视神经脊髓炎谱系疾病基因研究进展

张华 任桥桥 张美妮

视神经脊髓炎(neuromyelitis optica，NMO)，又称Devic病，由Eggene Devic于1894年首次提出。传统观点认为，NMO表现为双侧视神经炎和急性脊髓炎同时或在短时间内相继发生的单时相疾病，是多发性硬化(multiple sclerosis，MS)的一种亚型[1]。随着2004年水通道蛋白4特异性抗体(aquaporin 4-immunoglobulin G，AQP4-IgG)的发现确认了NMO是一种不同于MS的独立疾病[2]。2007年，Wingerchuk等[3]提出“视神经脊髓炎谱系疾病(neuromyelitis optica spectrum disorders，NMOSD)”的概念，包括明确的NMO、单发性或复发性纵向延伸横贯性脊髓炎(LETM)、单发性或复发性视神经炎(ON)、脑干综合征或下丘脑综合征等。随着对AQP4-IgG 认识的深入和应用推广，2015年，国际视神经脊髓炎诊断小组(IPND)制定了新的NMOSD国际诊断标准[4]，提出根据血清AQP4-IgG检测结果进行分层，包括AQP4-IgG阳性、AQP4-IgG阴性以及无法检测AQP4-IgG的NMOSD。NMOSD的确切病因和发病机制不明，尤其对NMOSD的遗传学研究甚少，目前研究认为NMOSD可能与MS相似，系由遗传因素与环境因素共同作用所致。本文就关于NMO及NMOSD的基因研究进展进行综述。

1 NMOSD的种族差异与家族性

目前，国际上尚无准确的NMOSD流行病学数据。已有资料显示，NMOSD的患病率在全球各地区均比较接近，约为(1～5)/(10万人·年)，但在非白种(亚洲、拉丁美洲、非洲、西班牙裔和美国原住民)人群中更为易感。NMOSD与其他中枢神经系统特发性炎性脱髓鞘(IIDDS)疾病的比例在不同地区、不同种族中不同。如在白种人群中，NMOSD∶MS约为1∶100，而非白种人群约为2∶3[5]。以上数据表明NMOSD的患病率存在种族和地域差异，提示遗传因素在NMO发病中发挥重要作用。

此外，国内外已有少数家族性NMO病例的报道。2010年Matiello等对包括东、西方人种的12个家系共25例NMO患者进行分析，结果显示家族性NMO发病率预期值较散发性增高[6]，且NMO具有复杂的遗传易感性。2012年徐文等[7]首次报道汉族姐妹同患NMOSD(AQP4-IgG检测结果分别为阳性、阴性)，进一步证实了NMOSD的遗传易感性。

2 基因与NMOSD的相关性

2.1HLA基因与NMOSD的相关性人类主要组织相容性复合体(major histocompatibility complex，MHC)通常被称为人类白细胞抗原(human leucocyte antigen，HLA)。MHC基因定位于人类第6号染色体短臂，呈高度多态性，其编码的分子表达于不同细胞表面，参与抗原提呈，制约细胞间相互识别及诱导免疫应答。

既往国内外关于NMO的遗传学研究多集中于HLA。研究结果显示，90%以上的NMOSD患者与HLA等位基因DPB1 * 0501和DPB1*0301密切相关，在白种人或高加索人群中，最常见的是DPB1*0301，黑种人或亚洲人NMO发病主要与DPB1*0501相关[8]。Brill等[9]对以色列穆斯林阿拉伯NMO患者的DNA样本中HLA Ⅱ类等位基因(HLA-DRB1和DQB1)进行分析发现，HLA-DRB1*04：04和HLA-DRB1*10：01等位基因与NMOSD呈正相关，而HLA-DRB1*07和HLA-DQB1*02：02等位基因与NMOSD呈负相关，表明在以色列穆斯林阿拉伯人群中，NMOSD患病率与HLA具有明显关联性。Alvarenga等[10]通过分析里约热内卢的NMO和MS患者HLA Ⅱ类等位基因发现，无论NMO-IgG阳性与否，HLA-DRB1*03：01等位基因均与NMO相关，但不影响患者长期残疾情况。我国学者Wang等[11]分析了HLA-DRB1和HLA-DPB1等位基因在中国南方汉族人NMO和MS发病中的作用认为，HLA-DPB1 0501与南方汉族人群AQP4-Ab阳性NMO发病风险相关。日本的一项研究[12]结果亦显示NMO型MS(opticospinal multiple sclerosis，OSMS)/NMO与HLA-DPB1 0501相关，目前OSMS已被归为NMOSD。NMO易感性与不同HLA基因多态性相关可能由种族、地域不同所致，进一步支持了NMO的发病与遗传因素有关。

