視神經脊髓炎譜系疾病的遺傳學進展

何敏超,汪鴻浩

(華南理工大學附屬第二醫(yī)院,廣州市第一人民醫(yī)院,廣東 廣州 510180)

視神經脊髓炎譜系疾病(neuromyelitis optica spectrum disorders,NMOSD)是一種選擇性侵襲損傷視神經和脊髓的中樞神經系統自身免疫病,累及視神經和脊髓,臨床上多為復發(fā)病程,相對于多發(fā)性硬化,該病亞洲人群更常見。目前認為細胞及體液介導的免疫反應均參與發(fā)病,導致損傷部位出現炎癥反應。視神經脊髓炎(NMO)機制與多發(fā)性硬化(multiple sclerosis,MS)不同,絕大多數患者中會出現抗水通道蛋白4(aquaporin4,AQP4)的IgG抗體(aquaporin4-IgG,AQP4-IgG),可作為NMO特異性的標志,AQP4-IgG與構成血腦屏障的星形膠質細胞的AQP4分布部位一致,能與其特異性結合,表明NMO是一種自身免疫性通道病。在臨床治療上,可使用糖皮質激素、免疫球蛋白、免疫抑制劑(如硫唑嘌呤等),和針對B細胞的單克隆抗體(如利妥昔單抗)等。NMO與遺傳和環(huán)境因素均密切相關,是遺傳和環(huán)境因素相互作用的結果。雙生子以及家系研究結果表明,顯示家族性NMO發(fā)病率預期值較散發(fā)性病例高,患者親屬中出現該疾病的概率增加,表明遺傳因素在疾病中起了重要的作用[1]。為闡明基因遺傳因素與NMO的關系,我們參考了歷年文獻及綜述[2～5],并對最新研究進行追蹤,從人類白細胞抗原,抗體多態(tài)性及細胞因子多態(tài)性三個方面為未來該領域相關研究的方向鋪墊基礎。

1 人類白細胞抗原基因(HLA)多態(tài)性與NMO的關系

1.1 HLA多態(tài)性具有人種、地域的差距人類主要組織相容性復合體(major histocompatibility complex,MHC)基因區(qū)域位于人類第6號染色體短臂,主要編碼人類白細胞抗原 (human leukocyte antigen,HLA),有高度遺傳多態(tài)性,也有人種、地域差異,例如廣東漢族人群的HLA-DPB1*2101具有的高頻現象。人類MHC區(qū)域分為三個區(qū)域,因此HLA基因也有3類,I類和II類區(qū)域已被廣泛報道與自身免疫性疾病有關,其中II類包含DP、DQ、DR等亞區(qū),機制在于HLA-DRB1編碼可呈現的主要組織相容性類(MHC) II分子CD4+T細胞的相關抗原導致一系列炎癥反應。MHC III類區(qū)域與NMOSD相關研究報道則較少。目前有多項文獻研究不同人群的HLA區(qū)域基因多態(tài)性與NMOSD的相關性。

