两种蛋白酶基因多态性与慢阻肺相关性研究进展

王鑫，徐桂华，孙德俊1.内蒙古医科大学研究生学院，内蒙古呼和浩特　010010；.内蒙古自治区人民医院临床医学研究中心，内蒙古呼和浩特010010；.内蒙古自治区人民医院呼吸科，内蒙古呼和浩特　010010

两种蛋白酶基因多态性与慢阻肺相关性研究进展

王鑫1，3，徐桂华2，孙德俊3
1.内蒙古医科大学研究生学院，内蒙古呼和浩特010010；2.内蒙古自治区人民医院临床医学研究中心，内蒙古呼和浩特010010；3.内蒙古自治区人民医院呼吸科，内蒙古呼和浩特010010

慢性阻塞性肺病一直以来就是影响全世界健康的一个严重呼吸疾病。个体的遗传因素被证明是慢性阻塞性肺病发生和发展的重要因素。这篇文章回顾了近些年关于慢性阻塞性肺病蛋白酶/抗蛋白酶失衡机制中的a1-抗胰蛋白酶和基质金属蛋白酶的基因多态性，以得出这两种蛋白酶基因多态性与慢性阻塞性肺病患病风险、严重程度和并发肺癌的相关性，同时提出了这两种蛋白酶的基因多态性与蛋白酶血清水平的相关性，为诊断、治疗和预防慢性阻塞性肺病提出了一个新的途径。

慢性阻塞性肺病；a1-抗胰蛋白酶；基质金属蛋白酶；基因多态性

［Abstract］Chronic obstructive pulmonary disease has always been a serious respiratory disease.Individual genetic factors also are proved to be an important factor in occurrence and development of chronic obstructive pulmonary disease. This article reviewed a1-antitrypsin gene polymorphism and matrix metalloproteinases gene polymorphism of protease/ resistant protease imbalance mechanism on chronic obstructive pulmonary disease in recent years.To draw that the two proteases gene polymorphism is associated with increased risk，severity and lung cancer of chronic obstructive pulmonary disease.At the same time the artcle comes up with the correlation between the two proteases gene polymorphism and protease level in serum，and puts forward a new way for diagnosis，treatment and prevention of chronic obstructive pulmonary disease.

［Key words］Chronic Obstructive Pulmonary Disease；a1-Antitrypsin；Matrix Metalloproteinases；Gene polymorphism

慢性阻塞性肺病（COPD）一直是影响全世界健康的一个严重呼吸疾病，虽然环境污染和吸烟是重要的诱发因素，但并非所有吸烟者都会患慢性阻塞性肺病。个体遗传因素也是慢性阻塞性肺病发生和发展的重要因素。因此COPD是一种受到基因环境共同作用的复杂的人类疾病［1］。在COPD发展过程中，肺泡上皮细胞破坏，各种炎症介质释放出来，在众多分子参与的COPD发展途径中，蛋白酶（中性粒细胞弹性蛋白酶和基质金属蛋白酶）及其抑制剂（a1-抗胰蛋白酶和基质金属蛋白酶组织抑制因子）被认为扮演重要的角色。蛋白酶系统能够降解肺泡壁上的各种蛋白结构，造成肺泡壁的破坏。抗蛋白酶系统则能有效的对抗蛋白酶这一作用，两者达到动态平衡才能维持肺泡结构的稳定［1-2］。本文就近年来关于COPD蛋白酶/抗蛋白酶失衡机制中的a1-抗胰蛋白酶和基质金属蛋白酶的基因多态性进行一综述。

1　a1-抗胰蛋白酶（a1-AT）基因多态性与慢性阻塞性肺病相关性

在COPD急性发作期，肺内的中性粒细胞弹性蛋白酶（NE）分泌增加，特异性破坏弹性蛋白等间质成分，损害气道上皮。a1-AT是NE的抑制因子，由肝脏的急性期蛋白质合成，SERPINA1基因编码，可以有效抑制NE对肺组织的破坏作用。当a1-AT基因改变引起其功能改变时，破坏NE—a1-AT间的平衡状态，可能导致COPD的发生。

