腺苷脫氨酶2與血管炎的相關(guān)性研究進(jìn)展

鞠俊，鄒麗萍

血管炎是一種具有血管炎癥和壞死的臨床病理過(guò)程，組織病理上表現(xiàn)為血管內(nèi)皮細(xì)胞腫脹，血管壁及血管周?chē)仔约?xì)胞浸潤(rùn)，纖維蛋白樣變性或肉芽腫性增生[1]。血管炎臨床表現(xiàn)多樣，只有少數(shù)病因較明確，如藥物變態(tài)反應(yīng)及感染所致。根據(jù)血管炎好發(fā)部位及嚴(yán)重程度進(jìn)行分類(lèi)，常見(jiàn)的有變應(yīng)性白細(xì)胞破碎性（壞死性）血管炎、結(jié)節(jié)性多動(dòng)脈炎、血栓形成性血管炎、肉芽腫性血管炎及淋巴細(xì)胞性血管炎等。各類(lèi)血管炎繼發(fā)性組織缺血可影響包括皮膚、肌肉骨骼系統(tǒng)、腎臟、胃腸道、心血管和神經(jīng)系統(tǒng)在內(nèi)的任何器官。最近的研究發(fā)現(xiàn)，部分血管炎性病變可能與貓眼綜合征染色體候選基因1（cat eye syndrome chromosome region，candidate 1，CECR1）突變導(dǎo)致該基因編碼的腺苷脫氨酶2（adenosine deaminase 2，ADA2）功能缺陷相關(guān)，且由于該基因突變?cè)斐傻墓δ苋笔c血管病變及炎癥表現(xiàn)相關(guān)，可導(dǎo)致兒童早期復(fù)發(fā)性卒中、系統(tǒng)性血管炎等一系列病變[2-4]。本文對(duì)新近多項(xiàng)研究中發(fā)現(xiàn)的血管炎患者存在CECR1基因突變，并出現(xiàn)ADA蛋白功能缺陷的情況展開(kāi)綜述，以期從遺傳學(xué)角度探索血管炎的病因。

1 ADA結(jié)構(gòu)功能和分類(lèi)

ADA是一種氨基水解酶，參與嘌呤核苷代謝過(guò)程，能催化腺嘌呤核苷脫氨基變?yōu)榧≤?，以及脫氧腺苷轉(zhuǎn)變?yōu)槊撗跫≤?，以調(diào)節(jié)前者的水平。ADA有兩種同工酶，分別是ADA1和ADA2。人類(lèi)除上述兩種酶外，還有ADA樣蛋白（adenosine deaminase-like protein，ADAL或者ADA3），其功能不清[5]。ADA1普遍存在于人體內(nèi)，主要作用是下調(diào)其作用底物腺苷和脫氧腺苷的毒性衍生物，保護(hù)細(xì)胞以免凋亡[6]，ADA1在生物體內(nèi)具有很高的脫氨效率。研究[7]發(fā)現(xiàn)高水平腺苷可以抑制淋巴細(xì)胞的激活和增殖。因此，遺傳性突變引起的ADA1活性喪失能夠?qū)е聡?yán)重的聯(lián)合免疫缺陷癥（severe combined immunodeficiency disease，SCID）[7]。關(guān)于ADA1的結(jié)構(gòu)和激活淋巴細(xì)胞的功能已經(jīng)研究得很清楚，狹義的ADA是指ADA1。ADA2是由CECR1基因編碼的包含有511個(gè)氨基酸的蛋白質(zhì)。僅存在于單核-巨噬細(xì)胞系統(tǒng)內(nèi)，其對(duì)脫氧腺苷的親和力較弱，故ADA2在生物體內(nèi)的脫氨作用極弱。

以往研究表明，ADA2活性在肺結(jié)核患者胸膜腔積液[8]，以及人類(lèi)免疫缺陷病毒（human immunodeficiency virus，HIV）感染個(gè)體血清[9]中濃度顯著升高，因此將ADA2作為這兩種疾病診斷和治療隨訪的有效標(biāo)志物。臨床數(shù)據(jù)也表明，ADA2可能與免疫細(xì)胞對(duì)結(jié)核分枝桿菌（Mycobacterium tuberculosis，MTB）和HIV感染的免疫應(yīng)答有關(guān)。

