過敏性鼻炎的遺傳學研究進展

趙延明 張 羅，2*

(1.首都醫(yī)科大學附屬北京同仁醫(yī)院耳鼻咽喉頭頸外科，北京100730;2.教育部耳鼻咽喉頭頸外科重點實驗室，北京市耳鼻咽喉科研究所，北京100005)

過敏性鼻炎(allergic rhinitis，AR)是IgE介導的鼻黏膜炎癥反應，近年來其發(fā)病率呈上升趨勢，在全世界范圍內的發(fā)病率約為23%，中國中心城市的自報患病率為8.7% ～24.1%［1］。2002年美國在AR 上的醫(yī)藥花銷為600萬美元［2］，AR給世界衛(wèi)生支出造成的負擔已不容忽視。從1916年Cooke和Vander Veer提出過敏性疾病為“單基因遺傳疾病”至今，過敏性疾病的遺傳學研究經歷了近一個世紀的時間，如今已公認過敏性疾病為多基因遺傳疾病，并且基因與環(huán)境之間，基因與基因之間的相互作用共同決定疾病的發(fā)生發(fā)展。AR作為過敏性疾病中的一種，其遺傳學研究也經歷了一個世紀的曲折發(fā)展。

1 過敏性疾病的遺傳學研究方法

回首前人在過敏性疾病遺傳學研究上取得的成就是令人振奮的，大量的致病基因被確定，過敏性疾病的發(fā)病機制趨于明朗，而隨著生物實驗技術的發(fā)展，統(tǒng)計分析方法的改進，在未來的研究中注定會取得更多的成果。但同時也無法忽略這些研究中存在的問題，包括如何明確所有參與疾病發(fā)生發(fā)展的易感基因及致病基因以及過敏性疾病發(fā)生的確切機制、如何解釋實驗研究的可重復性低以及怎樣明確發(fā)病過程中環(huán)境和基因間的相互作用等。要了解并解決這些問題就要先從有關過敏性疾病遺傳學研究的方法上著手。在探究過敏性疾病的致病基因的過程中基因組連鎖研究和候選基因相關性研究是最早應用的主要研究手段。

1.1 基因組連鎖研究

基因組連鎖研究的研究群體是家系成員，檢測到基因組中某一區(qū)域與疾病相關后，再通過進一步提高分辨率，最終確定哪些基因與過敏性疾病相關。應用于家系研究群體的基因組連鎖研究的主要優(yōu)點是:①檢測的單核苷酸多態(tài)性(single nucleotide polymorphisms，SNP)位點少(可以少于500個)。由于家族成員間的基因來自共同的祖先，使得個體之間存在相同的較大區(qū)域的基因序列，因此對于需檢測SNP位點數(shù)目可以少于500就足夠達到實驗要求;②不需要候選基因假設。相對于候選基因相關性研究，基因組連鎖研究不需要挑選與過敏性疾病相關的候選基因，而是直接對實驗對象的整個基因組進行檢測;③ 可以發(fā)現(xiàn)新的疾病相關基因。由于候選基因研究無法探測新的致病基因，而基因組連鎖研究彌補了這一缺點，在發(fā)現(xiàn)新的致病基因的研究中發(fā)揮了重要作用，早期的研究中發(fā)現(xiàn)的基因位點為后續(xù)的研究提供了依據及線索;④在多表型混雜因素的影響下基因組連鎖研究是檢測目的等位基因的理想手段。

1.2 候選基因研究

候選基因研究關注的是在過敏性疾病發(fā)生中參與炎癥反應的各個因子的編碼基因及相關基因，例如IgE候選基因和細胞因子候選基因，這些基因編碼的產物在過敏性疾病中的作用已經得到公認，候選基因的變異與疾病的相關性是通過比較病例組和對照組人群的等位基因頻率或者是基因型頻率得出的。候選基因研究的主要缺憾來自人口結構的差異，由于病例組和對照組人群可能來于不同人口結構，其等位基因的分布頻率必然存在差異，干擾了候選基因研究結果的可靠性，但在校正了統(tǒng)計學分析方法后，候選基因研究已經可以用于人口結構差異的樣本研究。雖然與基因組連鎖研究相比，候選基因相關性研究不能用于發(fā)現(xiàn)新的疾病易感基因位點，但其主要優(yōu)點為:①基因檢測功效高。相對于基因組連鎖研究，相同樣本量的研究中，候選基因研究對危險度低的致病基因的檢測功效較高，這反映了對于危險度低的致病基因，其等位基因的分布頻率在家系人群中與非相關人群相比差異并不明顯;② 樣本獲取容易。候選基因研究不要求大樣本量的家系人群，非家系的樣本人群即可滿足要求，相對于基因組連鎖研究而言更容易獲取研究樣本，而且對同樣本量大小的研究候選基因相關性研究比基因組連鎖研究具有更高的統(tǒng)計學效力［3］;③對標記物密度要求高。研究人群為非相關個體使得基因組中相同序列較少，所以候選基因研究要求更高密度的標記物。

