哮喘与ADAM33基因的关系研究新进展

                     作者：熊俊艳，蒋卓勤，何启强，李季芳 

【关键词】  哮喘；ADAM33基因

 哮喘是一种慢性支气管疾病，是在支气管高反应状态下，由于变应原或其他因素引起的广泛气道狭窄的疾病，表现为胸闷，咳嗽，呼吸困难。发病的原因首先是过敏体质者可以在接触过敏源(抗原)后，产生一种免疫球蛋白(抗体)并附着在支气管黏膜下，当再次接触过敏源时，因支气管的抗体-抗原反应而引起支气管痉挛、黏膜水肿及分泌物增多，形成支气管管腔狭窄，导致通气障碍。过敏源有内、外两种，外源性有花粉、灰尘、动物蛋白等，并多有其他过敏病史或家庭史；内源性主要是病原体的代谢产 物，并多与呼吸道感染有关，如慢性支气管炎。支气管活检显示，哮喘患者气道平滑肌增生、肥大，这些细胞分泌大量的细胞因子，进而刺激细胞外基质蛋白的合成。

    1  与哮喘有关的基因

    目前认为哮喘是一种多基因遗传病,在环境因素和基因的共同作用下导致了哮喘的发生。在过去的十几年中,全球范围内进行了11项大规模的全基因筛选工作,搜寻哮喘或相关表型的易感基因或致病基因，现已发现多个染色体区域与哮喘相关,包括1p36,2q14,4q13,5q31,6p24,7p14,11q13,12q24,13q14,14q24,16q23~21,20p［1］。

    ADAM33是定位克隆法发现的第一个哮喘候选基因。ADAM33属于ADAMs家族，ADAM家族(A disintegrin and metallopro-teinase domain)是一类包括去整合素域和金属蛋白酶域的跨膜蛋白分子，在细胞融合、细胞基质粘连及信号转导等细胞活动中发挥重要作用，编码锌依赖性金属蛋白酶家族亚群中的成员，ADAM33是该家族中的新成员，于2002年首次发现，因其与支气管哮喘密切相关而成为近年来的研究热点。人类ADAM33(hADAM33)基因定位于20号染色体短臂(20p13),跨度约14 kb,包含22个外显子和21个内含子,编码的蛋白质包含813个氨基酸,其结构类似于ADAM家族其他成员,由8个结构域组成，控制产生一种处理蛋白质的酶，其中金属蛋白酶区含有典型的锌(Zn+)结合序列(HEXGHXXGXXHD)和一段具有活性位点的氨基酸序列，“345 HEIGHSL GLSHD356”ADAM基因超家族具有金属蛋白酶活性，这种活性与多种疾病的发生有关，ADAMs的功能可能是把与细胞膜结合的分子分解成可溶性的分子,通过调节一些生长因子、受体以及黏附分子的活性，从而改变细胞周围的微环境［2］。

    ADAM33基因表达在肺的成纤维细胞及支气管平滑肌细胞表面。反复上皮损伤，可能通过上皮－间充质细胞的信息交流引起该基因产物过表达以及修复机制的异常，导致了气道重塑的形成及哮喘的发生。变应原诱导的T细胞免疫耐受丢失以及Th1／Th2失衡是哮喘发病的关键因素，但是ADAM33在T细胞中表达较少［3］。

    Westernblot分析显示ADAM33蛋白几乎在所有的哮喘患者的平滑肌和基底膜都有表达，而在健康对照没有表达。与健康对照相比，哮喘患者体内ADAM33水平显著增加［4］。不少国家对ADAM33基因与哮喘的关系进行研究，因为种族的差异，其相关程度和具体相关情况也有差异。

    2  ADAM33基因的发现

    2002年Van Eerdewegh等开展了一项大规模的基因筛选，他们对来自于美国和英国的共460个哮喘家系进行了基因关联分析，采用受累同胞对法发现第20号染色体短臂13号位(20p13)有两个峰值，一个是靠近标记位点D20S906，优势对数评分（LOD）为2.94,另一个是标记位点D20S482(12.1 cM区域)，优势对数评分（LOD）也为2.94。而D20S482与哮喘及气道高反应性(bronchial hyper-responsiveness,BHR)相关的LOD值增加为3.93，说明20p13存在着与哮喘及BHR密切相关的候选基因。随后他们应用相关分析法对这一区域的23个基因的135个单核苷酸多态性(single nucleotide polymorphisms,SNPs)进行了分析,发现了有3个基因的24种SNPs与哮喘和BHR相关,而其中有14种SNPs位于ADAM33基因上,且主要相关的SNPs位于基因的3′端,从外显子Q到最后一个外显子V之间。在家系中对其中的5个SNPs(S1、T1、V1、V4、V24)进行传递不平衡检验(TDT),发现SNPS1与哮喘发生具有显著的传递不平衡性(P<0.04),并且由这5个SNPs构成的多种单倍型也表现出与哮喘的高度相关性，因此确定ADAM33基因是与哮喘和BHR相关的易感基因。进一步对哮喘合并气道高反应性的表型分析,LOD值增加到3.93;但对哮喘合并高IgE水平进行连锁分析,则LOD值降至1.87～2.3,提示该区域内的基因可能主要是改变气道功能,并非与过敏性炎症相关［5］。

