試論基因多態(tài)性及細(xì)胞因子與慢性阻塞性肺疾病

1、試論基因多態(tài)性及細(xì)胞因子與慢性阻塞性肺疾病         【關(guān)鍵詞】  慢性阻塞性肺疾病  基因多態(tài)性  細(xì)胞因子   COPD是一種氣流受限為特征的可以預(yù)防和治療的疾病，氣流受限不完全可逆、呈進(jìn)行性發(fā)展，與肺部對(duì)香煙煙霧等有害氣體或有害顆粒的異常炎癥反應(yīng)有關(guān)1。在氣候變化、環(huán)境污染等因素的影響下,COPD的發(fā)病率及致殘率日益增高。因此，對(duì)COPD發(fā)病機(jī)制的進(jìn)一步研究迫在眉睫。其危險(xiǎn)因素包括個(gè)體易感因素和環(huán)境因素,常常是由于二者相互作用而發(fā)生。目前，基因易感性及細(xì)胞因子在C

2、OPD發(fā)病中的作用日益受到重視，現(xiàn)就近幾年這兩方面因素在COPD發(fā)病中的作用研究綜述如下。   1 基因多態(tài)性與COPD   目前越來越多的資料證明COPD是一種多基因遺傳性疾病，基因多態(tài)性在COPD的發(fā)生、發(fā)展中的地位逐漸受到重視，了解COPD發(fā)病機(jī)制中基因多態(tài)性以為其臨床治療提供幫助。   1.1  蛋白酶/抗蛋白酶系基因多態(tài)性   在COPD中，蛋白酶是引起肺間質(zhì)破壞的最主要的因素之一，由宿主炎癥細(xì)胞產(chǎn)生，能分解蛋白多肽鏈。正常情況下，肺組織含有充分的抗蛋白酶系統(tǒng)保護(hù)肺組織免受蛋白酶的破壞作用。吸入有害氣體、有害物質(zhì)可以導(dǎo)致蛋白酶產(chǎn)生增多

3、或活性增強(qiáng)，同時(shí)，氧化應(yīng)激、吸煙等危險(xiǎn)因素可以降低抗蛋白酶的活性，最終導(dǎo)致蛋白酶- 抗蛋白酶失衡。有關(guān)蛋白酶- 抗蛋白酶平衡中的蛋白酶主要有:中性粒細(xì)胞彈性蛋白酶(NE),基質(zhì)金屬蛋白酶（ MMPS）；抗蛋白酶有1 - 抗胰蛋白酶（1 - AT ）, 基質(zhì)金屬蛋白酶組織抑制劑(TIMPs) 。其中最主要的是1 - 抗胰蛋白酶。   1-AT基因是目前唯一可以肯定與COPD發(fā)病密切相關(guān)的基因，其等位基因有M、S、Z三型。有近一百多種基因變體,稱為PI(蛋白酶抑制)系統(tǒng)。1-AT是人體重要的蛋白酶抑制劑,遺傳性的純合子1-AT缺乏可能產(chǎn)生嚴(yán)重的肺氣腫，尤其是吸煙者;而血清1-AT含量下降

4、與其基因的變異有很大關(guān)系,且不同的變異體對(duì)其影響的程度也不同,如PIM的缺陷變體(PIZ 15%、PIS60%、PIP 25%、PIW 80%和PI null 0%)。除了PIM的缺陷變體之外,其雜合體變異也是會(huì)導(dǎo)致遺傳性血清1-AT含量下降(PIMZ 50%70%,PIMS 80%)。   基質(zhì)金屬蛋白酶(MMPs)是一類活性依賴于鋅離子和鈣離子的蛋白水解酶,主要生理功能是降解細(xì)胞外基質(zhì)（ECM）成分。MMPs可降解肺泡壁ECM和基底膜幾乎所有的蛋白成分,參與呼吸道重塑。Vernooy等用免疫組化方法定量分析COPD患者和健康吸煙者痰液的MMP-1、-2、-8、-9、-13活性,結(jié)