ADA2不同于ADA1，其生物化學(xué)特點(diǎn)被研究得較少。作為分泌型蛋白質(zhì)，ADA2主要在血漿中表達(dá)，但水平較低。近年來(lái)，研究人員構(gòu)建了ADA2的高分辨率晶體結(jié)構(gòu)[10]，表明ADA2是對(duì)稱(chēng)的同源二聚體，確定了蛋白質(zhì)的催化性結(jié)構(gòu)域，還解析了腺苷脫氨酶生長(zhǎng)因子（adenosine deaminase growth factor，ADGF）/ADA2特異性結(jié)構(gòu)域，能介導(dǎo)其同源二聚體結(jié)合到細(xì)胞表面受體。通過(guò)蛋白質(zhì)三維結(jié)構(gòu)分析推測(cè)，基因突變可能通過(guò)影響蛋白質(zhì)的穩(wěn)定性和結(jié)構(gòu)域，以改變蛋白質(zhì)的功能。與ADA1相比，ADA2具有廣泛的糖基化以及保守的二硫鍵和信號(hào)肽，這些突變的位置多位于基因的高度保守序列。

ADA2在早期胚胎發(fā)育及免疫系統(tǒng)都發(fā)揮作用[11]。編碼ADA2的CECR1基因位于22q11.2，該染色體部分三倍體導(dǎo)致與貓眼綜合征（cat eye syndrome，CES）相關(guān)的發(fā)育異常[12]，可見(jiàn)ADA2可能與早期胚胎發(fā)育相關(guān)?；虮葘?duì)表明，ADA2是ADGF家族成員之一。Zavialov等[11，13]通過(guò)一系列研究發(fā)現(xiàn)ADA2由單核-巨噬細(xì)胞系統(tǒng)產(chǎn)生，是單核細(xì)胞分化為巨噬細(xì)胞或樹(shù)突細(xì)胞過(guò)程中由抗原提呈細(xì)胞（antigen presenting cell，APC）分泌，并且是APC分泌的唯一的ADA產(chǎn)物，分泌水平是由細(xì)胞激酶/生長(zhǎng)因子調(diào)節(jié)，可能通過(guò)細(xì)胞表面腺苷脫氨酶受體（adenosine deaminase receptor，ADR）和蛋白聚糖類(lèi)結(jié)合到細(xì)胞表面，與細(xì)胞表面分子相互作用，參與細(xì)胞內(nèi)信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)；并且揭示了ADA2的生長(zhǎng)因子樣活性，提出ADA2在T細(xì)胞依賴(lài)性單核細(xì)胞分化中起到特異性作用，能促進(jìn)CD4+T細(xì)胞依賴(lài)性單核細(xì)胞分化為巨噬細(xì)胞并出現(xiàn)巨噬細(xì)胞增殖。