1.2 HLA多態(tài)性和NMOSD易感性一項巴西黑白混血人群的研究[6]顯示,與健康對照組相比,NMO患者中HLA-DRB1*03等位基因組,與MS的過表達基因(DRB1*15等位基因組)不同,NMO與HLA-DRB3易患基因相關,而MS與HLA-DRB5相關。HLA-DBB1*01和DRB1*10與NMO的關聯性和敏感性相關。通過比較里約熱內盧的NMO和MS患者HLAⅡ類等位基因[7]。既往的日本人群研究可見HLA-DPB1*0501等位基因的頻率在NMO中顯著高于健康對照組,而Yoshimura等確認在日本人群中DPB1*0501基因與NMO-IgG抗體產生有關,還發(fā)現HLA-DRB1*1602也可能與抗體產生相關[8]。我國人群也再次確認了DPB1*0501與AQP4抗體陽性患者具有相關性[9]。法國地區(qū)高加索人群研究顯示NMO組DPB1*0501等位基因未升高,該等位基因與白人患者的NMO沒有關聯,而HLA-DRB1*01及HLA-DRB1*03等位基因與NMO-IgG抗體陽性的NMO患者密切相關[10]。HLA-DRB1*15與多發(fā)性硬化相關,但HLA-DRB1*1501的單核苷酸多態(tài)性rs3135388則與多人群來源的NMOSD患者(梅奧診所診治的,來自世界各地的164例患者)無關[11]。對芬蘭人群的HLA研究表明,除2例患者在C3ORF20、PDZD2、C5ORF47和ZNF606中有4個錯義變異,1例患者有DZD2變體外,未發(fā)現明確的致病基因,結果不支持NMOSD為單一遺傳病因[12]。歐洲的全基因組薈萃研究結果顯示在人類MHC區(qū)域發(fā)現補體成分4(complement component 4)基因多態(tài)性可能是NMOSD的易感基因[13]。同時發(fā)現在HLA-DQA1區(qū)域中,rs28383224 位點與 NMO 相關性較強[13]。類似結果在日本人群中也可發(fā)現HLA-DQA1*05:03位點與NMO的發(fā)病存在顯著正相關[14]。其機制在于LA-DQA1*05:03在細胞表面的表達水平明顯高于其他DQA1等位基因,其表達強烈依賴于α1結構域的氨基酸序列,并優(yōu)先選擇75位亮氨酸,由HLA-DQA1*05:03編碼的HLA-DQ優(yōu)先呈現免疫優(yōu)勢的AQP4肽,并且在HLA-DQA1*05:03存在時,肽主要組織相容性復合體(peptide major histocompatibility complexes,pMHCs)比其他HLA-DQA1等位基因在能量上更穩(wěn)定[15]。但在我國的一項研究結果中卻未發(fā)現 rs28383224 多態(tài)性是漢族人群NMO的危險因素,NMO與對照組的比較現實該基因型頻率和等位基因頻率分布差異均無統計學意義[16]。我國南方漢族人群中的研究顯示NMOSD患者的DRB1*0901 頻率比對照組低,但及DPB1*0501 的DRB1*1602頻率則較正常人群及多發(fā)性硬化組更高[9]。日本人群證實了HLA-DPB1*0501與NMOSD有相關性,隨后的日本人群研究再次確認了這兩個結論:與健康對照組相比,AQP4陽性的NMO/NMOSD患者DRB1*0901的頻率顯著降低,DRB1*1602和DPB1*0501的頻率顯著升高[8]。

1.3 HLA區(qū)域單倍型和NMOSD易感性PRRC2A(稱BAT2)位于MHC III區(qū)域內,是多種自身免疫性疾病的易感基因。有研究表明PRRC2A作為遺傳易感基因,可增加中國漢族NMOSD和MS的發(fā)病風險,但與NMOSD關系更為密切,rs2736163、rs2726157、rs2242659、rs9366785 4個位點在NMOSD AQP4+/AQP4 -組均與健康組顯示出顯著的統計學差異,而rs1046089可降低 NMOSD的發(fā)病風險。單倍型分析發(fā)現TCAGCAATAG和ACATAGTAG單倍體型分別在NMOSD AQP4+和NMOSD AQP4-中具有統計學差異,可分別增加患者易感風險[1]。NMO與HLA基因以及補體途徑和鉀通道的突變有關,使用單倍型分析在塞爾維亞貝爾格萊德人群中進行研究可發(fā)現HLA-A*01、B*08、DRB1*03和HLA-A*01、B*08、C*07、DRB1*03、DQB1*02兩種單倍型在NMO患者中較正常人群流行,這些單倍型中的HLA分子可能會在幾個位點與AQP4相結合,增加NMO發(fā)生的風險[17]。一項印度南部的研究顯示,HLA-DRB1*10、DRB1*10-DQB1*05及HLA-DRB1*15-DQB1*03等位基因單倍型與NMO顯著相關,而DRB1*14等位基因、DRB1*14-DQB1*05單倍型對NMO具有保護作用[18]。

