銀屑病全基因組關(guān)聯(lián)分析與精準醫(yī)學

蔡明龍 王文俊 張學軍

230000合肥，安徽醫(yī)科大學皮膚病研究所 第一附屬醫(yī)院皮膚性病科

銀屑病病因復(fù)雜，發(fā)病機制尚未闡明，具有明顯的遺傳異質(zhì)性和種族差異性。遺傳因素在銀屑病的發(fā)病中發(fā)揮重要作用，特別是隨著全基因組關(guān)聯(lián)分析（GWAS）的應(yīng)用，揭示了一系列銀屑病易感基因和通路。

一、銀屑病GWAS研究

1996年，Risch 和 Merikangas［1］發(fā)現(xiàn)，在復(fù)雜疾病遺傳學研究中關(guān)聯(lián)分析較連鎖分析效率更高。隨著人類基因組信息逐漸清晰，2005年成功開展了首個關(guān)于黃斑變性的國際GWAS研究［2］。之后，許多復(fù)雜疾病GWAS研究不斷涌現(xiàn)。2008年，Liu等［3］和Capon等［4］分別開展小樣本量銀屑病GWAS研究，覆蓋30多萬和40多萬單核苷酸多態(tài)性（SNP），發(fā)現(xiàn)HLA?C上游rs10484554位點與美國人群銀屑病及英國人群關(guān)節(jié)病性銀屑病顯著關(guān)聯(lián)；ZNF313/RNF114基因變異與銀屑病達到全基因組顯著關(guān)聯(lián)。

2009年，Zhang等［5］在國內(nèi)率先開展銀屑病大樣本量GWAS研究，運用Illumina芯片在1 139例漢族銀屑病患者和1 132例健康對照中對覆蓋62萬個SNP和拷貝數(shù)變異（copy number variation，CNV）進行基因分型，結(jié)合13 000余例漢族和維吾爾族樣本驗證，首次發(fā)現(xiàn)位于1q21的LCE是銀屑病易感基因，并證實銀屑病相關(guān)的MHC和IL12B。LCE編碼表皮終末分化角質(zhì)外膜蛋白，與角質(zhì)形成細胞過度增生及厚層鱗屑密切相關(guān)。進一步的多中心大樣本GWAS國際合作，納入中國8 312例銀屑病和12 919例健康對照，德國與美國3 293例銀屑病和4 188例健康對照及254個美國核心家系，發(fā)現(xiàn)ERAP1和ZNF816A等6個新的易感基因，并確證既往報道的TNIP1，揭示ERAP1和ZNF816A變異為Ⅰ型銀屑病特異性分子標記，證實銀屑病的遺傳異質(zhì)性［6］。

國際團隊運用不同平臺、芯片和人群開展了多項銀屑病GWAS研究。2009年，Nair等［7］在歐洲人群中鑒定出IL?23A、TNFAIP3、IL?4等位于不同通路的7個易感基因。2010年，Hüffmeier等［8］開展關(guān)節(jié)病性銀屑病GWAS研究，結(jié)合Imputation分析，發(fā)現(xiàn)新的易感基因TRAF3IP2；同年德國的Ellinghaus等［9］進一步確定TRAF3IP2是尋常性和關(guān)節(jié)病性銀屑病的共同易感基因。Strange等［10］納入歐洲2 622例銀屑病患者和5 667例健康對照進行基因分型，結(jié)合9 079例歐洲樣本驗證，發(fā)現(xiàn)REL、IFIH1、NFKBIA等6個易感基因。這些團隊的研究共揭示了20多個新的銀屑病易感基因。