2 ADA2與血管炎性病變的相關(guān)性

結(jié)節(jié)性多動(dòng)脈炎（polyarteritis nodosa）是一類(lèi)累及中小動(dòng)脈全層的壞死性血管炎。隨受累動(dòng)脈的部位不同，臨床表現(xiàn)多樣，可僅局限于皮膚（皮膚型），也可波及多個(gè)小器官或系統(tǒng)（系統(tǒng)型），以腎臟、心臟、神經(jīng)、皮膚受累最常見(jiàn)。常在中年或老年時(shí)期被診斷，但在兒童時(shí)期即出現(xiàn)癥狀。盡管該疾病臨床表現(xiàn)多為非特異性，器官受累和疾病嚴(yán)重程度差異性大，但目前美國(guó)風(fēng)濕病協(xié)會(huì)提出明確的診斷標(biāo)準(zhǔn)[14]。最近以色列研究人員[2]確定了患有系統(tǒng)型和皮膚型結(jié)節(jié)性多動(dòng)脈炎的6個(gè)格魯吉亞猶太家系和德國(guó)家系，均為常染色體隱性遺傳。所有研究對(duì)象均有皮膚癥狀，大多表現(xiàn)為網(wǎng)狀青斑，嚴(yán)重時(shí)出現(xiàn)指/趾缺血和壞死，胃腸道癥狀，腎性高血壓，神經(jīng)系統(tǒng)癥狀，以及卒中，血管造影常發(fā)現(xiàn)微動(dòng)脈瘤，腹腔動(dòng)脈（腸系膜，腹腔，肝臟以及腎臟）狹窄，以及腎皮質(zhì)梗死。研究者對(duì)家系中的患者進(jìn)行全外顯子組基因測(cè)序，并對(duì)家系中其他成員以及其他臨床診斷為結(jié)節(jié)性多動(dòng)脈炎患者進(jìn)行了靶基因測(cè)序。全外顯子基因測(cè)序結(jié)果顯示，所有家系患者均存在CECR1基因的隱性突變，該基因編碼ADA2。所有格魯吉亞猶太人患者均是CECR1 c.139G→A（22號(hào)染色體：17，690，429 C→T）導(dǎo)致Gly47Arg氨基酸替換的純合突變，ADA2的47位甘氨酸在測(cè)序的物種中是保守的，被替換為精氨酸后出現(xiàn)功能損害。而所有未患病的親屬均為雜合子或非攜帶者。對(duì)確定的候選等位基因進(jìn)行人群中靶基因測(cè)序驗(yàn)證，推測(cè)同族結(jié)婚的格魯吉亞猶太人群中，Gly47Arg攜帶頻率是0.102，這與結(jié)節(jié)性多動(dòng)脈炎在該人群中高發(fā)率相一致。在德國(guó)家系中，受累患者是雜合突變，亦均發(fā)生在CECR1基因，為突變編碼Arg169Gln（c.506G→A；22號(hào)染色體：17，687，997 C→T）以及Pro251Leu（c.752C→T；22號(hào)染色體：17，684，454 G→A）的復(fù)合雜合突變。該研究隨后使用桑格驗(yàn)證在土耳其結(jié)節(jié)性多動(dòng)脈炎患者中進(jìn)行CECR1基因測(cè)序，在14例診斷結(jié)節(jié)性多動(dòng)脈炎的土耳其散發(fā)病例中，發(fā)現(xiàn)1名兒童是CECR1損傷變異的復(fù)合雜合突變，1個(gè)編碼Gly47Val（c.140G→T；22號(hào)染色體：17，690，428 C→A），另一個(gè)編碼Trp264Ser（c.791G→C；22號(hào)染色體：17，672，663 C→G）。

最近美國(guó)的研究者[3]也在CECR1基因的同一位點(diǎn)發(fā)現(xiàn)了基因突變。該研究首先在臨床工作中發(fā)現(xiàn)了3例散發(fā)病例，具有共同的癥狀，表現(xiàn)為間斷發(fā)熱，早發(fā)腔隙性卒中以及其他神經(jīng)血管癥狀，青斑樣皮疹，肝脾大，以及全身性血管炎性病變。對(duì)發(fā)病的3例患兒及其表型正常的父母進(jìn)行了全外顯子組基因測(cè)序，并對(duì)3例類(lèi)似表型的患兒同胞（2例患有結(jié)節(jié)性多動(dòng)脈炎的同胞和1例患有小血管炎的患兒）進(jìn)行候選基因測(cè)序。所有患者兒童早期就表現(xiàn)為反復(fù)發(fā)熱，青斑樣皮疹。皮膚活檢顯示間質(zhì)中性粒細(xì)胞和巨噬細(xì)胞顯著，伴有血管周T淋巴細(xì)胞浸潤(rùn)。所有患者均有卒中發(fā)作，主要出現(xiàn)在炎癥反應(yīng)期，伴有或不伴發(fā)熱。顱腦磁共振成像（magnetic resonance imaging，MRI）顯示急性或慢性小的皮層下梗死，累及腦深部神經(jīng)核團(tuán)和腦干，這與小血管阻塞相一致（腔隙性卒中，亦被歸納為腔隙性疾病譜系障礙）。研究結(jié)果在9例患者中均發(fā)現(xiàn)了CECR1基因的隱性遺傳突變，并且患有結(jié)節(jié)性多動(dòng)脈炎或小血管炎的3例患者的突變類(lèi)型與以色列的家系研究相一致，同為p.Gly47Arg突變的純合子。除此之外，這些家系中共同存在的突變有p.Gly47Ala、p.Arg169Gln和p.Tyr453Cys突變。研究者將此類(lèi)系統(tǒng)性血管炎和輕微免疫缺陷并存在CECR1基因突變的疾病定義為腺苷脫氨酶2缺陷（deficiency of ADA2，DADA2）。

