脓毒症遗传易感性研究进展

周江 方志成 冯莹

脓毒症是指感染因素引起的宿主反应失调导致危及生命的器官功能障碍，是ICU病人的一种严重且频繁的并发症。该病症具有患病率高、死亡率高、费用高的特点，已经成为威胁人类健康的重要疾病之一。脓毒症的病理机制非常复杂，涉及炎症、免疫和凝血功能等多个方面，其治疗措施主要是控制感染、积极治疗原发病和器官支持等，但缺乏有效的、针对性的治疗方案。相同感染病原体所致的脓毒症患者采用相似的治疗方案，其病理生理表现、易患性、疗效和预后可能存在巨大差异。这些提示我们不同个体间的差异可能与基因性和遗传有关。

炎症相关基因

一、肿瘤坏死因子基因

肿瘤坏死因子α(Tumour necrosis factor-α，TNF-α)是一种在感染性刺激后由激活的免疫细胞迅速释放的蛋白质，在脓毒症的发生和转归过程中起直接作用的炎症因子，也是脓毒症中研究最深入也最重要的细胞因子之一。多项研究表明，血清TNF-α水平与脓毒症严重程度成正比。人类TNF-α基因定位于染色体6p21.4区域，与主要组织相容性复合体(major histocompatibility complex，MHC)基因紧密连锁位于HLA-B和HLA-C2位点之间的MHC3类基因区内。目前对TNF-α基因多态性的研究主要集中在启动子区域上游的一些位点，例如-238、-308、-376和+489等位点，研究表明这些多态性位点可以增加脓毒症易感性。Teuffel等人在2010年第一次报告了rs1800629位点的A等位基因可以增加脓毒症的发病风险。在脓毒性休克患者中，携带A等位基因的患者比携带G等位基因的患者的死亡率更高[1]。在亚洲人群中，TNF-αrs1800629和rs361525位点的G/A基因型多态性与脓毒症风险之间存在正相关[2]，可能是在-308(rs1800629)或-238(rs361525)处从G到A的突变影响脓毒症患者的正常TNF-α产生、分泌或功能。

二、白细胞介素基因

白细胞介素(interleukin，IL)是由多种细胞产生并作用于多种细胞的一类细胞因子，目前至少发现了38种白细胞介素，分别命名为IL-1～IL-38。IL在传递信息、激活与调节免疫细胞、介导T、B细胞活化、增殖与分化及在炎症反应中起重要作用。

IL-6是由位于染色体7p2区域的一个基因编码的一种能够刺激活化B细胞增殖，分泌抗体；刺激T细胞增殖及活化；刺激肝细胞合成急性期蛋白，参与炎症反应；促进血细胞发育的多功能细胞因子。IL-6在感染性损伤的全身炎症反应中起着关键的促炎作用，其表达水平与脓毒症严重程度和死亡率相关。研究表明IL-6-174C等位基因与非洲裔美国婴儿晚期血源性感染的发病率增加相关。在具有C等位基因的非洲裔美国婴儿中，晚期血源性感染的发生率为20/29(69%)，而纯合子GG型婴儿中为94/204(46%)。IL-6-174 G/C多态性的C等位基因可能增加儿童脓毒症的易感性和婴儿的血源性感染，甚至在某些婴儿群体中更倾向于发生真菌感染[3]。而Harding等人对157例早产儿的研究中发现，败血症患儿的IL-6-174 GG基因频率明显高于非败血症患儿[4]。Ahrens等人在一项类似的研究中发现，IL-6-174GG单核苷酸多态性表达也可增加患者患脓毒症的风险[5]。

IL-10由Th2亚群淋巴细胞释放，通过中和IL-1和TNF的促炎作用而介导免疫应答，对脂多糖诱导的病因有保护作用。血浆IL-10水平升高表明存在严重的炎症，并与脓毒症的严重程度和死亡率有关。研究表明IL-10-1082(rs1800896)位点的单核苷酸多态性(Single Nucleotide Polymorphism，SNP)与感染的发生密切相关。Stanilova等人的研究显示，重度败血症患者的IL-10-1082位点A等位基因频率显著高于健康对照组，存活患者IL-10-1082位点G等位基因频率显著低于健康对照组，IL-10-1082多态性的A等位基因与脓毒症易感性相关，而G等位基因与IL-10水平升高和严重脓毒症患者的死亡率增加相关[6]。另一方面，Cardoso等人发现IL-10-1082位点AA纯合子患者发生败血性休克的几率几乎是杂合子5倍[7]。而IL-10rs1800896 A等位基因中的单核苷酸多态性可以作为肺炎性败血症的风险指标；IL-10rs1800896位点多态性与败血症的发生有关，与AA基因型相比，GG + AG基因型患脓毒症风险增加，提示在IL-10 rs1800896位点，GG + AG基因型与术后败血症的易感性密切相关[8]。

