宿主基因多態性與結核病易感性的相關研究新進展

石佳，馬笑雪

(中國醫科大學基礎醫學院病原生物教研室，遼寧沈陽110001)

結核病是由結核桿菌引起的一種慢性和緩發的傳染病，主要通過呼吸道傳播，一年四季均可發病，15歲到35歲的青少年是結核病的高發人群。80%的結核感染初次發生在肺部，其他部位如骨骼、皮膚、結腸、腹膜、腦膜也可發生繼發感染。近幾年，隨著環境污染和艾滋病等免疫力障礙疾病的傳播，結核病發病率呈現高發態勢。據報道，我國是結核病高發國家之一，有近三分之一的人口感染了結核桿菌，受感染人數超過4億，現有肺結核病人約500萬。研究表明，受結核菌感染的人群中，10%會發展為結核病。如果不采取有效的控制措施，預計在未來的10 a中，我國將有近5 000萬人口可能罹患結核病。研究顯示(圖1)，結核桿菌侵入人體后，人體內的免疫應答系統包括固有免疫、適應性免疫等會發生一系列的反應和變化:啟動固有免疫-激活吞噬細胞，P2X受體上調，促使結核桿菌死亡;啟動適應性免疫-激活T細胞，產生一系列細胞因子-增強巨噬細胞殺傷結核桿菌能力;同時刺激B細胞產生抗結核桿菌抗體。調查顯示，即使同為結核桿菌的感染者，其感染結局也會截然不同，由此推斷存在不同宿主對結核桿菌敏感性不同的可能性。因此相當一部分學者應用候選基因篩選、病理對照、基因連鎖分析等方法，對宿主基因多態性與結核桿菌易感性進行研究，目前發現宿主的HLA、細胞因子和細胞因子受體(如IFN-γ、IL-12、TNF-α等)、模式識別受體等基因與結核桿菌易感性有關［1］。而其中研究最深入的是HLA基因。本綜述就這些基因與結核易感性的現狀加以歸納總結。

圖1 結核桿菌進入人體后體內免疫系統系列反應Fig.1 Series of reactions occured in immune system when mycobacterium tuberculosis entered the human body

1 宿主HLA相關基因型與結核病的發生相關性

人類白細胞抗原(HLA)為組織相容性，在人類復雜的免疫反應調節中起著重要的作用，它因傳染病選擇的壓力導致出現最大程度的多態性。HLA基因多態性在器官移植或抵抗自身免疫和傳染性等疾病中起著重要作用，其中也包含結核病［2］。HLA基因(人類白細胞抗原基因)位于6號染色體的短臂上，約3 500 kb。HLA復合體分為3類:Ⅰ類位于染色體端粒端，分為HLA-A基因、HLA-B基因、HLA-C基因。HLA-Ⅰ類基因編碼的蛋白質主要參與呈遞內源性抗原。內源性抗原(endogenous antigen)是指在抗原提呈細胞內新合成的抗原，如病毒感染細胞合成的病毒蛋白、腫瘤細胞內合成的腫瘤抗原和細胞內感染細菌的產物等。內源性抗原在細胞內合成后經加工處理，以抗原肽-MHCⅠ類分子復合物形式提呈給CD8+T細胞。T細胞的TCR特異性識別并與APC表面抗原肽-MHC分子復合物結合，在細胞間黏附分子及細胞因子協同作用下，活化T細胞、介導免疫應答;Ⅱ類接近于染色體的著絲點，主要有DR、DQ、DP 3個亞區。HLA-Ⅱ基因編碼的蛋白質主要參與呈遞外源性抗原［3-4］。外源性抗原(exogenous antigen)是指抗原提成細胞通過吞噬或吞飲等作用從細胞外攝入的抗原，如胞外寄生細菌及其產物、細胞抗原、可溶性蛋白質抗原等。此類抗原首先需被APC攝取，在經過細胞內多種溶酶體酶的消化，降解為抗原肽，再與MHCⅡ類分子結合，提成給CD4+T細胞;Ⅲ類位于Ⅰ類和Ⅱ類之間，編碼的蛋白質不參與抗原呈遞，有些則參與補體途徑，以及一些非免疫相關性基因如熱休克蛋白［4］。

