变应性鼻炎相关基因研究
【摘要】 变应性鼻炎与遗传因素有关,是一种遗传性疾病,是一种复杂的多基因遗传病,但还无具体的遗传模式和特征。有报道证实,遗传因素也可导致下呼吸道黏膜反应性增高或炎症加剧而引发哮喘。近年来通过流行病学调查获取特应症家系,对阳性个体的DNA进行微卫星标记物的连锁分析,已在此基础上有不少的基因区，如并报道了一些候选基因与IgE水平相关11q13区及12q，以及发现有关的核因子NF-B激活蛋白AP-1、组胺受体及相关基因、5-脂氧合酶（ALOX5）、抗血管紧张转换酶（ACE）、内皮素（ET-1）基因等参与变态反应，同时在一些基因中发现与该病有关的突变。但目前为止尚未报道该病的特异性致病基因，本文就近年来研究及进展与哲理进行探讨。
【关键词】 变应性鼻炎 基因 遗传性疾病
【Abstract】 Becoming to relate to heredity factor in response to allergic rhinitis, it be a kind of hereditary disease of complicated many gene hereditary disease, but still have no concrete heredity mode and characteristic. There were reports confirm, inherit factor can also cause lower breath tract mucosa respond that allergic increases a heighten or inflammation disease to turn worse but causes asthma. Obtaining in response to the disease house especially through epidemiology inquisition in recent years, to positive gender individual of the DNA carry on tiny satellite marking the catena of the analysis, already at this there aren’t a few gene areas on the foundation, such as some candidate for election genes and IgE level related 11q13 areas and 12 q, and detection relevant of the pit factor NF-B activated protein AP-1, histamine receptor and related gene, 5-lipoxygenase (ALOX5), anti-angiotensin-converting enzyme(ACE), endothelin gene ET-1 etc.,participate allergic reaction. In the meantime, discover the mutation for having something to do with that disease in some genes. But currently didn’t yet report the particularity that should get sick with the result that the gene of disease, this article makes progress to discuss a evolvement with philosophy in recent years.
【Key words】 allergic rhinitis；gene；hereditary disorders