此外，Gao J等人研究发现IL-1α-C899T，IL-1β-G1470C，IL-1β-C511T，IL-1β-C31T基因位点与脓毒症的发生密切相关[9]。IL-17rs1974226A基因型患者对革兰氏阳性菌感染的易感性增加[10]；苗天宇等人研究表明IL-21rs2055979位点的等位基因A和rs12508721位点的等位基因T可能增加脓毒症风险[11]；IL-27多态性与中国汉族人群脓毒症的进展有显著的关联，rs153109(-964 A>G)可通过调节其启动子活性，上调IL-27的转录和翻译，进而促进促炎细胞因子的分泌，从而增加IL-27基因的转录，从而与脓毒症的严重程度和预后密切相关[12]。而其它白细胞介素家族与脓毒症遗传易感性之间的关系也有待进一步研究。

模式识别受体及其相关蛋白基因

一、Toll样受体(Toll-like receptor，TLR)基因

TLR作为一种重要的模式识别受体(pattern recognition receptor，PPR)，能够特异性识别病原相关分子模式(pathogen associated molecular pattern，PAMP)。研究显示，TLR相关信号通路在脓毒症的发病机制中发挥着十分重要的作用。Abu-Maziad等人研究了TLR基因单核苷酸多态性，发现TLR2和TLR5基因的多态性与败血症有关。TLR2基因rs3804099和rs3804100位点SNP与革兰氏阳性感染显著相关；TLR5基因rs5744105位点SNP与肺炎性脓毒症显著相关[13]。此外TLR4多态性位点Asp299Gly和Thr399lle是脓毒症和肺炎发展的独立危险因素[14]。其他一些研究也发现了TLR2 Arg753Gln(G2408A)多态性与脓毒症风险有显著相关性[15]。在调整了年龄、全层烧伤面积、种族和性别之后，携带G等位基因烧伤后发生严重脓毒症的风险至少是AA纯合子的1.8倍[16]。

二、白细胞分化抗原(Cluster of Differentiation，CD)基因

CD14主要由单核细胞和巨噬细胞产生，人类CD14氨基酸序列中39-44位区段是结合内毒素(Lipopolysaccharides，LPS)的必要部分，该结构可能在识别LPS中发挥关键作用。随着对脓毒症研究的不断深入，人们发现CD14在脓毒症发生发展中起重要作用。大量的研究报告表明CD14基因SNP与败血症发病率及死亡率有关。CD14-159 C/T(rs 2569190)位于CD 14基因启动子区5′UTR上，是一种功能多态性位点。研究发现，CD 14-159 C/T主要通过调控CD14的表达水平进而影响疾病的发展进程，亚洲人群的亚型分析表明，T等位基因和CD 14-159 TT基因型与脓毒症易感性有关[17]。

CD 86广泛表达于免疫系统细胞中，参与多种炎症机制，能激活T细胞，调节受损的树突状细胞、B淋巴细胞和巨噬细胞等。CD86基因位于染色体3q21上，由8个外显子组成，CD 86基因的遗传变异可能影响其基因表达，从而导致人类疾病的发生。CD 86可通过CD 28/CTLA-4途径调节T细胞反应。研究发现多态性rs1129055位点的GA基因型与败血症风险增加显著相关，rs1915087位点的TT基因型是败血症的危险因素[18]。

三、 晚期糖基化终产物受体(the Receptorof Advanced Glycation Endproducts，RAGE)启动子基因

RAGE是细胞表面分子免疫球蛋白家族的成员，RAGE基因主要位于组织相容性复合体Ⅲ(major histocompatibility complexⅢ，MHC Ⅲ)第6p21.3号染色体上。RAGE与RAGE配体之间的相互作用通过多种信号通路触发一系列炎症因子(包括IL-6、IL-8、IL-1和肿瘤坏死因子)的表达。RAGE基因的缺失或RAGE信号的抑制，显著降低炎症因子的表达水平及脓毒症的发病率。RAGE基因多态性可能通过增加RAGE启动子的转录活性或通过DNA-蛋白质相互作用来促进RAGE基因的转录，最终增强RAGE介导的促炎过程，增加脓毒症的风险，促进脓毒症的发展。在脓毒症患者和健康对照组中，RAGE基因rs1800624和rs 1800625位点的T等位基因在脓毒症患者中的频率显著高于健康对照组[19]。