二、銀屑病GWAS Meta分析

銀屑病GWAS研究積累了大量的基因組變異數(shù)據(jù)，不同的團隊通過Meta分析，進一步揭示了銀屑病遺傳學發(fā)病機制。2010年，Stuart等［11］首次開展銀屑病 GWAS Meta分析，納 入 Nair等［7］與Ellinghaus等［9］的研究，共計1 831例銀屑病患者和2 546例健康對照，結(jié)合中國與歐洲樣本共4 064例患者和4 685例健康對照驗證，發(fā)現(xiàn)NOS2、FBXL19和NFKBIA與尋常性及關(guān)節(jié)病性銀屑病均相關(guān)。2012年，Ellinghaus等［12］鑒于銀屑病和克羅恩病在流行病學、病理學的關(guān)聯(lián)，基于上述2個GWAS數(shù)據(jù)［7，9］，結(jié)合魁北克757例患者和987例健康對照（初篩樣本達到2 529例患者和4 955例健康對照）驗證，在HLA區(qū)域外發(fā)現(xiàn)7個位點是兩者共同易感基因，ZMIZ1、PRDX5和YDJC是銀屑病獨立易感基因。Tsoi等［13?15］基于 GWAS 數(shù)據(jù)［7，9］，不斷在初篩數(shù)據(jù)中添加歐洲血統(tǒng)免疫芯片數(shù)據(jù)（GAPC和PAGE）、外顯子組芯片等數(shù)據(jù)，通過增加初篩樣本量和/或增加變異數(shù)據(jù)密度等，于2012、2015和2017年共計發(fā)現(xiàn)36個新易感基因。2015年，Stuart等［16］的第2次Meta分析同樣基于GWAS 數(shù)據(jù)［7，9］，結(jié)合免疫芯片PAGE樣本及精細定位增加樣本，發(fā)現(xiàn)IFNLR1、IFIH1、NFKBIA與關(guān)節(jié)病性銀屑病，TNFRSF9、LCE3C/B、TRAF3IP2、IL23A、NFKBIA 與皮膚型銀屑病顯著關(guān)聯(lián)，并發(fā)掘新的易感基因CDKAL1。Yin等［17］在覆蓋中國、新加坡、美國、德國和瑞典共34886例初篩樣本的GWASMeta分析中，發(fā)現(xiàn)RUNX1等4個新的易感基因，跨種族比較發(fā)現(xiàn)，ELMO1、ERAP2和PRDX5等11個位點存在位點異質(zhì)性或等位基因異質(zhì)性，證實了銀屑病的種族異質(zhì)性。

結(jié)合以上系列銀屑病GWAS和Meta分析，國內(nèi)外團隊大樣本量靶向測序及外顯子芯片等廣義GWAS 分析［18?20］，累計發(fā)現(xiàn)了 90 個銀屑病易感基因。表1列出了20個研究較廣泛的銀屑病易感基因。

表1 銀屑病易感基因

三、銀屑病易感基因與通路分析

銀屑病易感基因涉及多種信號通路過程，主要歸類為抗原提呈、IL?12/IL?23及IL?4/IL?13軸、固有免疫、負性調(diào)控因子和皮膚屏障功能等方面。

1.抗原提呈：HLA?C與銀屑病發(fā)病風險相關(guān)性在多種人群中得到證實，HLA?C參與編碼人類白細胞抗原Ⅰ類分子（HLA?Ⅰ），表達于所有有核細胞，提呈內(nèi)源性抗原肽。Strange等［10］與Sun等［6］分別在歐美與中國人群中發(fā)現(xiàn)易感基因ERAP1，其編碼一種氨基肽酶，在HLA?Ⅰ抗原肽的加工處理中發(fā)揮重要作用。ERAP1與HLA?C存在交互作用，ERAP1變異僅影響攜帶HLA?C風險等位基因個體的易感性［10］。

2.IL?12/23及IL?4/IL?13軸：IL?23與IL?23受體結(jié)合，磷酸化IL?23受體胞內(nèi)域酪氨酸殘基，促使STAT3磷酸化進入細胞核，誘導(dǎo)T細胞活化為Th17細胞，釋放IL?22、IL?17、TNF?α等細胞因子，吸引中性粒細胞在表皮聚集形成微膿腫。參與該通路的IL?12B、IL?23A、IL?23R、Tyk2和Jak2均與銀屑病易感性相關(guān)［3，5，7，10，12］；IL?4和IL?13 促進 T細胞分化為Th2細胞，抑制Th17細胞發(fā)育，與銀屑病發(fā)病風險相關(guān)［13］。

