视神经脊髓炎谱系疾病遗传易感基因的研究进展

宋秀娟， 王慧词， 李 彬， 张 静， 侯慧清， 李令令， 许艳秋 综述，檀国军， 郭 力 审校

视神经脊髓炎谱系疾病(neuromyelitis optica spectrum disorders,NMOSD)是一组主要由体液免疫参与的抗原-抗体介导的中枢神经系统(CNS)炎性脱髓鞘疾病谱系。其中包括传统意义的视神经脊髓炎(NMO)及尚不能满足2006年NMO诊断标准，伴随或不伴随AQP4-IgG阳性的形式局限的脱髓鞘疾病。许多研究资料表明，视神经脊髓炎同多发性硬化(multiple sclerosis，MS)一样具有遗传异质性。近几年，为进一步探索NMO/NMOSD的发病机制、治疗手段，在分子生物领域对其易患基因开展了大量研究并取得一定的进展。本文就视神经脊髓炎谱系疾病概念的演变及相关易感基因做一综述予以阐述。

1 视神经脊髓炎谱系疾病(NMOSD)概念的提出

视神经脊髓炎(NMO)由Devic于1894年初次提出，临床特点为急性或亚急性，主要累及视神经和脊髓[1]。NMO是否为MS的一种亚型曾一度引起争议。在1999年，Wingerchuk等就指出NMO在临床表现、影像特征、脑脊液改变等方面均与MS不尽相同[2,3]，然而并未找到直接可靠的证据。直至Lennon等在2004年采用间接荧光免疫法在NMO患者体内发现特异性抗体水通道蛋白4(AQP4)抗体，即NMO-IgG，证实体液免疫在NMO的发病机制中发挥关键作用，从而使人们认识到NMO是不同于MS的独立疾病。2007年Wingerchuk提出视神经脊髓炎谱系疾病(NMOSD)这一概念，并将NMO-IgG阳性作为必要条件之一[4]。但却有一些临床症状及影像学特点都与NMOSD相似而NMO-IgG阴性的患者。针对2006版NMO及2007版NMOSD诊断标准的不足之处，2015年国际NMO诊断小组修定了新的诊断标准，并将NMO及NMOSD统一命名为NMOSD。

2 NMO/NMOSD遗传因素的研究

NMOSD的患病率全球各地区平均水平约(1～5)/(10万人/年)，各种族间存在差异。小量调查数据显示，非白色人种(亚洲、拉丁美洲、非洲、美国原住民等)NMOSD∶MS约为40∶60，显著高于白种人的1∶100。不同种族的患病差异，提示NMOSD的发病中遗传因素十分关键。NMO/NMOSD以家族形式发病的病例国内外也偶有报道。Matiello[5]等对包含东西方人种的12个家系25例NMO患者进行分析，结果显示同胞间患病的相对危险度增加。日本一对姐妹同时患有NMO,两者的遗传基础、发病年岁、病程、残疾程度均相似，且HLA基因型同为A*31、B*61、DRBI*0802、DPB1*0501，这说明遗传因素影响NMOSD患者的发病年龄、病程及预后[6]。

