ERAP1基因与银屑病相关性研究进展

包佳，韩建文

（内蒙古医科大学附属医院，内蒙古 呼和浩特 010000）

银屑病是以红斑、鳞屑为主要表现的常见慢性皮肤病，不同人种不同地区患病率存在差异[1]，欧洲患病率最高，美国患病率在2.2%～2.6%之间，而亚洲患病率较低，中国为0.47%[2]，患病率呈现逐年增高的趋势。银屑病在任何年龄段均可发病，但有2个发病高峰，第1个在20～30岁，第2个在50～60岁[3]。银屑病病情易反复，患病后患者心理压力大，易影响个人生活质量，但其病因和发病机制复杂，目前尚不十分清楚，与遗传、免疫、环境等均有相关性。其中遗传背景起着关键作用，通过连锁分析、候选基因关联分析研究、全基因组关联分析研究（GWAS）及全基因组（全外显子）测序研究等多种研究方法，目前已经鉴定的银屑病易感基因已经超过46个，包括：人类白细胞抗原（HLA）-C、内质网氨基肽酶（ERAP）1、晚期角质化包膜蛋白（LCE）基因簇中LCE3C和LCE3B基因缺失（LCE3C_LCE3B-del）、白细胞介素（IL）-4、IL-12B，IL-23A、IL-23R、肿瘤坏死因子受体相关因子3相互作用蛋白2（TRAF3IP2）、NF-κB抑制剂-α（NFKBIA）、解旋酶C诱导干扰素结构域蛋白 1（IFIH1）、Zeta 相关蛋白-70（ZAP70）等[4]，其中以HLA-C与银屑病的关系最为密切。ERAP1与银屑病有相关性已在各种族的研究中得到证实，并且有研究提示该基因与HLA-C有相关性。ERAP1基因为作为一种剪切酶，修饰呈递至主要组织相容性复合体（MHC）Ⅰ类分子的抗原肽[5]，与细胞免疫表达相关，从而参与银屑病发病过程。

1 ERAP1与银屑病

1.1 ERAP1基因的结构与功能 ERAP1位于染色体5q15，序列全长47 379 bp，包含27个外显子，是一种干扰素（IFN）-γ诱导的氨基肽酶，属于锌金属肽酶M1家族。GAMEN和HExxHx18E序列基序是其结构特征。ERAP1的晶体结构示有4个蛋白结构域。结构域Ⅰ（残基46-254）由β-折叠组成，包装催化结构域并通过细长环连接与结构域Ⅳ相互作用。结构域Ⅱ（残基255-529），由N末端亚结构域组成（由1个α-螺旋和5个β-折叠组成），为嗜热菌蛋白酶样催化结构域，可与锌结合，并与外源肽特异性相互作用相关。结构域Ⅲ（残基530-614），由小的β-三明治组成。结构域Ⅳ（残基615-940）由16个大小不等的α-螺旋组成，以8个反向平行的Armadillo/HEAT型螺旋-转角-螺旋重复结构排列而成。形成一个螺旋状碗的凹面表面和闭合状态的拱形催化域，构域Ⅳ从活化位点处延伸，形成一个大的封闭的中心腔，为较大肽提供潜在结合位点[6]。ERAP1作为一种剪切酶，主要修饰内质网中的前体肽，这些前体肽来源于由蛋白水解产生的蛋白水解片段。ERAP1倾向于对疏水的羧基末端的9-16个残基的底物进行水解，可将前体肽（9-16个氨基酸）剪切至8～9个氨基酸，呈递至MHCI类分子形成抗原肽，被抗原加工相关转运体（TAP）有效转运至内质网中[7]。CD8T细胞通过相互作用识别T细胞受体（TCR），从而识别由MHCⅠ类分子提呈的内源性抗原肽，对免疫起调节作用。ERAP1有高度多态性，在ERAP1基因不同的结构和位置上的变异可能对其生物学功能有着潜在的影响，如rs2287987（M349V）位于活性位置，rsl7482078（R725Q） 和 rs27044（Q730E）位于C端空腔的内部表面可能影响底物序列 或 特 异 性 长 度 。 rs26653（R127P），rs30187（K528R）和 rsl0050860（D575N）位于连接区域能够通过依次改变开放和关闭结构而间接影响酶的特异性和活性[8]。

ERAP1还参与几种细胞因子结合蛋白受体的剪切，包括1型肿瘤坏死因子受体（TNF-R1），IL-6受体 α（IL-6Rα）和 2型 IL-1受体（IL-1R2）等，从而下调他们的信号强度，在免疫和炎性反应中起重要作用。研究表明，除银屑病外，ERAP1还与与肿瘤、血压调节、血管生成，强直性脊柱炎、白塞病等多种疾病发病均有相关性[9]。

