特应性皮炎遗传学发病机制

李丽莎，尹　佳

(中国医学科学院 北京协和医学院 北京协和医院变态反应科，北京 100730)

特应性皮炎(atopic dermatitis，AD)是一种慢性炎性皮肤疾病，其临床特点为典型部位(婴儿面部，儿童四肢关节屈侧)的瘙痒性湿疹，起病年龄小于5岁，常伴有过敏性疾病家族史，外周血总IgE升高及吸入或食物过敏原特异性IgE阳性。AD是常见病，其儿童患病率高达15%～20%，成人约为1%～3%[1]。明确AD发病机制，对于开发新的治疗药物，改善患者预后至关重要。

AD具有遗传性，许多AD患者均有过敏性疾病的阳性家族史，同卵双胞胎同患AD的概率可高达23%～86%，异卵双胞胎也可达15%～50%。若父母双方有一人患AD，其子女患AD的发生率是59%；若父母均患AD，其发生率可达81%。以上报道均显示了遗传易感性在AD发病过程中的重要地位。针对AD患者及其亲属的研究提示，AD的遗传方式不符合典型的孟德尔定律，不是单基因遗传病，而是多个致病基因共同作用所致的复杂疾病，各致病基因之间存在相互影响，后天环境因素对遗传因素亦有协同或抑制作用[2]。复杂的遗传密码需要高效的研究工具来破译，本文回顾了以候选基因分析(candidate gene association studies)、全基因组关联研究(Genome Wide Association Studies，GWAS)、高通量基因表达谱分析(high-throughput gene profiling)为手段探索AD遗传学发病机制所取得的成果与进展，现综述如下。

候选基因分析

目前研究AD遗传学发病机制所采用的主要方法是候选基因分析，即研究者根据既往经验和研究成果预先选择单个或多个可能对疾病发生起重要作用的候选基因，再设计病例-对照研究，以探索各基因变异与疾病表型的相关性。此种方法不受家系限制，容易开展研究，对基因-表型关联的检验效能亦很强。以往文献报道的可能致病基因主要分为以下3类。

皮肤屏障相关基因

皮肤是人体与外界隔离的重要屏障，其基本结构由浅入深依次为表皮、真皮、皮下组织，其中表皮由外向内又分为角质层、颗粒层、棘层和基底层。皮肤各层结构及功能蛋白相关基因若有变异，均可能影响皮肤的防护功能，继发微生物、过敏原及其他环境刺激物入侵，引起包括AD在内的炎性皮肤疾病。

早期的全基因组关联研究(genome wide linkage studies)发现，1q2116及17q2117区域可能包含AD相关致病基因，前者含有大量与皮肤屏障功能相关的基因家族，后者含有编码角蛋白KRT16的基因。进一步候选基因关联性研究提示，具体致病基因包括角质层蛋白相关基因、颗粒层蛋白相关基因和表皮蛋白酶抑制剂相关基因。

角质层蛋白相关基因：丝聚蛋白(filaggrin，FLG)基因是目前文献报道最多、与AD关联性最强、在不同研究中重复性最好的基因。该基因位于染色体1q21，含有数个串联排列的重复单元。编码的FLG(相对分子质量37 000)参与组成角质细胞骨架系统，降解后产生“天然保湿因子”，在角质细胞表面形成致密的蛋白-脂质层，帮助角质层锁住水分，维持皮肤正常pH值，抵御过敏原入侵及病原体感染[3- 4]。已有20余项研究证实，FLG基因变异与AD发病相关，各家报道相关突变累计超过40种，多数为稀有突变，仅存在于个别患者，而2项无义突变(R501X与2282del4)相对更为常见[4]。这2项突变最初是在寻常型鱼鳞病患者中被发现，其后同一研究小组证实其与AD发病相关，它们在欧洲人群中的复合等位基因频率约为4%，而在AD患者中为18%(R501X)和48%(2282del4)。2项突变都可导致FLG合成功能完全丧失，致使FLG缺乏[5]。Margolis等[6]随诊观察857例AD患儿后发现，与没有突变个体相比，有无义突变个体的皮肤症状持续时间更长，更易反复发作，且R501X突变患儿对治疗更不敏感。这2项无义突变携带者也更易伴发哮喘，血中总IgE水平更高。