NishaGarg等[4]也對(duì)1名患有嚴(yán)重血管病變的5歲土耳其女孩進(jìn)行了基因檢測(cè)，發(fā)現(xiàn)了CECR1基因存在兩個(gè)新發(fā)突變。該患兒自1歲半出現(xiàn)反復(fù)發(fā)熱和皮疹，3歲出現(xiàn)右眼瞼下垂和行走不穩(wěn)，顱腦MRI檢查提示延髓梗死灶，4歲半再次出現(xiàn)神經(jīng)系統(tǒng)癥狀，結(jié)合顱腦MRI檢查結(jié)果，診斷為急性延髓梗死。5歲時(shí)突發(fā)發(fā)熱，頭痛，意識(shí)不清，影像學(xué)檢查發(fā)現(xiàn)右頂葉顱內(nèi)出血，血管造影顯示大腦中動(dòng)脈右頂支不規(guī)則狹窄，推測(cè)為顱內(nèi)出血導(dǎo)致的血管痙攣和血管炎?；純杭毙云鸩? d后死于呼吸衰竭。對(duì)患兒進(jìn)行CECR1基因檢測(cè)發(fā)現(xiàn)了兩個(gè)突變，分別是之前研究中報(bào)道的錯(cuò)義突變p.Gly47Arg和c.916C→T導(dǎo)致的無(wú)義突變p.Arg306*。作者推測(cè)該病為CECR1基因突變導(dǎo)致的嚴(yán)重血管炎性病變。

通過(guò)對(duì)ADA2蛋白質(zhì)三維結(jié)構(gòu)分析發(fā)現(xiàn)，突變Gly47Arg和Gly47Val可能影響ADA2同源二聚體或者單個(gè)亞單位的穩(wěn)定性，Arg169Gln可能改變受體結(jié)合域，突變Pro251Leu和Trp264His可能影響酶活性區(qū)，突變的位置多位于基因的高度保守序列。對(duì)存在ADA2突變（包括純合突變和復(fù)合雜合突變）的被研究者血清樣本進(jìn)行ADA2活性分析，發(fā)現(xiàn)其ADA2活性較對(duì)照組顯著降低，而未發(fā)病的突變攜帶者的血清樣本ADA2活性與對(duì)照組相似[2-3]。這驗(yàn)證了在一組表現(xiàn)為特異性皮疹、卒中以及全身性血管炎性病變的患者中存在ADA2功能異常，并且是CECR1基因突變所導(dǎo)致的。

3 ADA2缺陷導(dǎo)致血管炎性病變的機(jī)制探討

血管炎性病變特點(diǎn)是患者發(fā)病年齡、嚴(yán)重性和器官累及情況高度不同，甚至在同一家系內(nèi)，以及在具有同樣病變特征的患者個(gè)體間也有很大的差異[2-4]。血管炎各亞型間癥狀交叉，臨床上表現(xiàn)多樣，從兒童期嚴(yán)重的或者致死性系統(tǒng)性血管炎或多發(fā)卒中，到中年患者可能僅表現(xiàn)為皮膚改變，這種多樣性是由特異性突變和其他因素（如環(huán)境、遺傳或者兩者皆有）所致[3]。目前臨床應(yīng)用檢測(cè)生化標(biāo)志物水平，例如在中小血管血管炎中發(fā)現(xiàn)抗中性粒細(xì)胞胞漿抗體（antineutrophil cytoplasmic antibodies，ANCA）陽(yáng)性，能提高血管炎性病變的診斷能力。新近發(fā)現(xiàn)的CECR1基因突變導(dǎo)致的ADA2功能缺陷被確定為結(jié)節(jié)性多動(dòng)脈炎等血管炎性病變的原因之一，將該基因突變的發(fā)現(xiàn)作為基礎(chǔ)，將有助于對(duì)血管炎性疾病的分子分類(lèi)研究。