2 非HLA基因和NMOS的易感性分析

2.1 AQP4基因多態(tài)性對于NMO來說,最重要的結合抗原為AQP4。AQP4-IgG抗體是NMOSD的特征性病理生理變化,能通過(ADCC和CDC效應)破壞星形膠質細胞,因此尋找 AQP4基因多態(tài)性是一項研究熱點[4]。目前對AQP4基因多態(tài)性與NMO的關系有所爭議。人類AQP4基因在非翻譯區(qū)(untranslatedregions,UTR),包括5’-UTR和3’-UTR區(qū),存在多個單核苷酸多態(tài)性位點。AQP4基因3′-UTR區(qū)的SNP與國人NMOSD臨床表型具有相關性,miRNA 323-3p通過與AQP4基因3′-UTR區(qū)某一特定SNP位點(rs1058424,rs3763043,rs335929,rs6508459等)結合并調節(jié)來參與NMO發(fā)病。一項納入208 例中國 AQP4-IgG陽性NMOSD病例的研究中,對AQP4的單核苷酸多態(tài)性(SNP)位點中的基因型頻率進行分析,可見兩個3′ UTR SNPs 區(qū)的基因(rs1058424的A / T基因型和rs3763043的C / T基因型)在病例組中出現的頻率明顯高于對照組,而3′ UTR單倍體型ATATGGAT可能對NMO的發(fā)病有保護作用[19]。AQP4基因啟動子區(qū)域或編碼區(qū)的變異或多態(tài)性可影響靶蛋白AQP4表達,因此可能參與NMOSD的發(fā)病。Matiello等[20]對177例散發(fā)的和14例家族性的NMO患者、220例經典多發(fā)性硬化患者及1143名健康對照組的AQP4基因進行分析,結果在8個候選單核苷酸多態(tài)性(single-nucleotide polymorphisms,SNPs)中,發(fā)現在患者中3例美國非洲裔NMOSD患者中(其中兩人有基因相關聯性)及1例對照組中,18號染色體22695167位點D184E (NC 18.8;chrom pos. 22695167: T>A)與NMO的發(fā)病相關,出現非同義突變。另外,在Arg19 (R19I和R19T)尚檢測到2種不同的錯義等位基因突變。因此他們得到結論,除1個罕見SNP外,未檢測到SNP與NMO相關,不支持AQP4遺傳變異導致NMO整體易感性的假設。

王青松等[21]對72例NMO患者基因進行研究,在AQP4基因5號外顯子區(qū)域共發(fā)現3個單核苷酸多態(tài)性位點,分別為第9414位、第9416位、第9524位核苷酸位點,其突變引起了血清抗體滴度的增加,可能對AQP4基因胞外特異性多肽片段產生重要影響,而在對照研究組中均未發(fā)現,其機制可能是最終影響了抗原抗體結合。南方漢族人群的研究中,AQP4抗體陽性患者的AQP4啟動子0-1003 bp (A-G)位點多態(tài)性頻率顯著高于陰性患者及對照組,無論AQP4抗體是否陽性,所有患者的AQP4啟動子1 -401 bp～-400 bp (C插入)位點多態(tài)性頻率顯著高于對照組,而AQP4 SNP與多數漢族AQP4-IgG陽性患者發(fā)病無明顯相關性,但少數患者可能存在AQP4基因多態(tài)性改變,例如SNP rs3763043的G>A及rs14393的C>A[22]。但針對中國北方人群的NMO研究則有不同意見,在6個AQP4 snp通過高分辨率熔融(high-resolution melting,HRM)方法進行基因分型后結果顯示AQP4常見基因多態(tài)性與AQP4的易感性無關[23]。類似觀點的還有一項韓國研究,他們選擇7個常見的AQP4 多態(tài)性位點進行分析,結果顯示無相關性[24]。日本一項研究[25]對16例NMO患者及255名健康對照者進行了比較,對AQP4基因全外顯子擴增,結果在任何編碼外顯子區(qū)域未檢測到已知或新的突變。在AQP抗體陽性的患者中啟動子區(qū)-810 bp位點(rs2075575)T等位基因的頻率明顯高于對照組,其余位點與對照組相比無顯著差異,他們認為rs2075575的T等位基因是AQP4-IgG陽性NMO的風險因素。這與中國南方漢族人研究結果相反[26],原因可能在于存在連鎖不平,種族因素等因素。

