炎癥性腸病基因?qū)W研究進(jìn)展和應(yīng)用價(jià)值*

劉占舉 方蕾蕾

同濟(jì)大學(xué)附屬第十人民醫(yī)院消化內(nèi)科(200072)

炎癥性腸病(inflammatory bowel disease, IBD)主要包括克羅恩病(Crohn’s disease, CD)和潰瘍性結(jié)腸炎(ulcerative colitis, UC)，是發(fā)生于胃腸道的不明原因慢性非特異性炎癥性疾病。目前對IBD的發(fā)病原因和病理生理學(xué)機(jī)制仍未完全明確，多數(shù)學(xué)者認(rèn)為其發(fā)生可能與腸黏膜組織內(nèi)固有免疫和獲得性免疫應(yīng)答異常、腸道微生物、腸黏膜屏障損傷、遺傳易感性以及環(huán)境等因素有關(guān)[1-3]。近年來，我國IBD患病人數(shù)呈明顯上升趨勢。IBD病程長、易復(fù)發(fā)，且有嚴(yán)重的腸道致殘性，給患者家庭和社會帶來沉重的經(jīng)濟(jì)和醫(yī)療負(fù)擔(dān)。過去十余年間，IBD基因?qū)W研究取得巨大進(jìn)展，并對臨床轉(zhuǎn)化和應(yīng)用有重要幫助。本文對IBD基因?qū)W研究成果和新進(jìn)展及其在IBD疾病管理中的潛在應(yīng)用價(jià)值作以下概述。

一、基因?qū)W研究在IBD發(fā)病機(jī)制研究中的作用

IBD發(fā)病機(jī)制的研究對于臨床診斷和治療具有重要意義，但因其病理生理學(xué)機(jī)制復(fù)雜，綜合了腸黏膜免疫系統(tǒng)調(diào)節(jié)、腸道微生物、腸黏膜屏障功能、遺傳易感性等多種因素，使臨床治療面臨嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)。目前臨床上IBD的治療策略有限，且存在很大的個(gè)體差異。

近年研究顯示，IBD基因?qū)W研究可用于解釋疾病發(fā)生原因和發(fā)病部位、判斷疾病行為、預(yù)測藥物治療方案的有效性，從而服務(wù)于臨床診斷和治療，以及對患者實(shí)施個(gè)體化疾病管理。無論是對于極早期IBD(very early onset IBD, VEO-IBD)患兒還是成人患者的臨床診斷和治療，基因?qū)W研究均有極其重要的意義。

根據(jù)不完全調(diào)查研究，東、西方人種在IBD基因?qū)W方面存在很大差異。早期對西方人群的大規(guī)模全基因組關(guān)聯(lián)研究(genome-wide association study, GWAS)發(fā)現(xiàn)近200個(gè)IBD易感位點(diǎn)[4]。之后韓國、日本、印度的研究團(tuán)隊(duì)陸續(xù)開展區(qū)域性GWAS[5-6]，并報(bào)道了主要組織相容性復(fù)合物(major histocompatibility complex, MHC)功能區(qū)之外的易感位點(diǎn)，如13q12、FCGR2A、SLC26A3等[6]。近年來，國外多中心隊(duì)列研究新發(fā)現(xiàn)了一系列與IBD發(fā)病密切相關(guān)的易感基因突變位點(diǎn)，對IBD發(fā)病機(jī)制研究起到了巨大的推動作用。

二、歐洲人群的IBD易感基因

歐美人群的IBD相關(guān)基因除已發(fā)現(xiàn)的NOD2、IL-23R、ATG16L1、IL-10R、IL-10、XIAP等以外，近年研究報(bào)道了更多新的參與細(xì)胞自噬、免疫調(diào)節(jié)、腸黏膜屏障等功能的IBD相關(guān)位點(diǎn)，總數(shù)已達(dá)200個(gè)[7]。細(xì)胞自噬是一個(gè)吞噬自身胞質(zhì)蛋白或細(xì)胞器并使其包被進(jìn)入囊泡，與溶酶體融合形成自噬溶酶體，以降解包裹內(nèi)容物的過程，可實(shí)現(xiàn)細(xì)胞自身的代謝需要和某些細(xì)胞器的更新。因此，自噬在IBD中起重要的病理生理學(xué)作用。研究發(fā)現(xiàn)，ATG16L1、IRGM作為CD易感基因，可通過調(diào)節(jié)細(xì)胞自噬促進(jìn)疾病進(jìn)展。一種半胱氨酸蛋白酶ATG4B可加強(qiáng)腸黏膜炎癥過程中的自噬作用，在CD病理生理學(xué)過程中亦扮演重要角色。此外，作為IBD疾病發(fā)展中的重要保護(hù)因素之一，腸黏膜屏障可由LAMB1、HNF4a16基因調(diào)節(jié)以加強(qiáng)腸上皮細(xì)胞修復(fù)功能，阻止腸上皮細(xì)胞的進(jìn)一步破壞，維護(hù)黏膜屏障功能的完整性。近年研究發(fā)現(xiàn)，一種新的IBD易感基因OSMR可與上述兩種基因協(xié)同，促進(jìn)腸黏膜屏障功能的修復(fù)，在炎癥過程中發(fā)揮重要保護(hù)作用[8]。新近發(fā)現(xiàn)的IBD易感基因C1orf106可通過SCF(SKP1-CUL1-F-box)復(fù)合物降低細(xì)胞附著蛋白-1表達(dá)，限制AFR6激活，從而增強(qiáng)腸上皮細(xì)胞黏附連接的穩(wěn)定性，其多態(tài)性與UC發(fā)病風(fēng)險(xiǎn)密切相關(guān)[9]。