a1-AT的M等位基因表达正常水平的a1-AT，Z等位基因由于点突变使其编码的蛋白质结构发生变化，导致肝细胞分泌出有缺陷的a1-AT。以往研究认为携带ZZ基因型的COPD患者a1-AT水平较低 ，这说明a1-AT的基因多态性增加了COPD的患病风险，但除ZZ基因型外并没有找到其他基因型相对肯定的结论。例如：一些研究认为可能MZ基因型较MM基因型患COPD风险更高，另一些研究认为可能SZ基因型患COPD风险更高［3］。而朝鲜人口中a1-AT基因多态性可能不是COPD发病的一个重要原因［4］。有些a1-AT基因型并没有表达出任何a1-AT水平的缺乏，但却出现在某些人口的COPD患者中。Sandford AJ等研究了这些a1-AT基因多态性与COPD的联系，证实这些基因型可能和肺气肿的加重有关［1，5］。虽然目前仅有ZZ基因型引起的a1-AT缺乏是惟一确定的COPD遗传易感因素，但ZZ基因型的突变在大多数人口中是罕见的，a1-AT基因完整的生理作用还不清楚，我们需要更多的临床证据来证明慢性阻塞性肺病与a1-抗胰蛋白酶基因遗传易感性的关系。

肺功能检查是判断持续气流受限的主要客观指标，是诊断COPD的重要辅助手段。有研究证明COPD患者肺功能指标第一秒用力呼气容积（FEV1）的大小与MM、MZ、MS、MM基因型没有相关性［6，7］。这证明了a1-抗胰蛋白酶基因型的不同可能与慢性阻塞性肺病的严重程度无关。

NE-a1-AT系统的失衡状态可能导致肺癌的患病风险增高。但LINDSEY ENEWOLD等最新研究认为SERPINA1和ELA2（编码中性粒细胞弹性蛋白酶）基因多态性和COPD或肺癌没有相关性［8］。在此研究前有研究则认为这两种基因的多态性与COPD或肺癌具有一定的联系［9］。虽然COPD是公认的临床肺癌风险指标，但两者是否有共同的遗传易感因素仍是未知的。

目前，COPD的治疗还未涉及到基因领域，但有研究认为根据a1-AT的不同基因型测定出血清中a1-AT浓度分布在范围较窄的不同水平［10］。这为a1-AT提出一个具有保护意义的浓度阈值，这可以用在治疗方案和替代治疗中，未来制定更精确的a1-AT浓度的中间值是一级预防的目标。这种具有保护意义的浓度阈值为诊断、治疗和预防COPD提出了一个新的途径。

2　基质金属蛋白酶（MMPs）基因多态性与慢性阻塞性肺病相关性

基质金属蛋白酶属于蛋白水解酶家族，几乎能够降解细胞外基质的所有成分。MMMPs的增多使气道结构失去正常的支撑作用，在炎症组织细胞修复和重塑中起重要作用。基质金属蛋白酶组织抑制因子（TIMPs）具有细胞生长因子样作用，可促进成纤维细胞增生及胶原合成，使细胞外基质沉积并抑制其降解。当MMPs基因的改变引起其活性变化，影响MMPs-TIMPs间的平衡状态时，可能导致COPD的发生。

MMPs基因多态性和COPD发病机制有关，回顾以往对MMPs基因多态性的研究结果，MMP9-1562C/ T多态性可能是亚洲人群COPD发生的危险因素［11］，在欧洲人群中MMP12 A等位基因可能与COPD的发生相关［12］，还有一些研究则认为MMPs基因多态性和COPD的发生不相关［13］。这表明，基因多态性对不同人群有不同的影响，遗传因素与环境因素共同影响了个体易感性。吸烟所诱发COPD的发病机制中包括MMPs—TIMPs失衡。有研究证实MMP-1启动子远端存在一个能被香烟烟雾激活的区域，同时转录因子SP1也被激活，通过测序分析确定了这个特定区域的10个基因多态性［14］。虽然这项研究没有证明这个特定区域的基因多态性是吸烟者肺功能迅速下降的风险因素，但确实证明了吸烟直接诱发MMP-1的表达，突出了MMP-1特定区域在吸烟者肺损伤基因易感性中的重要性，这有助于进一步分析MMP-1启动子区域基因多态性与慢性阻塞性肺病易感性的联系。基因启动子区域的基因多态性可能会导致蛋白质活动的变化，这可能与COPD的易感性有关。

