基因多态性及细胞因子与慢性阻塞性肺疾病

【关键词】 慢性阻塞性肺疾病 基因多态性 细胞因子 COPD是一种气流受限为特征的可以预防和治疗的疾病，气流受限不完全可逆、呈进行性发展，与肺部对香烟烟雾等有害气体或有害颗粒的异常炎症反应有关[1]。在气候变化、环境污染等因素的影响下,COPD的发病率及致残率日益增高。因此，对COPD发病机制的进一步研究迫在眉睫。其危险因素包括个体易感因素和环境因素,常常是由于二者相互作用而发生。目前，基因易感性及细胞因子在COPD发病中的作用日益受到重视，现就近几年这两方面因素在COPD发病中的作用研究综述如下。 1 基因多态性与COPD 目前越来越多的资料证明COPD是一种多基因遗传性疾病，基因多态性在COPD的发生、发展中的地位逐渐受到重视，了解COPD发病机制中基因多态性以为其临床治疗提供帮助。 1.1 蛋白酶/抗蛋白酶系基因多态性 在COPD中，蛋白酶是引起肺间质破坏的最主要的因素之一，由宿主炎症细胞产生，能分解蛋白多肽链。正常情况下，肺组织含有充分的抗蛋白酶系统保护肺组织免受蛋白酶的破坏作用。吸入有害气体、有害物质可以导致蛋白酶产生增多或活性增强，同时，氧化应激、吸烟等危险因素可以降低抗蛋白酶的活性，最终导致蛋白酶— 抗蛋白酶失衡。有关蛋白酶— 抗蛋白酶平衡中的蛋白酶主要有:中性粒细胞弹性蛋白酶(NE),基质金属蛋白酶（ MMPS）；抗蛋白酶有α1 — 抗胰蛋白酶（α1 — AT ）, 基质金属蛋白酶组织抑制剂((TIMPs) 。其中最主要的是α1 — 抗胰蛋白酶。

α1—AT基因是目前唯一可以肯定与COPD发病密切相关的基因，其等位基因有M、S、Z三型。有近一百多种基因变体,称为PI(蛋白酶抑制)系统。α1—AT是人体重要的蛋白酶抑制剂,遗传性的纯合子α1—AT缺乏可能产生严重的肺气肿，尤其是吸烟者;而血清α1—AT含量下降与其基因的变异有很大关系,且不同的变异体对其影响的程度也不同,如PIM的缺陷变体(PIZ 15%、PIS60%、PIP 25%、PIW 80%和PI null 0%)。除了PIM的缺陷变体之外,其杂合体变异也是会导致遗传性血清α1—AT含量下降(PIMZ 50%~70%,PIMS 80%)[2]。 基质金属蛋白酶(MMPs)是一类活性依赖于锌离子和钙离子的蛋白水解酶,主要生理功能是降解细胞外基质（ECM）成分。MMPs可降解肺泡壁ECM和基底膜几乎所有的蛋白成分,参与呼吸道重塑。Vernooy等[3]用免疫组化方法定量分析COPD患者和健康吸烟者痰液的MMP—1、—2、—8、—9、—13活性,结果COPD患者MMP—8,—9的水平和活性比对照组显著增高,MMP—1无差异,MMP—2,13活性水平在检测阈值之下。MMP—8和MMP—9活性与中性粒细胞数有关，与气流阻塞程度呈正相关。不同的种族有不同的基因背景，MMP—9基因多态性与COPD关系的研究结果不同。Minemastu等[4]研究表明,MMP—9(C1562T)多态性是日本由于吸烟所致肺气肿形成的易感基因。Zhou等[5] 研究表明MMP—9启动子—1562位的多态性可能与中国南方汉族人群COPD易感性相关。Joos等[6]研究表明,在美国人是MMP—1、MMP—12的基因多态性或者是吸烟引起的肺损伤的促发因素,或者和其他的促发基因处于连锁不平衡状态。除此之外，MMP—2也参与了COPD病理过程中气道的重塑。国内研究[7]提示MMP—2参与了肺气肿的发生和发展，与其降解弹力纤维的作用有关。