    3  ADAM33与哮喘的关系

    Jongepier等对荷兰高加索系200名哮喘病患者进行20多年随访研究，分析位于3′末端的从外显子Q到最后一个外显子V的8个SNPs(S1、S2、ST+4、ST+7、T1、T2、V1、V4)对患者FEV1.0下降斜率的影响,发现在排除其他因素的影响下，SNPs(S2和Q-1)病例组的FEV1.0年下降斜率明显增高,分别是20.6 ml/年和22.1 ml/年,而正常对照组只有6.4 ml/年和4.1 ml/年，其中与S2、S+7、T1、V4的相关性有统计学意义。其中S2多态性与FEV1下降显著相关（P<0.05）。提示了ADAM33基因多态性影响支气管哮喘发生和疾病进程，可能与增强了气道重塑有关［6］。Lee等对韩国的哮喘患者做了一个基因与哮喘易感性、气管高反应性和血清IgE之间关系的研究，用单碱基延伸反应和电泳检测S1，T1，V-1，V1，V4，结果提示ADAM33多态性与气管高反应性有关［7］。为研究ADAM33单核苷酸多态性与儿童哮喘的关系，Noguchi等对日本155个家庭共538个成员用荧光相关光谱技术检测23个ADAM33 SNPs，并采用了传递不平衡试验进行以家系为基础的关联检验结果证明ADAM33与儿童哮喘相关。传递不平衡试验结果显示S+1，ST+4，和T2的次等位基因被过度转移给哮喘受累后代［8］。Wemer等对德国哮喘人群应用光谱分析及转移失衡试验检测15个SNPs与支气管哮喘的联系，分别对单个SNP位点分析发现，F+1、ST+5、ST+4与支气管哮喘相关性有统计学意义。而对2~3个SNPs位点进行组合分析发现，S2／S+1，SI／S2／S+1与气道高反应性相关性最强；ST+4／ST+7与支气管哮喘相关性最强［9］。Howard等在荷兰白人、美国白人、美国西班牙人、非美等人群中对ADAM33基因3′端的8个SNPs与哮喘的相关性进行了研究,发现在不同人群中,至少可以找到一个与哮喘具有强关联的SNP(P=0.0009～0.04)［10］。J Blakey进行了新的传递不平衡和病例对照研究并对所有现有的有关ADAM33与哮喘的资料进行meta分析，诺丁汉门诊筛选经医生确诊患有哮喘并有两个以上受影响后代的60个核心家庭，从冰岛人群中筛选出348个独立病例，和262个健康对照。meta分析结果表明两种不同类型研究（以家庭为单位的传递不平衡研究和病例对照研究）都显示F+1和ST+7位点变异与哮喘显著相关［11］。