Joos L等研究认为MMPs基因多态性与肺功能下降的速率有关［15］。但Mari K等最新研究认为TIMP而不是MMPs基因多态性可能与肺功能下降的速率有关［16-17］。这说明TIMPs而不是MMPs基因多态性与COPD的严重程度相关。肺功能的进行性减退，将严重影响患者的劳动力和生活质量，所以确定COPD患者肺功能和基因多态性之间的关系对COPD的分级治疗有重要意义。

COPD往往和肺癌相伴随。MMPs破坏肿瘤细胞侵袭的组织学屏障，在肿瘤侵袭转移中起关键性作用。但目前研究只发现纯合子MMP3可能是COPD患者并发肺癌的一个易感性标志［18］，并未得出MMPs基因多态性与COPD合并肺癌患者肿瘤转移方面的结论。

许多临床研究表明COPD患者血清或诱导痰中MMPs的浓度高于未患COPD者［19］。而墨西哥最新研究认为有吸烟病史的COPD患者血清中MMP2水平低于吸烟未患COPD者，而血清中MMP9的水平则相反［19］。值得我们注意的是，目前为止还没有找到任何这些基质金属蛋白酶血清水平范围与基因多态性的关系。

有研究显示在a1-AT缺乏的COPD患者中MMP3 G等位基因的携带者具有较低的气体交换，MMP1 T等位基因的携带者具有较高的气体交换［21］，说明在a1-AT缺乏的COPD患者中一氧化碳弥散量可能和MMP3和MMP1基因相关。那么携带有缺陷的MMPs基因的COPD患者是否也存在a1-AT基因改变，这两种基因之间是否有相互作用仍待我们进一步去研究。

COPD作为一种具有多基因遗传倾向的复杂的慢性肺部疾病，其发生可能与多个易感基因有关。在COPD的发病过程中，每一个易感基因可能都发挥了不同的作用。人类基因组计划和HapMap的完成使COPD这类疾病的遗传学GWAS（全基因组关联研究）成为现实。通过对COPD基因易感性的研究，识别具有功能的基因多态性将使我们对健康和疾病的管理有更深的认识，并可能提供有用的信息来识别高危人群，可以更好的预防和早期诊断COPD，从而降低COPD患者的痛苦和治疗费用［22］。但目前研究存在局限性，例如：样本容量太小、混淆因素（种族、吸烟、肺功能）影响最终的结果、大部分的研究都是在亚洲或白种人。近年来COPD的易感基因研究已有一定进展，我们要克服以上的局限性去研究更多和COPD相关的基因。

［1］Kuma rM，Phougat N，Ruhil S，et al.Genomics ofChronic Obstructive Pulmonary Disease（COPD）；Exploring the SNPsof Protease-Antiprotease Pathway［J］.Curr Genomics，2013，14（3）：204-213.

［2］Annerose Berndt，Adriana S Leme，Steven D Shapiro，et al.Emerging genetics of COPD［J］.EMBO Mol Med，2012，4（11）：1144-1155.

［3］Wu X，Yuan B，López E，et al.Gene polymorphisms and chronic obstructive pulmonary disease［J］.Cell Mol Med，2014，18（1）：15-26.

［4］Kim CH，Yim JJ，Yoo CG，et al.Alpha-antitrypsin genotypes in Korean patients with chronic obstructive pulmonary disease［J］.Respirology，2005，10（2）：223-228.

［5］Sandford AJ，Chagani T，Weir TD，et al.Susceptibility Genes for Rapid Decline of Lung Function in the Lung Health Study.Am ［J］.Respir.Crit.Care Med，2001，163：469-473.

［6］Denden S，Khelil AH，Knani J，et al.Alpha-1 antitrypsin gene polymorphism in Chronic Obstructive Pulmonary Disease（COPD）［J］.Genet Mol Biol，2010，33：23-26.

［7］Quint JK，Donaldson GC，Kumari M，et al.SERPINA1 11478G→A variant，serum α1-antitrypsin，exacerbation frequency and FEV1 decline in COPD［J］.Thorax，2011，66 （5）：418-424.

［8］LINDSEY ENEWOLD，LEAH E.MECHANIC，ELISE D. BOWMAN，et al.SERPINA1 and ELA2 Polymorphisms Are Not Associated with COPD or Lung Cancer.Anticancer Res［J］.Author manuscript；available in PMC，2013：3.

