脊柱結(jié)核易感性與基因多態(tài)性的研究現(xiàn)狀

向清華，王瑞陽，茹能，黃巾幗，高天翔，婁兆金，柳青

三峽大學(xué)人民醫(yī)院 湖北省宜昌市第一人民醫(yī)院骨科，湖北宜昌 443000

結(jié)核病（tuberculosis，TB）是世界性疾病，全世界每年新發(fā)病數(shù)約為1000 萬，而每年有130萬人死于該疾病[1]。TB 是由于機(jī)體感染結(jié)核分枝桿菌所引起的一種慢性傳染病，80%發(fā)生在肺部，稱肺結(jié)核；余下20%繼發(fā)感染出現(xiàn)在除肺部之外的其他部位，如骨骼、腦部、消化道等，稱肺外結(jié)核。10%～35%的肺外結(jié)核累及骨與關(guān)節(jié)，而脊柱結(jié)核約占所有骨與關(guān)節(jié)結(jié)核的50%，因循環(huán)障礙及結(jié)核感染引起椎體病變所致，以腰椎最為多見，胸椎次之，胸腰段占第3 位，頸椎和骶尾椎則較罕見，男女比例約為1.5～2:1[2]。椎骨受結(jié)核分枝桿菌感染后，受累椎體出現(xiàn)骨質(zhì)破壞、干酪樣壞死、膿腫形成，進(jìn)而導(dǎo)致椎骨壞死。椎體因病變及承重發(fā)生塌陷，最終導(dǎo)致嚴(yán)重的脊柱畸形和截癱，引起殘疾[3]。脊柱結(jié)核的發(fā)展是宿主、病原體與環(huán)境相互作用的結(jié)果，受年齡、性別、生活環(huán)境、健康狀況以及遺傳等多種因素的影響[4]。宿主相關(guān)基因多態(tài)性越來越多地被發(fā)現(xiàn)與脊柱結(jié)核易感性有關(guān)。隨著基因測(cè)序技術(shù)的進(jìn)步，國內(nèi)外已開展了大量病例對(duì)照研究以探索脊柱結(jié)核的遺傳易感性。目前已有相關(guān)研究表明腫瘤壞死因子α（tumor necrosis factor-α，TNF-α）、維生素D 受體（vitamin D receptor，VDR）、單核細(xì)胞趨化蛋白 1（monocyte chemotactic protein-1，MCP-1）、γ 干擾素（interferor-γ，IFN-γ）、白細(xì)胞介素（interleukin，IL）等細(xì)胞因子在脊柱結(jié)核的發(fā)生發(fā)展過程中起著重要作用。因此本文對(duì)近年來脊柱結(jié)核宿主遺傳易感性與相關(guān)基因多態(tài)性方面的研究狀況進(jìn)行綜述。

1 TNF-α基因

TNF-α 是由巨噬細(xì)胞、樹突狀細(xì)胞和T 淋巴細(xì)胞在結(jié)核分枝桿菌刺激或感染時(shí)產(chǎn)生的一種具有促炎癥作用的單核細(xì)胞因子。人類TNF-α 基因位于6p21.4、長約3.6kbp，有4 個(gè)外顯子和3 個(gè)內(nèi)含子，與主要組織相容性抗原復(fù)合體基因緊密連鎖位于HLA-B 和HLA-C2 位點(diǎn)之間的MHCⅢ類基因區(qū)內(nèi)[5]。TNF-α 基因主要由5 個(gè)小衛(wèi)星序列與數(shù)個(gè)單核苷酸多態(tài)性（single nucleotide polymorphism,SNP）啟動(dòng)區(qū)構(gòu)成，具有高度的多態(tài)性和協(xié)調(diào)性。結(jié)核病初期，TNF-α 基因便實(shí)時(shí)調(diào)控TNF-α 的表達(dá)。TNF-α誘導(dǎo)巨噬細(xì)胞抵抗結(jié)核分枝桿菌的入侵并調(diào)控T 細(xì)胞抑制結(jié)核分枝桿菌的生長[6]，可顯著誘導(dǎo)機(jī)體生成多種細(xì)胞因子參與脊柱結(jié)核的發(fā)生發(fā)展過程，通過間接調(diào)節(jié)相應(yīng)細(xì)胞因子的免疫活性從而增加保護(hù)功能。此外，TNF-α 可促進(jìn)某些特定的細(xì)胞因子黏附在結(jié)核病灶部位而形成肉芽腫，以防止結(jié)核桿菌的生長和擴(kuò)散[7]。TNF-α 的免疫學(xué)功能可密切影響結(jié)核分枝桿菌在體內(nèi)的致病及播散過程。張玉坤等[8]對(duì)我國新疆地區(qū)脊柱結(jié)核患者TNF-α 基因多態(tài)性的檢測(cè)結(jié)果顯示，TNF-α-308 位點(diǎn)A 等位基因及-238位點(diǎn)GA 基因型頻率均高于正常對(duì)照組，初步表明TNF-α 基因參與了脊柱結(jié)核的發(fā)展過程，其多態(tài)性促成了脊柱結(jié)核的易感性。Zheng 等[9]的研究結(jié)果也提示TNF-α-857 位點(diǎn)的多態(tài)性是脊柱結(jié)核的危險(xiǎn)因素，其多態(tài)性與中國人群脊柱結(jié)核易感性存在一定關(guān)聯(lián)。以上兩項(xiàng)研究結(jié)果基本一致，初步表明TNF-α 基因多態(tài)性與脊柱結(jié)核易感性相關(guān)。目前國內(nèi)外關(guān)于TNF-α 基因多態(tài)性與脊柱結(jié)核易感性的研究報(bào)道較少，現(xiàn)有研究多數(shù)僅針對(duì)單個(gè)基因位點(diǎn)的多態(tài)性與脊柱結(jié)核易感性關(guān)系的探討。因此，脊柱結(jié)核易感性與TNF-α 基因多態(tài)性的相關(guān)性仍有待于進(jìn)一步研究。

