强直性脊柱炎遗传相关基因的研究进展

【摘 要】 最早被证实与强直性脊柱炎的发病呈强相关性的基因为人类白细胞抗原B27，但其致病机制尚不十分清楚，学者对此提出各自的致病假说，尚未能达成统一认识。随着对强直性脊柱炎遗传性研究的不断深入，肿瘤坏死因子-α基因、内质网氨基肽酶1基因及白细胞介素类基因等先后被发现与强直性脊柱炎的发病呈现不同程度的相关性。就与强直性脊柱炎发病相关基因的研究进展与趋势做一论述。

【关键词】 脊柱炎，强直性；遗传；人类白细胞抗原B27；肿瘤坏死因子-α；内质网氨基肽酶；白细胞介素；综述

doi：10.3969/j.issn.2095-4174.2016.02.019

强直性脊柱炎（ankylosing spondylitis，AS）是一种类风湿因子阴性的慢性炎症性疾病，同时也是一种系统性、自身免疫性疾病。AS主要引起包括中轴骨、外周关节、消化及心血管系统等多个器官、系统功能障碍，疾病晚期更可致脊柱、关节强直畸形，致残率高，严重影响患者生活。目前，本病的发病机制尚不十分清楚，可能与遗传和环境等多种因素有关。自1973年Breweton等[1-2]证实人类白细胞抗原B27（HLA-B27）基因与AS呈强相关性后，对AS遗传因素的研究就越来越多。随着家族性发病研究的深入，Brown等[3]发现，AS发病危险性下降比单基因显性遗传性疾病要快得多，理论上，单基因显性遗传性疾病每增加一代，其子代的发病概率会减半，而AS的发病率下降的速度要快得多，据此认为，AS发病可能存在其他基因参与。随着分子遗传学技术的发展，全基因扫描证实AS是以HLA-B27为主要易感基因的多基因遗传病。关于AS遗传相关基因的研究进展，前人已有较为详尽的论述，本文在前人基础上总结近些年来的研究成果及新观点，做进一步论述。

1 HLA-B27分子

HLA-B27基因属于人类MHC-I类分子B位点上的等位基因，位于第6号染色体短臂上，表达于所有有核细胞的表面。HLA-B27是人类基因组中的一个等位基因，具有高度多态性。通过流行病学调查及家族聚集现象分析发现，在AS患者中，HLA-B27阳性率为80%～95%，而在一般人群HLA-B27的阳性率仅为5%～10%[4]；AS患者常常出现家族聚集的现象，双生子研究结果显示，AS遗传度高达90%；Brown等[3]在欧洲人群中进行双生子研究发现，同卵双胞胎AS的发病一致率为63%，而异卵双胞胎的发病一致率则降至12.5%；另外还发现在不同亲缘关系的亲属中AS的再发风险也不相同，一级亲属的再发风险率为8.2%，二级亲属的再发风险率降为1.0%，三级亲属的再发风险率则低至0.7%。根据这些流行病学与家系分析结果，有理由相信HLA-B27是AS的致病基因。

HLA-B27与AS发病的高度相关性已得到证实，也被学者们广泛认同，甚至有学者在AS的诊断[5]与治疗方面对HLA-B27进行深入研究，以期达到对AS患者早发现、早治疗的目的。

虽然HLA-B27被认为与AS的发病呈强相关性；但HLA-B27如何导致AS发病，至今仍没有统一的认识。近年来，威康信托基金会病例控制协会（WTCCC）的一项全基因组关联分析提示，ANTXR2、PTGER4、CARD9及TBKBP1等基因很大可能参与此过程的发生[6]。国内学者古洁若研究团队针对青少年发病的AS（JAS）的研究发现，基质金属蛋白酶-3（matrix metallopeptidase-3，