5、果COPD患者M(jìn)MP-8,-9的水平和活性比對(duì)照組顯著增高,MMP-1無差異,MMP-2,13活性水平在檢測(cè)閾值之下。MMP-8和MMP-9活性與中性粒細(xì)胞數(shù)有關(guān)，與氣流阻塞程度呈正相關(guān)。不同的種族有不同的基因背景，MMP-9基因多態(tài)性與COPD關(guān)系的研究結(jié)果不同。Minemastu等研究表明,MMP-9(C1562T)多態(tài)性是日本由于吸煙所致肺氣腫形成的易感基因。Zhou等 研究表明MMP-9啟動(dòng)子-1562位的多態(tài)性可能與中國(guó)南方漢族人群COPD易感性相關(guān)。Joos等研究表明,在美國(guó)人是MMP-1、MMP-12的基因多態(tài)性或者是吸煙引起的肺損傷的促發(fā)因素,或者和其他的促發(fā)基因處于連鎖不平衡

6、狀態(tài)。除此之外，MMP-2也參與了COPD病理過程中氣道的重塑。國(guó)內(nèi)研究提示MMP-2參與了肺氣腫的發(fā)生和發(fā)展，與其降解彈力纖維的作用有關(guān)。   1.2  氧化/抗氧化酶系基因多態(tài)性   氧化劑在COPD的病理生理過程中起了重要作用，其通過損害血清蛋白酶抑制劑，加強(qiáng)彈性酶的活性和增加粘液的分泌參與 COPD的病理過程。氧化與抗氧化失衡是COPD發(fā)病的重要機(jī)制之一，目前研究較多的抗氧化酶有谷胱甘肽S轉(zhuǎn)移酶(GSTs)、細(xì)胞色素P450酶（CYP450）等。   近年來GSTs基因多態(tài)性與COPD易感性的關(guān)系研究逐漸受到大家的重視?，F(xiàn)研究較多的是GSTM1、

7、GSTT1、GSTP1的基因多態(tài)性。GSTM1、GSTT1屬于GSTs系,其能以香煙中各種毒性物質(zhì)作為底物,進(jìn)行解毒,防御氧化應(yīng)激,防止機(jī)體組織細(xì)胞損害。GSTP1能防止脂質(zhì)過氧化乙醛對(duì)胚胎性視黃酸合成的抑制，還可防止吸煙所致的氣道細(xì)胞損傷。GSTs基因多態(tài)性與COPD易感性研究結(jié)果不一， Cheng S.L.等認(rèn)為GSTM1基因的缺失是導(dǎo)致COPD的獨(dú)立危險(xiǎn)因素;馬志明等研究認(rèn)為在長(zhǎng)期大量吸煙人群中COPD的易感性主要與GSTM1 0/0基因型相關(guān)，若同時(shí)伴有GSTT1的純合性缺失可能進(jìn)一步增加對(duì)COPD的易感性;但Yim10等的研究結(jié)果卻相反，在韓國(guó)微粒體環(huán)氧化物水解酶(mEPHX)、GS

8、TM1與GSTT1基因多態(tài)性與COPD發(fā)生不相關(guān)，可能由于基因分布存在種族差異。肖丹11等研究發(fā)現(xiàn)GSTP1基因多態(tài)性與中國(guó)人COPD易感性無關(guān)。   細(xì)胞色素P450酶（CYP450）屬血紅蛋白類酶,是微粒體混合功能氧化酶系中最重要的一族氧化酶, 參與許多內(nèi)源性和外源性物質(zhì)的生物轉(zhuǎn)化過程，是體內(nèi)主要的多環(huán)芳烴代謝酶。它有非常廣泛的基因多態(tài)性，目前發(fā)現(xiàn)的主要有CYP1A1、CYP1A2、CYP2A6。關(guān)于CYP1A2基因多態(tài)性與COPD的遺傳易感性的關(guān)系，國(guó)外研究結(jié)論不一，Ahmet Uslu12等研究證實(shí)CYP1A2-163CA基因多態(tài)性使COPD的患病風(fēng)險(xiǎn)增加， Cheng13等

9、的研究卻發(fā)現(xiàn)CYP1A2基因多態(tài)性與COPD的發(fā)病無關(guān)。Korytina GF 14等研究認(rèn)為CYP1A2 -2467delT等位基因在韃靼人群中與COPD發(fā)病有關(guān)，而在巴什庫圖斯坦及俄羅斯人群中卻無關(guān)，提示基因多態(tài)性在不同種族中也有差異。   1.3  細(xì)胞因子基因多態(tài)性   在COPD的發(fā)生、發(fā)展中有許多細(xì)胞因子參與,目前研究較多的有腫瘤壞死因子(TNF-),白細(xì)胞介素(IL)等。   TNF-是體內(nèi)重要促炎因子,現(xiàn)研究發(fā)現(xiàn)其基因多態(tài)性與COPD發(fā)生關(guān)系密切,如Kücükaycan M.等15發(fā)現(xiàn)TNF-+489G/A基因的多態(tài)性