在AR的研究過程中，無論是基因組連鎖研究還是候選基因研究，都面臨同樣的問題，即研究結果的可重復性低。在不同人群中獨立的可重復的基因型-表型相關性是確定AR相關基因最有力的證據。何為獨立的重復研究?先前的研究中把一個等位基因變異當作重復實驗的基本單位，但隨著SNP檢測序技術的發(fā)展，更多的學者認為應當把某個基因區(qū)域作為重復實驗的基本單位，因為已經有先例證明，同一基因的功能變異與過敏性疾病易感性相關聯(lián)［4］。ADAM33基因就很好的說明了這一問題，基因中SNP及單體型在所有被檢測人群中都無相關性，而在不同人群中存在著不同的疾病相關風險SNP和單體型，這提示了疾病易感性的復雜性，可能在同一基因上存在不只一個風險SNP，他們共同決定了疾病的易感性。就重復性實驗而言，相對于表型，重復的實驗標準是與原始實驗完全相同的表型下得出的陽性結果，而對于基因型，嚴格的標準是與原始實驗完全相同的SNP、單體型及風險等位基因下得出陽性結果，對于一個疾病易感基因最有力的支持就是在嚴格標準的基因型及表型下得到的陽性重復結果。

2 過敏性鼻炎的遺傳學研究

在過去的10年中，基因組連鎖研究最早用于探索過敏性鼻炎的風險等位基因。確定了一系列AR易感基因位點區(qū)域，表1中列出了近年在過敏性鼻炎家族人群進行的遺傳學研究成果。

基因組連鎖研究中收集樣本量足夠的過敏性鼻炎家族人群是研究面臨的主要困難。丹麥學者在收集大規(guī)模家族性過敏性鼻炎患者方面優(yōu)勢突出，并利用基因組連鎖研究的方法在AR的早期遺傳學研究中做出貢獻，發(fā)現(xiàn)了多個風險等位基因區(qū)域。但是即使在同一國家，來自丹麥的4個過敏性家族研究中確定的基因區(qū)域也沒能完全重疊。這可能與AR臨床表型的選擇及患者人群差異有關，但也從另一個方面說明了過敏性鼻炎作為復雜疾病在遺傳學研究中的困難性。利用基因組連鎖研究家族人群的成果，為后來的進行定位克隆確定具體的易感基因提供了寶貴的線索。

表1 過敏性鼻炎基因組連鎖研究Tab.1 Genome-wide linkage study of AR

而對于候選基因相關性研究，也取得很多成果，根據參與AR發(fā)病機制的因子不同，候選基因研究可以分成幾個主要的集中研究方向。

2.1 趨化性細胞因子及其受體的候選基因研究

趨化性細胞因子是一個蛋白質家族，主要作用是招募血液中的單核細胞、中性粒細胞及淋巴細胞等進入炎癥反應發(fā)生部位，在AR的發(fā)病過程中發(fā)揮重要作用。Nakamura等［12］分析了趨化性細胞因子受體CCR1、CCR2、CCR3、CCR5、CCXCR1 的編碼基因，發(fā)現(xiàn)了8個關于日本雪松特異性花粉癥的SNP，又通過遺傳不均衡測試及與非相關人群的比較，得出了CCR2的SNP 64Ile及CCR3的SNP 51C與日本雪松特異性花粉癥相關，還發(fā)現(xiàn)了在病例組中單體型64Ile/780C/51C的頻率高于對照組。Zhang等［13］選取了48個日本家庭檢查44SNP，在患有AR的病例組及健康人群的對照組中發(fā)現(xiàn)在 SDAD1、CXCL9、CSCL10及CXCL11基因附近的單體型在后代的遺傳頻率明顯增高。對于嗜酸細胞活化趨化因子，Chae等［14］研究后發(fā)現(xiàn)嗜酸細胞活化趨化因子3基因+2497T＞G多態(tài)性與韓國人群中AR的易感性相關。