颗粒层蛋白相关基因：颗粒层的紧密连接是皮肤屏障的重要组成部分，而闭合蛋白家族是构成紧密连接的主要骨架蛋白。体外实验表明，使用干扰RNA抑制闭合蛋白-1的表达后，紧密连接功能受损，皮肤渗透度增加。De Benedetto等[7]研究发现，AD患者皮肤中闭合蛋白-1表达减少，闭合蛋白-1基因变异与AD发病显著相关。

表皮蛋白酶抑制剂相关基因：皮肤保护功能的正常发挥有赖于表皮内蛋白酶与蛋白酶抑制剂之间平衡的维持，若蛋白酶抑制剂功能受损，蛋白酶过度活化，则有可能破坏正常皮肤屏障，继发皮肤炎性。Kazal型淋巴上皮相关抑制物(Lymphoepithelial Kazal-type related inhibitor，LEKTI)是一种丝氨酸蛋白酶抑制剂，由SPINK5基因编码，在分化的角质细胞中大量表达，可抑制角质层中糜蛋白酶及胰蛋白酶的酶解活性[8]。研究发现，AD患者角质细胞中LEKTI表达水平明显减少，对蛋白酶的抑制能力也下降，可测得胰蛋白酶水解活性增高[9]。表达缺陷提示可能存在基因变异。有报道SPINK5基因2475位点上等位基因由G到T的突变与AD发病相关，基因型TT与GT在AD患者中更常见[10]。

固有免疫反应相关基因

文献报道，许多AD患者皮肤表面金黄色葡萄球菌定植增加，提示AD患者对病原体的抵抗力可能下降。伴有皮肤感染的AD患者，病情也常常更加严重。固有免疫反应是机体抵御病原体感染的重要途径，其中关键组分的基因变异可能与AD发病相关。

模式识别受体(pattern recognition receptor，PRR)是固有免疫反应中免疫受体的代表，进化上十分保守，全部由胚系基因编码，可识别病原体表面的病原体相关分子模式(pathogen-associated molecular patterns，PAMP)，进而启动免疫应答。核苷酸结合寡聚化结构域蛋白(nucleotide-binding oligomerization domain，NOD)及Toll样受体(Toll-like receptors， TLR)均属于模式识别受体。

NOD 基因：NOD可识别细菌细胞壁的肽聚糖及其裂解产物胞壁酰二肽，是联系固有免疫及特异性免疫的重要桥梁。NOD1基因位于7p14-p15，有研究表明其突变与AD发病显著相关。NOD2基因位于16q12，有NOD2基因G2722C突变的个体更易患AD，其变异也与血总IgE升高、哮喘风险增加有关[11]。

TLR基因：TLR作为一个受体家族，可帮助免疫系统识别各种PAMP。TLR2可识别金黄色葡萄球菌的胞壁成分，其基因变异R753Q与AD发病显著相关；同为AD患者，R753Q突变者较非突变者病情更重，总IgE及细菌超抗原特异性IgE水平更高[12]。体外试验表明，R753Q突变者TLR2的表达减少，功能也受损，其下游信号通路中白细胞介素(interleukin，IL)-8的产生减少，进而导致固有免疫反应异常，这可能是此类患者皮肤细菌定植增加的原因之一[13]。

特异性免疫反应相关基因

过敏原诱导的AD患者皮损表现为双期变化，初期主要是以辅助T细胞(T helper cell，Th)2占优势的免疫反应，产生IL- 4、IL-9、IL-13等细胞因子，促进B细胞产生IgE，IgE通过与高亲和力受体FcεRⅠ和低亲和力受体FcεRⅡ结合发挥作用；在随后的24～48 h，则是以Th1占优势的免疫应答，Th1细胞是由Th0细胞在IL-12等细胞因子作用下分化而成，主要分泌IL-2，干扰素(interferon，IFN)-γ和肿瘤坏死因子(tumor necrosis factor，TNF)等。Th2及Th1型特异性免疫反应相关的基因变异，可能影响AD发病。