3 NMO/NMOSD易感基因的研究

NMOSD是一种多基因遗传病，其易感性由多个微效基因协同影响，且这些基因的多态性或多或少都影响着NMOSD的发病。

3.1 人类白细胞抗原(HLA)基因 人类白细胞抗原(human leukocyte antigen，HLA)，编码基因是人类的主要组织相容性复合体(MHC)，位于6号染色体上(6p21.31)，包括224个紧密连锁的基因座，其等位基因多态性是目前已知的基因中最高的，多种疾病的遗传易感性均与其关系密切。HLA包括有Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ类基因。HLA Ⅰ类基因编码的为MHC-Ⅰ;HLA-Ⅱ类基因编码的为MHC-Ⅱ。 HLA基因编码的HLA分子可发挥抗原提呈作用以及免疫应答的遗传控制，在自身免疫疾病中起重要作用。2010年，Doralina[7]等为了证明NMO与MS的HLA关联基因不同，随机抽选27名NMO-IgG抗体阳性的NMOSD患者，其中女性患者20名，以及29名MS患者和28名健康对照者，对他们的HLA基因型进行分析，结果显示HLA-DRB1*03等位基因组在NMO患者明显高于MS及健康人群；相反，HLA-DRB1*15组则更多地表达于巴西的MS患者。NMO与HLA-DRB3易患基因相关，而MS与HLA-DRB5相关。此外，Doralina推测，HLA-DBB1*01和DRB1*10与NMO的关联性和敏感性相关。这一发现与Zephir及其同事的研究相似，该研究指出法国地区高加索人HLA-DRB1*01及HLA-DRB1*03等位基因与NMO-IgG抗体阳性的NMO患者密切相关[8]。这种多地区不同实验得出的相似结论证明，HLA-DRB1*01和HLA-DRB1*03为NMOSD易患基因的可能性极大。然而，HLA-DRB1*03也曾被许多学者指出与MS的敏感性相关[9,10]。在对加勒比黑人的研究中显示，HLA-DRB1*03等位基因在NMO-IgG阳性的NMOSD患者以及未患患者群中存在频率无明显差异[11]。与此结果相似的为Matsuchita在日本地区的研究，HLA-DRB1*0301基因表型的出现频率并不与NMO-IgG阳性相关[12]。2011年我国一项研究表明DRB1*1602等位基因的出现与AQP4抗体阳性的NMO患者有关[13]。Satoshi[14]等通过对日本地区NMOSD以及MS患者对比，也证实DRB1*1602是NMO-IgG抗体阳性NMO患者的易感基因。然而可能由于DRB1*1602基因与其他等位基因的相互关系不明确，也相应增加了MS的易感性。除此之外，DRB1*1602基因还被发现与多种自身免疫疾病的易感性相关，如甲状腺机能亢进及幼年初发型系统性红斑狼疮。一些关于NMO患者HLA基因的研究指出，等位基因DPB1*0501增加了日本人罹患NMO的风险。HLA-DQA1、DQB1的等位基因系列与NMO、MS及健康对照组出现频率均无明显差异。HLA-DQB1*0402出现于部分NMO患者，而DQB1*06及DRB1*15出现于MS的频率较高。研究表明，日本地区以及我国南方汉族人群的NMO患者发病与DPB1*0501等位基因相关[11,14]。目前关于NMOSD易感单倍体的研究尚缺乏统计证据。DRB1*1602和DPB1*0501均是体液免疫反应为主的自身免疫疾病的易感基因，且在我国南方汉族人群中上述两者合成的单倍体出现频率NMO患者明显增加，但仍未达到统计学意义，有待观察。

3.2 水通道蛋白4(AQP4)基因 NMO的发病机制仍不十分明确，但水通道蛋白4(AQP4)对NMO具有特异性及致病性。AQP4包含5个外显子，存在M1和M23两种蛋白异构体。脑组织中主要为M23型，其形成的正交排列结构(orthogonal arrays of particles,OAP)是NMO-IgG起病理作用的先决条件[15]。人类AQP4基因在非翻译区(untranslated regions,UTR),包括5’-UTR和3’-UTR区，存在多个单核苷酸多态性(SNP)位点。这些SNP碱基改变则可能会影响AQP4蛋白分子结构改变或引起M1/M23失衡，从而导致NMO发生。Matiello[16]等对美国人群的NMO患者的AQP4基因8个SNP位点进行关联分析和双向测序，结果表明SNP22695167位点与健康对照组比较有统计学差异，且在测序阶段发现的新位点SNP2269535，起突变可导致AQP4蛋白结构改变从而可能对NMO有特异性。麦卫华等研究发现AQP4启动子区0中1 003位点A-G突变，启动子1区400与401位点间的插入突变，可能与NMO易患性有关。中国邱伟[17]等通过对NMO患者AQP4基因分析得出，该基因编码区基因多态性与NMO发病无明显特异性，而且，在3’非编码区还存在一些多态性位点可能降低国人患NMO的风险。随后，邱伟等人通过研究得出，microRNA-323-3P可通过与3’非编码区的SNP结合，从而抑制AQP4基因的表达。无独有偶，早在2010年，Sepramaniam也曾报道，miRNA-320a与AQP4 3’-UTR区结合抑制AQP4表达[18],以及miRNA-130a则可直接抑制AQP4-M1启动子区的转录而调控其表达[19]。Mikihide[20]等最近开展了关于日本NMO患者中NMO-IgG抗体阳性者与AQP4基因多态性的分析研究。该实验对16名AQP4抗体阳性NMO患者以及255名健康对照者AQP4基因的所有外显子以及5’末端荧光标记的单核苷酸多态性进行统计分析，结果显示rs2075575的等位基因T增加了AQP4抗体阳性者的患病风险。然而，此前一项关于中国南方汉族NMO患者的类似实验却得出了相反的结论。总之，AQP4基因多态性与NMO发病机制的研究是热点亦是难点，还需大量的研究实验来进一步探索。