2.2 白細胞介素的候選基因研究

AR的發(fā)病機制理論中，有關人類CD4+T細胞分化為輔助性T細胞(help T cell，Th)Th1及Th2的失衡理論已經得到認可，而相關的Th2細胞因子IL-4、IL-5、IL-6、IL-9、IL-10 及IL-13 的基因研究也得到了廣泛的關注。Movahedi等［15］對IL-4及IL-4R基因多態(tài)性進行分析后，發(fā)現(xiàn)IL-4基因的位點rs2243250變異的人群AR的發(fā)生率是正常人群的7.17倍，IL-4R基因區(qū)域內雖然未發(fā)現(xiàn)風險等位基因但位點rs1801275的變異與AR患者的某些臨床特征具有相關性(嗜酸性粒細胞百分比，血清IgE水平等)。然而，Yadav［16］報道 IL-4 T589C，IL-4RA I50V，IL-4RA Q576 3個基因位點在AR患者和正常人群中未發(fā)現(xiàn)統(tǒng)計學差異，而IL-13R130Q多態(tài)性則與AR的發(fā)病風險相關。中國學者報告了塵螨過敏的AR患者中IL4 C-590基因多態(tài)性與疾病具有相關性，而IL-13基因和IL-4R基因的變異則未發(fā)現(xiàn)與塵螨過敏AR具有明顯相關性［17］。IL-10基因多態(tài)性研究結果表明了IL-10RA基因上的S138G位點的變異可升高人群過敏性疾病發(fā)病風險［18］。

除了經典的Th1、Th2細胞因子對過敏性鼻炎的炎性反應機制發(fā)揮調節(jié)作用，有研究［19-20］表明Th17細胞也在炎性反應的調節(jié)過程中發(fā)揮了重要作用。Wang等［21］在對過敏性鼻炎伴哮喘的患者的研究中，發(fā)現(xiàn)位于IL-17A基因上的rs3819024位點，及IL-17A基因附近的2個位點rs1892280、rs10807439與AR的發(fā)病具有顯著相關性。

2.3 血管緊張素轉換酶候選基因的研究

血管緊張素轉換酶(angiotensin converting enzyme，ACE)通過鈍化炎性反應前肽類分子如P物質及緩激肽等發(fā)揮抗炎作用。Kim等［22］分析了137個AR患者中ACE基因插入和缺失型的基因型和等位基因頻率，及186個AR患者(兩項研究的健康對照者均為219名)中的血管緊張素原基因M235T多態(tài)性，最后未得出陽性結果。Kuet等［22］在韓國人群中做相似的研究同樣未得出陽性結果。Lue等［23］在選取了106例AR不伴哮喘的兒童，及105例AR同時患有哮喘的兒童，并有102例健康兒童作為對照，研究發(fā)現(xiàn)ACE基因DD型在AR伴哮喘的兒童中的比例大于單純的AR患兒，提出ACE基因DD型多態(tài)性與哮喘并AR的患者有相關性。最近，國內學者［24］對ACE的基因多態(tài)性與AR的相關性進行了薈萃分析，對6項研究結果共1 410個體進行了分析，發(fā)現(xiàn)ACE基因多態(tài)性與AR發(fā)病風險具有相關性，但是在亞型的分析中發(fā)現(xiàn)ACE僅提高了成人AR患者的發(fā)病風險而在兒童中未得到具有統(tǒng)計學意義的結果。

2.4 其他相關候選基因研究

Nakamura等［25］報道了嗜酸性粒細胞過氧化酶的編碼基因Pro358Leu多態(tài)性與日本雪松過敏性鼻炎發(fā)生的相關性。白三烯是AR的重要調節(jié)因子，近年抗白三烯藥物已經廣泛應用于AR及哮喘的治療。LTC4S作為白三烯合成調節(jié)的關鍵酶其基因A-444C多態(tài)性也在哮喘研究中得到證實［26］，Eskandari等［27］報道了A-444C多態(tài)性可增加AR的發(fā)病風險。另外，在漢族人群中發(fā)現(xiàn)CD14基因多態(tài)性與AR相關但與血清IgE水平無相關性［28］，F(xiàn)OXp3基因及EBI3基因多態(tài)性也在漢族人群中發(fā)現(xiàn)了與AR相關性［29］。這些候選基因的研究成果雖然重復性未得到證實，但也為后來的研究提供的線索。

