人类白细胞抗原基因与Graves病相关性的研究进展

马冬艳，王毅鹏

(昆明医科大学附属延安医院内分泌科，昆明 650000)

Graves病(Graves′ disease，GD)是一种由于机体自身对甲状腺的免疫反应引起体内甲状腺激素水平增高从而导致全身多系统代谢亢进的高代谢综合征[1]，是最常见的自身免疫性疾病之一，发病率为1%～1.6%，且女性高发[2]。Brix等[3]进行的一项大型双胞胎研究表明79%的GD易感性可以归因于遗传因素，其中人类白细胞抗原(human leukocyte antigen,HLA)基因是GD的重要遗传因子之一[4]。

HLA基因位于第6号染色体短臂上(6p21.31)，是人类基因组中多态性最密集的部分，对先天性免疫和获得性免疫有重要意义[5]。HLA区域编码基因大致分三类：Ⅰ类，包括大多数在细胞表面表达的组织相容性基因(HLA-A、HLA-B、HLA-C)；Ⅱ类，包括在白细胞和免疫细胞上表达的组织相容性基因(HLA-DR、HLA-DP、HLA-DQ)；Ⅲ类，包括一组基因编码分子参与免疫反应和其他与免疫不明显相关的分子。由于HLA基因具有高度多态性且包含许多免疫应答基因，HLA基因与疾病相关性的研究已成为热点[1]，也是GD相关的一个非常重要的候选基因[6]。现就HLA-Ⅰ、HLA-Ⅱ、HLA-Ⅲ类中易感性基因位点、保护性基因位点及各位点之间的连锁不平衡等方面的研究进展予以综述，并探讨变异基因编码蛋白的结构、功能变异可能对GD发病的影响，为进一步的GD发病机制研究提供思路和线索。

1 与GD相关的HLA易感基因

1.1HLA-Ⅰ类易感基因 HLA-Ⅰ类基因包括HLA-A、HLA-B、HLA-C。HLA-Ⅰ类抗原在有核细胞表面表达，参与向CD8+淋巴细胞表达内源性抗原，其变异可能通过呈现出与自身抗原非常相似的微生物抗原，并激活可与自身抗原交叉反应的活性T细胞而诱发自身免疫性疾病[7]。Simmonds等[8]对白种人的研究报道显示HLA-Ⅰ 类易感基因中HLA-C*07与GD的关联性最强。HLA-Ⅰ类易感基因在其他种族中的报道还有日本人种与HLA-A*02、HLA-B*46、HLA-B*3501相关，韩国人种与HLA-B*13相关，南非人种与HLA-A*10、HLA-B*08相关，伊朗人种与HLA-A*68和HLA-B*08相关，中国人种与HLA-A*0207、HLA-B*2704、HLA-B*4601相关[9-11]。

不同种族报道的HLA-Ⅰ类易感基因位点有所差异，如在欧洲研究GD易感基因位点有HLA-B*08，而中国、日本等国家研究HLA-B*08不是GD的易感基因位点；甚至同一HLA-Ⅰ类易感基因位点在不同种族可能表现出相反的作用，如HLA-A*02在日本人的研究中起易感作用[12]，而在白种人中研究发现其发挥保护性作用[13]。不同种族研究结果不一致可能是由HLA基因型的种族多样性或HLA分子与环境因素复杂的相互作用引起，也可能是检测样本量小或样本选取存在差异造成的[14]。

HLA-Ⅰ类易感基因位点的变异及对应基因编码的蛋白的结构和功能改变，可能通过呈现出与自身抗原相似的抗原或增强与甲状腺抗原的结合能力、激活自身杀伤细胞，从而诱发GD自身免疫反应。HLA基因有145个蛋白编码基因，在基因位点核苷酸发生变异时编码的氨基酸组成的蛋白也会发生变异，这种变异可使HLA分子的肽结合区发生显著变化,特别是一些关键位置氨基酸的替换增加了其与大量外来和(或)自身肽结合的能力，从而影响GD的发病。Okada等[15]在对日本GD患者和正常人HLA基因表型及蛋白结构变异的研究中就得到了验证，其研究结果称HLA-A基因编码的第9位氨基酸苯丙氨酸和HLA-B基因编码的第67位氨基酸苯丙氨酸与GD的风险增加有关。但具体是哪种相似的自身抗原、如何增强的结合能力仍需深入研究。

