基因多态性与支气管哮喘

王秋义

(天津医院ICU，天津 300211)

支气管哮喘(bronchial asthma，简称哮喘)是一种由嗜酸性粒细胞、肥大细胞和T淋巴细胞等多种炎症细胞及细胞因子参与的免疫变态反应性疾病，其中气道高反应性和气道的慢性炎症为其主要特征，反复发作的喘息、胸闷、呼吸困难和咳嗽等相关症状。其中以气道炎症为最主要的病理变化，并决定气道阻塞和气道高反应性的程度而气道慢性炎症又导致气道高反应性，二者相互影响。近年来，支气管哮喘发病率、死亡率逐渐上升，据统计我国的哮喘发病率为1%，儿童达3%，哮喘已经成为严重威胁人们健康的主要慢性疾病之一。现已证实许多基因的变异可能参与该疾病的发生。因为分子生物学的发展，运用候选基因法我们确定了哮喘易感基因有几百个，其中多个候选基因已得到了独立研究的重复性验证[1]，如ADAM33[2]、ORMDL3[3]等。有关候选基因的研究显示了基因之间的相互作用，以及在哮喘发病中的重要作用，这有将有利于利用分子病理生理学对哮喘进一步的研究，为治疗哮喘寻求进一步的方向。

1 嗜酸性粒细胞活化趋化因子

嗜酸性粒细胞是支气管哮喘主要的炎性细胞，研究表明，哮喘时气道黏膜嗜酸细胞趋化因子表达增强，表达强度与嗜酸性粒细胞数及与哮喘严重度呈显著正相关。嗜酸细胞趋化因子是趋化因子C家族成员之一，嗜酸性粒细胞趋化因子(Eotaxin)是CC趋化因子家族成员，因子由74个氨基酸残基组成，由气道上皮细胞以及肺泡产生，具有趋化嗜酸性粒细胞渗出炎性部位的功能。其被白介素-4诱导，被γ干扰素阻遏。Eotaxin对体内嗜酸性粒细胞、嗜碱性粒细胞和Th2型细胞因子进行激活趋化，。其通过受体(CCR3)选择性地诱导嗜酸性粒细胞在气道以及肺内黏附、募集和脱颗粒。其基因位点位于人的l7q21.1-q21.2染色体上，含有3个外显子，Eotaxin与细胞膜上的G蛋白偶联的受体进行结合而发挥作用，CCR3受体Eotaxin的唯一受体，Eotaxin与 CCR3受体特异性结合后，吸引嗜酸性粒细胞向炎症部位聚集、活化，引起嗜酸性粒细胞炎症反应。后来在人染色体的位于7ql1.23的基因位点上相继发现一些虽与Eotaxin同源性不到40%，但因功能与Eotaxin相似，也是通过CCR3受体选择性作用于嗜酸性粒细胞的趋化因子，当Eotaxin和其他趋化因子一起进入呼吸道便引起气道炎性病变的出现，也归为Eotaxin基因系列，被分别命名为Eotaxin2以及Eotaxin3。

大量研究发现，哮喘的严重程度与衡量哮喘易感性的IgE水平均Eotaxin基因多态性相关。Chae等[4]发现哮喘易感性与Eotaxin基因家族多态性相关，且Eotaxin3多态性与嗜酸性粒细胞数量和总IgE水平明显相关。此外研究表明在一些严重哮喘病例中，气道上皮细胞的检查可见Eotaxin也大大增加。Wang X等[5]研究发现，血清总、IL-13以及eotaxin在支气管哮喘的进展恶化进程中相互作用，并影响相应的病理生理过程，IL-13和eotaxin可以作为评估支气管哮喘严重程度的标记物。

