变应性鼻炎基因芯片差异表达研究进展△

刘璇 白素娟

·综述·

变应性鼻炎基因芯片差异表达研究进展△

刘璇 白素娟

变应性鼻炎(AR)被认为是与遗传及环境因素有关的一种病因复杂的I型变态反应性疾病，其与染色体多位点存在相关性，因而使AR患者在遗传学上有易感倾向。在AR的发病过程中，很多研究表明某些相关基因可能发挥重要作用。基因芯片技术在人类基因组计划的发展下，以其高通量、微型化、平行化、多样化和自动化等优点广泛应用于遗传相关性疾病的基因筛选。基于AR的遗传学特性，基因芯片技术也被应用于AR。找出发病的关键基因，可为AR的诊治提供新的研究方向。本文对国内外基因芯片技术在医学领域中的应用及该技术在AR相关基因筛选等方面进行综述，有助于对AR在基因水平的病理生理发病机制中有更加深入的了解。(中国眼耳鼻喉科杂志，2017，17：65-67)

变应性鼻炎；基因芯片；进展

变应性鼻炎(allergic rhinitis, AR)又称过敏性鼻炎，是指特异性个体接触变应原(花粉、尘螨等)后，由特异性免疫球蛋白E(immunoglobulin E, IgE)介导的炎性细胞因子释放，并有多种免疫活性细胞和细胞因子等参与的鼻黏膜慢性炎症反应性疾病。其临床表现以打喷嚏、清水样涕、鼻塞、鼻痒及眼痒等为主。流行病学研究表明，AR已成为全球性问题，患病率为10%～20%，已成为严重影响人们生活质量的健康问题[1]。AR被认为是上呼吸道免疫调节失常的结果[2-3]，不仅可以引起哮喘，而且成为引起其他疾病的危险因素之一[4]。

AR是患者接触变应原(如花粉、螨尘等)后，机体鼻黏膜局部出现的免疫功能异常。研究发现，AR的病理过程涉及合成及释放多种炎性介质、细胞因子及多种免疫活性细胞，如淋巴细胞(主要是T淋巴细胞)、抗原呈递细胞(树突细胞、巨噬细胞)、效应细胞(肥大细胞、嗜酸性粒细胞)等[5]，其中淋巴细胞亚群中CD4+T淋巴细胞在AR的发生、发展过程中起着重要的免疫调节作用，具有向辅助T细胞1(T helper cell 1, Th1)、Th2类细胞分化的功能，使Th1/Th2类细胞产生免疫偏移[6-7]。淋巴细胞亚群中Th1/Th2细胞的免疫失衡是引起AR的基础。Th1细胞和Th2细胞在机体的免疫系统中分别介导细胞免疫及体液免疫，Th1细胞及Th2细胞在树突细胞调节下，在机体免疫应答过程中处于动态平衡，通过其各自分泌的细胞因子调节并维持生物体正常功能[8]。在这一过程中，淋巴细胞亚群中CD4+T淋巴细胞调节肥大细胞活化，促使肥大细胞释放IgE，从而引发机体变态反应[9]。 AR被认为是与遗传及环境因素有关的一种病因复杂性I型变态反应性疾病，因其与染色体多位点存在相关性，故而使机体对AR存在易感倾向。目前国内外多着眼于应用基因芯片技术对手术取鼻部组织和外周血单个核细胞(peripheral blood mononuclear ，PBMC)进行研究，应用基因芯片技术的可重复性及高效率性等特点，研究AR的遗传学发病过程，了解AR相关基因间的相互联系[10]。

1 基因芯片的原理及分类

基因芯片技术又称DNA芯片，是近些年来发展起来的一项新兴分子生物学技术，属于生物芯片的一种。主要通过互补杂交技术，将一段连接某些特殊物质的人工合成核酸探针放到基因混合物中，从而识别某些特定基因[11]。其基本原理是使用经特定波长激发而获得的绿色(Cy5)及红色(Cy3)荧光标记物标记基因芯片，然后通过专业芯片分析软件将探针及荧光标记物反应后的信号转换成数字信息。通过生物学信息分析方法，分析芯片上探针信号强度，根据信号强度值，得知样品中的基因表达水平，筛选出差异基因[12]。按照芯片制备方式不同，其主要分为由Affymerix公司开发的原位合成芯片及斯坦福大学开发的直接点样合成芯片2大类；根据芯片介质不同分为玻璃芯片、膜芯片及塑料芯片等;根据芯片的应用区分为检测基因水平的表达谱芯片、疾病检测的诊断芯片及确定基因组中单核苷酸多态性的SNP芯片3类。基因芯片技术与以往的基因检测技术相比，可以定量或定性检测数以万计的基因。遗传微环境细小的改变，就可以导致蛋白质功能出现异常，从而激发机体疾病。因而基因芯片以其快速、高效等特点可以短时间内检测人体各组织及部位的基因差异表达异常情况，从而广泛应用于医学领域[13]。