2.2AQP-4基因与NMOSD的相关性近年来，随着对AQP4-IgG研究的深入发现，其可作为NMOSD的特异性标志，是诊断的关键因素。因此，关于NMO与AQP4基因的研究也逐渐增多。

2014年Qiu等[13]对208例AQP4-IgG阳性的NMO病例组和204例健康对照组AQP4基因10个单核苷酸多态性(single nucleotide polymorphism，SNP)位点中的基因型频率进行病例-对照关联分析发现，位于3′-UTR区的rs1058424的A/T基因型和rs3763043的C/T基因型在病例组中出现的频率明显高于对照组，单倍体型ATATGGAT可能对NMO的发病有保护作用。Mai等[14]对中国南方汉族NMO患者AQP4基因第0外显子(Exonl0)和第1外显子(Exonl1)启动区进行测序，共发现20个突变位点，其中Exonl启动区0～1003 bp位点的SNP突变(AG)在AQP4-Ab阳性NMO患者中增高。而另一项针对中国北方人群NMO患者的研究则显示AQP4常见基因多态性与NMO的易感性无关[15]，这一结果与韩国研究结果相一致[16]。因此，国内相关研究结果仍存在争议。2017年王青松等[17]收集72例NMO病例组与80例MS对照组，分析NMO患者AQP4 基因的SNP位点，并建立不同位点变异的细胞株，检测NMO患者体内抗AQP4-IgG滴度发现，NMO患者AQP4基因SNP位点可能会导致表达蛋白一级结构发生改变，进而改变其抗原性，导致抗原抗体结合强度改变，这可能参与或影响NMO的发病机制，但确切结论有待进一步验证。因此，可以考虑AQP4-IgG阴性和阳性的NMOSD患者可能有不同的发病机制，AQP4-IgG阴性NMO可能有其他相关抗体参与其发病。

2.3细胞因子基因与NMOSD的相关性白细胞介素17(IL-17)由CD4+T细胞分泌，由6个家族成员IL-17 A～F组成。研究表明IL-17A(rs2275913)和IL-17F(rs763780)的基因多态性与多种自身免疫疾病有关。Wang等[18]研究共纳入52例AQP4抗体(+)NMO患者、69例AQP4抗体(-)MS患者、131例健康对照者，通过基因测序对IL-17A rs2275913和IL-17F rs763780的基因多态性进行分型，结果发现rs763780 T等位基因和TT基因型可能增加中国南方汉族人群对NMO的易感性。

Shi等[19]基于基因与许多自身免疫性疾病相关，进而评估CD40基因多态性与NMOSD的潜在关联，结果发现rs3765459变异与NMOSD易感性相关，而rs1883832、rs4810485和rs6074022可能为NMOSD的保护基因。同时，该团队对细胞因子STAT4基因与NMOSD风险性研究发现，STAT4基因的4个SNP(rs7574865 T、rs10181656 G、rs10168266 T和rs13426947 A)与NMOSD的易感性明显相关，而rs7601754 G为NMOSD的一个保护位点[20]。以上结果表明CD40、STAT4基因的SNP与NMOSD易感性相关，为NMOSD的发病机制提供了新的研究思路。

2015年Lan等[21]收集132例NMO患者和264例健康对照组，对FCRL3基因的7个SNP进行基因分型，并探索其与NMO易感性的关系，研究发现FCRL3基因的4个SNP，分别为FCRL3_3*C、5*C、6*A 和8*G，可能与中国汉族人群NMO发病风险相关。紧接着2016年另一项关于FCRL3基因与NMO易感性的研究发现，FCRL3基因-1901A>G多态性中的G等位基因和-658C>T多态性中的T等位基因是中国人群NMO的遗传风险因子[22]。

