慢性胰腺炎遺傳學(xué)研究進(jìn)展

朱雨田 綜述，陳和平△ 審校

(1.電子科技大學(xué)醫(yī)學(xué)院，四川 成都 610051；2.四川省醫(yī)學(xué)科學(xué)院·四川省人民醫(yī)院老年消化科，四川 成都 610072)

慢性胰腺炎遺傳學(xué)研究進(jìn)展

朱雨田1，2綜述，陳和平1，2△審校

(1.電子科技大學(xué)醫(yī)學(xué)院，四川 成都 610051；2.四川省醫(yī)學(xué)科學(xué)院·四川省人民醫(yī)院老年消化科，四川 成都 610072)

慢性胰腺炎(chronic pancreatitis，CP)是一種進(jìn)展性、不可逆的胰腺外分泌及內(nèi)分泌組織損毀性病變，最終導(dǎo)致胰腺外分泌功能損壞、糖尿病，甚至胰腺癌。CP病程遷延，其發(fā)病率在國內(nèi)外有逐年升高的趨勢(shì)，確切病因和發(fā)病機(jī)制尚不清楚，因此遺傳基因異常在其發(fā)病過程中的作用成為了國內(nèi)外研究的熱點(diǎn)，但目前尚無一致性定論。本文就國內(nèi)外近幾年CP相關(guān)突變基因進(jìn)行綜述。

慢性胰腺炎；基因；遺傳

慢性胰腺炎(chronic pancreatitis，CP)的主要病理性改變有胰腺慢性纖維化、鈣化、胰管慢性炎癥和胰管結(jié)石，常于明確診斷20年后發(fā)展成為胰腺癌。既往研究提示，CP的發(fā)病機(jī)制與基因突變、細(xì)胞因子、免疫和細(xì)胞凋亡等有密切的關(guān)系[1]。隨著分子生物學(xué)和遺傳學(xué)的發(fā)展，CP的遺傳因素越來越受到人們的關(guān)注[2]。個(gè)體易感性疾病由遺傳因素和環(huán)境因素共同作用，遺傳連鎖圖譜的相關(guān)研究確定了陽離子胰蛋白酶原基因(cationic trypsinogen gene，PRSS1)、絲氨酸轉(zhuǎn)肽酶抑制劑Kazal type 1(serine protease inhibitor Kazal type 1，SPINK1)、緊密連接蛋白2(claudin-2，CLDN2)、羧肽酶A1基因(Carboxypeptidase A1，CPA1)、囊性纖維跨膜電導(dǎo)調(diào)節(jié)因子(cystic fibrosis transmembrane regulator，CFTR)和組織蛋白酶B(cathepsin B，CTSB)等基因與慢性胰腺炎的相關(guān)性。現(xiàn)就其遺傳學(xué)研究進(jìn)展綜述如下。

1 PRSS1基因

PRSS1位于7號(hào)染色體長臂，可編碼trypsin-1蛋白。PRSS1突變是導(dǎo)致遺傳性胰腺炎(hereditary pancreatitis，HP)的主要原因[3]。HP 是一種常染色體顯性遺傳病，具有一定的家族集聚性，發(fā)病外顯率約 80%[4]，其中大約有20%的PRSS1基因突變是已知功能獲得性突變，主要在鈣結(jié)合部位起到激活和失活胰蛋白酶的作用[5]。這一發(fā)現(xiàn)證明[2]，復(fù)發(fā)性急性胰腺炎(recurrent acute pancreatitis)會(huì)導(dǎo)致慢性胰腺炎[3，5]，遺傳性胰腺炎是慢性胰腺炎在家族中的另外一種表現(xiàn)形式[6]，胰蛋白酶是急性和慢性胰腺炎的病理生理過程中的關(guān)鍵分子。

PRSS1 基因最常見的兩種突變:第一種是R122 h 突變，即第三號(hào)外顯子密碼子上發(fā)生G→A突變，使得122位精氨酸(CGC)突變成為組氨酸(CAC)，自行水解的初始識(shí)別位點(diǎn)消失，導(dǎo)致胰蛋白酶無法失活而獲能，進(jìn)而提高自我活化能力。第二種是N29I突變，即第二外顯子A→T突變，第29位天冬酰胺突變?yōu)楫惲涟彼?，?dǎo)致PRSS1高級(jí)結(jié)構(gòu)改變，與SPINK1結(jié)合力下降，提高了穩(wěn)定性和自我激活能力[7]。最新研究表明，PRSS1的另一種突變A16V，是一種常見的輕微變異，也可以增加胰腺炎的風(fēng)險(xiǎn)，相比R122 h或N29I發(fā)病外顯率較低[8]。