四、脂多糖结合蛋白(Lipopolysaccharide binding protein，LBP)基因

LBP是宿主天然免疫应答中的关键，并在创伤后脓毒症的病理生理过程中起着至关重要的作用。LBP可以与LPS形成高亲和力的复合物，然后通过CD 14或TLR4-md2将信号传递给细胞，并触发细胞因子和炎症介质的级联反应。rs 2232618位点的多态性是一种功能性变异，可能在脓毒症和MODS的病理生理过程中起重要作用。在对重庆(西南)和浙江(东南)地区创伤患者研究中，LBP基因rs2232618位点的多态性与脓毒症的发生率和多器官功能障碍评分(MOD评分)有显著的相关性；rs2232618多态性与脓毒症的风险明显相关。此外具有C等位基因的患者与T等位基因的患者相比，脓毒症患病率和MOD评分较高，表明rs2232618基因可以影响脓毒症患者的预后[20]。

免疫系统相关基因

一、单核细胞趋化蛋白1(monocyte chemotactic protein 1，MCP-1)基因

人单核细胞趋化蛋白1(MCP-1)基因位于染色体17q11.2-q12上。单核细胞趋化蛋白1(MCP-1)与炎症、感染、愈合时的细胞募集相关，被认为是巨噬细胞趋化和激活的关键因子。大多数趋化因子配体可以与不同的受体结合，但 MCP-1只有CCR2一个受体。MCP-1/CCR2 信号通路参与多种炎性疾病，在胞内菌感染时，敲除CCR2降低单核/巨噬细胞的迁移能力和细菌清除能力。研究发现，MCP-1基因启动子区的两个功能遗传变异rs1024611 A/G和rs2857656 G/C影响MCP-1的表达水平，并导致多种炎症相关疾病的遗传易感性。在败血症组和健康受试者组之间发现rs1024611G等位基因和rs2857656C等位基因存在显著性差异；脓毒症组的rs1024611 AG/GG和rs2857656 GC/CC基因型与对照组相比有统计学差异。结果表明，rs 1024611的G等位基因和rs2857656的C等位基因与脓毒症易感性有关[21]。

二、细胞毒性T淋巴细胞相关抗原4(cytotoxic Tlymphocyte associated antigen-4，CTLA-4)基因

CTLA-4基因位于染色体2q33上，与T细胞反应增强和自身免疫性疾病的易感性有关，研究表明，CTLA-4 rs231775基因对T细胞反应有较弱的抑制作用，并与T细胞活化、增殖和自身免疫性疾病有关。CTLA-4 rs3087243 G等位基因患者与CTLA-4 rs3087243 AA纯合子患者相比，90 d死亡率(分别为27.3%和40.8%；P=0.0024)和28 d死亡率(分别为17.9%和27.5%；P=0.0161)显著降低[22]。虽然CTLA-4多态性和单倍型与脓毒症的严重程度和死亡率有关，但是其分子机制尚不清楚。

凝血系统相关基因

内皮蛋白C受体(EndothelialcellproreinCreceptor，EPCR)是一种主要表达于内皮细胞表面的C蛋白(proteinC，PC)/活化蛋白C(activatedproteinC，APC)高亲和力受体，是一种Ⅰ型跨膜蛋白，与主要的组织相容性复合体I类(major histocompatibility complex1，MHC I)/CD1蛋白家族同源，其与免疫和炎症反应有关。研究表明携带rs2069948C/T基因型的女性和携带rs867186A等位基因的男性患脓毒症的风险增加[23]。EPCR基因的突变通过调节APC的细胞保护和抗凝作用而影响EPCR表达和败血症的发生，从而与脓毒症的发生和发展有关。此外有研究指出PECAM-1373C/G(血小板内皮细胞粘附分子)多态性与脓毒性休克的易感性增加和血清标准蛋白-1水平的升高显著相关[24]。P-选择素基因 SNP位点 C-2123G 的G/G基因型，较G/C或C/C基因型更容易发生严重脓毒症；Walley 和 Russell研究显示，蛋白C-1641AA 基因型与重症脓毒症的低生存率及器官功能障碍的高发生率相关[25]。

自噬相关基因

自噬是一种细胞保护过程，用于调节蛋白质和细胞器，如线粒体的降解，以及细胞内微生物的去除。自噬在败血症等疾病的先天和适应性免疫反应中也起着重要作用。人自噬相关基因5(autophagy-related gene 5，ATG5)位于染色体6q21上，编码276个氨基酸的蛋白质，ATG5是自噬体的重要组成部分，在ATG12-ATG5-ATG16L1复合体的形成，与ATG16L1和ATG12的相互作用及自噬的启动过程中起着重要作用。越来越多的证据表明，在脓毒症晚期ATG5/ATG16L1的表达和自噬活性降低，这可能是导致炎症性失调、线粒体功能障碍和凋亡的原因之一，与脓毒症后的器官功能障碍和死亡率密切相关。研究表明ATG5启动子基因多态性与脓毒症的进展密切相关，rs510432A和rs506027C等位基因的表达水平与脓毒症的严重程度密切相关。rs510432A和rs506027C基因可能通过调节其启动子活性而降低ATG 5的基因转录，进而导致促炎症细胞因子的释放增加，从而增加脓毒症的易感性和预后不良[26]。

