视神经脊髓炎谱系疾病的遗传学进展

何敏超,汪鸿浩

(华南理工大学附属第二医院,广州市第一人民医院,广东 广州 510180)

视神经脊髓炎谱系疾病(neuromyelitis optica spectrum disorders,NMOSD)是一种选择性侵袭损伤视神经和脊髓的中枢神经系统自身免疫病,累及视神经和脊髓,临床上多为复发病程,相对于多发性硬化,该病亚洲人群更常见。目前认为细胞及体液介导的免疫反应均参与发病,导致损伤部位出现炎症反应。视神经脊髓炎(NMO)机制与多发性硬化(multiple sclerosis,MS)不同,绝大多数患者中会出现抗水通道蛋白4(aquaporin4,AQP4)的IgG抗体(aquaporin4-IgG,AQP4-IgG),可作为NMO特异性的标志,AQP4-IgG与构成血脑屏障的星形胶质细胞的AQP4分布部位一致,能与其特异性结合,表明NMO是一种自身免疫性通道病。在临床治疗上,可使用糖皮质激素、免疫球蛋白、免疫抑制剂(如硫唑嘌呤等),和针对B细胞的单克隆抗体(如利妥昔单抗)等。NMO与遗传和环境因素均密切相关,是遗传和环境因素相互作用的结果。双生子以及家系研究结果表明,显示家族性NMO发病率预期值较散发性病例高,患者亲属中出现该疾病的概率增加,表明遗传因素在疾病中起了重要的作用[1]。为阐明基因遗传因素与NMO的关系,我们参考了历年文献及综述[2～5],并对最新研究进行追踪,从人类白细胞抗原,抗体多态性及细胞因子多态性三个方面为未来该领域相关研究的方向铺垫基础。

1 人类白细胞抗原基因(HLA)多态性与NMO的关系

1.1 HLA多态性具有人种、地域的差距人类主要组织相容性复合体(major histocompatibility complex,MHC)基因区域位于人类第6号染色体短臂,主要编码人类白细胞抗原 (human leukocyte antigen,HLA),有高度遗传多态性,也有人种、地域差异,例如广东汉族人群的HLA-DPB1*2101具有的高频现象。人类MHC区域分为三个区域,因此HLA基因也有3类,I类和II类区域已被广泛报道与自身免疫性疾病有关,其中II类包含DP、DQ、DR等亚区,机制在于HLA-DRB1编码可呈现的主要组织相容性类(MHC) II分子CD4+T细胞的相关抗原导致一系列炎症反应。MHC III类区域与NMOSD相关研究报道则较少。目前有多项文献研究不同人群的HLA区域基因多态性与NMOSD的相关性。

1.2 HLA多态性和NMOSD易感性一项巴西黑白混血人群的研究[6]显示,与健康对照组相比,NMO患者中HLA-DRB1*03等位基因组,与MS的过表达基因(DRB1*15等位基因组)不同,NMO与HLA-DRB3易患基因相关,而MS与HLA-DRB5相关。HLA-DBB1*01和DRB1*10与NMO的关联性和敏感性相关。通过比较里约热内卢的NMO和MS患者HLAⅡ类等位基因[7]。既往的日本人群研究可见HLA-DPB1*0501等位基因的频率在NMO中显著高于健康对照组,而Yoshimura等确认在日本人群中DPB1*0501基因与NMO-IgG抗体产生有关,还发现HLA-DRB1*1602也可能与抗体产生相关[8]。我国人群也再次确认了DPB1*0501与AQP4抗体阳性患者具有相关性[9]。法国地区高加索人群研究显示NMO组DPB1*0501等位基因未升高,该等位基因与白人患者的NMO没有关联,而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[10]。HLA-DRB1*15与多发性硬化相关,但HLA-DRB1*1501的单核苷酸多态性rs3135388则与多人群来源的NMOSD患者(梅奥诊所诊治的,来自世界各地的164例患者)无关[11]。对芬兰人群的HLA研究表明,除2例患者在C3ORF20、PDZD2、C5ORF47和ZNF606中有4个错义变异,1例患者有DZD2变体外,未发现明确的致病基因,结果不支持NMOSD为单一遗传病因[12]。欧洲的全基因组荟萃研究结果显示在人类MHC区域发现补体成分4(complement component 4)基因多态性可能是NMOSD的易感基因[13]。同时发现在HLA-DQA1区域中,rs28383224 位点与 NMO 相关性较强[13]。类似结果在日本人群中也可发现HLA-DQA1*05:03位点与NMO的发病存在显著正相关[14]。其机制在于LA-DQA1*05:03在细胞表面的表达水平明显高于其他DQA1等位基因,其表达强烈依赖于α1结构域的氨基酸序列,并优先选择75位亮氨酸,由HLA-DQA1*05:03编码的HLA-DQ优先呈现免疫优势的AQP4肽,并且在HLA-DQA1*05:03存在时,肽主要组织相容性复合体(peptide major histocompatibility complexes,pMHCs)比其他HLA-DQA1等位基因在能量上更稳定[15]。但在我国的一项研究结果中却未发现 rs28383224 多态性是汉族人群NMO的危险因素,NMO与对照组的比较现实该基因型频率和等位基因频率分布差异均无统计学意义[16]。我国南方汉族人群中的研究显示NMOSD患者的DRB1*0901 频率比对照组低,但及DPB1*0501 的DRB1*1602频率则较正常人群及多发性硬化组更高[9]。日本人群证实了HLA-DPB1*0501与NMOSD有相关性,随后的日本人群研究再次确认了这两个结论:与健康对照组相比,AQP4阳性的NMO/NMOSD患者DRB1*0901的频率显著降低,DRB1*1602和DPB1*0501的频率显著升高[8]。