Th2型免疫反应相关基因包括IL- 4基因、IL-9基因、IL-13基因和FCER1A基因。研究报道，日本人群中IL- 4基因之C590T的突变可增强基因的转录活性，与AD发病显著相关，但这种关联在白种人中并不明显，可能与该突变在黄种人中的发生率(83%)远高于白种人(18%)有关。该突变也与哮喘尤其是重度哮喘，以及血总IgE升高相关[14]。IL-9也是一种Th2型细胞因子，可诱导气道上皮细胞黏液分泌，促进肥大细胞增殖，以及B细胞分泌IgE。IL-9基因发生A4091G突变后，启动子转录活性增高，对应AD发病风险升高。IL-9基因多态性也与血总IgE水平和气道高反应性相关[15]。IL-13基因位于染色体5q31-33，文献报道IL-13基因多态性与血总IgE水平升高、特应性体质及哮喘相关；研究发现，IL-13的G4257A突变与AD表型相关；其可能机制是G4257A突变后，IL-13蛋白110位上的精氨酸变为谷氨酰胺，加强了IL-13与其受体的结合力，使下游信号通路上调，Th2免疫应答增强，继而增加了个体患AD的风险[16]。FCER1A基因编码高亲和力IgE受体a链，在启动子区域rs2427837位点突变与AD显著相关[17]，该基因变异亦可影响脐血IgE水平[18]。

Th1型免疫反应相关基因为IL-12基因。IL-12可促进Th1数目增多及IFN-γ产生，参与AD慢性病变过程。IL-12基因中A798T突变及IL-12受体IL-12RB1基因中C1266T突变均与外源性AD发病显著相关。IL-12RB1中rs438421位点TT基因型与IL-12RB2中rs2066446位点AA基因型同时存在时，外源性AD风险呈4倍增加，提示两基因间存在协同作用[19]。

全基因组关联研究

候选基因关联分析的一个主要局限性在于候选基因的选择常常基于对疾病的已有认知，难以发现新的致病基因，而GWAS可以避免这种选择偏倚，适用于AD这种多因素复杂性疾病。GWAS是应用人类基因组中数以百万计的单核苷酸多态性位点为标记进行病例-对照分析，以期发现影响复杂性疾病发生的遗传特征的一种新策略。

2009年，关于AD的第1项GWAS在德国人群中完成，成功分析了939例AD患者和975名对照者，检测了全基因组中342303个基因标记，检出有54个单核苷酸多态性(single nucleotide polymorphism，SNP)位点与AD有一定关联性(P值接近但未达显著性标准)，发现了1个易感基因区域11q13，与疾病关联最强烈的位点在LRRC32基因上游68 kb处，LRRC32在调节T细胞的活化过程中发挥作用，该GWAS同时验证了FLG基因突变与AD存在密切联系[20]。

2011年，1项基于中国汉人的GWAS发现了2个新的关联位点，即5q22.1处rs7701890和20q13.33处rs6010620，前者与AD关联机制不明，而后者的基因多态性可能与其附近的TNFRSF6B及ZGPAT基因表达水平相关。TNFRSF6B在特异性免疫应答中具有重要地位，AD患者血清中TNFRSF6B mRNA表达水平升高。ZGPAT可编码一种含锌指结构区域的蛋白，存在于表皮生长因子相关信号通路中，而AD患者病变皮肤中表皮生长因子受体为过表达[21]。

1项关于GWAS的meta分析报道了3个AD易感位点，分别为rs479844、rs2164983和rs2897442，前2个位点都贴近表皮增殖与分化相关基因，第3个位点附近包含了一系列细胞因子和免疫相关基因，曾有报道这些基因与哮喘及银屑病等炎性疾病发病也有关[22]。

2012年，日本学者通过GWAS发现了8个AD相关基因区域。易感节段2q12包含了IL-1家族细胞因子受体基因IL1RL1、IL18R1和IL18RAP。IL-1家族受体在皮肤中表达丰富，IL1RL1是Th2细胞和肥大细胞表面蛋白IL-33受体的组成部分，IL-33在AD患者皮肤病损处分泌，可促进Th2型免疫反应，促发AD炎性反应。关联最显著的位点在第Ⅲ型主要组织相容性复合体(major histocompatibility complex，MHC)基因家族区域内，尚需进一步研究以明确具体易感基因。易感节段11p15.4包含NLRP10基因，其对于启动树突状细胞介导的特异性免疫反应至关重要，同时也参与真菌感染的控制。易感节段3p21.33毗邻CCR4基因，该基因编码Th2相关趋化因子受体，介导炎性反应中皮肤特异性T细胞募集。易感节段3q13.2包含基因CCDC80，它参与角化细胞脱离基底层，进行终末分化过程。易感节段7p22包含基因CARD11，在淋巴细胞活化过程中发挥关键作用，该基因突变的纯合子小鼠会患AD，其血IgE水平也会明显升高。易感区域10q21.2包含EGR2基因，编码T细胞失能相关转录因子，可促进对T细胞增殖和炎性反应进行负调节的相关基因表达。易感节段20q13包含CYP24A1基因，所编码蛋白是1，5-双羟维生素D3的降解酶，而维生素D是固有及特异性免疫应答的重要调节剂，缺乏维生素D的AD患者往往病情更重[23]。