腸黏膜組織內(nèi)CD4+T細(xì)胞介導(dǎo)的免疫應(yīng)答參與了IBD的病理生理過程，不同亞群的輔助性T細(xì)胞(Th細(xì)胞)發(fā)揮至關(guān)重要的免疫應(yīng)答效應(yīng)。近年研究發(fā)現(xiàn)，Th17細(xì)胞在腸黏膜炎癥過程中起重要的免疫調(diào)節(jié)作用。既往研究報(bào)道IL-23R是調(diào)節(jié)Th17型免疫應(yīng)答的關(guān)鍵基因。之后研究新發(fā)現(xiàn)的一些易感基因如LY75、CD28、CCL20、NFKBIZ、AHR、NFATC1等，在T細(xì)胞受體(TCR)綁定、共刺激、白細(xì)胞介素-2(IL-2)信號通路等環(huán)節(jié)參與調(diào)節(jié)T細(xì)胞激活[8]。然而，上述易感基因均常見于歐美人群，東亞人群則有很多與之不同的IBD相關(guān)基因。

三、亞非人群的IBD易感基因

針對亞洲人群的IBD相關(guān)基因研究中，日本、韓國的研究團(tuán)隊(duì)分別通過小范圍GWAS報(bào)道了有別于歐美人群的易感基因。早在2005年，日本研究者即發(fā)現(xiàn)TNFSF15基因單核苷酸多態(tài)性(single nucleotide polymorphisms, SNPs)為CD易感位點(diǎn)[10]。該研究收集484例日本CD患者的外周血樣本，分析了近80 000個(gè)SNP位點(diǎn)，并與歐美人群進(jìn)行比較，發(fā)現(xiàn)TNFSF15基因特定位點(diǎn)的某一堿基組合為亞洲CD患者所特有，即tnfsf15_26, 31, 35, 36， 41位點(diǎn)，組合為GACGA。TNFSF15基因編碼腫瘤壞死因子(TNF)超家族成員15，或可直觀理解為血管內(nèi)皮細(xì)胞生長抑制劑，是一種表達(dá)于血管內(nèi)皮細(xì)胞的類似于TNF的因子，可誘導(dǎo)腸黏膜內(nèi)TNF配體相關(guān)分子1A(TL1A)表達(dá)。CD患者腸黏膜固有層巨噬細(xì)胞通過TNFSF15表達(dá)TL1A，促進(jìn)Th1、Th17細(xì)胞免疫應(yīng)答。研究結(jié)果提示TL1A有潛力作為IBD臨床靶向治療的靶點(diǎn)。韓國的研究團(tuán)隊(duì)收集1 505例IBD患者和4 041名健康志愿者，通過GWAS確定了9個(gè)IBD易感位點(diǎn)，其中包括既往已確認(rèn)的TNFSF15-TNFSF8、MHC、TBC1D1-KLF3、STAT3-STAT5B-STAT5A、TNFRSF6B、SMNDC1-DUSP5、GPR35基因，以及新發(fā)現(xiàn)2個(gè)重要易感位點(diǎn)：靠近染色體1q21 PYGO2-SHC1區(qū)域的rs3766920和位于染色體16q23 CDYL2區(qū)域的rs16953946[11]。但尚未針對這些變異位點(diǎn)的具體作用作進(jìn)一步研究。新近針對非洲裔美國人群的GWAS發(fā)現(xiàn)的IBD相關(guān)基因有TBCK、NFKBIZ、CCR6、NOTCH2、CCDC69等；與CD相關(guān)的是TBCK和CCR6，與UC相關(guān)的是NFKBIZ[12]。

四、基因?qū)W研究在IBD疾病管理中的應(yīng)用價(jià)值

盡管不同地域、不同人種的IBD相關(guān)基因已陸續(xù)報(bào)道，但在眾多易感基因中，哪些能提示疾病風(fēng)險(xiǎn)、哪些能預(yù)測治療效果、哪些能作為治療靶點(diǎn)，目前仍不清楚。一項(xiàng)涵蓋歐洲、北美和澳大利亞共16個(gè)國家49個(gè)中心34 819例IBD患者的基因?qū)W研究著重分析了已報(bào)道的IBD相關(guān)基因與疾病行為的關(guān)系，發(fā)現(xiàn)較之CD和UC這兩種疾病定義，基因?qū)W層面更為支持回腸型CD、結(jié)腸型CD和UC這三組疾病分類[13]。另有研究[14]提示，成人CD患者的結(jié)腸組織基因譜可分為類似正常結(jié)腸基因譜和回腸特異性基因譜兩種類型，而兒童CD患者的回腸組織基因譜同樣可分為回腸型和結(jié)腸型。上述基因譜的差異進(jìn)一步強(qiáng)化了不同疾病亞型在免疫反應(yīng)、細(xì)胞代謝等方面的差異，并在很大程度上反映了疾病行為變化。