［9］Yang P，Bamlet WR，Sun Z，et al.Alpha1-antitrypsin and neutrophil elastase imbalance and lung cancer risk［J］. Chest，2005，128（1）：445-452.

［10］Ottaviani S，Gorrini M，Scabini R，et al.C reactive protein and alpha1-antitrypsin：relationship between levels and gene variants［J］.Transl Res，2011，157（6）：332-328.

［11］Zhou H，Wu Y，Jin Y，et al.Genetic polymorphism of matrix metalloproteinase family and chronic obstructive pulmonary disease susceptibility：a meta-analysis［J］.Sci. Rep，2013，2818（3）.

［12］Haq I，Chappell S，Johnson SR，et al.Association of MMP-2 polymorphisms with severe and very severe COPD：a case control study of MMPs-1，9 and 12 in a European population［J］.BMC Med Genet，2010，15（11）：7.

［13］Schirmer H，Basso da Silva L，Teixeira PJ，et al.Matrix metalloproteinase gene polymorphisms：lack of association with chronic obstructive pulmonary disease in a Brazilian population［J］.Genet Mol Res，2009，8（3）：1028-1034.

［14］Wallace AM，Mercer BA，He J，et al.Functional characterization of the matrix metalloproteinase-1 cigarette smoke-responsive region and association with the lung health study［J］.Respir Res，2012，19（13）：79.

［15］Joos L.The role of matrix metalloproteinase polymorphisms in the rate of decline in lung function［J］.Hum Mol Genet，2002（11）：569-576.

［16］Diemen CCV，Postma DS，Siedlinski M.“Genetic variation in TIMP1 but not MMPs predict excess FEV1 decline in two general population-based cohorts［J］.Respiratory Research.doi.2011，10.1186/1465-9921-12-57.

［17］Mari K Kukkonen，Emmi Tiili，Tapio Vehmas，et al.Association of genes of protease-antiprotease balance pathway to lung function and emphysema subtypes［J］.BMC Pulm Med，2013（13）：36.

［18］Brzóska K，Bart omiejczyk T，Sochanowicz B，et al Matrix metalloproteinase 3 polymorphisms as a potential marker of enhanced susceptibility to lung cancer inchronic obstructive pulmonary disease subjects［J］.Ann Agric Environ Med，2014，21（3）：546-551.

［19］Louhelainen N.Elevation of sputum matrix metalloproteinase-9 persists up to 6 months after smoking cessation：a research study［J］.BMC Pulm Med，2010，10（13）.

［20］Jazmín Hernández-Montoya，JuliaPérez-Ramos，Martha-Monta o Genetic，et al.polymorphisms of matrix metalloproteinases and protein levels in chronic obstructive pulmonary disease in a Mexican population［J］.2015，9（10）：979-988.

［21］McAloon CJ，Wood AM，Gough SC，et al.Matrix metalloprotease polymorphisms are associated with gas transfer in alpha 1 antitrypsin deficiency［J］.Ther Adv Respir Dis. 2009，3（1）：23-30.

［22］李仰瑞，丁薇，熊伟，等.慢性阻塞性肺疾病易感基因及其多态性的研究进展［J/CD］.中华肺部疾病杂志：电子版，2015，8（3）：370-373.

Adrances in Correlation of Two Protease Gene Polymorphosm and COPD

WANG Xin1，3，XU Gui-hua2，SUN De-jun3
1.Inner Mongolia Medical University，Hohhot，Inner Mongolia，010010 China；2.Clinical Medical Research Center，The Inner Mongolia Autonomous Region People's Hospital，Hohhot，Inner Mongolia，010010 China；3.Department of Respiration，The Inner Mongolia Autonomous Region People's Hospital，Hohhot，Inner Mongolia，010010 China

R563

A

2096-1782（2016）07-0159-04

10.19368/j.cnki.2096-1782.2016.07.159

内蒙古自治区人民医院院内基金（201403）。

王鑫（1991.8-），女，内蒙古包头人，在读硕士，研究方向：慢性阻塞性肺病。徐桂华（1978.6-），女，内蒙古呼和浩特人，博士，医师，研究方向：慢性阻塞性肺病。

孙德俊（1960.7-），男，内蒙古包头人，博士，主任医师，研究方向：慢性阻塞性肺病，E-mail：nmg_sdj@163. com。

2016-04-05）（

2016-04-05）