3.固有免疫：干擾素（IFN）主要通過NF?κB通路參與銀屑病發(fā)病，NF?κB為轉(zhuǎn)錄因子蛋白家族，與IκB形成復(fù)合體，以無活性形式存在于細胞質(zhì)中。胞外信號刺激導(dǎo)致IκB磷酸化，NF?κB暴露核定位位點，游離的NF?κB迅速移位到細胞核，與特異性κB序列結(jié)合，誘導(dǎo)相關(guān)基因轉(zhuǎn)錄，參與免疫和炎癥反應(yīng)［21］。編碼接頭蛋白ACT1的TRAF3IP2與銀屑病發(fā)病相關(guān)，ACT1參與IL?17信號轉(zhuǎn)導(dǎo)，活化IL?17依賴的NF?κB通路［8?9］。易感基因CARD14可激活NF?κB信號轉(zhuǎn)導(dǎo)通路，并上調(diào)內(nèi)皮及角質(zhì)形成細胞炎性因子和趨化因子產(chǎn)物，具有聚集和激活免疫細胞的功能［13］。一些抗病毒基因如DDX58和IFIH1，分別編碼RIG?I和MDA5蛋白，均識別雙鏈RNA，引發(fā)干擾素反應(yīng)［10，13］。

4.負性調(diào)控因子：銀屑病發(fā)病機制可為促免疫因子過度表達或抑制免疫反應(yīng)的因子低表達。多項 GWAS研究發(fā)現(xiàn)，TNIP1、TNFAIP3、NFKBIA 及ZC3H12C基因可抑制NF?κB途徑發(fā)揮作用［7，10-11，13，16］。SOCS1 是細胞因子信號家族成員，可抑制IFN?γ下游信號通路，并通過STAT3轉(zhuǎn)錄活性調(diào)節(jié)Th17細胞分化［13］。鑒于機體免疫系統(tǒng)的平衡，免疫負性調(diào)控基因有待進一步深入研究。

5.皮膚屏障功能：正常皮膚表皮分化周期28～30 d，而銀屑病皮損表皮分化只需3～5 d。LCE編碼角質(zhì)層蛋白在表皮分化中有重要作用，有研究表明LCE與銀屑病風險相關(guān)［5］。

四、銀屑病GWAS與精準醫(yī)學研究

精準醫(yī)學是從分子生物學本質(zhì)思考疾病，依據(jù)發(fā)病機制/分子通路將疾病重新分類，實現(xiàn)對疾病的精準防診治。如何將前期積累的GWAS組學數(shù)據(jù)向精準醫(yī)學臨床轉(zhuǎn)化，是目前銀屑病研究的熱點。

1.銀屑病預(yù)測：結(jié)合既往發(fā)現(xiàn)的易感位點，分析個體遺傳變異，預(yù)測發(fā)病風險，有助于臨床咨詢和個體化干預(yù)。Chen等［22］結(jié)合10個GWAS位點計算731例銀屑病和2 084例健康對照加權(quán)后基因風險分數(shù)（wGRS），上四分位數(shù)個體發(fā)病風險是下四分位數(shù)個體10.55倍，ROC曲線下面積達72.0%，同時wGRS與發(fā)病年齡及家族史顯著相關(guān)。Yin等［23］聯(lián)合14個GWAS位點計算4 541例銀屑病和3 542例健康對照加權(quán)后多基因風險分數(shù)（wPRS），上四分位數(shù)個體銀屑病發(fā)病風險是下四分位數(shù)個體的28.20倍，聯(lián)合飲酒史因素，ROC曲線下面積達88%，證實wPRS與銀屑病發(fā)病年齡及家族史相關(guān)。波蘭學者分別聯(lián)合5和16個GWAS位點，ROC曲線下面積達78.9%和 78.2%［24?25］。個體遺傳變異有望對發(fā)病風險進行精準預(yù)測，但目前尚未揭示銀屑病所有易感位點，未來將探索更多易感位點及聯(lián)合所有變異位點對銀屑病的預(yù)測。

2.藥物療效和不良反應(yīng)指導(dǎo)：目前多種藥物可有效控制銀屑病，但部分患者療效不佳，甚至出現(xiàn)嚴重不良反應(yīng)。研究顯示，銀屑病多個易感基因變異可用于預(yù)測藥物療效，指導(dǎo)臨床用藥。