2 MCP-1 基因

MCP-1 也稱為單核細(xì)胞趨化與激活因子，隸屬于CC 亞族（β 亞族）趨化因子家族成員，為較強(qiáng)的單核/巨噬細(xì)胞趨化因子[10]。MCP-1 的編碼基因位于17q11.2-q12 位點(diǎn)的外顯子基因，由遠(yuǎn)端和近端的啟動(dòng)子調(diào)控，每個(gè)啟動(dòng)子之間約有2.2kb 的DNA 染色體區(qū)域。位于啟動(dòng)子區(qū)域的單個(gè)或多個(gè)基因發(fā)生改變即可影響MCP-1 基因的轉(zhuǎn)錄活性，繼而影響下游血清MCP-1 的表達(dá)水平[11]。當(dāng)機(jī)體感染結(jié)核分枝桿菌時(shí)，MCP-1 適時(shí)適量的表達(dá)，對(duì)結(jié)核肉芽腫的形成、病灶的包裹和殺滅以及在脊柱結(jié)核特異性免疫過程中起到至關(guān)重要的作用。張宏其等[12]對(duì)湖南省漢族人群脊柱結(jié)核患者M(jìn)CP-1-362 位點(diǎn)基因型的分析發(fā)現(xiàn)，MCP-1 啟動(dòng)子區(qū)362 位點(diǎn)的CC 基因型頻率相較于正常人顯著增高，機(jī)體內(nèi)過高表達(dá)的MCP-1 反而會(huì)降低免疫反應(yīng)的嚴(yán)重程度并影響肉芽腫的形成，同時(shí)可抑制單核細(xì)胞的趨化與激活反應(yīng)[13]。Gao 等[14]對(duì)湖南省漢族人群脊柱結(jié)核患者M(jìn)CP-1-2518 位點(diǎn)基因型分析發(fā)現(xiàn)GG 基因型和G 等位基因相較于正常人顯著增高，與Gong 等[15]研究結(jié)果一致，表明MCP-1-2518A/G多態(tài)性是脊柱結(jié)核易感性的危險(xiǎn)因素。Mecabin 等[16]針對(duì)阿爾及利亞地區(qū)132 名脊柱結(jié)核患者以及204 例健康人群核苷酸多態(tài)性的檢測(cè)發(fā)現(xiàn)，MCP1rs1024611-2518GG、MCP1rs2857656-362CC 以及MCP1rs3917887int1del554-567del/del純合子基因型在脊柱結(jié)核組中均顯著高于對(duì)照組，研究結(jié)果提示機(jī)體內(nèi)過高表達(dá)的MCP-1 會(huì)降低免疫反應(yīng)的嚴(yán)重程度并影響肉芽腫的形成。由此可見，MCP-1 基因多態(tài)性與脊柱結(jié)核易感性存在相關(guān)性。