2 基因芯片技术在AR基因领域的研究应用

2.1 AR鼻黏膜组织的基因表达研究 AR是一种鼻腔的局部黏膜反应性病变，国内外学者多使用AR患者鼻黏膜组织作为实验材料，通过对鼻黏膜基因芯片表达谱的分析，确定与AR发病相关的关键基因。章如新等[14]对AR患者及非AR患者鼻黏膜组织基因芯片表达谱分析发现，AR差异表达基因734条，涉及免疫调控及应答、核苷酸反应组件调节子、人酪氨酸磷酸酶、Epstein-Barr病毒诱导的G蛋白相配受体、神经紧张肽及CCL20等基因在AR患者鼻黏膜芯片中上调表达[15]。随后章如新等[14]进一步应用基因芯片技术，对细胞因子及其受体在AR及非AR患者鼻黏膜中的发病机制进行分析，发现在AR患者鼻黏膜中CCL1、CCL2、CCL5、CCL7、CCL8、CCL11、CCL13、CCL14、CCL17、CCL18、CCL19、CCL24及CX3CL1基因上调，CCR2、CCR3、CCR4、CCR5、CCR8及CX3CR1等基因受体在鼻黏膜中高表达，CXCL4低表达，筛选出了AR相关基因。发现AR的显著上调基因多为炎性细胞因子及其受体，其在Th2细胞参与AR的免疫应答中发挥重要作用，也为AR领域的研究提供了新的诊断思路。有学者[16-17]发现，CCL20主要由促炎性因子白细胞介素1(interleukin 1, IL-1)和IL-13在人气管上皮细胞诱导合成，CCL20以其诱导树突细胞迁徙，活化T淋巴细胞趋化蛋白等作用，被认为可能为变态反应性疾病的相关基因。薛金梅等[18]应用基因芯片技术对季节性AR(seasonal AR, SAR)与SAR合并哮喘患者鼻黏膜组织进行分析，发现趋化因子CXCLl2及其受体CXCR4在SAR合并哮喘患者鼻黏膜组织中显著上调。通过基因芯片这一生物信息学手段分析得出的生物路径对AR的组织、细胞学及临床研究有借鉴意义。

2.2 鼻息肉及AR中的基因表达研究 AR、鼻息肉、鼻窦炎等鼻腔炎性疾病的主要特征之一是鼻腔黏液分泌异常。纪琛琪等[19]以鼻腔分泌液中的黏蛋白为样本制备基因芯片，通过基因芯片表达谱分析发现MUC5AC及MUC5B基因在AR及鼻息肉等炎性疾病中显著增高。Benson等[20-21]对鼻息肉组织进行表达谱的分析，结果显示，与健康对照组相比，有203个基因表达改变，其中已知功能的有139个，54个基因下调，85个基因上调；应用基因芯片技术筛选出的差异基因，构建出AR患者CD4+T淋巴细胞基因网络图，将差异表达基因编入同一基因网络图，在网络图中发现TNFRSF4在AR实验组显著高于对照组，从而在基因水平上探讨AR的发病机制。