1.2 氧化/抗氧化酶系基因多态性 氧化剂在COPD的病理生理过程中起了重要作用，其通过损害血清蛋白酶抑制剂，加强弹性酶的活性和增加粘液的分泌参与 COPD的病理过程。氧化与抗氧化失衡是COPD发病的重要机制之一，目前研究较多的抗氧化酶有谷胱甘肽S转移酶(GSTs)、细胞色素P450酶（CYP450）等。 近年来GSTs基因多态性与COPD易感性的关系研究逐渐受到大家的重视。现研究较多的是GSTM1、GSTT1、GSTP1的基因多态性。GSTM1、GSTT1属于GSTs系,其能以香烟中各种毒性物质作为底物,进行解毒,防御氧化应激,防止机体组织细胞损害。GSTP1能防止脂质过氧化乙醛对胚胎性视黄酸合成的抑制，还可防止吸烟所致的气道细胞损伤。GSTs基因多态性与COPD易感性研究结果不一， Cheng S.L.等[8]认为GSTM1基因的缺失是导致COPD的独立危险因素;马志明[9]等研究认为在长期大量吸烟人群中COPD的易感性主要与GSTM1 0/0基因型相关，若同时伴有GSTT1的纯合性缺失可能进一步增加对COPD的易感性;但Yim[10]等的研究结果却相反，在韩国微粒体环氧化物水解酶(mEPHX)、GSTM1与GSTT1基因多态性与COPD发生不相关，可能由于基因分布存在种族差异。肖丹[11]等研究发现GSTP1基因多态性与中国人COPD易感性无关。 细胞色素P450酶（CYP450）属血红蛋白类酶,是微粒体混合功能氧化酶系中最重要的一族氧化酶, 参与许多内源性和外源性物质的生物转化过程，是体内主要的多环芳烃代谢酶。它有非常广泛的基因多态性，目前发现的主要有CYP1A1、CYP1A2、CYP2A6。关于CYP1A2基因多态性与COPD的遗传易感性的关系，国外研究结论不一，Ahmet Uslu[12]等研究证实CYP1A2—163C＞A基因多态性使COPD的患病风险增加， Cheng[13]等的研究却发现CYP1A2基因多态性与COPD的发病无关。Korytina GF [14]等研究认为CYP1A2 —2467delT等位基因在鞑靼人群中与COPD发病有关，而在巴什库图斯坦及俄罗斯人群中却无关，提示基因多态性在不同种族中也有差异。