2.2 細胞因子相關基因細胞因子在免疫反應中起重要作用,其基因多態(tài)性與NMOSD患者易感是否相關是一個研究熱點。腫瘤壞死因子(tumor necrosis factor,TNF)包括α和β(TNF-α和 TNF-β)兩種,在免疫應答過程中起誘導細胞程序性死亡或凋亡的作用,并參與調節(jié)增殖、分化、生長和免疫反應。一項針對50例NMOSD患者的研究[27]顯示,雖然NMOSD組血清TNFα及TNFβ水平在急性期高于緩解期和健康對照組,但TNFα基因(rs1800629)和 TNFβ基因(rs909253)的多態(tài)性與 NMOSD 患者的易感性不相關,可能原因在于調節(jié)TNFα和 TNFβ分泌的基因位點為其他位點、其他基因或連鎖基因共同調節(jié)。干擾素-γ(interferon-γ,IFN-γ)在NMOSD發(fā)病中起促進作用[28]。rs2430561位點與IFN-γ的生成關系密切,但IFN-γ的rs2430561(A/T)和rs2234685(A/G)基因多態(tài)性與NMOSD易感性不相關[29]。NMOSD患者中可發(fā)現一種新的TNFSF13B變異位點(3’UTR區(qū)變異,c.*14T>C)[1]。白細胞介素-7 (IL-7)和白細胞介素-7受體α (IL-7Rα)在在自身免疫淋巴細胞的分化中起作用,在中國東南部漢族人群中IL-7RA變異(rs6897932)與NMO特別是NMO-IgG陽性患者相關,IL-7變異(rs1520333)與MS患者相關[30]。上述研究均表明NMOSD與MS兩種疾病的遺傳背景不同。而在中國東南部漢族人群中,NMO患者IL-7的rs763780 T等位基因和TT基因型的頻率顯著高于對照組,該基因型可能增加南方漢族對NMO的易感性[31]。分化抗原群58(Cluster of differentiation 58,CD58),CD40,CD226,膽固醇-羥化酶、白介素2受體α亞基、Fc受體樣3、線粒體基因都被認為與NMO有關系,多項實驗對此進行了研究[32]。一項納入162例患者的CD40基因SNP與NMOSD相關性研究中,結果顯示rs3765459變異與NMOSD易感相關;而 rs6074022,rs1883832,rs4810485可能為NMOSD的保護基因(但經Bonferroni調整后無顯著差異)[33]。信號傳導及轉錄激活蛋白(signal transducer and activator of transcription,STAT) 包括7個結構和功能相關的蛋白,STAT4與Thl細胞產生細胞因子相關。Shi等在233例確診NMOSD患者人群中檢測了5個STAT4 SNPs,發(fā)現4個SNPs(rs7574865 T,rs10181656 G,rs10168266 T,rs13426947 A)與NMOSD風險增加有顯著相關,rs7601754的G等位基因則對NMOSD具有保護作用[34]。Fc受體樣3(Fc receptor-like 3,FCRL3)基因與炎癥脫髓鞘疾病相關,一項納入132例NMOSD患者的研究[35]顯示,對FCRL3基因研究顯示,4個SNP位點,rs7528684,rs945635,rs3761959和rs2282284(FCRL3_3*C, 5*C, 6*A, 8*G)與NMOSD易感性相關,可能為中國漢族人口的NMO的易感基因。另一項納入150例患者的研究[36]中,在FCRL3的15個SNPs中選出6個進行分析,發(fā)現-1901A>G的G等位基因及-658C>T的T等位基因為中國人群的遺傳危險因素。。CD226基因的非同義交換與自身免疫疾病相關,在一項中國南方漢族人群的研究顯示,CD226 Gly307Ser(rs763361)的TT基因型可能與南方漢族的NMO風險相關,而與MS無關[37]。膽固醇-羥化酶(cholesterol 7-hydroxylase,CYP7A1)基因啟動區(qū)的SNP(rs3808607)對NMO具有保護作用,攜帶rs3808607“G/G”基因型的患者比攜帶“T/G”基因型的患者對NMO風險的保護作用更高,在一項98例韓國NMO患者的研究中可見CD58的基因突變也與NMO的易感性相關,其機制可能為rs2300747的A等位基因可能會降低CD58 RNA的表達,從而增加NMO的風險,同時rs1016140的G等位基因導致T細胞活性增加,從而使AQP4抗體進入中樞神經系統(CNS),最終導致NMO的發(fā)生[38]。我國一項230例NMO患者的研究[39]則認為CD58基因的5個SNPs與NMOSD風險增加顯著相關(rs2300747、rs1335532、rss56302466、rs1016140和rs12044852),單倍型TAGCCCAA顯著增加NMOSD的風險,而TATTACGG顯著降低風險。在中國廣州一項納入198例NMO患者的研究中,B細胞支架蛋白與錨蛋白重復序列1(B cell scaffold protein with ankyrin repeats 1,BANK1)的rs4522865、信號傳導和轉錄激活因子(signal transducer and activator of transcription 4,STAT4)的rs7574865及一般轉錄因子Iii(general transcription factor Iii,GTF2I)的rs73366469與NMO具有相關性[40]。臺灣的一項利用全外顯子組測序(whole exome sequencing,WES)研究NMO患者中CD33基因變異情況,發(fā)現CD33基因第4外顯子缺失19個堿基對,導致移碼過早截斷蛋白分離,CD33抑制功能的喪失最終影響NMO患者免疫系統的調節(jié)[41]。患者對激素治療的反應效果不同,為研究對甲基強的松龍治療反應不同的NMO患者間是否存在基因差異,Dai等在中國漢族人群中進行研究,結果可見ABCB1(ATP binding cassette subfamily B member 1,又叫做CD243)的G2677T/A (rs2032582)多態(tài)性與激素反應相關,GG基因型患者的視覺銳度(vision acuity,VA)評分變化明顯低于T/A基因型患者,T/A基因型比GG及G T/A基因型在糖皮質激素抵抗的風險分別增加3.53倍和2.67倍,而AQP4-IgG+的患者TAT/TTT單倍型(ABCB1 C3435T- 2677T/A-C1236T)較其他單倍型具有保護作用(糖皮質激素抵抗可能為0.54倍)[42]。一項針對中國漢族人群的B淋巴樣酪氨酸激酶(B-lymphoid tyrosine kinase,BLK)研究中,rs2248932的次要等位基因G與NMOSD具有相關性,AQP4-IgG抗體陽性者的rs2248932次要等位基因G頻率顯著低于健康對照組,NMO患者抗體陰性群體中rs2248932的GG基因型頻率高于陽性者,BLK mRNA表達水平低于健康對照組,GG基因型具有保護作用[43]。