MMP-3）、可溶性核因子κB受体活化因子配基（soluble receptor activator of nuclear factor-κB ligand，sRANKL）在HLA-B27阳性的活动性JAS患者的血清中明显增高，而骨保护素（osteoprotegerin，OPG）也有轻微升高，从而得出MMP-3、sRANKL及OPG参与HLA-B27阳性的活动性JAS发病的结论，并认为炎症反应在破坏JAS病程中sRANKL/OPG系统平衡起到了关键作用[7]。目前，HLA-B27导致AS发病的相关发病机制有如下假说。①连锁不平衡假说：认为HLA-B27不是AS的直接致病基因，仅与致病基因处于连锁不平衡状态，即为遗传标志。但随着生物信息、全基因组关联等技术在该领域的应用，目前主流观点还是认为HLA-B27是AS的主要遗传易感基因。②分子模拟假说[8]：认为微生物的某些生物分子与人体自身抗原具有同源或相似的抗原表位，HLA-B27识别微生物肽抗原表位并呈递给毒性T淋巴细胞，致使部分T淋巴细胞发生交叉免疫，从而导致自身损害及炎症反应。尽管以往对于AS发病的遗传因素，特别是HLA-B27的研究较多，但近些年感染及环境因素对AS发病影响的研究也渐见端倪。不少学者在这种微生物与遗传因素相结合的致病途径方面做了大量工作[8]，通过人体及动物实验证实，肠道细菌产生的多肽类抗原可诱导HLA-B27生成，生成的HLA-B27可交叉识别致脊柱关节炎类的细胞角化蛋白，从而引起疾病发生。该模式以多因素致病思路考虑AS的发病原因，为AS发病机制的研究提供新思路。③错误折叠蛋白应答假说[9]：认为HLA-B27分子的重链常易发生错误折叠，错误折叠的重链可在内质网内聚集形成二聚体甚至多聚体，致使NF-κB活化并诱导炎症因子产生。该机制试图从分子水平阐明AS的发病原理，由于HLA-B27重链折叠速度较慢，很容易发生错误折叠；而错误折叠的原因很可能与环境、微生物抗原刺激及细胞因子[如肿瘤坏死因子-α（tumor nerosis facter-α，TNF-α）及γ干扰素（interferon-γ，IFN-γ）]密切关系。相关研究有待进一步开展。此外，T细胞受体库假说、免疫耐受失败假说[10]、重链结构重组假说[11]、致关节炎肽假说[12]、同源二聚体假说等，各种假说试图从不同角度、不同机制阐述AS的发病机制，可能其中某些机制之间存在相互联系，共同导致AS的发病，最终机制还有待进一步验证。

2 TNF-α分子

TNF是由单核-巨噬细胞及T淋巴细胞分泌产生的，参与多种免疫疾病及炎症反应的一类细胞因子[13]，其基因位于6号染色体短臂p21区域内，包含于HLA-Ⅲ基因中。TNF-α主要通过炎性蛋白S100 A8和A9抑制一些髓源性细胞的分化及其活性，致使体内部分炎症细胞（T淋巴细胞和NK细胞）功能失调[14]，从而引起免疫介导炎性过程，TNF Ⅰ型受体和TNF Ⅱ型受体在此过程中参与免疫调控及细胞分裂等生物学行为。1995年，Braun等[15]通过对AS患者关节液的研究发现，AS患者骶髂关节液中TNF-α mRNA明显高于正常人群，开启了AS与TNF-α之间联系的研究。随着分子生物学技术的发展，陈蕊雯等[16]2004年通过直接测序和PCR技术对TNF-α基因启动子SNPs进行基因分型，首次报道了中国汉族人群中AS患者的TNF-α-857C/T（rs179 972 4）的等位基因、基因型与正常人存在着显著性差异，而且TNF-α-857T对AS的致病性为不依赖于HLA-B27独立易感因素。相似的结果也被朱小泉等[17]报道，TNF-α-850C/T基因为中国汕头人群AS发病的易感基因。有学者认为，TNF-α-850C/T很可能与TNF-α-857C/T（rs179 972 4）是同一个基因位点。随后，学者们各自通过不同方法证明了TNF-α与AS发病的关联性。梅永君等[18]通过PCR技术对TNF-α启动子进行扩增并测序，结果TNF-α调控区域-857位点CT等位基因变异显著增多，从而也证明TNF-α启动子基因多态性可能与AS的发病有关。张璐