2 解整合素-金属蛋白酶

解整合素-金属蛋白酶(A disintegrin and metalloprotease 33，ADAM33)是近年来发现的一种哮喘易感基因，其影响气道平滑肌细胞的过度收缩进而造成气道高反应性(bronchial hyper-reactivity，BHR)，加重哮喘的炎性过程。ADAM33是细胞膜结合糖蛋白家族，属于金属蛋白酶家族的亚家族，位于第20号染色体的短臂，包含22各外显子。通过研究发现，若ADAM33基因的核苷酸序列因为特殊原因发生了改变，便直接影响了哮喘病的发生。其基因的多态性与支气管哮喘的BHR密切相关，主要在肺内由成纤维细胞和支气管平滑肌细胞表达，与支气管的重塑有关[6-7]。大量研究显示，ADAM33的单核苷酸多态性(single nucleotide polymorphisms，SNPs)和单倍体与不同种族人群的哮喘之间存在密切关系，其基因多态性与支气管哮喘[7-8]、肺功能下降相关联，相关研究认为ADAM33基因不仅与哮喘易感性相关，而且与哮喘的严重程度密切相关，这可能与其增强了气道重塑有关。覃洁等[9]研究发现，ADAM33基因的F+1位点与内蒙古族支气管哮喘具有相关性，ADAM33的F+1T/C对支气管哮喘易感。Wang P等[10]用ADAM333种不同基因型：内含子6的7575G/A位点，内含子19的11188A/T位点以及外显子20 的12433T/C位点来探讨汉族的ADAM33基因多态性与哮喘是否相关，结果显示，拥有ADAM33基因的汉族，其与哮喘无明显相关性，这进一步验证了ADAM33的种族差异性，在不同区域，种族其ADAM33基因多态性未必均与哮喘相关。

3 信号转导和转录激活因子

信号转导和转录激活因子(signal transducers and activators of transcription，STAT)属于胞质蛋白家族，STAT家族可以通过启动靶向基因，促使炎性蛋白表达，造成患者气道炎性反应。目前哺乳动物已发现的有多个成员：包含有STAT1、STAT2、STAT3、STAT4、STAT5A 、STAT5B、STAT6。信号转导和转录激活因子的各成员的结构组成同源性虽然很高，但各个成员在功能执行上确有其特异性。STAT6通过细胞因子信号通路，介导了如白介素-3、白介素-4、白介素-13的信号转导，从而激活了与气道高反应相关的IgE的生成。而白介素是作为一种多功能的免疫调节剂在体内存在，比如白介素-13是由淋巴细胞和Th2细胞在过敏性的炎症反应中产生的，显著影响嗜酸性粒细胞和肥大细胞的分化和存活，对支气管高反应性的增高起了重要的作用；STAT6对Th2细胞以及B细胞的增殖分化进行影响而从而对气道的炎性反应起了至关重要的作用。故此可以看出STAT的异常表达被发现不仅在支气管哮喘而且在其他过敏性疾病均起重要作用。

已经有研究证实STAT3在肿瘤的生长和转移，炎症以及缺血再灌注损伤，心肌的发育中起着关键的作用。STAT3作为T细胞分化通路上的一个关键因子，其调节 Thl7细胞的体内水平，当炎症发生时会伴有STAT3的激活，进而维甲酸相关核孤儿受体(ROR Y t)受到诱导而进行表达，最终导致Thl7细胞的分化[11]。而Thl7细胞可以通过分泌如白介素-17等多种细胞因子，调节炎性反应的发生。研究证明，破坏上皮细胞STAT3以后，气道发生嗜酸性粒细胞浸润的水平下降进而降低气道炎症反应的发生，佐证了STAT3促进炎症反应的作用[12]。Li Y等[13]研究表明，STAT4与变应原诱导的气道炎症关系密切，STAT4基因T90089C位点和IFN-γ基因T874A位点多态性可能是中国人支气管哮喘危险性的遗传因素。STAT6编码基因在小鼠定位于第10号染色体，而在人类定位于第12号染色体12q13.3-q14.1。STAT6基因G2964A位点、STAT-4 基因T90089C位点和IFN-γ基因T874A位点之间的交互作用可能提高哮喘病人的易感性，有助于对哮喘发病机理的认识。Tamura K等[14]提出STAT6 外显子1的双核苷酸重复多态性以及STAT6基因G2964A位点的变异可能是预测日本人群中变应性疾病的指标。但是相反的结论也同时存在，胡俊华等[15]以湖北汉族120例哮喘患者及112例无血缘关系的汉族健康人为研究对象，运用聚合酶链反应和限制性片段长度多态性(PCR-RFLP)的方法，对STAT6基因G2964A位点进行多态性分析，得出结论：STAT 6基因3’非翻译区G2964A位点多态性与湖北汉族人哮喘易感性和血浆总IgE水平无明显相关性。鉴于STAT6相关的信号转导途径比较复杂，以及其他基因均参与了哮喘的发生发展，单纯通过对STAT6的调整来作为哮喘的治疗方向有待进一步研究。

