2-5. doi: 10.1111/j.1440-1746.2010.06598.x.

[8] Kukor Z, Mayerle J, Krüger B, et al. Presence of cathepsin B in the human pancreatic secretory pathway and its role in trypsinogen activation during hereditary pancreatitis [J]. J Biol Chem, 2002, 277(24):21389-21396. DOI: 10.1074/jbc.M200878200.

[9] Szilágyi L, Kénesi E, Katona G, et al. Comparative in vitro studies on native and recombinant human cationic trypsins. Cathepsin B is a possible pathological activator of trypsinogen in pancreatitis [J]. J Biol Chem, 2001, 276(27):24574-24580. DOI: 10.1074/jbc.M011374200.

[10] Sendler M, John D, Weiss FU, et al. Cathepsin B mediated protease activation increases acinar cell apoptosis [J]. Pancreatology, 2015, 15(Suppl 1):S8. DOI: 10.1016/j.pan.2015.05.066.

[11] Berquin IM, Cao L, Fong D, et al. Identification of two new exons and multiple transcription start points in the 5′-untranslated region of the human cathepsin-B-encoding gene [J]. Gene, 1995, 159(2):143-149. DOI: 10.1016/0378-1119(95)00072-E.

[12] Ravi Kanth V, Nageshnar Reddy D. Genetics of acute and chronic pancreatitis: An update [J]. World J Gastrointest pathophysiol, 2014, 5(4):427-437. DOI: 10.4291/wjgp.v5.i4.427.

[13] Barman KK, Premalatha G, Mohan V. Tropical chronic pancreatitis [J]. Postgrad Med J, 2003, 79(937):606-615. DOI: 10.1136/pmj.79.937.606.

[14] Mahurkar S, Reddy DN, Rao GV, et al. Genetic mechanisms underlying the pathogenesis of tropical calcific pancreatitis [J]. World J Gastroenterol, 2009, 15(3):264-269. DOI: 10.3748/WJG.15.264.

[15] Rossi L, Pfützer RH, Parvin S, et al. SPINK1/PSTI mutations are associated with tropical pancreatitis in Bangladesh. A preliminary report [J]. Pancreatology, 2001, 1(3): 242-245. DOI: 10.1159/000055818.

[16] Schneider A, Suman A, Rossi L, et al. SPINK1/PSTI mutations are associated with tropical pancreatitis and type II diabetes mellitus in Bangladesh [J]. Gastroenterology, 2002, 123(4):1026-1030. DOI: 10.1053/gast.2002.36059.

[17] Rosendahl J, Witt H, Szmola R, et al. Chymotrypsin C (CTRC) variants that diminish activity or secretion are associated with chronic pancreatitis [J]. Nat Genet, 2008, 40(1):78-82. DOI: 10.1038/ng.2007.44.

[18] Singh S, Choudhuri G, Agarwal S. Frequency of CFTR,SPINK1, and cathepsin B gene mutation in North Indian population: connections between genetics and clinical data [J]. ScientificWorldJournal, 2014, 2014: 763195. DOI: 10.1155/2014/763195.

[19] Kloppel G. Chronic pancreatitis, pseudotumors and other tumor-like lesions [J]. Mod Pathol, 2007, 20 Suppl 1:S113-S131. DOI: 10.1038/modpathol.3800690.

[20] Noone PG, Zhou Z, Silverman LM, et al. Cystic fibrosis gene mutations and pancreatitis risk: relation to epithelial ion transport and trypsin inhibitor gene mutations [J]. Gastroenterology, 2001, 121(6): 1310-1319. DOI: 10.1053/gast.2001.29673.

[21] Masson E, Le Maréchal C, Chandak GR, et al. Trypsinogen copy number mutations in patients with idiopathic chronic pancreatitis [J]. Clin Gastroenterol Hepatol, 2008, 6(1): 82-88. DOI: 10.1016/j.cgh.2007.10.004.

[22] Midha S, Khajuria R, Shastri S, et al. Idiopathic chronic pancreatitis in India: phenotypic characterisation and strong genetic susceptibility due to SPINK1 and CFTR gene mutations [J]. Gut, 2010, 59(6):800-807. DOI:10.1136/gut.2009.191239.

[23] Weiss FU, Behn CO, Simon P, et al. Cathepsin B gene polymorphism Val26 is not associated with idiopathic chronic pancreatitis in European patients [J]. Gut, 2007, 56(9): 1322-1323. DOI: 10.1136/gut.2007.122507.

[24] Rosendahl J, Witt H, Szmola R, et al. Chymotrypsin C (CTRC) variants that diminish activity or secretion are associated with chronic pancreatitis [J]. Nat Genet, 2008, 40(1):78-82. DOI: 10.1038/ng.2007.44.

[25] Hank C, Schneider A, Whitcomb DC. Genetic polymorphisms in alcoholic pancreatitis [J]. Best Pract Res Clin Gastroenterol, 2003, 17(4): 613-623. DOI: 10.1016/S1521-6918(03)00048-9.

[26] Aoun E, Chang CC, Greer JB, et al. Pathways to injury in chronic pancreatitis: decoding the role of the high-risk SPINK1 N34S haplotype using meta-analysis[J]. PLoS ONE, 2008, 3(4):e2003. DOI: 10.1371/journal.pone.0002003.

[27] Whitcomb DC, LaRusch J, Krasinskas AM, et al. Common genetic variants in the CLDN2 and PRSS1-PRSS2 loci alter risk for alcohol-related and sporadic pancreatitis[J]. Nat Genet, 2012, 44:1349-1354. DOI: 10.1038/ng.2466.

[28] Rosendahl J, Witt H, Szmola R, et al. Chymotrypsin C (CTRC) variants that diminish activity or secretion are associated with chronic pancreatitis[J]. Nat Genet, 2008, 40(1):78-82. DOI: 10.1038/ng.2007.44.

[29] Szmola R, Sahin-Tóth M. Pancreatitis-associated chymotryp-sinogen C (CTRC) mutant elicits endoplasmic reticulum stress in pancreatic acinar cells [J]. Gut, 2010, 59(3):365-372. DOI: 10.1136/gut.2009.198903.

(本文编辑：屠振兴)

10.3760/cma.j.issn.1674-1935.2017.04.020

国家自然科学基金(81270541、81422010、81470884)；上海市教育委员会、教育发展基金会曙光计划项目(15SG33)

200433 上海，第二军医大学长海医院消化内科 上海市胰腺疾病研究所

廖专，Email: liaozhuan@smmu.edu.cn

2016-06-08)