在預(yù)測疾病風(fēng)險(xiǎn)方面，基因?qū)W研究也有重要臨床價(jià)值。新近瑞士的IBD隊(duì)列研究團(tuán)隊(duì)對吸煙相關(guān)SNP位點(diǎn)的研究[15]納入1 434例IBD患者(包括CD 821例，UC 613例)，構(gòu)建了由與吸煙量和行為密切相關(guān)的6個(gè)SNP位點(diǎn)(rs588765、rs1051730、rs1329650、rs4105144、rs6474412、rs3733829)組成的風(fēng)險(xiǎn)評估模型，評估其對手術(shù)風(fēng)險(xiǎn)、瘺管發(fā)生、CD病變部位、UC病變范圍等的預(yù)測價(jià)值，發(fā)現(xiàn)吸煙CD患者得分越高，后期需手術(shù)治療的概率越大，提示基因?qū)W分析可用于預(yù)測CD患者的手術(shù)風(fēng)險(xiǎn)。另有研究[16]通過全外顯子測序分析檢測兒童IBD患者NADPH氧化酶相關(guān)基因(CYBA、CYBB、NCF1、NCF2、NCF4、RAC1、RAC2)突變情況，發(fā)現(xiàn)存在上述基因突變的兒童CD患者合并肛周病變和腸道狹窄的概率增加3倍，需接受外科手術(shù)治療的概率亦明顯增加。外周血中性粒細(xì)胞可產(chǎn)生活性氧簇(reactive oxygen species, ROS)參與調(diào)節(jié)糖代謝和抗菌反應(yīng)。在產(chǎn)生ROS水平下降的兒童CD患者中，上述基因突變率明顯增高，提示NADPH氧化酶相關(guān)基因突變與疾病轉(zhuǎn)歸和中性粒細(xì)胞功能有密切聯(lián)系。

然而，很多疾病易感基因并非獨(dú)立存在，而是與包括IBD在內(nèi)的多種疾病相關(guān)。最新研究[17]發(fā)現(xiàn)，與 CD發(fā)病風(fēng)險(xiǎn)密切相關(guān)的LRRK2基因N2081D等位基因恰好位于G2019S基因的激酶結(jié)構(gòu)域中，而G2019S是參與家族性或散發(fā)性帕金森病發(fā)病的主要突變基因之一。還有研究[18]發(fā)現(xiàn)原發(fā)性免疫缺陷病2型X連鎖淋巴細(xì)胞增生性疾病相關(guān)突變基因XIAP的三個(gè)變異體(S123N、R233Q、P257A)與CD易感基因NOD2信號通路激活受損有關(guān)，與CD發(fā)病有密切聯(lián)系。

此外，機(jī)體內(nèi)的基因并非一成不變，在疾病發(fā)生過程中，用藥以及環(huán)境、飲食習(xí)慣等因素均可引起基因?qū)W動態(tài)改變，甚至模糊化基因在疾病發(fā)生、發(fā)展中的作用。有研究[19]從微生物學(xué)角度進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)無任何基因?qū)W聯(lián)系的個(gè)體，當(dāng)所處外界環(huán)境相似時(shí)，其腸道微生物學(xué)存在很多共性，由此提示可通過微生物學(xué)分類研究結(jié)合個(gè)體基因?qū)W背景指導(dǎo)IBD疾病管理。另有研究[20]收集使用甲氨蝶呤超過3個(gè)月的IBD患者的精液，發(fā)現(xiàn)長期甲氨蝶呤治療可通過氧化應(yīng)激途徑損傷精子，影響其DNA完整性，這一發(fā)現(xiàn)對及時(shí)評估藥物不良反應(yīng)具有重要價(jià)值。

五、結(jié)語與展望

分享當(dāng)前已報(bào)道的基因組學(xué)數(shù)據(jù)，深入探究基因?qū)W在IBD中的作用，對于未來相關(guān)研究結(jié)果用于精準(zhǔn)評估疾病危險(xiǎn)因素、預(yù)測疾病治療效果具有重要意義，尤其是有助于個(gè)體發(fā)病差異的解釋、疾病的精準(zhǔn)分型、藥物的遴選和精準(zhǔn)治療、及時(shí)預(yù)測藥物應(yīng)答、探索治療失敗和不良反應(yīng)的原因、藥物療效評估以及及時(shí)掌控疾病轉(zhuǎn)歸和復(fù)發(fā)等。我國IBD基因?qū)W研究任重而道遠(yuǎn)，需要科研工作者與臨床醫(yī)師通力合作、深入探索，為IBD的臨床診斷和治療提供有力的支撐服務(wù)。