3.3 AQP4抗体生成基因 NMO-IgG抗体在NMO的发病中起重要作用，NMO-IgG抗体可能通过补体依赖功能破坏星形胶质细胞，最终导致兴奋性谷氨酸及水平衡障碍。因此，寻找NMO-IgG抗体产生的基因也成为热点之一。麦卫华等发现的AQP4启动子区SNPrs151244位点A-G突变在NMO患者发生率显著升高，提示此位点可能于AQP4抗体产生有关。然而在后期进行的大样本量的试验中，此结论未被证实。前文中提及的Matsushita[12]等通过对NMO-IgG抗体阳性及阴性的日本NMO患者比较后发现，抗体阳性者携带DPB1*0501基因型的比率高于阴性及健康对照组，提示DPB1*0501基因可能与该抗体产生相关。2013年，Yoshimura[21]不但验证了DPB1*0501基因与NMO-IgG抗体产生有关，还发现HLA-DRB1*1602也可能发挥着相同的作用。我国学者通过对南方NMO患者HLA基因分析，再次验证了日本学者的结论。然而，前文提到的法国Zephir[8]等对高加索人群中45例NMO患者进行的HLA基因分析表明NMO-IgG抗体的产生与DPB1*0501基因无关。对此，我认为可能提示NMO患者因种族不同其生产AQP4抗体的易感基因可能也不尽相同。因此，HLA基因在NMO-IgG抗体的产生中发挥重要作用。

3.4 其他基因 胆固醇-羟化酶基因启动子区rs3808607对NMO有保护作用，但该结果有待于更大样本量及不同人群重复验证。Liu[22]等通过对中国南方汉族NMO患者CD226基因rs763361位点碱基的非同义突变的研究，发现TT基因型与NMO患病相关而与MS无关。然而韩国一组研究小组却得出相反结论。该小组随机抽选178名韩国NMO患者及237名健康对照，对这些人CD226基因14个SNP位点(包括rs763361)进行逐一筛查，结果得出两组人群差异无统计学意义[23]。这种结果的不同或许与种族差异有关。在之前的一项基因组研究中，cluster of differentiation 58(CD58)基因被证实与高加索人及美国人的MS发病相关[24]。由此有人推测CD58可能也是NMO的易患基因。2014年，Jason[25]等人通过对98名NMO患者及237名健康对照者CD58基因多态性对比分析得出，CD58基因与韩国人群NMO的易感性相关，其机制可能为rs2300747位点的碱基为A的基因型，可以抑制CD58 RNA的表达，从而增加了NMO的易感性。另外，CD58基因组中rs1016140位点G等位基因可通过增加T细胞活性，从而促进AQP4抗体进入中枢神经系统导致NMO的发病。

IL2RA多数情况下集中表达在调节性T细胞表面，调节机体的的免疫功能，使其处于平衡状态，并且抑制机体自身的免疫反应。大量研究证实IL2RA的基因多态性与MS相关，而关于其与NMO两者关系的报道极其少见。Dai[26]等人对我国南方NMO患者IL2RA基因的两个SNP位点(rs2104286、rs12722489)的统计比较，发现IL2RA基因rs2104286显现基因G的频率NMO患者明显高于普通康健人群，提示rs2104286位点的等位碱基G可能与NMO相关。日本学者Ainiding等人的报道却指出，rs2104286-TT基因型和rs12722489-CC基因型可以改善女性MS患者的病情，然而对于男性MS及所有NMO患者均无显著影响[27]。因此，IL2RA基因多态性与MS及NMO的关系还有待进一步加深探索。Kim等人还对亚洲人群炎性脱髓鞘患者IL7R基因多态性的统计分析得出，IL7R基因可能与MS、NMO的发病均相关，Meta分析的结果显示相较于高加索人，rs6897932位点与亚洲人群患病率更加密切相关[28]。2015年，庄等[29]将IL-7的6个具有多态性的位点(rs1520333、rs1545298、rs4739140、rs6993386、rs7816065、rs2887502)和IL7RA的rs6897932位点在我国东南地区汉族MS、NMO患者中逐一进行研究，结果指出IL-7RA(rs6897932)与NMO尤其是NMO-IgG抗体阳性的NMO患者易感性有关；IL-7(rs1520333)与MS有关；MS和NMO关于IL-7(rs2887502)基因型的统计学差异表明两者具有不同的遗传背景。Th17细胞和IL-17可能参与NMO的发病。