除了研究PRSS1基因突變與CP相關(guān)性外，研究拷貝數(shù)的變異(CNVs)也成為了熱點(diǎn)。一項(xiàng)法國ICP患者研究中[9]，在7q35染色體上確定了605 kb重復(fù)序列，增加了PRSS1和2基因的拷貝數(shù)。這項(xiàng)研究確定了胰蛋白酶原PRSS2基因的1號(hào)和2號(hào)外顯子，PRSS1基因的3和5號(hào)外顯子，它們的N29I突變?cè)谟谠黾恿艘鹊鞍酌富蚩截悢?shù)。

2 SPINK1基因

SPINK1位于第5條染色體上，包含4個(gè)外顯子，既是一種急性反應(yīng)蛋白，也是一種胰蛋白酶抑制劑。SPINK1會(huì)引導(dǎo)一種由23個(gè)氨基酸組成的信號(hào)肽進(jìn)內(nèi)質(zhì)網(wǎng)，在內(nèi)質(zhì)網(wǎng)腔內(nèi)去除信號(hào)肽，進(jìn)而特異性抑制胰蛋白酶腺泡細(xì)胞中約20%被激活的胰蛋白酶。

SPINK1基因突變中最常見的是N34S突變(c.101A>G)，且在特發(fā)性慢性胰腺炎(Idiopathic chronic pancreatitis，ICP)的人群中突變率會(huì)增加。Orsolya等[10]研究表明，在CP患者中，有12.6%存在N34S雜合子突變，3.6%存在純合子突變，而在對(duì)照組中只有1.9%的雜合子突變。SPINK1基因突變同樣會(huì)發(fā)生在沒有胰腺炎家族史或缺少典型慢性胰腺炎危險(xiǎn)因素的患者中。SPINK1突變不一定是導(dǎo)致CP的主要危險(xiǎn)因素，而是經(jīng)常性表現(xiàn)為抑制胰蛋白酶激活失敗[11，12]。SPINK1 基因突變致病的分子作用機(jī)理至今還不完全清楚。SPINK1的全基因組和啟動(dòng)子區(qū)域測(cè)序并未發(fā)現(xiàn)新的多態(tài)性，它將被歸為復(fù)雜雜合子基因型和常染色體隱性遺傳病模型。

3 CLDN2基因

CLDN2基因編碼claudin-2蛋白，是一種緊密連接結(jié)構(gòu)蛋白，密封上皮細(xì)胞之間的空間，不同于其他大多數(shù)蛋白家族，它形成孔隙水和鈉離子通道(滲透水和溶質(zhì)的非緊密連接)[13～15]。claudin-2受炎癥過程中動(dòng)態(tài)調(diào)控，使得表達(dá)上調(diào)。與酒精有關(guān)的非復(fù)發(fā)性急性胰腺炎CLDN2基因，其高危突變是常見等位基因突變頻率的0.26倍。這可以解釋為什么部分男性酒精有關(guān)胰腺炎的發(fā)病頻率(0.26)比女性(0.07)高[16，17]。第一個(gè)有關(guān)胰腺炎全基因組關(guān)聯(lián)研究(GWAS)已確定X染色體附近的一個(gè)高危位點(diǎn)CLDN2[18]。印度的一項(xiàng)病例-對(duì)照研究表明[19]，CLDN2基因的多態(tài)性與CP的進(jìn)展有關(guān)，并且在女性患者中占較高比例。

4 CPA1基因

CPA1是一種能夠水解肽鏈C端肽鍵的一種胰腺金屬蛋白酶。目前已經(jīng)在人類胰液中發(fā)現(xiàn)了該酶的三種亞型。A型羧肽酶(包括CPA1和CPA2)作用于芳香及脂肪氨基酸殘基，CPB1可以水解C端賴氨酸和精氨酸殘基。其中，編碼CPA1的基因(MIM114850)位于7號(hào)染色體長臂3區(qū)2帶2亞帶(7q32.2)，長約8 kb，包括10個(gè)外顯子。CPA1基因編碼羧肽酶A1，是僅次于胰蛋白酶的胰腺消化酶蛋白，占分泌蛋白總額的貢獻(xiàn)率達(dá)到10%，CPA1突變與非酒精性慢性胰腺炎相關(guān)，特別是早期發(fā)病人群[20]。CP的發(fā)生(無關(guān)胰蛋白酶活性)似乎與從改變蛋白質(zhì)折疊的突變，引發(fā)未折疊蛋白應(yīng)答的內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激有關(guān)。

迄今為止，已有遺傳學(xué)研究表明，胰內(nèi)胰蛋白酶活性在疾病發(fā)病中起關(guān)鍵作用，來自德國慕尼黑工業(yè)大學(xué)的Witt H等研究中納入了德國非酒精性慢性胰腺炎患者(944例)和對(duì)照組人群(3938例)，分析CPA1基因在兩個(gè)人群中的分布差異，后續(xù)也將納入歐洲、印度、日本等其他地區(qū)人群開展相關(guān)研究[19，21]。