2.3 AR外周血基因芯片检测及差异表达研究 李艳青等[22]通过对AR与非AR患者PBMC基因表达谱的分析，发现CXCL2、CCL22、CCL1、CXCL5等多个趋化因子及IL-1β、IL-4R、IL-6、集落刺激因子1等致炎性细胞因子表达明显上调，这些炎性细胞因子可激活JAK-STAT通路及SOCS系统，在炎性介质等方面调节AR的发生、发展过程。祝戎飞等[23]通过分析AR合并支气管哮喘患者的PBMC基因表达谱发现，351条差异基因中，4倍显著差异基因有22条，其中主要涉及机体免疫、机体代谢、原癌及抑癌基因、细胞信号转导、离子通道及运输蛋白等。Liu等[24]对SAR患者在发病季节及非发病季节外周血CD4+T淋巴细胞的基因表达谱进行分析，发现FOS和JUN及 DUSP1 基因可能在SAR的发病季节起着重要作用，KLF4 和 CD163 在SAR的非发病季节起着重要作用。刘璇等[25]利用基因芯片技术分析常年性AR与非AR患者外周血CD4+T淋巴细胞的基因表达谱，发现外周血CD4+T基因表达谱中显著上调的基因ANPEP、TLR8具有调节Th1/Th2细胞分化及NF-κB信号转导等作用,从而在基因水平进一步证实了AR发病过程中，免疫功能增强及致炎细胞因子活化等反应中发挥重要作用。

3 结语

基因芯片技术是高通量、高效及多参量的基因芯片表达分析平台；AR是一种多基因调控异常性疾病；采用基因芯片技术对AR患者局部鼻黏膜以及PBMC基因表达谱进行差异基因表达的研究，分析出部分可能与AR发病相关的关键基因，可以为进一步深入研究AR的发病机制、诊断及治疗提供新的方向。目前国内外研究多针对AR患者PBMC。单个核细胞，作为机体最重要的免疫细胞之一，大部分由淋巴细胞和单核细胞组成，其中70%～85%由淋巴细胞组成，在淋巴细胞中40%～48%为CD4+T淋巴细胞。淋巴细胞亚群中，T淋巴细胞亚群的改变已经是公认的AR发病原因之一。T淋巴细胞亚群中CD4+T淋巴细胞在AR的发生、发展中占有重要地位[26]，其具有辅助和诱导作用，被活化后可释放多种淋巴因子，加速免疫反应进程。T淋巴细胞主要由2类细胞亚群组成，一类为具有辅助和诱导作用的CD4+T淋巴细胞亚群，另一类为具有抑制和细胞毒作用的CD8+T淋巴细胞亚群，前者被活化后可释放出多种淋巴因子参与细胞及体液免疫进程。正常情况下，CD4+T/CD8+T淋巴细胞亚群处于动态平衡。CD4+亚群功能增强时出现超敏反应， CD8+亚群功能亢进时表现为免疫缺陷。因而，针对CD4+T淋巴细胞的研究可以更好地在基因水平上揭示AR的发病机制，也为将来的研究提供了新的方向。

4 展望

人类基因的多态性在人体对疾病的易感倾向及耐受性方面起着重要作用。AR是以鼻黏膜为主要反应场所的局部变态反应性疾病，在鼻黏膜组织中分选出CD4+T淋巴细胞，采用体外细胞培养，使之产生足够的总RNA制备基因芯片，通过分析鼻黏膜组织中CD4+T淋巴细胞基因表达谱，并根据AR患者临床表现的多样性及药物治疗的反应性，可以及时、有效地对疾病进行早期诊断及预测，对AR患者提供个性化治疗并及时调整用药，或为AR的诊治提供新的方法。

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(本文编辑 杨美琴)

Research progress on differential expression of genes in allergic rhinitis

LIUXuan,BAISu-juan.

DepartmentofOtorhinolaryngology,thePeople’sHospitalofPutuoDistrict,Shanghai200060,China

BAI Su-juan, Email: baisujuan32@sohu.com

Allergic rhinitis (AR) was an allergic disease, associated with genetic and environmental factors. Because of its correlation with multiple loci of chromosomes, patients with AR had genetic susceptibility. As a new high-throughput platform, gene chip had developed in recent years. It was widely used in the field of medicine related and genetic-related diseases, as its fast, efficient and multi parameter etc. Currently gene chip technology was also used in the screening of genes related to AR. Some key genes related to AR may provide a new direction for the diagnosis and treatment in AR. This review was about the function of gene chip on the application in the medical field and AR. It could bring a deeper understanding of AR at the gene level on pathophysiological pathogenesis. (Chin J Ophthalmol and Otorhinolaryngol,2017,17:65-67)

Allergic rhinitis; Gene expression profile; Trends

上海市普陀区科委自主创新项目重点项目(普KW15102)

上海市普陀区人民医院耳鼻喉科 上海 200060

白素娟(Email:baisujuan32@sohu.com)

现在中国人民解放军第101医院耳鼻喉科 无锡 214000

10.14166/j.issn.1671-2420.2017.01.021

2016-04-01)