一项关于中国汉族NMOSD的研究发现，CD58基因的5个SNP位点(rs2300747、rs1335532、rs5630246、rs1016140和rs12044852)与NMOSD的易感性相关联，单体型TAGCCCAA明显增加了NMOSD的发病率，而TATTACGG可能为NMOSD的一个保护基因，可减少其发病风险[23]。同年，Lian等[24]研究表明TNFSF4多态性与NMOSD易感性相关，其中rs844648和rs704840这两个SNP在一定基因型下可增加NMOSD的患病风险。

然而，也有研究显示NMOSD易感性与基因因素不相关。2017年李令令[25]关于肿瘤坏死因子基因与NMOSD的易感性发现肿瘤坏死因子α(TNF-α)基因(rs1800629)和TNF-β基因(rs909253)的多态性与NMOSD患者的易感性不相关。此外，该团队另一项研究显示IFN-γ第3内含子区rs2234685位点和第1内含子区rs2430561位点可能与NMOSD易感性不相关[26]。

目前，关于上述细胞因子基因多态性对NMOSD疾病影响的研究指标尚比较单一，确切结论需要进一步大量研究证实。有关NMOSD致病基因及SNP分型研究情况见表1。

3 NMOSD的全外显子测序

随着新一代测序技术的不断成熟完善，人类基因组和外显子组测序(exome sequencing)得到快速发展，测序技术的高通量性致使测序价格越来越低廉，使全基因组和外显子组测序真正用于临床诊断成为现实。与全基因组测序相比，外显子组测序以其经济、有效的优势广泛用于鉴定遗传性疾病以及一些特殊疾病的基因变异[27]。

目前，国内外关于NMOSD的全外显子基因研究已经逐步开展。Siuko等[28]基于芬兰人口的特征，认为大多数罕见疾病具有明显的遗传同质性，首次报道了NMO患者的全外显子数据，对芬兰5例NMOSD患者(血清AQP4抗体阳性3例，阴性2例)进行全外显子组测序发现，该5例患者无共同的突变基因及位点，其结果不支持NMO的遗传同质性病因，但有4个非同义突变基因分别由两例患者共享，包括C3ORF20、PDZD2、C5ORF47和ZNF606，其中C5ORF47突变由两例AQP4-抗体阳性NMOSD患者共有。2017年何洋等[29]对4例AQP4阳性的NMOSD患者进行全外显子高通量测序后发现，该4例患者中共存在33个共有突变位点，其中9个单核苷酸突变和24个小片段插入缺失突变，涉及29个基因，然而并未在这4例患者中发现存在AQP4、HLA以及文献中报道的基因相关突变位点。由于NMO发病率低以及全外显子检测价格仍较高，迄今开展的研究规模尚小，故有关NMOSD是否确切具有遗传同质性仍需进一步研究。

表1 针对NMOSD研究的致病基因及SNP分型汇总

注：NMOSD：视神经脊髓炎谱系疾病；SNP：单核苷酸多态性；HLA：人类白细胞抗原；AQP4：水通道蛋白4；IL-17：白细胞介素17；TNF-α：肿瘤坏死因子α；IFN-γ：干扰素γ

综上所述，目前有关基因因素与NMOSD易感性的关系尚无统一定论，大部分研究显示NMOSD易感性可能依赖于某个基因内的常见序列等位基因突变的共同作用，但也有少量研究证明NMOSD易感性与部分基因SNP不相关。因此，需要后期进行多中心、大样本、大规模研究来证实，同时进一步探索NMOSD新的易感基因及保护基因。随着对NMOSD遗传机制认识及研究的不断深入，基因检测有望成为早期筛查疾病和致病机制研究的有效手段，并且可以从基因遗传学方面加深对AQP4-IgG阳性及阴性NMOSD的再认识，为针对性临床治疗提供新线索。