研究发现IL-17受体基因rs763780位点T等位基因和TT基因型与中国南方NMO具有明显相关性[30]。还有其他一些如CD6、肿瘤坏死因子受体1A(TNFRSF1A)、干扰素调控因子8(IRF8)等。Park等[31]分析后发现，CD6(rs12288280)、TNFRSF1A(rs767455、rs4149577、rs1800693)与NMO有明显相关性。以上这些易患基因均需不同人群、大样本量的重复研究证实。

3.5 线粒体DNA 关于NMO患者检测到线粒体DNA突变的病例，国内外仅有几例报道。线粒体DNA在Leber遗传性视神经病(Leber’s hereditary optic neuropathy,LHON)的发病中起重要作用，而LHON与NMO都有视神经受损的共同点，因此展开过关于线粒体DNA与NMO易感性的研究，但结果均为阴性[32]。因此，目前尚无确凿证据支持线粒体DNA参与NMO的发病。

NMO/NMOSD发病机制尚不十分清楚，其本身具有遗传异质性，多个基因相互作用共同影响着NMO/NMOSD的发病，加上患病率较低、临床诊断困难、研究方法和实验手段的局限性，使得其遗传学研究相对困难。未来的研究，要进一步扩大样本量，重复试验确保结论的有效性，运用分子生物学技术和恰当的统计学方法，相信未来的一段时间，NMOSD遗传易感基因的研究会有新的发现。

[参考文献]

[1]Wingerchuk DM,Lennon VA,Pittock SJ,et al.Revised diagnositic criteria for neuromyelitis optica[J].Neurology,2006,66:1485-1489.

[2]Jiao Y,Fryer JP,Lennom VA,et al.Updated estimate of AQP4-IgG serostatus and disability outcome in neuromyelitis optica [J].Neurology,2013,81(14):1197-1204.

[3]Mealy MA,Wingerchuk DM,Greenberg BM,et al.Epidemiology of neuromyelitis optica in the United States:a multicenter analysis[J].Arch Neurol,2012,69(9):1176-1180.

[4]Lennom VA,Wingerchuk DM,Kryzer TJ,et al.A serum autoantibody marker of neuromyelitis optica:distinction from multiple sclerasis[J].Lancet,2004,364(9451):2106-2112.

[5]Matiello M,Kim HJ,Kim W,et al.Familial neuromyelitis optica[J].Neurology,2010,75:310-315.

[6] Tanaka Y,Yoshikura N,Harada N,et al.Neuromyelitis optica in Japanese sisters[J].Intern Med,2011,50(22):2829-2832.

[7] Doralina GB,Amilton AB,Antonio CS,et al.HLA-DRB association in neuromyelitis optica is different from that observed in multiple sclerosis[J].Mult Scler,2010,16(1):21-29.

[8]Zephir H,Fajardy I,Outteryck O,et al.Is neuromyelitis optica associ ated with human leukocyte antigen[J].Mult Scler,2009,15(5):571-579.

[9]Spinola H,Lemos A,Couto AR,et al.Human leucocyte antigens class II allele and haplotype association with Type 1 Diabetes in Madeira Island (Portugal)[J].International Journal of Immunogenetics,2017,44(6):305-313.

[10]Marrie RA,Hall N,Sadovnick AD.Multiple sclerosis in First Nations Canadians: A pilot comparison study[J].Multiple Sclerosis Journal-Experimental,Translational and Clinical,2016,2:1-7.

[11]Deschamps R,Paturel L,Jeannin S,et al.Different HLA class II (DRB1 and DQB1) alleles determine either susceptibility or resistance to NMO and multiple sclerosis among the French Afro-Caribbean population.[J].Multiple Sclerosis Journal,2011,17(1):24-31.

[12]Matsushita T,Matsuoka T,Isobe N,et al.Association of the HLA-DPB1*0501 allele with antiaquaporin-4 antibody positivity in Japanese patients with idiopathic central nervous system demyelinating disorders[J].Tissue Antigens,2009,73(2):171-176.

[13]Wang H,Dai Y,Qiu W,et al.HLA-DPB1*0501 is associatied with susceptibility to antibodies positive neuromyelitis optica in Southern Han Chinese[J].Journal of Neuroimmunology,2011,233(1-2):181-184.