10、與COPD有明顯的相關(guān)性,特別是對(duì)于影像學(xué)陰性的肺氣腫發(fā)生關(guān)系更密切。一項(xiàng)針對(duì)日本人群COPD患者的研究16發(fā)現(xiàn)，308 位的TNF- 啟動(dòng)子（G/A）等位基因多態(tài)性與 COPD的進(jìn)展有關(guān)，不過部分學(xué)者17認(rèn)為對(duì)于東方人來說,其與COPD發(fā)生有很大的相關(guān)性,但是對(duì)白種人來說關(guān)系并不大?？傊?，TNF- 啟動(dòng)子核苷酸基因多態(tài)性與COPD易感性相關(guān)，臨床上早期檢測(cè)TNF-308腺嘌呤等位基因頻率對(duì)于預(yù)防COPD的發(fā)展有很重要的意義。   IL是由多種細(xì)胞產(chǎn)生并作用于多種細(xì)胞的一類細(xì)胞因子。現(xiàn)在得到承認(rèn)的成員已達(dá)15個(gè)之多;它們參與炎癥細(xì)胞的活化，此外還參與機(jī)體的多種生理及病理反應(yīng)。越來越多

11、的證據(jù)證明白細(xì)胞介素基因的多態(tài)性與COPD具有相關(guān)性。如IL-10的-819和-1082位等位基因18,IL-13的-1055位等位基因,IL-6(-174C/G),IL-1(-511C/T)19等都與COPD發(fā)生、發(fā)展相關(guān)。也有研究20發(fā)現(xiàn)，中國(guó)人IL-27基因多態(tài)性可能在COPD發(fā)病中起一定作用。    2  細(xì)胞因子與COPD   細(xì)胞因子是一類細(xì)胞外的信號(hào)蛋白，它們由不同類型的細(xì)胞產(chǎn)生。參與COPD氣道炎癥的細(xì)胞因子由氣道炎癥細(xì)胞產(chǎn)生，它們相互作用，構(gòu)成細(xì)胞因子-炎癥細(xì)胞網(wǎng)絡(luò)，調(diào)節(jié)COPD的氣道炎癥反應(yīng)。與COPD發(fā)病有關(guān)的主要細(xì)胞因子有白介素-

12、 6（IL-6）、白介素- 8（IL-8）、白介素- 32（IL-32）、腫瘤壞死因子-（TNF-），主要炎癥介質(zhì)是白三烯B4（LTB4）。   IL-6可由單核/巨噬細(xì)胞、T淋巴細(xì)胞等分泌,是一種重要的抗炎和免疫調(diào)節(jié)的細(xì)胞因子。在炎癥、感染情況下,IL-6可損傷血管內(nèi)皮細(xì)胞,抑制內(nèi)皮修復(fù),使血管受損及高通透狀態(tài)延遲,造成肺損傷。國(guó)內(nèi)外研究發(fā)現(xiàn),在COPD患者的痰、呼出氣、支氣管肺泡灌洗液及血漿中,IL-6水平均增高,尤其是在急性加重期,提示IL-6與COPD的炎癥反應(yīng)有關(guān)21。IL-6可通過活化NF-B抑制肌纖維蛋白的合成,從而導(dǎo)致COPD患者分解代謝功能亢進(jìn),合成代謝減弱,促進(jìn)C

13、OPD的肌肉萎縮及惡液質(zhì)。Spruit等研究22發(fā)現(xiàn)COPD加重期住院患者血清中IL-6的高表達(dá)參與COPD患者的肌肉萎縮。Charles等23應(yīng)用IL-6轉(zhuǎn)基因小鼠研究發(fā)現(xiàn)IL-6參與肺氣腫的氣道重塑過程。   IL-8是趨化性細(xì)胞因子家族中的重要組成成分,可由巨噬細(xì)胞、中性粒細(xì)胞、淋巴細(xì)胞等多種細(xì)胞產(chǎn)生,與炎癥過程中T淋巴細(xì)胞和中性粒細(xì)胞的聚集和活化有關(guān)。研究發(fā)現(xiàn),在COPD患者痰中,IL-8水平均增高,且與痰中的中性粒細(xì)胞數(shù)目明顯正相關(guān),而與FEV1%預(yù)計(jì)值、FEV1/FVC顯著負(fù)相關(guān)24，提示IL-8是最主要的一種中性粒細(xì)胞趨化因子。中性粒細(xì)胞受IL-8趨化、激活的同時(shí),釋放