4 前列腺素D2

前列腺素(prostaglandin，PG)在人体内由花生四烯酸所合成，结构由一个五环和两条侧链构成的20碳不饱和脂肪酸。按其结构PG分为多种类型。不同类型的PG的功能各不相同，作用涉及呼吸、生殖、内分泌、消化、心血管、泌尿等多个系统。近年来的许多研究表明，前列腺素D2 (PGD2 )及其受体与激活肥大细胞，以及嗜酸性粒细胞的相互作用，甚至引起气道重塑与狭窄密切相关，D prostanoid受体(DP)和在TH2细胞(CRTH2)受体已经被证明是主要的与PGD2相关的受体。这两个受体通过调节各种细胞来调节过敏性疾病，如TH2细胞、嗜酸性粒细胞、嗜碱性粒细胞、肥大细胞、树突细胞和上皮细胞。PGD2诱导血管扩张和增加的渗透性引起过敏反应是众所周知的。因此说PGD2是哮喘相关易感基因。Noguchi[16]等在日本进行研究分析，以l44个有哮喘家族史的家庭为研究对象，对其家族成员中PGD合酶(PGDS)以及人类前列腺素D受体(PTGDR)的SNPs进行传递不平衡分析，得出结论：具有PGDS内含子A/C的等位基因的日本人发生哮喘的几率较高。2004年国外一项大样本研究分别对黑种人和白种人进行病例对照，报道发现PTGDR编码区的2个SNPs以及它附近的2个新的SNPs，均与哮喘相关，进一步确定了PTGDR为哮喘易感基因[17]。然而国内研究表明PG受体基因启动子区域SNP T-549C缺与我国汉族哮喘患者无明显相关性，提示并非PTGDR所有基因位点均与哮喘相关。

5 儿童哮喘与基因多态性

支气管哮喘为儿童时期最常见的呼吸道变态反应性疾病，饮食，空气污染，反复呼吸道感染均是患儿易发哮喘的因素。儿童的身体尚未发育成熟，上呼吸道的管腔较细，黏膜薄弱，血管较成人丰富，易受外源性感染侵袭，另外黏液腺体少，导致呼吸道的清除能力比成人差。3岁以下的婴幼儿，缺乏免疫球蛋白IgA、IgG，而且有遗传过敏体质家族史的婴儿IgA更加缺乏。相反，与过敏反应有关系的IgE，则有较成熟的产生能力。因此，小儿呼吸道抵抗力较弱，既易引起感染，又易发生过敏反应，研究已经证实，患有哮喘病的患者，有相当一部分幼年均患有过敏性鼻炎。