通過易感基因HLA?C*06：02預(yù)測抗TNF制劑療效的研究結(jié)論不盡相同。Gallo等［26］和Batalla等［27］在兩組獨立的西班牙人群中發(fā)現(xiàn)攜帶HLA?C*06：02的銀屑病患者抗TNF制劑療效分別呈負相關(guān)和正相關(guān)。而Talamonti等［28］在歐洲人群中發(fā)現(xiàn)，攜帶HLA?C*06：02患者與不攜帶者抗TNF制劑療效無顯著差異。這些結(jié)果差異可能來源于小樣本和人群異質(zhì)性。

HLA區(qū)域中rs610604與阿達木單抗療效正相關(guān)［29?30］，rs12191877及rs1048554均與抗TNF制劑療效正相關(guān)［29］，而rs13437088TT基因型與益賽普療效負相關(guān)［31］。研究顯示，攜帶HLA?C*06：02者相對于不攜帶者優(yōu)特克單抗療效更好［28，32?36］，起效更快［32］，持續(xù)時間更長［33］；而在局部及NB?UVB治療研究中，HLA?C*06攜帶者療效不佳［37］。與HLA?C發(fā)生交互作用的ERAP1兩種多態(tài)性rs151823（CC）和rs26653（GG）均與優(yōu)特克單抗療效正相關(guān)［29］。

IL?12/IL?23及 IL?4/IL?13軸中，分析 IL?12B（rs6887695、rs2546890、rs3212227和 rs3213094）及IL?23R（rs11209026）與生物制劑的療效，rs11209026?GG基因型患者抗TNF制劑治療6個月后臨床緩解率更高［26］，而rs2546890（AG/GG）患者抗TNF制劑和益 賽 普 療 效 不 佳［30?31］，rs3212227（非 AA）和rs6887695（GG）患者優(yōu)特克單抗療效更好［36］；相比于rs3213094（CC）基因型患者，優(yōu)特克單抗治療rs3213094（CT）基因型患者療效更顯著［38］。攜帶IL?13基因rs848（GT/TT）銀屑病患者優(yōu)特克單抗療效不佳［39］。

參與固有免疫基因TRAF3IP2單核苷酸變異rs13190932（G）與英夫利西單抗療效正相關(guān)［29］。CARD14基因rs11652075（CC）基因型患者抗TNF制劑治療效果更好［40］。

負性調(diào)控因子TNFAIP3基因rs610604（A）等位基因與益賽普單抗療效正相關(guān)［29］，而rs610604（G）等位基因與優(yōu)特克單抗療效負相關(guān)［38］，優(yōu)特克單抗無效患者攜帶NFKBIA基因rs2145623（C）等位基因的頻率高于有效患者［39］。

參與皮膚屏障功能基因LCE3B/3C缺失與優(yōu)特克單抗療效無相關(guān)性［32］，而LCE基因變異攜帶者對抗TNF制劑的療效優(yōu)于缺失者［27］。

另外，銀屑病患者抗TNF制劑治療3個月后，ZNF816A基因rs9304742（CC）基因型患者療效不佳，而治療6個月后，CDKAL1基因rs6908425CT/TT基因型患者顯示出更好的療效［30］。

五、展望

目前，GWAS研究發(fā)現(xiàn)的易感基因僅能解釋部分銀屑病遺傳現(xiàn)象，結(jié)合我國銀屑病治療現(xiàn)狀，甲氨蝶呤、阿維A等常用藥物療效/不良反應(yīng)的遺傳標記尚未全部發(fā)現(xiàn)。隨著國家精準醫(yī)學專項的導(dǎo)向和大規(guī)模銀屑病專病隊列的建設(shè)，相信在不久的將來，通過更大樣本量的銀屑病以及亞型GWAS研究，將鑒定出更多易感基因，構(gòu)建更加精準的預(yù)測模型，實現(xiàn)銀屑病精準分子分型，并基于這些變異數(shù)據(jù)以及藥物基因組學發(fā)掘我國銀屑病常用藥物療效和不良反應(yīng)指向性的遺傳標記，綜合提高銀屑病精準防治水平。