1.1 HLA-Ⅰ類基因

HLA-Ⅰ的等位基因A、B已經過科學家多次證實，其基因多態性與結核病有一定的內在聯系。而C等位基因是否與結核病存在著一定關聯還有待探究。V.Vijaya Lakshmi［5］應用病理對照分析得出HLA-B51等位基因在結核病患者中高顯的結論，而HLA-B52等位基因則在健康人群中高顯。S.Raghavan［6］應用病例分析、統計分析等方法對印度南部進行調查研究，表明HLA-A11是結核感染的保護基因，而HLA-B40為結核病易感基因。Rika Yuliwulandari［2］應用基因測序、統計分析等技術，對HLA-Ⅰ基因與結核病之間的關系進行了進一步研究，發現HLA-B*4006與結核病首次感染有關，而HLA-B*1802、HLA-B*4001則與結核病的反復感染有關。雖然很多學者發現了許多HLA-Ⅰ類的等位基因與結核病有關，但不論是病例對照還是基因檢測都有著區域限制。例如，加拿大和高加索人群的肺結核與HLA-B基因8相關［7］，埃及和北美黑人的肺結核病與HLA-B5基因相關［8］，而波蘭人的肺結核病則與HLA-B62有關［9］。

1.2 HLA-Ⅱ類基因

關于HLA-Ⅱ類基因與結核病之間的聯系，此前N Lucena-Silva［10］使用家族結核病接觸模式，發現HLA-DRB1*04在家族式結核病中高顯，而HLA-DRB1*15則低表達。同時Rika Yuliwulandari［2］提出HLA-DR等位基因與結核的易感性有關。之后U.Shankarkumar［11］又提出HLA-DQ亞區在結核病患者和健康者之間存在著差異，指出HLA-DQB1*0902、HLA-DQB1*03103、HLADQB1*050201在結核病患者中急劇增加，而HLA-DQB1*030101、HLA-DQB1*050301、HLADQB1*060101在結核病患者中急劇減少。

但是，HLA-Ⅱ基因雖然與結核易感性有關，但在不同種族之間存在差異。對于HLA-DR區域研究就存在著種族或區域差異，在印度、俄羅斯、印度尼西亞發現肺結核的發病與HLA-DR2有關，而北美黑人肺結核發病則與HLA-DR5有關，同時還發現HLA-DR3可能是結核病易感保護基因。而對于HLA-DQ區域研究也有著區域的差異。在泰國結核病保護基因為HLA-DQB1*0502，而越南的結核病保護基因為HLA-DQB1*0503，對于DP區域的研究較少。在我國南北方之間也存在著差距，王敬慧等［12］報道HLA-DR15基因與中國北方漢族人肺結核病易感性有關，而劉志輝等［13］報道HLA-DR16基因與中國南方漢族部分人群肺結核易感性相關。

1.3 HLA-Ⅲ基因

目前對于HLA-Ⅲ類基因的研究報道較少，烏茲別克斯坦人肺結核患者TNF-α308基因高度表達，認為其為易感基因。我國專家紀春梅［14］發現，TNF-β基因突變與肺結核相關而TNF-α-238基因型與肺結核發病無相關性。而Selvaraj等［15］在印度所做的一項研究認為，TNF-α與TNF-β基因均與肺結核無明顯相關，但與其他基因連鎖分析則有一定的意義。因此對于HLA-Ⅲ基因與結核病的聯系有待進一步深入研究。

2 非HLA基因型與結核病的關系

2.1 巨噬細胞蛋白1(NRAMP1)基因

巨噬細胞自然抗性相關蛋白-1(nature resistance associated macrophage protein-1，Nramp-1)基因與鼠中bcg/lsh/ity基因是同一基因，影響宿主對包括鼠傷寒沙門菌、杜氏利什曼原蟲、卡介苗分枝桿菌等胞內病原體的早期反應，來抵抗這些病原體。鼠Nramp-1基因單個核苷酸改變是卡介苗分枝桿菌易感性表現型的惟一原因，研究表明，人Nramp-1基因序列與鼠Nramp-1基因序列有89%相同，由此可以推測，人的Nramp-1基因的多態性與分枝桿菌易感性相關。Nramp-1可通過改變吞噬溶酶體內環境限制胞內病原體的繁殖。其原理可能是:Nramp-1基因具有一定的多態性，包括蛋白調節序列的3個多態(啟動子3、UTR和D543N)，所以不同人群中有著不同的表達，Nramp-1基因在吞噬小體上的表達對吞噬溶酶體內形成Mn2+和Fe2+的濃度不同來影響結核桿菌的繁殖［15-17］。