对儿童哮喘基因多态性的研究结果显示：CCR5基因的32碱基缺失去功能化，导致减少了病原菌进入细胞而影响了宿主的炎症反应，进而减少了儿童哮喘的流行。然而不同地区的CCR5基因的32碱基对哮喘的影响不同，研究表明在苏格兰地区呈现的CCR5基因的32碱基的缺失与哮喘降低明显相关，而在我国确无此特征。Leung等[18]对中国儿童对猫以及霉菌变应原的致敏的作用研究中发现与RANTES基因启动子G-401A多态性相关，并造成了第1秒用力呼气容积的降低，造成了哮喘的发生。近来研究表明，人类第5，11，14号染色体上存在哮喘的易感基因，比如染色体5q31-32上的基因群，编码影响了IgE和TH2细胞的表达，而造成气道的反应性增高。染色体14q32上存在的T细胞抗原受体基因位点可以特异性对IgE进行调控，均造成了与儿童哮喘的高度关联。研究证实哮喘敏感性的G蛋白偶联受体(G-protein-coupled receptor for asthma susceptibility，GPRA)属于哮喘的候选基因之一，Michael S D等[19]研究表明，GPRA 基因多态性与德国人的支气管哮喘相关。而Wu H等[20]研究显示，我国GPRA 基因遗传变异性与儿童哮喘以及遗传性过敏却没有显著的相关。

最新研究表明，过氧化物酶体增生物激活受体(Peroxisome proliferator-activated receptor gamma，PPARγ)可能在免疫和炎症反应中发挥重要作用，大量研究证实，哮喘患者的气道中PPARγ的表达上调，此外PPARγ参与了哮喘的气道炎症和气道高反应性[21]。妊娠合并支气管哮喘的发生率为0.4%～1.3%，研究表明妊娠期哮喘病可增加不良母婴状况的发病率，甚至重症哮喘的发作，会危及母体和胎儿的生命。因此，积极合理的治疗可以继续妊娠并减少发病率，而成为保证孕妇和胎儿安全的关键。目前已经发现的哮喘易感基因包括：第5号染色体含有的多种白介素细胞因子簇，5q31-q32上的β2受体基因，第11号染色体q13的IgE高亲和力受体β亚单位基因(FcεR1-β)、14q11.2-13的T细胞受体(TCR)基因等，大多基因存在种族差异性。

此外发现一些童年开始发病的成年哮喘患者，携带ORMDL3纯合子基因的人群易发生哮喘。研究表明，纯合子ORMDL3基因可能是发生哮喘的高危基因[22]。ORMDL3其基因位于染色体17q12-q2，编码位于内质网的跨膜蛋白，而调节内质网介导的钙离子促使相应蛋白质应答，从而诱导炎症发生，因此ORMDL3基因可能作为是一个促炎症基因引发儿童哮喘。

综上所述，哮喘是一种基因与环境因素共同参与的疾病，二者的相互作用在哮喘中发挥重要作用。相信随着对基因多样性与哮喘相关性的研究并随着多种基因多态性在哮喘中的作用机制进一步阐明，必将使哮喘形成机制的阐释及其治疗药物的筛选工作翻开新的篇章。

[1] LEUNG T F，SY H Y，NG M C，etal.Asthma and atopy are associated with chromosome 17q21 markers in Chinese children[J].Allergy，2009，64(4):621-628.

[2] LI D D，GUO S J，JIA L Q，etal.Association of a disintegrin and metalloproteinase 33(ADAM33)gene polymorphisms with chronic obstructive pulmonary disease in the Chinese population:a meta-analysis[J].Genet Mol Res，2014，13(3):6391-6397.

[3] ZHAO Y F，LUO Y M，XIONG W，etal.Genetic variation in ORMDL3 gene may contribute to the risk of asthma:a meta-analysis[J].Hum Immunol，2014,8:7.

[4] CHAE S C，LEEY C，PARKY R，etal.Analysis of the polymorphisms in eotaxin gene family and their association with asthma，IgE，and eosinophil[J].Biachem Biophys Res Cmlrrnun，2004，320(1)：131-137．

[5] WANG X，MA C，ZHANG Y，etal.Clinical Significance of the Dynamic Changes in Serum Eotaxin，Interleukin 13 and Total IgE in Children with Bronchial Asthma[J].Iran J Pediatr，2013，23(5):525-530.