1.2 ERAP1基因与银屑病遗传学关系 在欧美洲相关研究中，证明多个ERAP1基因变异与银屑病有明显相关性。Tsoi等[10]通过对欧洲10 588例银屑病患者及22 806例健康对照遗传学研究，结果显示，ERAP1基因上的SNP rs27432与银屑病有相关性（P=1.9×10-12，OR=1.20）。Stawczyk-Macieja 等[11]通过对波兰北部人口中148例寻常型银屑病患者及146名健康对照的关联分析研究发现ERAP1 rs26653与银屑病相关（P=3.11×10-5），rs26653等位基因G的存在显著增加了银屑病的发病风险。Wis′niewski等[12]通过波兰461例银屑病患者及454例健康对照进行研究。对ERAP1的SNPs rs27524，rs27044（E730Q），rs30187（R528K），rs2287987（M349V）和rs26653基因及ERAP2（rs2248374）及HLA-C关于银屑病发病风险进行评估进行分析。结果显示，单倍型组合 rs2248374G（-）/rs27524A/rs27044G（Q）/rs30187T（K）/rs2287987T（M）在患者中比例高于对照，并阐明非同义rs30187C＞T将位于结构域III的起始位置的蛋白质编码的氨基酸从精氨酸（R）改变为第528位的赖氨酸（K），使ERAP1表面活性位点未直接接触底物，影响银屑病病原性肽生成，进一步从基因功能角度提示ERAP1参与银屑病的发病机制。

Ombrello等[13]进行了ERAP1与MHCI相关的银屑病、强直性脊柱炎等炎症性疾病致病的研究，其中 ERAP1SNP 包括 rs3734016（E56K）、rs26653（P127R）、rs26618（I276M）、rs27895（G346D）、rs2287987（M349V）、rs30187（K528R）、rs10050860（D575N）、rs17482078（R725Q）、rs27044（Q730E），研究结果示单倍型组合E56/R127/I276/G346/M349/K528/D575/R725/Q730是银屑病发病的危险因素。ERAP1有显著的多态性，其蛋白质不同氨基酸的变化，可以影响酶活性和底物结合。其中，K528R和R725Q可显着降低ERAP1活性。Lys528Arg显着降低ERAP1活性，D575N可以使得ERAP1活性增加。D575N和R725Q 2个变异间有高连锁不平衡（LD），Asp575/Arg725组合显示出比Asn575/Gln725更高的活性。除了对ERAP1活性的直接影响外，K528R多态性影响着ERAP1表达水平的差异。Lys528可以引起较高ERAP1的转录和蛋白质表达。这些研究结果表明ERAP1的多态性影响ERAP1的活性及蛋白质表达，可能与银屑病的发病有关。ERAP1基因与银屑病及强直性脊柱炎均有相关性，rs30187和rs27044同时为银屑病及强直性脊柱炎的变异基因位点，上述单倍体组合不仅为银屑病发病的危险因素，同时也为强直性脊柱炎发病的危险因素。而单倍体组合 E56/P127/I276/G34；6/M349/K528/D575/R725/Q730和E56/R127/I276/G346/M349/K528/D575/R725/E730仅为强直性脊柱炎的危险因素，而在银屑病中并没有相关性。

在亚洲人群中，多项研究也表明ERAP1与银屑病相关。Das等[14]在印度东部人群中911例银屑病患者同1 020例健康对照进行病例对照，研究ERAP1的非同义SNP在不同的外显子中的作用，包括 rs26653（R127P），rs30187（K528R），rs27044（Q730E）。结果显示 rs30187（OR=1.35，P=7.4×10-4）和 rs27044（OR=1.24，P=5.8×10-3）2 个等位基因与银屑病显著相关，而rs26653无显著相关性。对蛋白质结构进行分析结果示rs27044（Q730E）导致长肽结合障碍，rs30187（K528R）影响蛋白质集合的构象分布，由此对ERAP1的调控产生不利影响，参与银屑病的发病过程。上述SNPs位点与银屑病的关系，与欧洲相关研究SNPs与银屑病相关研究结果有所不同，这可能是因为不同地区不同种族的遗传异质性有关。