变应性鼻炎又称过敏性鼻炎, 是特应性个体接触致敏原后由IgE介导的介质(主要是组胺)释放、并有多种免疫活性细胞和细胞因子等参与的鼻黏膜慢性炎症反应性疾病，是世界范围内常见病,且不易被治愈。我国的变应性鼻炎患者由于人口众多,与其他国家相比,患者绝对数是惊人的,冷空气刺激、气候变化等是变应性鼻炎的危险因素,且大部分患者有家族史,家系和一级亲属患病率明显高于普通人群,说明变应性鼻炎有遗传性。同时提出了包括哮喘、鼻炎、过敏性皮疹在内的特应症的概念。近年来分子遗传学的研究表明，由于哮喘、变应性鼻炎、过敏性皮疹相同的特点，可能受相同的易感基因控制，同时，流行病学的资料也表明哮喘和变应性鼻炎是相关的上呼吸道炎症疾病，只是基因表现的不同而出现严重程度不一的症状。熊伯华［1］等2004年在对一男性变应性鼻炎患者询问家族史过程中,发现其家族连续5 代都有变应性鼻炎患者,进一步调查发现,该家族共五代111 人,Ⅱ、Ⅲ代皆为变应性鼻炎患者。患病率均为100 %。Ⅳ代有19人患病,患病率为65.52%。Ⅴ代也有11人患病,患病率为26.83%,患病最小年龄为13岁, Ⅲ、Ⅳ代患病率高达73.53% ,先证者Ⅰ级亲属患病率为50%，比已经报道的全球平均发病率在10%～25%高出很多。现我们收集变应性鼻炎的和家系资料,分析遗传特征及遗传相关危险因素。
1 相关IgE相关的候选基因
在变应性鼻炎的遗传学研究中发现，其血清IgE水平增高，所以认为可能是鼻炎及特应症的一种基因表型，其中就有一些学者认为高IgE表达是常染色体显性遗传并有多种临床表现，但是Meyer［2］在42个核心家系中选了278例阳性个体作研究，虽认为就IgE遗传模式存在一个主要的明显的IgE调控基因，但却主要是通过常染色体隐性遗传，而其他的学者［3］或是认为有一个单基因，或是认为是多个基因相互影响，这些冲突的结论可能是由于所取样本不一，也可能受到种族或环境的影响。因此，临床医师或者研究员都不能局限在熟悉的狭小圈子里，或局限在有限的种族和环境中，应该跳出思维惯性和思维狭窄范畴，顾及环境的变化，对人体基因和环境的相互作用、相互联系等多方面因素考虑，在研究中选取精确的样本，进行数学统计分析用SPSS13.5软件进行统计学处理,患病率用χ2检验,理论频数< 5 时,Fisher’s 精确概率，遗传度用Falconer 法计算［4］。然而目前要想在研究中严格控制环境的影响是比较难的。近年来,IgE基因定位的研究进展很快，其中最广的是11q13相关区域，1989年Wocm在7个特应症家族进行遗传学研究，发现该区连锁的LODS人高达5.58，提出的鼻炎和哮喘相关的IgE基因位点很可能位于11q13上，认为该区域调控IgE的表达，并由于存在突变或其他因素而影响患者的IgE水平，导致一定环境下患者产生过敏。随后英国和日本也进行了大规模的群体研究，在肯定此种连锁基础上，同时定位相关基因于该染色体上高亲和的IgE受体β链（FcεRI-β），并报道发现该区有ILE181LEU和GLU237GLY突变［5］，并推测该变异可能增加受体的信号传递能力，增加肥大细胞释放IL-4，并相应刺激高水平的IgE合成，从而引起炎症反应。然而另外很多研究却发现，该相关性只存在于一定的人群而不具有普遍性，如Clause［6］在Freiburg地区调查了463个家族，以皮肤抗原测试。并经IgE测定阳性为过敏体质，选取302个家族做以FcεRI-β基因引物对标本进行PCR扩增、电泳、TDT连锁不平衡分析，在该区却未发现这两个突变，也未发现其他突变，对此发现不持肯定态度。所以就目前的研究看来，相应的特应症IgE候选基因的定位上还是存在较大差异的观点。
2 相关细胞因子基因簇的研究