2.2 維生素D受體(VDR)基因

維生素D受體(Vitamin D Receptor，VDR)基因，此基因為維生素D3編碼的細胞核激素受體，屬于反式轉錄調節因子家族，與類固醇和甲狀腺激素的受體有序列相似性，人類的VDR基因位于12q13.11，該基因存在數個多態性位點。這些位點可依次被限制性內切酶BsmI、TaqI、ApM和FokI識別，從而將不同個體區分為不同的基因型。維生素D的代謝產物1，25-二羥基維生素D，是重要的免疫調節物，它通過激活巨噬細胞及影響免疫應答來提高殺滅細菌的能力。維生素D還能抑制巨噬細胞中結核桿菌的生長。Wilkinson RJ等對結核高發的倫敦西部亞洲移民進行了調查研究，對126例未處理的結核患者和116名對照的健康者的VDR上的Taql、Bsml和Fokl多態性進行研究，結果發現單獨的VDR多態性與結核沒有明顯關聯，但是基因型1T/Tt和血清維生素D缺乏的雙重因素則和結核有關，而基因型ff或血清維生素D測不到者和結核易感性有著密切的聯系。

2.3 Sp110基因

Sp110基因是一種蛋白編碼基因，屬于核小體Sp100/Sp140家族，編碼白細胞特殊核小體的組件，包含了Sp100區，SAND區，核定位序列(NLS)以及細胞核激素受體結合域(NRB)等多種功能結構區，位于2號染色體上的2q37.1位點上。Sp110這種多蛋白復合體在基因轉錄，激素受體信號傳遞，誘導髓樣細胞分化，細胞凋亡，病毒復制等方面都有重要作用。Kerrie Tosh等對岡比亞219個家庭研究發現Sp110上的3個片段的多態性和結核有關，分別是rs2114592、sp110intl0和rs3948464。雖然調查研究中顯示rs3948464的C等位基因、sp110intl0的A等位基因、rs2114592的C等位基因都與結核病易感性有關，但是不同人群的易感性片段也不相同［18］。

2.4 P2X7基因

人類P2X7基因定位于人染色體12q24上，編碼人類P2X7受體，P2X7受體是一個高表達于人類和鼠類巨噬細胞表面的配體一門控離子通道。研究證實P2X7基因是一個高多態性的基因，該基因上存在的一些單核苷酸多態性可以引起P2X7受體功能的缺失。而現在主要的研究是傾向于對1513和-762的多態性研究。我國專家經過Meta分析研究，其結果提示人群P2X7基因1513多態性位點與結核易感性相關，而-762多態性位點與結核易感性不相關［19-20］。

2.5 嗜乳脂樣蛋白2(BTNL2)基因

嗜乳脂樣蛋白2(BTNL2)基因位于染色體6p21.3的MHCⅡ區域，屬于B7受體家族基因。理論上入侵的結核桿菌被吞噬細胞吞噬后，把抗原信號呈遞給T淋巴細胞使之活化，T淋巴細胞活化需要抗原識別和協同因子共同刺激，而嗜乳脂樣蛋白2是一種負協同因子，它抑制T淋巴細胞活化。并且有研究顯示在結核病小鼠模型中結核桿菌誘導單核巨噬細胞嗜乳脂樣蛋白2表達來增加結核易感性。我國專家應用SNaPshot SNP分型等技術研究表明，嗜乳脂樣蛋白2基因多態性單個位點與結核病無顯著聯系。但在研究中發現的9個單倍體型C-A-T-G-C-G單倍體型和CG-T-G-C-G單倍體型與中國人群結核病的易感性有顯著關系［21］。