    但是也有研究提示不同结果。Lind等学者对波多黎各和墨西哥人群检测了6个位点的基因型（S1，T1，V-1，V1，V4和T2），结果未发现ADAM33单核苷酸多态性或单体型与哮喘，哮喘严重程度支气管扩张剂应答性和IgE水平有关。这一发现提示ADAM33在墨西哥和波多黎各人群中哮喘的发病并不起主要作用［12］。Schedel等用基质辅助激光解析电离飞行时间质谱检测技术检测1872个哮喘儿童（ISAAC Ⅱ）和824个儿童（来自MAS）的10个ADAM33单核苷酸多态性位点，其结果并不能证实之前报道的ADAM33多态性与哮喘和气道高反应性的关系［13］。但是所用到的数据可能提示了ADAM33多态性在非特异性哮喘的病因学中所起的复杂作用。因为所检测的位点是研究过的，这样的重复研究可能会限制发现ADAM33其他重要的遗传性变型的可能性。识别哮喘相关环境和种族特异性遗传危险因素将可以帮助理解哮喘发病的机制，也有利于制订针对全人类的更有效的策略。Benjamin等对有哮喘患者的652个核心家庭进行以家系为基础的关联检验用质谱法检测ADAM33单核苷酸多态性，研究ADAM33基因17种SNPs与北美哮喘儿童的相关性,结果未发现美籍白人和非洲裔美国人中单一核苷酸多态性与哮喘的有关。但是16个单核苷酸构成的单体型与哮喘相关。在西班牙裔人群中的T1和T+1位点多态性与哮喘相关。其所得到的结果为哮喘基因座位于ADAM33基因组区域提供了可能性支持，但是他们认为ADAM33基因对哮喘易感性的影响有限,而以前的相关性研究结果只能证明其与某一特定人群的关系,或是一种巧合［14］。而且对VanEerdewegh研究过的UK和US人群进行基因组扫描并未发现20p13的连锁遗传。ADAM33的特异单苷酸多态性在哮喘中的功能尚待阐明，研究提示3′端非翻译区，有7个多态性位点位于此区，为ADAM33蛋白的成熟发挥重要作用，ADAM33mRNA经过各种复杂的剪接，可翻译得到不同蛋白亚型，ADAM33在哮喘中所起作用的机制还未探明［15］。

    虽然临床上有大量药物可用于哮喘，但是仍有一部分患者患病症状不可控制，新的作用方式的治疗策略亟须探索。哮喘也有气道炎症改变，抗炎药是治疗哮喘的主导药物，炎症药物的开发是治疗哮喘的一个方向。目前许多国家正在进行ADAM33基因与哮喘及其症状关系的研究，ADAM33基因的发现以及相关研究的进行，有利于对哮喘进一步认识，有利于制订新的哮喘防治策略。定位克隆是目前鉴定致病基因最常用的方法，但是用来辨认哮喘基因本身就有局限性，寻找与疾病相关的新基因绝非易事，需要找到更好的方法。另一方面ADAM33基因与哮喘的关系需要更多的实验及调查来证明。

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  1 苏智广,文富强,冯玉麟.ADAM33基因研究进展.遗传,2005,27(4):636-640.

2 揭志军,蔡映云.一种新的哮喘基因-ADAM33基因.国外医学：呼吸系统分册,2005,25(9):647-649.

3 揭志军,金美玲,蔡映云,等.白细胞介素-4,-13促进人肺成纤维细胞ADAM33基因的表达.复旦学报,2006,33(3):295-300.

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5 Van Eerdewegh P,Little RD,Dupuis J,et al.Association of the ADAM33 gene asthma and bronchial hyper-responsiveness.Nature，2002，418（6896）:426-430.

6 Jongepier H，Boezen HM，Dijkstra A,et al.Polymorphisms of the ADAM33 gene are associated with accelerated lung function decline in asthma.Clin Exp Allergy,2004,34(5):757-760.

7 Lee JH，Park HS，Park SW，et al.ADAM33 polymorphism:association with bronchial hyper-resonsiveness in Korean sthmatics.Clin Exp Allergy,2004,34(6):860-865.

8 Noguchi E，Ohtsuki Y，Tokunaga K，et al.ADAM33 polymorphisms are associated with asthma susceptibility in a Japanese population.Clin Exp Allergy,2006,36(5)：602-608.

9 Werner M，Herbon N，Gohlke H,et al.Asthma is associated with single-nucleotide polymorhisms in ADAM33.Clin Exp Allergy,2004,34(1):26-31.

10 Howard TD， Postma DS， Jongepier H,et al.Association of a disintegrin and metalloprotease 33 (ADAM33) gene with asthma in ethnically diverse populations.J Allergy Clin Immunol,2003，112(4)：717-722.

11 Blakey J，Halapi E,Bjornsdottir US,et al.Contribution of ADAM33 polymorhisms to population risk of asthma.Thorax,2005,60(4):274-276.

12 Lind DL,Choudhry S,Ung N，et al.ADAM33 is not associated with asthma in puerto rican or mexican populations.Am J Respir Crit Care Med，2003,168(11):1312-1316.

13 Schedel M,Depner M，Schoen C,et al.The role of olymorphisms in ADAM33,a disintegrin and metallorotease 33,in childhood asthma and lung function in two German populations.Mar Ecol Progr Ser,2006,7:91-103.

14 Raby BA，Silverman EK，Kwiatkowski DJ，et al.ADAM33 polymorphisms and phenotype associations in childhood asthma.J Allergy Clin Immunol,2004,113(6):1071-1078.

15 Hayden CM，Lesouёf PN.The genetics of asthma.Clin Pulm Med，2007，14:249-257.