1.2HLA-Ⅱ类易感基因 HLA-Ⅱ类基因包括HLA-DR、HLA-DP、HLA-DQ。HLA-Ⅱ类分子在正常细胞免疫和体液免疫反应中的主要功能是通过抗原呈递细胞的肽键结合槽结合外来肽，后将所结合的外来肽/内源肽导入CD4+T细胞。HLA-Ⅱ类基因的变异可能引起GD的发病，其中HLA-DR3是HLA区第一个被鉴定为对GD起易感作用的基因，后来进一步研究表明HLA-DR3中HLA-DRB1*03:01基因位点尤其重要[16]。目前研究发现HLA-Ⅱ类与GD易感相关的基因位点还有白种人与DRB3*02:02、DQA1*05:01和DQB1*02:01相关；亚洲人种与HLA-DRB1*0803、HLA-DRB1*0901、HLA-DRB1*1403相关；日本人与HLA-DPB1*0501、HLA-DRB1*1403、HLA-DRB1*0803、HLA-DQA1*0103相关；南非人与HLA-DR3和HLA-DR1相关；中国香港与HLA-DR9、DQB1*0303相关；中国台湾人群与HLA-DPB1*0501、HLA-DQB1*0302、HLA-DRB1*1501、HLA-DRB1*1602相关[4,17-18]。然而同一种族的HLA-Ⅱ类基因易感位点研究结果可能不一致，不同的GD类型HLA-Ⅱ类基因易感位点也可能有差异，其可能是由于同种族不同地域、不同GD类型的环境诱发因素不同[19]。

GD患者HLA-Ⅱ类易感基因的可能作用机制是GD患者的甲状腺上皮细胞表现出与正常个体甲状腺不同的HLA-Ⅱ类抗原分子，该类分子与通常表达于抗原呈递细胞的噬菌体和树突状细胞相似，在甲状腺细胞上的异常表达直接通过甲状腺自身抗原呈递启动甲状腺自身免疫。HLA-Ⅱ类易感基因位点对应的蛋白的改变影响抗原结合槽形状的改变及具体改变方向和量可能是HLA-Ⅱ类易感基因在GD发病中作用机制的研究方向。Ban等[20]和Simmonds等[21]通过测序发现HLA-DR3DRβ-1链的第74位精氨酸是GD遗传易感性的关键氨基酸，其机制可能是DRB1链第74位精氨酸改变了抗原结合槽的形状，使结合槽变窄，促进促甲状腺激素受体肽的有效表达，因此DRB1链的第74位的精氨酸变异在GD患者的发病中起重要作用[22]。Wu等[17]研究发现GD易感DRB1*0901基因第74位的残基是谷氨酸，与精氨酸不同，但其仍是GD的易感基因，分析原因可能是HLA-DRβ1链在第70或第71位的氨基酸序列起作用，或第70、71和74位的氨基酸序列组合影响了肽结合亲和力，从而影响GD的发病。Ramgopal等[6]研究报道HLA-DQB1基因编码蛋白中第57位氨基酸为天冬氨酸时与GD易感关联显著。Okada等[15]报道，HLA-DPB1链第35位的亮氨酸与GD的关联最强，并且与第55位谷氨酸存在连锁不平衡。但目前该方向的研究结果较少，仍需深入研究。

1.3HLA-Ⅲ类易感基因 HLA-Ⅲ类基因包括补体系统的组成部分：热激蛋白(heat shock proteins，HSPs)和肿瘤坏死因子(tumor necrosis factor，TNF)。其中TNF主要包括TNF-α，HSPs主要包括HSP70。

1.3.1TNF-α类易感基因 TNF-α在染色体第6号染色体短臂上(6p21.3)，是巨噬细胞和T淋巴细胞分泌的一种重要的多功能细胞因子，具有广泛的生物学效应，包括防止感染、监测肿瘤和刺激炎症反应[23]，TNF-α产物的调控发生在转录水平和转录后水平，基因5′端调控序列控制转录效率。TNF-α单核苷酸多态性可能导致调控位点结构性变化，影响TNF-α产物或调控功能。这些因素结合在一起可以促进自身免疫过程，从而使TNF-α基因成为GD发病的理想候选易感基因，并且在甲状腺细胞中可检测到TNF-α和TNF-α mRNA。Li等[24]的一项Meta分析表明TNF-α基因多态性位点308(G-308A)、863 (C-863A)和1031(T-1031C)与GD有关；Kutluturk等[25]对土耳其人群研究发现TNF-308GA与GD有关；Gu等[26]对汉族人群研究发现TNF-α G+419A与GD有关。然而，目前TNF-α在GD病因学中的遗传易感性还没有得到一致的结果，未来还需要大规模的研究来验证TNF-α基因与GD之间的关联。