相對于基因組連鎖研究和候選基因研究，近年來日益成熟的全基因組相關研究(genome wide association scans，GWAS)在多基因遺傳疾病的體現(xiàn)出了其自身的優(yōu)勢性。GWAS得到飛速發(fā)展主要得益于:①人類基因組SNP分型;② 高密度基因測序芯片技術的發(fā)展。由于同時可以對受試個體基因組上大于500 000的SNP進行檢測，促使GWAS中要求大容量的SNP檢測得以實施;③ 常見疾病的大樣本量且分型完善的臨床研究樣本的確定。這些都極大的推動了全基因組相關性研究發(fā)展，多基因復雜疾病的遺傳學研究提供了更廣闊的空間。

GWAS的主要優(yōu)勢在于其對新的疾病易感基因的發(fā)現(xiàn)并由此揭示疾病的發(fā)病機制，并且能彌補候選基因研究及基因連鎖研究中對中等風險的疾病易感基因檢出率低的缺陷。GWAS存在的不足是實驗需要測序的SNP位點多，一些經濟實力較差的研究組織無力承擔。為解決這一問題，研究者發(fā)明了基因混合測序的方法(pooling-based genome-wide association scans，pGWAS)，即將病例組和對照組待測基因分別混合為兩個基因庫，這樣只需檢測兩個樣本的SNP，大大節(jié)省了實驗費用。而pGWAS結果的可靠性也得到了證實［30］，但是無論是GWAS或是最早應用的基因組連鎖及侯選基因研究，最終致病的真正易感基因只能通過進一步建立基因及其變異的功能分型或是通過動物的基因功能實驗來確定。

AR的遺傳學研究最終的價值需要依靠臨床實踐來實現(xiàn)，對于在研究中取得的成果主要有以下幾個方向的臨床應用。①AR發(fā)病機制的發(fā)展性認識。早期的基因組連鎖研究作為檢測AR新的易感基因主要手段發(fā)揮了重要作用，GWAS在未來的研究中必定會發(fā)現(xiàn)更多的新的易感基因，最終完善AR發(fā)病機制網絡。同時，新的易感基因的確定也將為AR治療提供了新的線索，確定環(huán)境因素對AR發(fā)生發(fā)展的作用，明確環(huán)境中哪些因子與疾病的發(fā)生存在因果聯(lián)系，最終可以通過調節(jié)環(huán)境因子來干預AR的發(fā)生發(fā)展。②確定疾病易感人群。AR的遺傳學研究提示了其相應的易感人群，在發(fā)育早期對AR易感性進行評估，通過早期干預來降低人群中AR的發(fā)病率。③AR的導向意義。AR的遺傳學研究提供了在基因水平上對疾病進行分型的可能，根據基因水平的疾病分型來指導臨床實施治療。確定哪些個體有可發(fā)展成重度AR的風險，并對這些人去實施一級預防干預。同時，通過藥物遺傳學的研究尚可明確個體對藥物的敏感度，實施個體化治療方案。

3 展望

AR的遺傳學研究已經取得了很多成果，但由于其多基因遺傳機制的復雜性，基因與環(huán)境間的相互作用，很多遺傳學的研究可重復性比較低，甚至得出相反的結果，但從AR“單基因”遺傳理論到Tips等研究提出“多基因理論”，經歷了近40年的時間，而從1966年闡明IgE的生物學性質到今天AR眾多候選基因的報告，又大約歷時40年的時間，但我們可以看到后40年AR的研究進展速度是前一個40年無法比擬的，這其中的最大的原因就是分子生物學飛速發(fā)展。遺傳學的實驗技術隨著科技發(fā)展取得的進步，更多更新的實驗技術為研究AR提供有效的手段，同時各個國家的多中心協(xié)作也為過敏性鼻炎的研究提供有力的支持，早日建立起一個完整統(tǒng)一的研究體系，明確不同種族及環(huán)境對于AR的影響，并在此基礎上構建一個有機的研究體系是最終解決AR遺傳學研究各種困難的有效途徑。相信隨著研究的深入以及DNA相關技術的發(fā)展，AR遺傳學的神秘面紗最終會被揭開。

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