2.6 甘露糖結合凝集素基因

甘露糖結合凝集素(mannose binding lectin，MBL)是Ca2+依賴型凝集素家族中的一員，是機體天然免疫系統中一個重要的補體激活蛋白，MBL缺損可引起機體調理吞噬功能低下，導致各種病原體的反復感染等疾病。MBL基因(mbl2)位于第10號染色體上，血清MBL低下或MBL缺損的主要原因是MBL外顯子1內52、54和57位密碼子出現了結構基因突變，相應的突變型命名為B、C、D，野生型命名為A。此外，在MBL5'非翻譯區及啟動子區也具有較高的多態性。SCborg等采用聚合酶鏈反應—序列特異性引物(PCRSSP)方法研究，發現低表達的MBL基因型XA/O可能對結核易感性有保護作用，而高表達的基因型或MBL基因型缺失則沒有這種保護作用。此外，E1 sahly等對非洲裔美國人群的MBL基因型進行分析，發現B等位基因對結核易感性起到保護作用。與此同時，Fitness等對馬拉維Karonga區人群MBL基因進行分型發現MBL等位基因型與結核病無關。以上不同研究結果之間存在著差異，這有待進一步證實［22］。

2.7 腫瘤壞死因子(TNF)基因

腫瘤壞死因子α主要由巨噬細胞產生，腫瘤壞死因子β主要由淋巴細胞和自然殺傷細胞產生，雖然兩者來源于不同的細胞但它們的生物作用極為相似，腫瘤壞死因子在體內具有抗腫瘤、抗病毒感染、誘發炎癥反應以及刺激某些正常細胞的生長的作用。腫瘤壞死因子基因與人類主要組織相容性復合體基因緊密連鎖，同時腫瘤壞死因子α和β之間也緊密連鎖，同時位于第6號染色體6p23～6q12之間。2003年，Scola在西西里島發現TNF-α的-308G-A多態性同保護機體免受結核病感染有關;2005年，Correa在哥倫比亞發現TNF-α的-308A-238G單倍型也具有保護性［11］。因此認為腫瘤壞死因子基因的多態性與結核病易感性之間存在著一定聯系。

2.8 γ干擾素(IFN-γ)基因

人類IFN-γ基因位于l2號染色體長臂1區4帶(12q14)，全長6 kb，包含4個外顯子，3個內含子。IFN-γ的主要功能是活化巨噬細胞。上調其表面MHC-Ⅰ、MHC-Ⅱ、協同刺激分子CD80/86等分子的表達，促進誘導型一氧化氮合酶(iNOS)的產生，激活巨噬細胞的氧依賴性和氧非依賴性殺菌系統。使巨噬細胞獲得殺滅胞內寄生菌的能力。同時其抗原呈遞能力進一步加強，從而擴大抗結核的免疫效能。研究者首先對意大利西西里人群中45例結核病患者、97例健康對照的基因型進行了分析。分析結果認為IFN-γ基因第1個內含子存在著+874T-A的單核苷酸多態性。而其中+874IT基因型與高IFN-γ產量有關，即結核病的保護性基因型［23］。

2.9 IL-12基因

IL-12是白細胞介素12，主要由單核-巨噬細胞、B細胞產生，可激活和增強NK細胞殺傷活性及IFN-γ產生。2004年Tso通過健康者和結核患者基因對照發現了IL-12 p40亞單位的2種基因多態性同結核病的易感性有關。擁有純合子的IL12B基因的內顯子2個重復的ATT，其患結核病概率是平常的2.1倍。這一調查表明IL-12與結核易感性有關［24-25］。圖2為IL-12的依賴干擾素γ對結核桿菌反應模式圖(包括腫瘤壞死因子(TNF)的作用)。

圖2 IL-12的依賴干擾素γ對結核桿菌反應模式圖［1］Fig.2 The response of IFN-γdepending IL-12 to Mycobacterium tuberculosis infection［1］

3 討論

綜上所述，除了人類白細胞抗原(HLA)多個等位基因片段與宿主對結核病的易感性具有相關性外，另有9個宿主基因的多態性與結核病易感性相關。相信伴隨結核桿菌基因組學研究的不斷深入和發展，將有更多的與結核病發生、發展及疾病轉歸相關的候選基因出現，而針對結核易感基因的探索不僅有利于結核病的預防，更將為結核病的治療提供有意義的作用靶點，成為人類攻克結核頑疾的得力研究武器。

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