1.3.2HSP70类易感基因 HSP70基因位于HLA-Ⅲ类分子区域内，与TNF基因相邻，通过参与抗原的处理和表达，保护细胞免受自然杀伤细胞的侵袭，并赋予抗感染和抗肿瘤免疫功能。因此，HSP70功能的改变可能有助于自身免疫性疾病的发生、发展。HSP70在甲状腺组织中有高表达，Wang等[27]研究表明HSP70-2 +1267 GG基因型和G等位基因与GD发病相关，HSP70-2+1267 GG纯合子可降低HSP70 mRNA水平，随后蛋白质表达水平的降低可能导致细胞应激反应的损害和变性蛋白质的积累，最终导致GD的发生。但HSP70类易感基因与GD相关研究有限、作用机制不明确，仍需要进一步的功能分析来阐明HSP70基因在GD发病中的特殊作用。

2 与GD相关的HLA保护基因

2.1HLA-Ⅰ类保护基因 HLA-Ⅰ类基因不仅有易感基因位点的报道[8]，也有保护基因位点的研究[10, 13]，保护基因位点的变异则可能通过减少自身抗原相似抗原的产生或通过基因编码蛋白的改变抑制与甲状腺抗原结合的能力从而阻碍GD的发生。Mehraji等[10]在伊朗人种中对80例确诊为GD的非血缘关系患者和180例甲状腺功能正常的健康对照者研究中发现GD患者无HLA-A*33，而7.0%的健康对照者有HLA-A*33，提示HLA-A*33的存在可能与GD发生的可能性降低有关。Bernecker等[13]在白种人研究中发现HLA-A2型与GD呈显著负相关，可能对GD有一定的保护作用。Huang等[11]对中国台湾人群中236例GD患者和532例正常对照组研究发现HLA-A*33、HLA-B*58位点发挥明显的保护作用。Simmonds等[8]对收集的英国伯明翰、沃尔索尔、伯恩茅斯和英国埃克塞特等地806例白种人GD患者和487例对照者进行研究发现HLA-C*03、HLA-C*16也发挥保护作用。HLA-Ⅰ类保护基因编码蛋白的变异表达方面，Okada等[15]对日本GD患者和正常人HLA基因表型及蛋白结构变异研究发现HLA-B基因编码的45位谷氨酸与降低GD风险有关，为HLA-Ⅰ类保护基因的研究提出了新观点。

2.2HLA-Ⅱ类保护基因 Cho等[19]在韩国人种研究中首次提出HLA-DRB1*07对GD起保护作用，并相继在Chen等[28]、Zamani等[29]的研究中也得出同样的结论，其中HLA-DRB1*0701是目前大多学者较认同的GD保护位点。Wu等[17]在中国台湾人中通过病例对照研究发现HLA-DRB1*1302对GD有保护作用。Wongsurawat等[18]在泰国人种中对124例GD患者和124名健康对照者进行了HLA-DQA1*0201等位基因频率的比较，发现HLA-DQA1*0201的频率在病例组和对照组中分别为2.0%和7.7%，证明HLA-DQA1*0201可能对泰国人群有保护作用。还有DQB1*0501、DQB1*0602、DQB1*0201等位点的报道[6]。当某些易感基因和保护基因共存时，有报道称保护基因将会抵消易感基因的作用[21，30]，甚至发挥倍增作用，其可能机制是HLA基因保护性位点抑制了调节性T细胞的作用，从而抑制B淋巴细胞的活化，阻碍抗甲状腺自身抗体的产生。

通过对编码蛋白的三维结构分析，研究发现DRβ1链第74位的其他氨基酸，即DRβ1*-Ala74或DRβ1*-Gln74对GD具有保护作用[20-21]。Ramgopal等[6]研究报道HLA-DQB1基因中第57位氨基酸除天冬氨酸外，其他氨基酸对GD有保护作用。Okada等[15]报道HLA-DPβ1第9位组氨酸与GD有独立的相关性且可降低GD的发病风险。

保护基因位点的作用机制研究非常重要，有研究表明保护基因可抑制或抵消易感基因的作用，故需继续对保护基因进行深入研究，可能从保护基因如何抑制或降低易感基因作用方面找到治疗GD的新方法[21,30]。