变应性鼻炎主要为Ⅰ型变态反应， 临床和实验研究主要着重于IgE所导致的临床相关症状，遗传方面也主要研究与IgE有关的基因。随研究深入， 许多症状难以仅用IgE所导致Ⅰ型变态反应完全解释，随后发现变态反应性炎症中有很多细胞因子的参与， 且相应有高水平的表达，所以在相关的细胞因子及其受体的基因位点寻找特应症的候选基因也是一个途径，现在研究较多的是5号染色体和12号染色体， 二者都有一个聚集的细胞因子集落基因， 前者含有一些内皮细胞表达的细胞因子如IL-1、 IL-4、 IL-5、 IL-6、IL-8、 IL-11、 IL-15及CSF、 集落刺激因子（G-CSF、 M-CSF、 GM-CSF）， 以及相应的趋化因子、单核细胞趋化吸附蛋白MCP-1、 嗜酸细胞趋化因子PANTES。Kdppelman［7］在Holland对哮喘核心家系调查， 表明高IgE与5q细胞因子基因簇的确存在着明显的相关性。Marsh［8］通过血缘分析法选取11个Amissh家族， 170个体， 在5q31.1选用5个微卫星标记， 发现该区与IL-4有明显相关。所报道的IL-4基因位于5q31近端部分25kb， IL-4［9］是激活B淋巴细胞使之表达IgE的重要因子之一， 它能导致大量IgE与肥大细胞表面的IgE受体结合， 激发肥大细胞脱颗粒， 释放一系列与炎症有关的介质， 引起黏膜水肿， 黏液分泌增加， 气道痉挛，还能通过上调血管内皮VCAM-1表达和上调嗜酸性细胞趋化因子的产生而促进嗜酸细胞局部的聚集， 促进炎症， 与IgE存在一定相关性。 有报道在IL-4引导区发5 个变异， 其中一个变异是IL-4引导区， -590C/T， 已在美国［10］和日本［11］证实与IgE水平相关。 但是其他的研究却不能相应重复其相关性， 所以对其与IE合成的相关尚还缺乏信服的依据。从疾病的运动发展中去把握反映病变基因本质的特征 疾病是一个发展变化着的过程，每地区性很可能存在较大的差别，要正确掌握各个具体病变的矛盾特殊性，就必须以运动发展的观点把握病程演变的。找到基因突变的规律性或各地区存在的差异特点。同时还需要另一方面与特应症相关的基因，如激素受体基因、M-CSF基因、β2肾上腺受体位点，并认为该基因簇只与气道高反应有关。由于各种人群采样的不同，使研究结果存在明显的出入，所以对该区确切的相关基因位点的结论尚需进一步的研究。虽然在细胞因子基因簇的研究中发现了很多可能的基因点，但仍需广泛的集思广益。有研究者发现第12对染色体也是一个典型的候选基因区，其中包括γ干扰素、NOS、干细胞因子、类胰岛素生长因子-1及核因子NFYB和信息因子STAT-6。γ干扰素可以启动激发T辅助1型细跑( Thl)的分化，从而产生抑制Th2淋巴细胞分化及IL-4产生的反应力，从而达到减少变应性疾病和哮喘的发病率。类胰岛素生长因子-1参与B、T淋巴细胞的分化，NFYB亚型参与MHC Ⅱ类和IL-4基因的上调。Kathleen［12,13］使用17个微卫星标记对该区域进行不平衡连锁分析，发现12q15～24.1区与IgE相关，认为它可能是特应症的候选基因，推测可能该区域的多基因单独或相互作用而参与变态炎性反应。还进一步发现12q13.12～q23.3还含BTG1（B细胞转化基因1）［14］及相关的STAT6信号肽，该信号肽参与IL-4的很多生物活性如诱导IgE和Th2淋巴细胞转化，特别发现其中的IFNGCA和D12S313两个微卫星的连锁位点与变应性鼻炎相关分析有统计学意义。尽管原因尚未阐明。但是多年前做过很多实验，就证明了变应性疾病是遗传的，并且符合基因的遗传规律。然基因是有分离规律的，Heinzmann［15,16］在特应症状的核心家系中使用12q13～24中的4个高度多态的微卫心标记作血缘相关分析和连锁不平衡试验，同时使用SSCP-分析和直接测序相结合分析SPF、LTA4H、TR2和STAT6基因的多态，结果未发现该区与血清IgE水平、吸入物过敏或特应质相关，并且虽证实在SCF基因上有3个单核苷酸多态并含一常见突变，但均与该病无关。笔者也独立做过几个同类的实验，实验方法、实验材料相同，结果完全相同。这里我们必须分析一下，人对问题认识、对地区性的认识、对环境污染和过敏物质的认识，在前文讲到变应性鼻炎问题时，曾提到认识问题，现在需要着重探讨一下。