5 CFTR基因

第五個(gè)主要與CP相關(guān)的基因是CFTR，位于第7條染色體長臂，約250 kb，包含27個(gè)外顯子。CFTR 基因編碼一種對(duì)cAMP 敏感的氯離子通道，如果CFTR功能不足，導(dǎo)致pH 值下降，酸性環(huán)境引起組織炎癥損害，同時(shí)導(dǎo)致胰酶分泌及激活的異常，最終導(dǎo)致胰腺的纖維化及功能不全，進(jìn)而導(dǎo)致胰腺炎[22]。Smith[23]認(rèn)為較低離子濃度是機(jī)體保持消滅微生物能力的一個(gè)重要因素，而CFTR表達(dá)異常時(shí)氯化鈉濃度較高，機(jī)體清除病原體能力下降，這也是機(jī)體感染的一個(gè)重要原因。CFTR突變會(huì)導(dǎo)致囊性纖維化(cystic fibrosis CF)，是一種可累及多個(gè)器官的常染色體隱性遺傳病，臨床表現(xiàn)為CP。

目前為止，已發(fā)現(xiàn)有1300多種CFTR突變類型與CF有關(guān)[24]。兩個(gè)家族性與散發(fā)性非酒精性胰腺炎病例分析表明，F(xiàn)508del和R75Q是患者最常見的CFTR突變類型[25]。有66% 的CF患者會(huì)出現(xiàn)編碼苯丙氨酸密碼子3個(gè)堿基對(duì)丟失的現(xiàn)象，這種突變會(huì)導(dǎo)致外分泌腺功能紊亂，該突變會(huì)使得CP發(fā)生率為一般人群的40倍[26]，Zoller等[27]認(rèn)為該突變是慢性胰腺炎的一個(gè)重要危險(xiǎn)因素。

6 CTSB基因

CTSB是一種溶酶體水解酶，位于第8條染色體，25.6 kb，含有12個(gè)外顯子。CTSB同胰蛋白酶原包裹，和胰蛋白酶一起被分泌到胰液中。并且CTSB可重新分布于酶原顆粒和濃縮泡中，通過降解胰蛋白酶原變成胰蛋白酶，還可以連鎖活化其他消化酶。一項(xiàng)研究表明CP是CTSB某種基因突變的結(jié)果，因?yàn)橥蛔兛赡軐?dǎo)致胰蛋白酶原被過早激活或不恰當(dāng)?shù)亩ㄎ籟28]。同時(shí)有研究也認(rèn)為CTSB的S53 g和C595T等突變作為激活胰蛋白酶原的扳機(jī)點(diǎn)可能是至關(guān)重要的，但也可能只是SPINK1突變表達(dá)時(shí)所必需的一個(gè)伴隨因子[29]。

7 CP的研究熱點(diǎn)與難點(diǎn)

目前CP的研究熱點(diǎn):①基因突變?cè)贑P發(fā)生過程中所起作用逐漸受到學(xué)者關(guān)注。國內(nèi)膽源性CP比例逐年上升，而國外則以酒精性CP為主[30]，由于誘因不同，國內(nèi)外CP可能存在不同的基因突變。②研究發(fā)現(xiàn)胰腺損傷后正常修復(fù)機(jī)制的調(diào)節(jié)障礙可能會(huì)導(dǎo)致胰腺纖維化，如轉(zhuǎn)化生長因子(TGF-β)等細(xì)胞因子表達(dá)異常與胰腺組織的纖維化程度有關(guān)[31]。③在藥物治療方面，胃腸激素和抗氧化劑是今后開發(fā)和研究方向之一。CP研究仍有許多難點(diǎn):①CP主要病因一直存在爭議。②CP的鑒別診斷較困難，希望尋找可以早期發(fā)現(xiàn)胰腺纖維化的血清標(biāo)記物。③CP與胰腺癌關(guān)系密切，但它們的因果關(guān)系尚有爭議[32]。④手術(shù)干預(yù)或內(nèi)鏡介入治療的長期療效和實(shí)際效果尚難確認(rèn)。

8 結(jié)論

目前，人們對(duì)于CP病因及發(fā)病機(jī)制的了解較過去有了很大提高，進(jìn)展最大的是CP的遺傳易感性的深入研究。隨著研究技術(shù)與治療手段的不斷進(jìn)步，相信人們可以揭示其發(fā)病機(jī)制，并尋求到有效的治療方法。在將來，我們可能建立理想的動(dòng)物模型，取得一些基因研究和細(xì)胞因子研究的突破性進(jìn)展，使CP的發(fā)病機(jī)制得以不斷闡明，隨著研究的深入必將進(jìn)一步明確胰腺疾病的病因，為CP診斷、防治提供新的策略。

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Genetics progress of chronic pancreatitis

ZHU Yu-tian，CHEN He-ping

四川省科技廳科技支撐計(jì)劃基金資助項(xiàng)目(編號(hào):2011FZ0036)

R576

A

1672-6170(2016)01-0125-03

2015-07-28；

2015-09-30)

△通訊作者