2.3 其他基因妊娠可顯著影響NMO的疾病過程,NMO的發(fā)生可能與雌激素有關,雌激素受體(estrogen receptor,ER)可分為ERα和ERβ兩種。我國漢族健康人群ERα基因型的分布以pp型、xx型及ppxx型為主,PP型和XX型占少數。ERα基因XbaⅠ多態(tài)性與NMO相關,Xx基因型為危險因素,其病程長于XX基因型,而ERα基因PvuⅡ、ERβ基因RsaⅠ和AluⅠ的多態(tài)性均與NMO無關。白介素2受體α亞基(interleukin 2 receptor alpha subunit,IL2RA)抑制機體的的免疫功能,使其處于平衡狀態(tài)。Dai等研究了中國南方漢族人群中IL2RA SNP rs2104286和rs12722489以及IL7RA SNP rs6897932與NMO的關系,結果顯示NMO患者IL2RA基因rs2104286(G)頻率顯著高于對照組,其他位點無相關性[44]。但在一項關于日本南方人群NMO的研究中,對IL2RA的rs2104286、rs12722489和rs7090512位點與NMO的研究中,未觀察到3種IL2RA的SNPs與疾病發(fā)展的顯著相關性[45]。腫瘤壞死因子配體超家族成員4 (tumor necrosis factor ligand superfamily member 4,TNFSF4) 編碼免疫系統重要的共刺激分子。既往歐洲人群的研究顯示CD6、TNFRSF1A和IRF8的單核苷酸多態(tài)性(snp)與MS之間存在關聯,Park等研究了亞洲人群中(韓國)三個基因與NMO的關系,結果發(fā)現CD6基因中的1個SNP (rs12288280)和TNFRSF1A基因中的3個SNP (rs767455、rs4149577和rs1800693)與NMO相關,IRF8多態(tài)性與NMO沒有關聯[46]。而Lian等在中國人群中發(fā)現TNFSF4的rs844648與NMOSD風險增加相關,在隱性模型下,rs844648和rs704840均與NMOSD的發(fā)生存在顯著相關性,連鎖不平衡分析顯示TNFSF4中存在兩個區(qū)域;在一個區(qū)塊中,單倍型Ars844648Grs704840顯著增加了NMOSD的風險,而Grs844648Trs704840則降低了患病風險[47]。對于線粒體DNA與NMO易感性的研究僅有病例報道,結果均為陰性,目前尚無明確證據支持線粒體DNA與NMO發(fā)病相關。全外顯子高通量測序未HLA,AQP4等熱門相關突變位點。