3 相关的转录因子的研究
研习 2001 年人类基因组计划、美国塞莱拉遗传信息公司在美国《》杂志和英国《》杂志联合宣布,他们绘制出了准确、清晰、完整的人类基因组图谱。基因组计划完成后新的难题摆在了科学家的面前,就是基因功能的研究,以及怎样提高基因功能研究的效率。转基因技术较好地继承了生原有的研究思路,可能成为基因与整体功能联系起来的重要研究方法之一,成为今后大规模进行基因功能研究的有效手段。转基因技术是研究上述问题的很好工具, 通过它可以对一个结构已知但功能未知的基因, 利用分子生物学技术增强或减弱其表达水平, 然后观察实验动物整体功能状态的变化, 推测相应基因的功能。转基因技术很好地继承了生理学的研究思路, 是研究基因功能的有力手段, 是将基因与其整体功能联系起来的重要研究方法。转录因子是能影响基因转录的一类蛋白，它的重要性在于参与多种生理反应，许多疾病的研究发现，转录因子水平上的变异导致基因产物的变化而引起疾病的发生，研究发现有一些转录因子参与变态反应过程，如核因子NF-κB在免疫刺激物因素作用下可激活而调节许多与免疫功能和炎症有关基因的转录。转录因子NF-κB本身序列是GGACTTTCC，能与某些基因启动子区的固定核苷酸序列位点结合而启动基因的转录，而许多参与变态炎症反应的物质如IL-2、IL-6、GM-CSF、ICAM-1、MHC-1等均含该固定核苷酸序列，在免疫原的刺激下，NF-κB的活化引起这基因转录增加、并能进一步反馈，扩大炎症信息。在对变态反应性的研究中可发现NF-κB的转录活性上调，同时，糖皮质激素、水杨酸盐及其他免疫抑制剂却可通过阻止核转录因子与相应的DNA结合，而抑制炎症过程，对此类抗炎药物的作用提出新的解释。因此我们在研究变应性鼻炎与基因相关因素时，还发现一氧化氮的产物也可抑制内皮细胞NF-κB的活性［17,18］，抑制血小板粘附和平滑肌增殖，并降低内皮白细胞的粘附，这对于新的抗过敏药物的研究有所启示。另一个转录因子激活蛋白AP-1也是参与体内免疫系统调控的重要的转录因子，AP-1属碱性亮氨酸长链，AP-1参与T细胞的活化和多种细胞因子基因表达的调控，和参与B细胞的活化及免疫球蛋白产生的调控。在过敏原刺激时能迅速诱导AP-1的产生并相应与T细胞、B细胞及细胞因子的启动子调控区的AT-1位点结合，而调控相应基因的转录，该调控过程在变态反应中存在异常［19］。由于转录因子在炎症过程中的作用，所以变态反应性疾病很可能存在转录基因上的变异，通过复杂的作用机制诱导疾病的发生，所以现在各国都在寻找控制转录因子基因上的突变，该方面研究的突破必将对疾病病因及带来新的局面。
4 其他相关候选基因的研究
在研究其他的候选基因时，应该有更广阔的思维，医疗技术水平的，使临床医生研究员确实有了更多的手段来进行疾病病因的准确定位和定性，这无疑使研究及诊治水平大为提高，但值得注意的是，对于变应性鼻炎既要局部的纵深发展研究，也要更广的研究和联系。对于其他的候选基因的研究包括对变应性炎症中出现的高组胺的研究，炎症状态时，肥大细胞释放大量的组胺，血液中组胺含量明显增高，并出现相应的血管扩张，平滑肌收缩，Marianne［20］通过对组胺受体基因进行引物PCR扩增，Northern blot原位杂交定位分析，研究了组胺受体及相关基因，并通过基因组的比较和cDNA的克隆而将相关的编码区的启动子区定位于3p25，进一步的研究还发现该区含一些潜在的转录因子位点，包括AP1、AP2和NF-κB的DNA位点，所以可能受这些与炎症调节有关的转录因子的调控，并推测在炎性条件下，因AP1和NF-κB表达增加而使H1受体转录增多，出现相应的组胺表达增多，影响变态反应的炎性过程。