[14]Satoshi Y,Noriko I,Takuya M,et al.Distinct genetic and infectious profiles in Japanese neuromyelitis optica patients according to ant i-aquaporin 4 antibody status[J].Neurol Neurosurg Psych,2013,84:29-34.

[15] Phuan PW,Ratelade J,Rossi A,et al.Complement-dependent cytotoxic city in neuromyelitis optica requires aquaporin-4 protein assembly in orthogonal arrays[J].J Biol Chem,2012,287(17):13829-13839.

[16]Matielli M,Schaefer-Klein JL,Hebrink DD,et al.Genetic analysis of aquaporin-4 in neuromyelitis optica[J].Neurology,2011,77:1149-1155.

[17]Qiu Wei,Chang Yanyu,Li Rui,et al.Human aquaporin 4 gene polymorphisms in Chinese patients with neuromyelitis qptica[J].Journal of Neuroimmunology,2014,274:192-196.

[18]Sepramaniam S,Armugam A,Lim KY,et al.MicroRNA 320a functions as a novel endogenous modulator of aquaporins 1 and 4 as well as a potential therapeutic target in cerebral ischemia[J].J Biol Chem,2010,285(38):29223-29230.

[19]Sepramaniam S,Ying LK,Armugam A,et al.MicroRNA 320a functions as novel endogenous modulator of aquaporins 1 and 4 as well as a potential therapeutic target in cerebral ischemia[J].J Biol Chem,2010,285(38):29223-29230.

[20] Mikihide O,Akira M,Tsutomu S,et al.Genetic analysis of the aquaporin-4 gene for anti-AQP4 antibody-positive neuromyelitis optica in a Japanese population[J].Ophthalmol，2016，60:198-205.

[21]Kim JY,Kim HJ,Cheong HS,et al.Lack of association between CD226 genetic variants and inflammatory demyelinating diseases in Korean population[J].Neuro Endocrinol Lett,2013,34(5):402-408.

[22]Liu C,Wang G,Liu H,et al.CD226 Gly307Ser association with neuromyelitis optica in Southern Han Chinese[J].Can J Neurol Sci,2012,39(4):488-490.

[23]Coustet B,Agarwal SK,Gourh P,et al.Association study of ITGAM,ITGAX,and CD58 autoimmune risk loci in systemic sclerosis: results from 2 large European Caucasian cohorts[J].J Rheumatol,2011,38(6):1033-1038.

[24]Jason Yongha Kim,Joon Seol Bae,Ho Jin Kim,et al.CD58 polymorphisms associated with the risk of neuromyelitis optica in a Korean population[J].BMC Neurology,2014,14:57.

[25]Yoshimura S,Isobe N,Matsushita T,et al.Distinct genetic and infectious profiles in Japanese neuromyelitis optica patients according to anti-aquaporin-4 antibody status[J].J Neurol Neurosurg Psychiatry,2013,84:29-34.

[26]Dai Y,Li J,Zhong X,et al.IL2RA allele increases risk of neuromyelitis optica in Southern Han Chinese[J].Can J Neurol Sci,2013,40(6)：832-835.

[27]Ainiding G,Kawano Y,Sato S,et al.Interleukin 2 receptor α chain gene polymorphisms and risks of multiple sclerosis and neuromyelitis optica in southern Japanese[J].J Neurol Sci,2014,337(1～2):147-150.

[28]Kim JY,Cheong HS,Kim HJ,et al.Association analysis of IL7R polymorphisms with inflammatory demyelinating diseases[J].Mol Med Rep,2014,9(2):737-743.

[29]Zhuang JC,Wu L,Qian MZ,et al.Variants of interleukin-7/interleukin-7 receptor alpha are associated with both neuromyelitis optica and multiple sclerosis among Chinese Han Population in Southeastern China[J].Chin Med J,2015,128(22):3062-3068.

[30]Honghao Wang,Xiaonan Zhong,Kai Wang,et al.Interleukin 17 gene polymorphism is associated with anti-aquaporin 4 antibody-pos itive neuromyelitis optica in the Southern Han Chinese-A case control study[J].J Neuro Sci,2012,314:26-28.

[31]Park TJ,Kim HJ,Kim JH,et al.Associations of CD6,TNFRSF1A and IRF8 polymorphisms with risk of inflammatory demyelinating diseases[J].Neuropathol Appl Neurobiol,2013,39:519-530.

[32]Hudson G,Mowbray C,Elson JL,et al.Does mitochondrial DNA predispose to neuromyelitis optica (Devic’s disease)[J].Brain,2008,131(4):e93.