3 HLA-Ⅰ、HLA-Ⅱ、HLA-Ⅲ类基因之间的连锁不平衡与GD的易感相关性

一种等位基因与疾病发病的相关性机制至少有两种假设：①相关的等位基因本身的基因变异导致疾病的风险增加；②相关的等位基因本身并不引起疾病,而是与其他基因存在连锁不平衡才导致疾病的风险增加[17]。连锁不平衡是指相邻遗传位点等位基因之间的非随机关联[2]，在GD疾病的研究过程中也有很多HLA基因与GD相关的单倍型报道[1,6]。

3.1HLA-Ⅰ与HLA-Ⅱ类基因之间的连锁不平衡与GD的易感相关性 欧洲人种与HLA-B*08和HLA-DRB*03等位基因有强烈的连锁不平衡，更有HLA-B*08-DRB1*03-DQA1*05-DQB1*02的报道；亚洲人种与HLA-B*46、HLA-DRB1*0803、HLA-DRB1*0901、HLA-DRB1*1403等位基因存在连锁不平衡；白种人种与HLA-DQA1*0501-HLA-B8-HLA-DR3单倍型存在连锁不平衡[5，18]。强烈的连锁不平衡使得HLA区域基因变异的确切位置不能被辨别。最早在HLA-Ⅱ类基因研究较普遍时，较多学者认为HLA-Ⅱ在连锁不平衡中占主要地位，尤其是HLA-DRB1*03[8-9,30]。随着HLA-Ⅰ类基因在GD疾病相关性研究的展开发现HLA-Ⅰ类分子的作用并不能被HLA-Ⅱ类分子掩盖，提出在HLA-Ⅰ与HLA-Ⅱ类分子存在连锁不平衡时，两者可能同时发挥作用，也可能HLA-Ⅰ比HLA-Ⅱ类分子发挥更大的作用[8]。

3.2HLA-Ⅱ与HLA-Ⅱ类基因之间的连锁不平衡与GD的易感相关性 白种人HLA-DRB1*03等位基因与HLA-DQB1*0201有强烈的连锁不平衡[31]；韩国人最强烈的连锁是DRB1*0803和DRB1*1602等位基因，紧密联系的单倍体还有DRB1*0803-DQB1*0601和DRB1*1602-DQB1*0502[32]；泰国人种有DRB1*1602-DQA1*0102-DQB1*0502单倍体[17]。在HLA-Ⅱ类的3个基因座DRB1、DQB1和DQA1中，虽然3个HLA-Ⅱ类基因座的等位基因多态性均与GD相关，存在连锁不平衡，但连锁不平衡的作用在DRB1和DQA1之间更明显，DQB1却无明显作用，说明DRB1和DQA1之间的连锁对GD的发病起更重要的作用[21]。

3.3HLA-Ⅱ类与HLA-Ⅲ类之间的连锁不平衡与GD的易感相关性 HLA-Ⅱ类与HLA-Ⅲ类之间的连锁不平衡的报道非常有限，甚至HSP与HLA-Ⅲ类基因的连锁不平衡未见有报道，只在Gu等[26]研究中报道TNF-α(+488、-236、-308)GGA基因与HLA-B8/DR3型单倍体连锁共同影响GD的发展。其可能原因是HLA-Ⅱ类基因的多态性位点非常密集，其研究基本包含整个第2外显子区域，而关于HLA-Ⅲ类基因与GD之间相关性的研究大多主要集中在单核苷酸位点突变，故研究结果较局限。

连锁不平衡可能是某些疾病的易感基因结构，检测连锁不平衡可以在寻找疾病基因方面提供更有价值的信息，因此HLA基因连锁不平衡与GD的关系还需进一步研究。

4 结 语

随着HLA基因与GD相关性研究的逐渐深入，发现HLA基因的变异可能改变HLA-Ⅰ类分子的抗原性、HLA-Ⅱ类分子的抗原呈递作用、HLA-Ⅲ类分子的免疫功能从而诱发GD。HLA基因某些位点对GD起保护作用，虽然机制尚不明确，但有保护性等位基因在降低GD疾病风险方面发挥着倍增作用、保护基因可抵消易感基因作用的观点。在连锁不平衡方面，不再以HLA-Ⅱ类基因为研究中心，HLA-Ⅰ类基因起到的作用越来越受关注。近年来，HLA基因变异引起编码氨基酸的改变导致蛋白三维立体结构的改变，从而引起HLA基因肽结合能力的改变在GD发病中的影响引起人们的重视，使HLA基因与GD相关性的研究从基因层面进一步延伸到蛋白层面，为GD的发病机制研究提供新的靶点，故深入研究HLA基因变异引起编码蛋白的改变及相应肽的结合和呈递能力如何改变具有重要意义。