Hirata ［21］在11例鼻炎患者的下甲黏膜中使用H2R and betaactin mRNA 进行RT-PCR和H2R cRNA探针杂交，结果证实在上皮及黏膜二腺体中存在H2R的mRNA，并认为它的增长在鼻炎中起促进作用。笔者重复同样试验，得出相同的结论。白三烯是重要的炎症介质，能引起局部血管扩张，通透性增加，炎性介质渗出等一系列炎性反应，对白三烯相关基因的研究也是特应症研究中的一个热点。其中5-脂氧合酶（ALOX5）不合成白三烯代谢途径的关键，有学者认为，可能在鼻炎及特应症的患者中，相关的基因区和蛋白编码区存在着突变，并有相应的候选基因。Jeffrey［22］使用ABT-761（一种选择的ALOX5抑制剂），对926例过敏体质和235例正常对照作双盲试验，分析ALOX5等位基因的频率，结果表明在10q11.2位点的ALOX5相关基因,在特应症患者中该区变异时能导致ALOX5产物的减少及对抑制ALOX5的药物不敏感,说明ALOX5等位基因在该类病人存在差异,具体突变和致病基因当然还需要进一步的研究。在17q23上的人体抗血管紧张转换酶ACE（Angiotensin-Converting Enzyme）基因也是一个研究热点，ACE可抑制炎性神经肽如速激肽，P物质等而阻止第二步的炎症反应。1997年Benessino［23］ACE基因I/D多态与特应症存在相关，其DD基因型影响特应症的病理生理，不仅能活化血管紧张素Ⅱ，引起气道平滑肌的变化，而且能作用于炎性细胞导致炎性介质的释放。研究中发现特应症患者中I/D ACE等位基因与正常对照比有统计学意义。其他的候选基因如6p23～24上的内皮素（ET-1）基因；免疫应答调节基因如MHC Ⅰ和 Ⅱ等位基因及T细胞及抗原受体基因［24］。T细胞及抗原受体TCR基因位于14q11～13。TCR可诱导T细胞活化和发挥免疫效应，与特异性IE反应有关，也与T细胞的发育成熟以及T细胞在胸腺中的克隆排除有关，并与某些自身免疫病和肿瘤有关［25］。还有学者认为beta-2肾上腺素受体基因多态与特应病相关，推测3.1kb和2.9kb的两个点可能与哮喘和鼻炎相关的等位基因［26］。
5 结语和展望
总之，变应性鼻炎及特应症是一种复杂的多基因遗传病，其受遗传和环境的双重影响，对其遗传方式及相关基因的研究是目前的一个热点。变应性疾病是一个复杂的免疫和炎症性疾病,它的病理生过程比较复杂,包括多种基因的相互作用,遗传因素与环境因素的互动以及不同族群的反应性差异等。近年来,全球变应性疾病的发病率呈上升趋势,尤其是在生活水平较高的化或发达国家,患病率大约为10%～25% ,呈现高流行率。目前我国缺乏全国范围内的变应性鼻炎流行病学数据,这提示流行病学调查是今后我国该领域研究的一个重要课题。然变应性疾病可应用转基因技术可精确地操作单个基因,也可以研究经典遗传学无法了解的基因的表型效应。虽然目前可以做到某些组织中的特异性表达,但并非所有组织都能做到这一点。这样就出现了在多个组织中的表达或者敲除基因,空间特异性就差一些,这给基因的功能研究带来了许多不确定性。因此,在今后的研究中应该注意组织和时间特异性的控制。另外,基因表型之间的关系的研究模式过于简单化,应结合蛋白质组研究技术,在不同基因、蛋白质之间建立联系,研究其相互调控关系。随着分子生物学技术的发展,将出现可调控多个基因的动物模型,这必将推动基因之间关系的研究。目前的基本思路是推测某些基因的功能, 然后将其敲除进行验证。现在还未形成大规模的研究,这其中存在的问题就是有可能漏掉了发现这个基因其他功能机会。而且基因敲除可能带来复杂的长时程变化,因此仅仅观察最后的表型或功能还不能从根本上揭示其作用机制。若能建立各种功能的检测系统,针对某一个基因敲除的动物和人体进行全面的功能研究,利用现代化检测技术基因芯片、蛋白质芯片等可以深入研究基因之间的相互影响。所以建立全面检测系统将是进行大规模基因功能研究的基础。
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