Tang等[15]对我国人口中9 946例银屑病病例和9 906例对照组进行遗传学研究，结果示ERAP1上的 rs27044（Q730E）和 rs26653（R127P）与银屑病明显相关（分别为 P=2.16×10-14，OR=0.86；P=5.27×10-12，OR=0.87）。rs151823与银屑病可能相关（P=9.98×10-5，OR=0.90），而 rs30187（ERAP1）在这次的研究中未显示与银屑病有关（P＞0.05）。rs27044影响α-螺旋基序的氨基酸730（Q730E），参与ERAP1蛋白内部结构。野生型谷氨酰胺残基是中性的，而突变的谷氨酸残基带负电荷，与α-螺旋和ERAP1的蛋白质骨架相互作用，影响ERAP1抗原提呈过程。韩建文等[16]通过我国寻常型银屑病（PsV）患者289例，对照组292例进行遗传学研究，研究显示ERAP1SNP（rs30187和rs26653）与早发型（发病年龄≤40岁）PsV相关，而与晚发型（发病年龄＞40岁）PsV无关。Fu等[17]进行相关研究，研究结果同样提示rs26653多态性可能会增加中国汉族人群PsV的风险，其CC基因型与C等位基因与PsV的早期发作呈正相关（P=0.036，OR=2.080，95%CI=1.044-4.145；P=0.034，OR=1.443，95%CI=1.028～2.024），并且有家族史的亚组的 PsV 风险增加（P=0.029，OR=2.149，95%CI=1.075 ～4.296；P=0.027，OR=1.466，95%CI=1.044 ～2.059）。Yang等[18]对我国974例银屑病患者（其中关节型银屑病379例，PsV595例）与1181例健康对照进行研究，结果显示rs27524与银屑病有相关性，不仅与 PsV rs27524（P=1.17×10-3，OR=1.27）有相关性，与关节型银屑病也有相关性（P=1.25×10-3，OR=1.32）。

目前报道的与银屑病相关的ERAP1基因变异包 括 有 12 个 ：rs27432、rs26653、rs27524、rs27044、rs30187、rs3734016、rs26618、rs27895、rs2287987、rs10050860、rs17482078、rs151823。由于遗传异质性问题，与银屑病的在不同人群不同地区中，银屑病相关的ERAP1基因遗传变异不完全相同。在欧洲人群与我国汉族人群研究结果相一致的有4个（rs27044、rs26653、rs30187、rs27524），我国汉族人群有研究报道而欧洲人群未报道的银屑病相关遗传变异有rs151823，欧洲人群报道而中国汉族人群未发现的银屑病相关变异有7个（rs27432、rs3734016、rs26618、rs27895、rs2287987、rs10050860、rs17482078）。

1.3 ERAP1与银屑病功能的相关性 冯燕艳[19]运用实时定量反转录聚合酶链法（RT-PCR）和Westernblot的方法，分别从mRNA和蛋白水平，对中国汉族、维吾尔族银屑病患者皮损组织和正常人群皮肤组织中ERAP1的表达水平进行了比较，结果显示免疫组织化学法在银屑病皮损组织和正常皮肤组织基底细胞和树突状细胞均可检测ERAP1蛋白表达。银屑病早期炎性反应较重皮损中大部分生发层细胞ERAP1阳性表达明显增多。而在晚期或稳定期皮损内仅有靠近基底层的少量棘细胞出现阳性表达。western-blot法在银屑病皮损组织和正常皮肤组织中均未检测到ERAP1蛋白。通过逆转录聚合酶链反应（RT-PCR）在人类正常皮肤组织和银屑病皮损组织均检测到ERAP1基因mRNA的表达，但差异无统计学意义。许丽娜等[20]通过对49例银屑病患者进行病程分期（进展期和稳定期2组，退行期未纳入其中），应用免疫组化方法研究ERAP1表达的蛋白质与银屑病的相关性，结果显示进展期和稳定期的PsV患者的皮损中均存在ERAP1蛋白的表达。且稳定期多见ERAP1蛋白在表皮内弥漫性、均一阳性表达，进展期ERAP1蛋白在表皮内上部表达较强，下部表达较弱。这可能与MHCI及CD8+T细胞免疫应答有关：银屑病表皮早期CD8+T及CD4+T浸润，主要为CD4+T细胞，而稳定期多为CD8+T细胞浸润。上述研究提示ERAP1、MHCI、CD8+T可能与银屑病的发病机制有关。