[6] ZIHLIF M，MAHAFZA T，OBEIDAT N M，etal.Frequency of genetic polymorphisms of ADAM33 and their association with allergic rhinitis among Jordanians[J].Gene，2013，531(2):462-426.

[7] CASTRO-GINER F，DE CID R，GONZALEZ J R，etal.Positionally cloned genes and age-specific effects in asthma and atopy:an international population-based cohort study (ECRHS)[J].Thorax，2010，65(2):124-131.

[8] AL-KHAYYAT AI，AL-ANAZI M，WARSY A，etal.T1 and T2 ADAM33 single nucleotide polymorphisms and the risk of childhood asthma in a Saudi Arabian population:a pilot study[J].Ann Saudi Med，2012，32(5):479-486.

[9] 覃洁，白云飞，孙超.内蒙古地区蒙古族支气管哮喘与ADAM33基因单核苷酸多态性的相关分析[J].内蒙古中医药，2014，7:91-93.

[10] WANG P，LIU Q J，LI J S，etal.Lack of association between ADAM33 gene and asthma in a Chinese population[J].Int J Immunogenet，2006，33(4):303-306.

[11] REDHU N S，SHAN L，AL-SUBAIT D，etal.IgE induces proliferation in human airway smooth muscle cells:role of MAPK and STAT3 pathways[J].Allergy Asthma Clin Immunol，2013，9(1):41.

[12] SIMEONE-PENNEY M C，SEVERGNINI M，HOMER R J，etal．Airway epithelial STAT3 is required for allergic inflammation in a murine model of asthma[I].J Immunol，2007，178(10)：6191-6199.

[13] LI Y，WU B，XIONG H，etal.Polymorphisms of STAT-6，STAT-4 and IFN-gamma genes and the risk of asthma in Chinese population[J].Respir Med，2007，101(9):1977-1981.

[14] TAMURA K，SUZUKI M，ARAKAWA H，etal.Linkage and association studies of STAT6 gene polymorphisms and allergic diseases[J].Int Arch Allergy Immunol，2003，131(1):33-38.

[15] 胡俊华，吴建民，崔天盆，等.STAT-6基因3’非翻译区G2964A位点多态性与湖北汉族哮喘人群及IgE的相关性研究[J].临床检验杂志，2005，23：9-11.

[16] NOGUCHI E，SHIBASAKI M，KAMIOKA M，etal．New polymorphisms oilaaematopoietic prostaglandin D synthase and human P rostanoid DP receptor genes[J].Clin Exp Allergy，2002，32(1):93-96．

[17] OGUMA T，PALMER L J，BIRBEN E，etal．Role of prostanoid DP receptor variantsin susceptibility to asthma[J].N Engl J Med，2004，351(17):1752-1763．

[18] LEUNG T F，TANG N L，LAM C W，etal．RANTES G2401A polymorphism is as sociated with allergen sensitization and FEV1 in Chinese children[J]．Respir Med，2005，99(2)：216-219．

[19] MICHAEL S D，KORMANN，DAVID CARR，etal.G-Protein-coupled receptor polymorphisms are associated with asthma in a Large German population[J].Am J Respir Crit Care Med，2005，171(12):1358-1362.

[20] WU H，ROMIEU I，SIENRA-MONGE J J，etal.Lack of association between genetic variation in G-protein-coupled receptor for asthma susceptibility and childhood asthma and atopy[J].Genes Immun，2008，9(3):224-230.

[21] PARK S J，LEE Y C.Peroxisome proliferator-activated receptor gamma as a novel therapeutic target in asthma[J].J Asthma.2008，45(1):1-8.

[22] 孙婧，李乔俊，徐飞，等.儿童哮喘与ORMDL3基因多态性关系的研究[J].中国康复理论与实践，2010，16(4)：361-363.