等[19]通过ELISA及RT-PCR技术对外周血单核细胞中TNF-α mRNA表达量进行测量，结果发现AS患者的TNF-α表达量高于健康人群，提示TNF-α是AS发病机制中的重要细胞因子。近年来，临床上应用TNF-α IgG1单克隆抗体infliximab以及受体融合蛋白etanercept改善AS患者脊柱活动度、脊柱与关节功能及肌肉附着点炎症[20]，从而提高患者生活质量，取得了良好的临床效果，进一步证明TNF-α在AS的发病过程中发挥着重要作用。WTCCC的全基因组关联研究[6]及动物实验[21]提示，TNF通路参与AS发病可能与淋巴毒素β受体（lymphotoxin beta receptor，LTBR）、1型肿瘤坏死因子受体（tumor necrosis factor receptor 1，TNFR1）（rs116 161 88）及TBKBP1或LTBR-TNFRSF1A有关，而非TNF基因直接作用所致；但LTBR、TNFRSF1A基因多态性与AS发病机制中的作用有待进一步证实。当然，对于TNF-α与AS发病的研究，不同学者的研究结果并不完全一致，有时甚至出现相反的结果[22]；但多数研究支持TNF-α为AS的致病基因[13-18]。陈银河等[23]通过对9篇国内外相关研究结果的Meta分析得出结论，TNF-α基因启动子-857位点CC基因型、C和T等位基因与AS易感性有关联性，携有T等位基因者患AS的风险明显增高。

3 内质网氨基肽酶1（endoplasmic reticulum aminopeptidase 1，ERAP1）

ERAP1是近些年对AS发病研究的一项重要发现，ERAP1有2种主要的生理功能：①参与内质网内抗原肽的修饰，使其易于被MHC-I类分子提呈[24]；②参与解离细胞表面的前炎症因子白细胞介素（interleukin，IL）-1、IL-6和TNF的膜受

体[25]，使之脱离胞膜形成可溶性细胞因子受体，改变细胞因子、细胞因子膜受体以及可溶性体三者之间的相对浓度和数量，从而调节免疫平衡[26]。

天然的TNFR有2种存在形式，即mTNFR和sTNFR，sTNFR主要为mTNFR的胞外结构区部分在ERAP1的作用下脱落而来，sTNFR与TNF具有高亲和力而不具有信号转导功能，因而天然的sTNFR是TNF-α的强抑制剂。同时，sTNFR也可作为TNF-α的载体或缓冲剂以稳定TNF-α活性，甚至增强其功能。可见，体内TNFR、mTNFR和sTNFR三者之间的动态平衡有赖于sTNFR的性质及其对TNF-α的双重影响，ERAP1在该动态平衡系统中起到了关键作用。多数学者认为，ERAP1与银屑病等免疫疾病的发病有关[27-28]。Wall等[29]在AS、Crohn病、溃疡性结肠炎患者及正常人群的对照研究中发现，ERAP1基因的某些SNPs与AS呈明显相关性，这些SNPs在Crohn病、溃疡性结肠炎患者及正常人群中也能被检测出；但结果证明两者间没有相关性，从而得出ERAP1为AS患者的一个发病因素的结论。WTCCC全基因组关联分析[6，30]提示，ERAP1基因可能是AS的致病基因，研究表明，ERAP1基因与HLA-B27阳性的AS患者发病呈明显正相关性，而在HLA-B27阴性患者中无该相关关系。该结果提示ERAP1基因与HLA-B27基因在AS发病过程存在着协同作用，在HLA-B27阳性AS患者病程中，ERAP1可能对抗原肽发挥剪切与呈递作用；而HLA-B27阴性AS患者的发病模式可能存在着不同的机制。Armaka等[21]动物实验也证实TNF过度表达足以引起脊柱关节病，表明促炎性细胞因子过度表达即可引起AS的发病。近年来，基因间交互作用在研究ERAP1引起AS发病方面应用较多，除HLA-B27外，还有HLA-Cw等，为进一步研究AS发病机制的研究提供了新的研究思路[31]。