14、中性粒細(xì)胞彈性蛋白酶,引起IL-8進(jìn)一步釋放, IL-8持續(xù)高表達(dá)則可誘導(dǎo)大量氧自由基、組胺、花生四烯酸等一系列炎癥介質(zhì)釋放,形成所謂的“炎癥循環(huán)”,增強(qiáng)了氣道炎癥反應(yīng)。吸煙、細(xì)菌病毒感染、大氣污染等因素是COPD發(fā)病的重要原因，它們均可引起IL-8生成增多。    IL-32是一種新近發(fā)現(xiàn)的細(xì)胞因子, IL-32可通過刺激T細(xì)胞、自然殺傷細(xì)胞、單核細(xì)胞和上皮細(xì)胞的內(nèi)源性分泌產(chǎn)生,而基因重組的IL-32呈現(xiàn)典型的促炎性細(xì)胞因子的多種性狀。主要作用是誘導(dǎo)細(xì)胞因子的產(chǎn)生,并可誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡。IL-32能誘導(dǎo)TNF-、IL-6和IL-8產(chǎn)生。Calabrese F等25研究發(fā)現(xiàn),I

15、L-32在COPD患者中表達(dá)增加,與TNF-共存,與TNF-a水平呈正相關(guān), 與FEV1呈負(fù)相關(guān)，且與氣流阻塞程度相關(guān)。自身免疫機(jī)制在COPD的發(fā)病過程中起著尤為重要的作用26，IL-32的免疫活性存在于COPD患者、風(fēng)濕性關(guān)節(jié)炎患者和非特異性間質(zhì)性肺炎患者身上,而在哮喘和肺炎的患者身上并未發(fā)現(xiàn)其存在。    TNF-可由巨噬細(xì)胞、T淋巴細(xì)胞及氣道平滑肌細(xì)胞等多種細(xì)胞分泌，能激活中性粒細(xì)胞、巨噬細(xì)胞等促進(jìn)炎癥顆粒釋放。TNF-是通過其本身致炎作用及活化其他炎性細(xì)胞因子的基因轉(zhuǎn)錄導(dǎo)致COPD的炎癥過程。Aaron等27研究發(fā)現(xiàn),其血清TNF-水平在急性加重期較緩解期明顯升高,

16、 TNF-亦與 FEV1%預(yù)計(jì)值和FEV1/FVC呈顯著負(fù)相關(guān),與氣道阻塞程度呈正相關(guān)。也有研究 28提示COPD患者的體重下降和骨骼肌萎縮可能與TNF-介導(dǎo)的炎癥反應(yīng)有關(guān)。   LTB4主要來源于活化的巨噬細(xì)胞、中性粒細(xì)胞、肥大細(xì)胞和血小板，是一種強(qiáng)有力的炎癥介質(zhì)，中性粒細(xì)胞是其主要的靶細(xì)胞。通過活化中性粒細(xì)胞，使其釋放炎癥產(chǎn)物，從而使支氣管黏膜炎性細(xì)胞浸潤(rùn)增加，導(dǎo)致支氣管平滑肌收縮和氣道微血管滲透性增加。COPD是一種以中性粒細(xì)胞為主的氣道慢性炎癥性疾病，有研究29發(fā)現(xiàn)，在COPD急性發(fā)作伴有感染的病人中,痰液中LTB4濃度較正常人顯著升高,抗感染治療2周后可明顯下降,如其后2月

17、未再發(fā)作, LTB4濃度可繼續(xù)下降,但仍高于正常人水平，提示LTB4更能準(zhǔn)確反映氣道炎癥狀態(tài)。   3   結(jié)語   COPD是由遺傳、環(huán)境等多種因素共同參與的一種氣道慢性非特異炎癥，其發(fā)病機(jī)制尚未完全明了。目前的研究更多的傾向于基因易感性和細(xì)胞因子，期望能從細(xì)胞及分子水平揭示病因,從而為COPD患者的診斷和臨床治療提供一些新的途徑和方法。               參 考 文 獻(xiàn)    1  中華醫(yī)學(xué)會(huì)呼吸病學(xué)分

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