线粒体DNA

线粒体DNA 6459(Mitochondrial DNA，mtDNA 6459)位于线粒体编码细胞色素c氧化酶亚基1(MT-CO1)的编码区，是线粒体呼吸链(Mitochondrial respiratory chain，MRC)末端细胞色素c氧化酶(Cytochrome c oxidase，COX)结构的一个功能亚基。目前越来越多的证据表明，线粒体产生的活性氧(Reactive oxygen species，ROS)是由免疫信号调节的，并在自身免疫中发挥作用。ROS被认为是脓毒症过程中引起线粒体损伤的重要因素。mtDNA t6459c突变还通过Toll样受体信号途径，减弱了COX对氧的固定作用，同时也促进了下游ROS的产生。mtDNA t6459c突变通过上述两种方法使ROS产生增加，增加了脓毒症的遗传易感性[27]。

甘露糖结合凝集素(Mannose-binding Lectin，MBL)基因

MBL是急性期蛋白，在病原微生物感染早期，由肝细胞合成和分泌，可直接识别多种病原生物表面的N氨基半乳糖或甘露糖，进而可依次活化MASP1，MASP2，C4，C2，C3，形成一系列酶促反应。甘露糖结合凝集素2(Mannose-binding Lectin 2，MBL2)与脓毒症有着密切的联系，MBL2对脓毒症的潜在影响越来越受到重视。一项甘露糖结合凝集2(MBL2)与脓毒症遗传相关性的Meta分析表明MBL2基因多态性位点(rs 5030737、rs 1800450和rs 1800451)与脓毒症的发生密切相关。研究表明MBL2水平与基因型密切相关，MBL2外显子1的多态性与低MBL2水平相关，且显著增加重症监护病房患儿感染脓毒症和脓毒性休克的风险[28]。 密码子54和57是MBL2基因多态性研究最广泛的两个位点，可降低MBL2基因的表达；携带AB和BB基因型的患儿更易患新生儿败血症，B等位基因增加了新生儿败血症的风险。在中国汉族脓毒症患者中，对MBL2基因rs1800450进行HWE(哈迪-温伯格平衡定律)检测，发现该等位基因可显著增加脓毒症的发生风险，GA基因型与脓毒症的发生密切相关，AA基因型与脓毒症的发生无显著相关性[29]。MBL2基因3种单核苷酸多态性(54，-550，4)与脓毒症的相关性分析结果表明，单核苷酸多态性与脓毒症的发生无关。但启动子54(a/a)和启动子-550(h/h)的纯合性与脓毒症的严重程度有关，与脓毒症的结局无关[30]。

其他

人甲酰基肽受体2(formyl peptide receptor，fpr2，又称ALXR)基因位于19号染色体上。fpr2/ALX通过诱导中性粒细胞脱离、促进中性粒细胞凋亡、促进巨噬细胞分泌和释放抗炎细胞因子而发挥促炎作用。研究表明，fpr2/ALX启动子区rs11666254的SNP 增加了创伤后脓毒症的易感性。携带rs11666254 A等位基因(GA+AA)的患者败血症的发病率明显高于仅携带G等位基因(GG)的患者。这种SNP与细胞fpr2/ALXmRNA和蛋白表达降低有关，而A等位基因降低了fpr2/ALX基因启动子的活性，下调TNF-α和蛋白表达，促进TNF-α的产生。还有研究表明携带突变过氧化物酶体增殖物激活受体(peroxisome proliferators-activated receptorsγ，PPARγ)基因的患者，可能易受过度炎症反应的影响，表现为发生脓毒症和/或预后不良的风险增高[31]。血管紧张素转换酶(Angiotensin converting enzyme，ACE)基因中的一些单核苷酸多态性(SNPs)与感染性休克4周死亡率增加有关，导致预后不良[32]；维生素D受体(VDR FokI rs2228570)多态性也可能在脓毒症易感性中发挥重要作用[33]。一氧化氮合成酶(Nitric oxide synthase，NOS)启动区 -786 位点等位基因C的携带人群更容易发生脓毒症[34]。另外热休克蛋白基因与脓毒性休克有关，其与遗传易感性之间关系有待进一步研究。

结 语

脓毒症是一种多基因疾病，脓毒症的发病牵涉到许多细胞因子和信号转导通路蛋白，其易感性可能受单个基因或多个基因共同影响。各基因间可能存在相互作用或连锁平衡，孤立分析某个基因对脓毒症的影响，意义有限。同时脓毒症的发生发展也受年龄、创伤等多因素影响，因此，今后的研究除需进一步发现更多影响脓毒症易感性的基因外，更重要的是如何将这些易感基因及易感因素进行整合，综合分析其对脓毒症发生发展的影响，并指导脓毒症及脓毒性休克的预防及治疗。