4 IL与辅T细胞17（helper T cell 17，Th17）通路

IL是一类由多种细胞产生并可作用于多种细胞的炎症因子。Th是体内一类重要的免疫调节细胞，对机体的特异性免疫和非特异性免疫都具有重要的调节功能。Th17是Th细胞的一个亚群，可分泌释放IL-17、IL-6、IL-22、IL-26、IFN-γ及TNF-α等细胞因子；而IL-17被认为是Th17最为特异的免疫应答产物。近年的研究证明，IL-17与IL-23联合Th17免疫通道在免疫性疾病，如AS、银屑病等的发病过程中起着重要作用[32]；而通过药物阻断IL-17、IL-23通道对AS的治疗有效[33]。据此可认为，IL-17和IL-23在AS等免疫性疾病的发病过程中发挥着重要的调控作用。体内外实验证明，人类Th17细胞的分化很大可能是在IL-6、IL-21、

IL-23的调节下被IL-23、IL-1β及TGF-β诱导分化产生，生成的Th17细胞可在IL-17F、IL-22、IL-26等调节下产生IL-17A，IL-17A是导致AS发病最直接的细胞因子[32]。Lories等[34]研究也认为，人体在微生物抗原、肠道菌群的改变、HLA-B27未折叠蛋白反应，以及来自生物力学的压力等因素的作用下可导致IL-23的表达。IL-23的表达刺激机体Th17等特异性T细胞的分化，Th17进一步分泌释放IL-17、IL-22等炎症介质。其中，IL-17引起机体的一系列炎症反应，如骨的侵蚀，皮肤、滑膜的炎症；而IL-22则可引起AS等疾病骨质增生的病理过程。这一发病模式可以合理解释AS等脊柱关节病骨破坏与骨质增生2种病理过程同时存在的临床表现。Shen等[35]研究认为，编码前列腺素E受

体4（encoding prostaglandin E receptor 4，PTGER4）可通过诱导产生IL-23、IL-17及促进Th17细胞生成引起AS，而该过程可能还包括TNF通路的参与。全基因组关联研究已经证明，IL-23R编码基因的变异是AS等自身免疫性疾病的重要致病因素[36]。WTCCC的一项病例对照研究发现，IL-23R的7个SNPs与AS呈现明显相关性，其中rs112 090 32、rs112 090 26及rs104 896 29显示出与AS的发病呈强相关性[37]。Duan等[38]也认为，IL-23R基因内的多个SNPs参与AS的发病。近几年，国内很多学者对IL-23R做了大量研究。张吉林等[39]采用PCR-RFLP方法对吉林人群AS患者的IL-23R基因SNPs进行检测及其与AS发病之间的关系分析，得出结论，IL-23R基因rs751 784 7和rs104 896 29位点的多态性与吉林人群AS发病有关。多区域、多人种及更大样本量的研究将为IL-23R对AS的致病位点的寻找与确定提供更有力的支撑，也是AS致病机制研究所必须的步骤。

随着对AS发病原因的研究越来越多，学者们先后研究了一些可能与AS发病有关的基因：参与调控破骨细胞分化成熟的OPG系统基因[40]；调节多种免疫性疾病的Toll样受体4（TLR4）基

因[41]；免疫球蛋白超家族成员Fc受体同系物（FcRL）[42]；参与免疫反应的微小RNA（micro

RNA），如microRNA-181及microRNA-495[43]。

此外，还有转化生长因子-β1（TGF-β1）、RUNX3、

KIF21B，以及细胞色素P450 2D6（CYP2D6）等。但是，这些基因目前还处于小范围内研究，可靠性有待于进一步验证。

5 结 语

AS可能是由多种病因共同导致的结果，遗传、环境、感染、免疫功能紊乱、药物等因素可能都是AS的致病原因，而遗传因素被认为是致使AS发病最重要的因素；但其具体机制至今仍不十分清楚，各种假说也未被充分证明。生物技术的不断发展，研究方法的逐步更新，将为病因研究提供更多思路和途径，为各种分子生物学与遗传学机制及信号通路的研究提供技术支撑。各学科之间合作的日益加强，使更大样本与多人种的研究与对比成为研究趋势，将为各种致病基因的寻找提供更有说服力的证据。病因与发病机制的研究最终将使降低发病率、早诊断、早治疗成为可能。

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