2 ERAP1、HLA与银屑病的关系

2.1 HLA与银屑病 银屑病与MHC区域内的变异密切相关，但其发生发展机制尚未完全阐明。Okada等[21]通过对欧洲9 247例银屑病患者同13 589例健康对照进行关于MHC地区HLA变异与银屑病的易感性进行了精细定位研究。研究结果显示，同既往研究结果一致，HLA-C*0602（OR=3.26）与银屑病发病相关性最强。除此以外，还存在其他风险变异抗原基因相关，包括HLA-A的Val95（OR=1.31，HLA-B 的 Cys67（OR=1.56），Met67（OR=1.44），和Asp9（OR=1.33）。HLA-C*12：03（OR=1.38）和 HLADQA1Arg53（OR=1.07）也与银屑病的易感性相关。Shawkatová 等[22]研究示 DRB1*07（OR=2.56）和DQB1*02（OR=1.09）与银屑病显着相关，而DRB*01（OR=0.05）负相关，并证实HLA-C*06和DRB1*07是银屑病重要的遗传危险因素。HLA基因在疾病的发病机制中的作用尚不完全清楚。这些研究结果有助于阐明这种令人困扰的疾病的发病机制，并确定更具体有效的治疗靶点。

2.2 ERAP1和HLA二者的相关作用对银屑病的影响 通过遗传学相关研究，HLA与ERAP1与银屑病的易感性相关[23]。Stange等[24]通过对欧洲2 622例银屑病及5 667例健康对照分析证实了rs27524和rs30187等位基因与HLA-C有交互作用。Das等[14]在印度东部人群中对于ERAP1、HLA-C*06与银屑病的关系进行分析，发现ERAP1的3个非同义SNPs（rs27044、rs30187、rs26653）仅在 HLA-C*06 阳性时与银屑病有关（分别为 P=1.2×10-2，OR=1.53；P=2.6×10-3，OR=1.85；P=4.9×10-2，OR=1.33）。学者进一步对这3种SNPs分析了HLA-C*06和ERAP1的联合作用对银屑病的影响进行研究，结果显示除外在rs30187的TT变异的情况下，这3种SNPs仅在HLA-C*06等位基因阳性时才产生显着风险。HLAC阳性时，rs26653引起发病风险增加了5～6.5倍，rs30187风险增加了7～8倍，rs27044风险增加了6～7倍。这些数据表明HLA-C*06和ERAP1之间可能存在相互作用。进一步研究示HLA-C*06和rs27044之间相互作用仅与Ⅰ型银屑病相关，这与中国Sun等[25]的研究一致。此项研究表明，ERAP1和HLA可能存在组合效应，不能除外HLA与ERAP1联合作用引起银屑病的发生。

Lysell等[26]通过对瑞典513例银屑病病例与1 235例对照进行遗传学分析，并对患者年龄进行分层分析，结果显示了ERAP1基因上的rs26653与银屑病的相关性不仅限于HLA-C*06：02阳性个体。在发病年龄层（10～20岁）的银屑病患者中，当HLA-C*06：02阴性时，rs26653GC/CC银屑病的易感性相关（OR=1.59）[27]。波兰的一项研究显示ERAP1/ERAP2基因上的单倍体组合rs2248374A/rs2287987T（M）/rs30187C（R）/rs27044C（E）/rs27524G在HLA-C06：02阴性时与银屑病的易感性有关（P=0.01，OR=1.43）[11]。

上述研究提示，ERAP1变异与HLA-C*06：02可能存在相互作用，可增加银屑病的易感性，但是，ERAP1作为银屑病的易感基因，不仅仅在HLAC*06：02阳性的情况下与银屑病相关，在HLAC*06：02阴性的情况下与银屑病也有相关性。此外，研究表明ERAP1还与多个HLA相关疾病有关，包括HLA*A29相关的鸟类脉络膜视网膜病变，HLA*B27相关的强直性脊柱炎，HLA*B51相关的白塞氏病等[28]。因此，ERAP1与HLA如何交互作用对疾病产生影响仍需进一步研究。

3 小结

银屑病为易复发的炎症性皮肤病，ERAP1基因与银屑病的发病可能有相关性。EPAP1基因有高度多态性，变异可能会影响到其结构与功能。由于ERAP1基因参与修饰呈递至MHCⅠ分子的抗原肽，与银屑病相关的ERAP1基因变异可能影响蛋白的活性或表达的改变可能影响抗原剪切提呈过程，进而参与银屑病的发病。在银屑病患者皮损中也可见银屑病ERAP1表达的蛋白。而不同地区不同人群中，与银屑病相关的ERAP1基因变异不尽相同，这可能与遗传异质性有关。ERAP1与HLA-C之间存在相互作用，而这种相互作用可能会影响到银屑病的发病，并影响银屑病的易感性。当HLA-C阴性时，ERAP1与银屑病也有相关性。对于ERAP1及HLA基因如何进行交互作用，又如何参与银屑病的发病目前尚不清楚，仍需要大量的遗传学、功能学方面的研究来阐明。