我国学者根据GWAS提出，FLG基因突变c3321delA是中国AD患者最常见的突变，且此突变不存在于欧洲患者中。2014年，该研究小组报道，c3321delA还与AD患者的临床表型相关，具有该突变者更易合并皮肤干燥症、掌纹过多和皮肤划痕征等，且AD症状评分更高[24]。

高通量基因表达谱分析

基因表达谱分析使用全基因组微阵列分析技术(genome-wide microarray technology)，亦被应用于AD的遗传机制研究。差异表达基因分析为在GWAS基础上具体致病基因的探寻提供了新线索。

有研究者利用AD患者的活检皮肤组织进行全基因表达谱研究，观察到钙结合蛋白S100A8与S100A7基因表达上调，而FLG基因表达下调，它们均位于染色体1q21表皮分化相关基因区域。Toulza等[25]利用分化角质细胞模型进行表达谱分析，发现另一个FLG家族成员FLG2及3个脂肪酶基因的表达在AD患者中均有变化。

Bianchi等[26]报道，与健康对照相比，AD患者皮损处丝聚蛋白原基因表达下降，抗菌肽基因表达升高。这与已知的AD患者皮肤屏障功能受损、皮肤表面细菌感染增多的现象相符。同时，还观察到核转录因子Kappa B(nuclear factor Kappa B，NF-κB)及1κB激酶表达增加，后者可促进NF-κB释放与活化，进而诱导一系列促炎细胞因子、趋化因子、黏附分子等基因的转录，推动炎性反应的发生与发展。与之相应的，该研究也检测到AD病损部位的促炎因子IL-1β与黏附分子树突状细胞特异性人细胞间黏附分子(intercellular adhesion molecule， ICAM)1表达显著增加。细胞因子IL-31在皮损处表达也有升高，IL-31可诱导角化细胞趋化因子分泌，促进T细胞向皮肤迁移，IL-31水平与AD严重度明显相关。

另1项基因表达谱研究显示，AD急性病变处皮肤与正常皮肤相比，表皮厚度增加，相应的皮肤增殖标记K16基因表达上升；在皮肤增殖更显著的慢性病变处，K16的表达进一步升高。通过基因芯片技术及基因差异表达分析发现，与正常皮肤比较，急性病变处有76个基因表达上调，26个基因表达下调；而慢性病变处有310个基因表达上调，110个基因下调。具体分析差异表达的基因类型可见，急性病变处Th2型反应相关细胞因子(IL- 4、IL-13、IL-31等)及Th22型反应相关因子(如IL-22)的表达均有显著上升，患者症状严重度评分与IL-22表达水平呈正相关。此外，Th1型反应相关因子(如IFN-γ和IL-1β)的表达也有轻度增加。在慢性病变处，Th22及Th2炎性反应相关基因的表达较急性病变处有进一步升高，Th1相关基因的表达显著增加，提示AD从急性病变进展至慢性病变，与Th2、Th22、Th1细胞免疫反应均显著增强有关，而非单纯从Th2转化为Th1型反应[27]。

总　　结

AD为常见慢性炎性皮肤疾病，是过敏性疾病变应性进程的早期表现，明确其发病机制具有重要意义。AD是复杂的多因素疾病，是遗传因素和环境因素共同作用的结果。与AD发病存在关联的基因大致分为3种，即为皮肤屏障相关基因、固有免疫反应相关基因及特异性免疫反应相关基因，其中FLG基因是文献中报道最多且关联重复性最好的基因。新方法学的引入包括全基因组关联研究及基因表达谱分析，为进一步探索AD致病基因位点提供了新的手段。随着对AD发病机制了解的不断深入，新治疗方法及预防措施必将应运而生。

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