3 VDR 基因

維生素D 內(nèi)分泌系統(tǒng)參與調(diào)節(jié)免疫反應(yīng)、骨骼代謝以及各種類型細(xì)胞的增殖和分化等生物反應(yīng)過程[17]。VDR 基因位于12q13.11 區(qū)域，該基因在多個(gè)位點(diǎn)上表現(xiàn)出多態(tài)性，包括FokI、Bsml、Apal以及Taql 4 個(gè)經(jīng)典多態(tài)位點(diǎn)[18]。其中FokI 代表了1個(gè)獨(dú)立的多態(tài)性位點(diǎn)，是位于VDR 起始密碼子中的C/T 過渡多態(tài)性位點(diǎn)，其多態(tài)性可改變氨基酸序列并影響編碼蛋白的結(jié)構(gòu)和功能，進(jìn)而導(dǎo)致VDR無法與1，25-二羥維生素D3有效地結(jié)合，最終導(dǎo)致巨噬細(xì)胞無法阻礙結(jié)核分枝桿菌的胞內(nèi)生長，降低其對(duì)結(jié)核分枝桿菌的先天免疫反應(yīng)[19]。Zhang 等[20]通過對(duì)中國湖南地區(qū)110 例漢族脊柱結(jié)核患者與102例健康志愿者FokI 位點(diǎn)基因型頻率的對(duì)比研究發(fā)現(xiàn)，脊柱結(jié)核組ff 基因型頻率（50%）明顯高于健康對(duì)照組（21.86%），與Wang 等[21]的研究結(jié)果相同，表明VDR 可能與脊柱結(jié)核易感性有關(guān)。FokI 位點(diǎn)多態(tài)性與VDR 表達(dá)增加有關(guān)，過高表達(dá)的VDR 基因可導(dǎo)致維生素D3缺乏，維生素D3缺乏和骨密度改變可能是脊柱結(jié)核的危險(xiǎn)因素。Panwar 等[22]對(duì)印度地區(qū)就VDR Taql 以及Apa1 基因位點(diǎn)多態(tài)性的分析發(fā)現(xiàn)，VDR Taql 多態(tài)性的雜合型TC 和突變型CC基因型（TC+CC）的聯(lián)合頻率、VDR Apa1 多態(tài)性的雜合型TG 和突變型GG 基因型（TG+GG）的聯(lián)合頻率在脊柱結(jié)核患者中均顯著增加，研究結(jié)果表明VDR 基因的Taql 以及Apa1 多態(tài)性與脊柱結(jié)核相關(guān)。以上研究表明VDR 基因多態(tài)性與脊柱結(jié)核的發(fā)病呈顯著相關(guān)性。

4 IFN-γ 基因

IFN 是一類具有高度種屬特異性且具有多種功能活性的蛋白質(zhì)，其成分以糖蛋白為主，主要由單核細(xì)胞和淋巴細(xì)胞產(chǎn)生[23]。IFN 可分為Ⅰ型、Ⅱ型和Ⅲ型，IFN-γ 也稱免疫干擾素，隸屬于Ⅱ型干擾素[24]。IFN-γ 是一種由胸腺衍生細(xì)胞在特定激活條件下和自然殺傷細(xì)胞分泌的免疫調(diào)節(jié)劑，其抗結(jié)核作用主要通過下調(diào)巨噬細(xì)胞的產(chǎn)生、限制中性粒細(xì)胞的招募以及調(diào)節(jié)結(jié)核分枝桿菌所引起的慢性感染過程中的先天和適應(yīng)性免疫應(yīng)答[25]。此外，IFN-γ可激活抗原提呈細(xì)胞，通過上傳轉(zhuǎn)錄因子T-bet 促進(jìn)Ⅰ型輔助T 細(xì)胞分化而發(fā)揮抗結(jié)核免疫作用。IFN-γ 基因長約6kb，包含有4 個(gè)外顯子及3 個(gè)內(nèi)含子，rs2430561 位點(diǎn)與第1 內(nèi)含子緊密相鄰，該位點(diǎn)的等位基因具有與轉(zhuǎn)錄因子NK-kβ 結(jié)合活性并對(duì)IFN-γ 的轉(zhuǎn)錄具有調(diào)控作用[26]。IFN-γ 及其受體的基因變異將顯著削弱機(jī)體抵抗結(jié)核分枝桿菌的能力，弱毒力結(jié)核分枝桿菌感染即會(huì)導(dǎo)致椎體破壞、嚴(yán)重者可發(fā)生椎體塌陷、并導(dǎo)致脊柱畸形和癱瘓。吳太鋒等[27]在研究脊柱結(jié)核患者血清IFN-γ 的表達(dá)意義時(shí)發(fā)現(xiàn)，觀察組患者血清IFN-γ 的含量顯著高于對(duì)照組，且表達(dá)水平受基因多態(tài)性的影響，提示IFN-γ在脊柱結(jié)核的發(fā)病中可能起著一定的作用。胡德新等[26]對(duì)78 例脊柱結(jié)核患者和100 例健康人群中的IFN-γrs2430561 位點(diǎn)基因多態(tài)性與脊柱結(jié)核易感性關(guān)系的病例對(duì)照研究中發(fā)現(xiàn)該位點(diǎn)A 等位基因?yàn)榧怪Y(jié)核的易感基因。此外，曹太見等[28]將青海地區(qū)藏族脊柱結(jié)核患者作為研究人群，經(jīng)檢測(cè)和統(tǒng)計(jì)發(fā)現(xiàn)試驗(yàn)組IFN-γ rs2430561 位點(diǎn)的T 等位基因頻率以及 T/T 基因型分布頻率均高于對(duì)照組，說明IFN-γrs2430561T 等位基因存在著過度表達(dá)。因此，IFN-γ 基因多態(tài)性與脊柱結(jié)核易感性密切相關(guān)。鑒于研究環(huán)境、數(shù)量以及種族等因素存在差異，干擾素基因及其受體基因與脊柱結(jié)核發(fā)病的相關(guān)性仍需深入研究。