結(jié)節(jié)性多動(dòng)脈炎等血管炎性病變作為一種免疫功能紊亂疾病，與ADA2的作用性質(zhì)相符，對(duì)疾病的發(fā)病機(jī)制提出了新的觀點(diǎn)。ADA2是主要的細(xì)胞外腺苷脫氨酶，ADA2的缺陷使細(xì)胞外腺苷增多，腺苷信號(hào)能減緩急性疾病狀態(tài)下（尤其是缺血缺氧）的炎癥反應(yīng)，腺苷水平的慢性增加通過(guò)延長(zhǎng)炎癥反應(yīng)，可能促進(jìn)組織損傷和纖維化[15]，這反映了在炎癥反應(yīng)中腺苷作用的復(fù)雜性。這些都應(yīng)進(jìn)行進(jìn)一步研究，以明確全身性ADA2活性減低是否能通過(guò)影響腺苷炎癥反應(yīng)途徑，導(dǎo)致血管炎的發(fā)生。

對(duì)斑馬魚(yú)和人類(lèi)ADA2缺陷的患者研究表明，ADA2是內(nèi)皮細(xì)胞、白細(xì)胞發(fā)育和分化的生長(zhǎng)因子，ADA2缺陷可能損傷內(nèi)皮細(xì)胞完整性，使巨噬細(xì)胞和單核細(xì)胞亞群向促炎細(xì)胞分化，導(dǎo)致血管病變和炎癥的惡性循環(huán)[16-18]。ADA2缺陷表現(xiàn)為其催化活性受損和生長(zhǎng)因子活性受損。微動(dòng)脈瘤和網(wǎng)狀青斑樣皮疹這兩個(gè)癥狀共存也是胸腔動(dòng)脈瘤（由平滑肌α肌動(dòng)蛋白突變導(dǎo)致的動(dòng)脈壁結(jié)構(gòu)性疾?。┑奶攸c(diǎn)。由這種結(jié)構(gòu)性突變導(dǎo)致的非炎癥性閉塞性血管病易引發(fā)網(wǎng)狀青斑樣皮疹和缺血性卒中[19]。ADA2缺陷患者以反復(fù)發(fā)熱，網(wǎng)狀青斑樣皮疹，反復(fù)卒中發(fā)作以及全身性血管炎癥反應(yīng)為臨床特征，是否具有類(lèi)似結(jié)構(gòu)性突變或者與上述結(jié)構(gòu)性突變存在關(guān)聯(lián)，可以采用細(xì)胞和動(dòng)物模型進(jìn)行直接驗(yàn)證研究。

總而言之，新近多項(xiàng)研究發(fā)現(xiàn)了CECR1基因突變導(dǎo)致ADA2功能缺陷的單基因遺傳病，主要表現(xiàn)為間斷發(fā)熱、網(wǎng)狀青斑樣皮疹、反復(fù)卒中發(fā)作以及全身性血管炎性病變，與以往我們明確的血管炎性病變（如結(jié)節(jié)性多動(dòng)脈炎）存在癥狀交叉。有研究者[2]將其定義為“DADA2”，尚待通過(guò)家系調(diào)查及機(jī)制研究對(duì)新認(rèn)識(shí)的疾病有全面的了解，對(duì)發(fā)病機(jī)制進(jìn)行進(jìn)一步探討。

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【點(diǎn)睛】

部分血管炎性疾病與CECR1基因突變導(dǎo)致ADA2功能缺陷相關(guān)。