1.3 细胞因子基因多态性 在COPD的发生、发展中有许多细胞因子参与,目前研究较多的有肿瘤坏死因子α(TNF—α),白细胞介素(IL)等。 TNF—α是体内重要促炎因子,现研究发现其基因多态性与COPD发生关系密切,如Kücükaycan M.等[15]发现TNF—α+489G/A基因的多态性与COPD有明显的相关性,特别是对于影像学阴性的肺气肿发生关系更密切。一项针对日本人群COPD患者的研究[16]发现，－308 位的TNF—α 启动子（G/A）等位基因多态性与 COPD的进展有关，不过部分学者[17]认为对于东方人来说,其与COPD发生有很大的相关性,但是对白种人来说关系并不大。总之，TNF—α 启动子核苷酸基因多态性与COPD易感性相关，临床上早期检测TNF—α－308腺嘌呤等位基因频率对于预防COPD的发展有很重要的意义。 IL是由多种细胞产生并作用于多种细胞的一类细胞因子。现在得到承认的成员已达15个之多;它们参与炎症细胞的活化，此外还参与机体的多种生理及病理反应。越来越多的证据证明白细胞介素基因的多态性与COPD具有相关性。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—1β(—511C/T)[19]等都与COPD发生、发展相关。也有研究[20]发现，中国人IL—27基因多态性可能在COPD发病中起一定作用。 2 细胞因子与COPD 细胞因子是一类细胞外的信号蛋白，它们由不同类型的细胞产生。参与COPD气道炎症的细胞因子由气道炎症细胞产生，它们相互作用，构成细胞因子—炎症细胞网络，调节COPD的气道炎症反应。与COPD发病有关的主要细胞因子有白介素— 6（IL—6）、白介素— 8（IL—8）、白介素— 32（IL—32）、肿瘤坏死因子—α（TNF—α），主要炎症介质是白三烯B4（LTB4）。 IL—6可由单核/巨噬细胞、T淋巴细胞等分泌,是一种重要的抗炎和免疫调节的细胞因子。在炎症、感染情况下,IL—6可损伤血管内皮细胞,抑制内皮修复,使血管受损及高通透状态延迟,造成肺损伤。国内外研究发现,在COPD患者的痰、呼出气、支气管肺泡灌洗液及血浆中,IL—6水平均增高,尤其是在急性加重期,提示IL—6与COPD的炎症反应有关[21]。IL—6可通过活化NF—κB抑制肌纤维蛋白的合成,从而导致COPD患者分解代谢功能亢进,合成代谢减弱,促进COPD的肌肉萎缩及恶液质。Spruit等研究[22]发现COPD加重期住院患者血清中IL—6的高表达参与COPD患者的肌肉萎缩。Charles等[23]应用IL—6转基因小鼠研究发现IL—6参与肺气肿的气道重塑过程。 IL—8是趋化性细胞因子家族中的重要组成成分,可由巨噬细胞、中性粒细胞、淋巴细胞等多种细胞产生,与炎症过程中T淋巴细胞和中性粒细胞的聚集和活化有关。研究发现,在COPD患者痰中,IL—8水平均增高,且与痰中的中性粒细胞数目明显正相关,而与FEV1%预计值、FEV1/FVC显著负相关[24]，提示IL—8是最主要的一种中性粒细胞趋化因子。中性粒细胞受IL—8趋化、激活的同时,释放中性粒细胞弹性蛋白酶,引起IL—8进一步释放, IL—8持续高表达则可诱导大量氧自由基、组胺、花生四烯酸等一系列炎症介质释放,形成所谓的“炎症循环”,增强了气道炎症反应。吸烟、细菌病毒感染、大气污染等因素是COPD发病的重要原因，它们均可引起IL—8生成增多。 IL—32是一种新近发现的细胞因子, IL—32可通过刺激T细胞、自然杀伤细胞、单核细胞和上皮细胞的内源性分泌产生,而基因重组的IL—32呈现典型的促炎性细胞因子的多种性状。主要作用是诱导细胞因子的产生,并可诱导细胞凋亡。IL—32能诱导TNF—α、IL—6和IL—8产生。Calabrese F等[25]研究发现,IL—32在COPD患者中表达增加,与TNF—α共存,与TNF—a水平呈正相关, 与FEV1呈负相关，且与气流阻塞程度相关。自身免疫机制在COPD的发病过程中起着尤为重要的作用[26]，IL—32的免疫活性存在于COPD患者、风湿性关节炎患者和非特异性间质性肺炎患者身上,而在哮喘和肺炎的患者身上并未发现其存在。 TNF—α可由巨噬细胞、T淋巴细胞及气道平滑肌细胞等多种细胞分泌，能激活中性粒细胞、巨噬细胞等促进炎症颗粒释放。TNF—α是通过其本身致炎作用及活化其他炎性细胞因子的基因转录导致COPD的炎症过程。Aaron等[27]研究发现,其血清TNF—α水平在急性加重期较缓解期明显升高, TNF—α亦与 FEV1%预计值和FEV1/FVC呈显著负相关,与气道阻塞程度呈正相关。也有研究 [28]提示COPD患者的体重下降和骨骼肌萎缩可能与TNF—α介导的炎症反应有关。 LTB4主要来源于活化的巨噬细胞、中性粒细胞、肥大细胞和血小板，是一种强有力的炎症介质，中性粒细胞是其主要的靶细胞。通过活化中性粒细胞，使其释放炎症产物，从而使支气管黏膜炎性细胞浸润增加，导致支气管平滑肌收缩和气道微血管渗透性增加。COPD是一种以中性粒细胞为主的气道慢性炎症性疾病，有研究[29]发现，在COPD急性发作伴有感染的病人中,痰液中LTB4浓度较正常人显著升高,抗感染治疗2周后可明显下降,如其后2月未再发作, LTB4浓度可继续下降,但仍高于正常人水平，提示LTB4更能准确反映气道炎症状态。

3 结语 COPD是由遗传、环境等多种因素共同参与的一种气道慢性非特异炎症，其发病机制尚未完全明了。目前的研究更多的倾向于基因易感性和细胞因子，期望能从细胞及分子水平揭示病因,从而为COPD患者的诊断和临床治疗提供一些新的途径和方法。