5 IL 基因

IL 是一類由多種細(xì)胞產(chǎn)生且能調(diào)節(jié)細(xì)胞間相互作用的淋巴因子。已發(fā)現(xiàn)的IL 共有38 種，分別命名為IL-1～I(xiàn)L-38，其在白細(xì)胞或免疫細(xì)胞應(yīng)答過程中發(fā)揮傳遞信息、活化免疫細(xì)胞、促進(jìn)細(xì)胞增殖以及免疫調(diào)節(jié)等作用[29]。IL 與其受體結(jié)合后可激活免疫細(xì)胞并調(diào)節(jié)免疫細(xì)胞的增殖，在機(jī)體受到結(jié)核分枝桿菌感染時(shí)起到關(guān)鍵性抵抗作用[30]。Ma 等[31]通過對(duì)129 例脊柱結(jié)核患者以及106 例健康人群IL-10 基因rs1800871（A/G）多態(tài)性的檢測(cè)分析發(fā)現(xiàn)，GG 與AG+GG 基因型分布頻率與AA 基因型相比，差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，攜帶G 等位基因的人群將會(huì)增加罹患脊柱結(jié)核的風(fēng)險(xiǎn)。曹太見等[28]的研究結(jié)果也表明，IL-10-1082、IL12-RB1rs436857 位點(diǎn)的多態(tài)性與青海地區(qū)藏族脊柱結(jié)核的發(fā)病呈顯著相關(guān)性；Zhou 等[32]的研究納入了163 例中國漢族脊柱結(jié)核患者，通過序列特異性引物-聚合酶鏈反應(yīng)（polymerase chain reaction，PCR）檢測(cè)IL-18 基因啟動(dòng)子-137 位點(diǎn)的多態(tài)性發(fā)現(xiàn)，等位基因G 可能是脊柱結(jié)核的易感因素。以上研究表明IL 基因及其受體基因多態(tài)性與脊柱結(jié)核易感性有關(guān)。

6 小結(jié)

目前已有眾多研究集中關(guān)注脊柱結(jié)核易感性，但是其早期臨床癥狀和影像學(xué)表現(xiàn)缺乏特異性，使得當(dāng)前的實(shí)驗(yàn)室診斷和菌種鑒定無法滿足脊柱結(jié)核早期診治的需求，給脊柱結(jié)核的早期診斷帶來極大挑戰(zhàn)?；蚨鄳B(tài)性作為脊柱結(jié)核早期診斷的研究熱點(diǎn)正逐步應(yīng)用于臨床。本研究結(jié)果可初步表明，TNF-α、VDR、MCP-1、IFN-γ、IL 基因及其受體基因與脊柱結(jié)核易感性存在關(guān)聯(lián)。深入研究脊柱結(jié)核基因?qū)用娴囊赘行砸约懊庖邔W(xué)機(jī)制，將為脊柱結(jié)核的預(yù)防、早期診斷、治療及預(yù)后提供一些新的思路和策略。