1.3 HLA区域单倍型和NMOSD易感性PRRC2A(称BAT2)位于MHC III区域内,是多种自身免疫性疾病的易感基因。有研究表明PRRC2A作为遗传易感基因,可增加中国汉族NMOSD和MS的发病风险,但与NMOSD关系更为密切,rs2736163、rs2726157、rs2242659、rs9366785 4个位点在NMOSD AQP4+/AQP4 -组均与健康组显示出显著的统计学差异,而rs1046089可降低 NMOSD的发病风险。单倍型分析发现TCAGCAATAG和ACATAGTAG单倍体型分别在NMOSD AQP4+和NMOSD AQP4-中具有统计学差异,可分别增加患者易感风险[1]。NMO与HLA基因以及补体途径和钾通道的突变有关,使用单倍型分析在塞尔维亚贝尔格莱德人群中进行研究可发现HLA-A*01、B*08、DRB1*03和HLA-A*01、B*08、C*07、DRB1*03、DQB1*02两种单倍型在NMO患者中较正常人群流行,这些单倍型中的HLA分子可能会在几个位点与AQP4相结合,增加NMO发生的风险[17]。一项印度南部的研究显示,HLA-DRB1*10、DRB1*10-DQB1*05及HLA-DRB1*15-DQB1*03等位基因单倍型与NMO显著相关,而DRB1*14等位基因、DRB1*14-DQB1*05单倍型对NMO具有保护作用[18]。

2 非HLA基因和NMOS的易感性分析

2.1 AQP4基因多态性对于NMO来说,最重要的结合抗原为AQP4。AQP4-IgG抗体是NMOSD的特征性病理生理变化,能通过(ADCC和CDC效应)破坏星形胶质细胞,因此寻找 AQP4基因多态性是一项研究热点[4]。目前对AQP4基因多态性与NMO的关系有所争议。人类AQP4基因在非翻译区(untranslatedregions,UTR),包括5’-UTR和3’-UTR区,存在多个单核苷酸多态性位点。AQP4基因3′-UTR区的SNP与国人NMOSD临床表型具有相关性,miRNA 323-3p通过与AQP4基因3′-UTR区某一特定SNP位点(rs1058424,rs3763043,rs335929,rs6508459等)结合并调节来参与NMO发病。一项纳入208 例中国 AQP4-IgG阳性NMOSD病例的研究中,对AQP4的单核苷酸多态性(SNP)位点中的基因型频率进行分析,可见两个3′ UTR SNPs 区的基因(rs1058424的A / T基因型和rs3763043的C / T基因型)在病例组中出现的频率明显高于对照组,而3′ UTR单倍体型ATATGGAT可能对NMO的发病有保护作用[19]。AQP4基因启动子区域或编码区的变异或多态性可影响靶蛋白AQP4表达,因此可能参与NMOSD的发病。Matiello等[20]对177例散发的和14例家族性的NMO患者、220例经典多发性硬化患者及1143名健康对照组的AQP4基因进行分析,结果在8个候选单核苷酸多态性(single-nucleotide polymorphisms,SNPs)中,发现在患者中3例美国非洲裔NMOSD患者中(其中两人有基因相关联性)及1例对照组中,18号染色体22695167位点D184E (NC 18.8;chrom pos. 22695167: T>A)与NMO的发病相关,出现非同义突变。另外,在Arg19 (R19I和R19T)尚检测到2种不同的错义等位基因突变。因此他们得到结论,除1个罕见SNP外,未检测到SNP与NMO相关,不支持AQP4遗传变异导致NMO整体易感性的假设。

王青松等[21]对72例NMO患者基因进行研究,在AQP4基因5号外显子区域共发现3个单核苷酸多态性位点,分别为第9414位、第9416位、第9524位核苷酸位点,其突变引起了血清抗体滴度的增加,可能对AQP4基因胞外特异性多肽片段产生重要影响,而在对照研究组中均未发现,其机制可能是最终影响了抗原抗体结合。南方汉族人群的研究中,AQP4抗体阳性患者的AQP4启动子0-1003 bp (A-G)位点多态性频率显著高于阴性患者及对照组,无论AQP4抗体是否阳性,所有患者的AQP4启动子1 -401 bp～-400 bp (C插入)位点多态性频率显著高于对照组,而AQP4 SNP与多数汉族AQP4-IgG阳性患者发病无明显相关性,但少数患者可能存在AQP4基因多态性改变,例如SNP rs3763043的G>A及rs14393的C>A[22]。但针对中国北方人群的NMO研究则有不同意见,在6个AQP4 snp通过高分辨率熔融(high-resolution melting,HRM)方法进行基因分型后结果显示AQP4常见基因多态性与AQP4的易感性无关[23]。类似观点的还有一项韩国研究,他们选择7个常见的AQP4 多态性位点进行分析,结果显示无相关性[24]。日本一项研究[25]对16例NMO患者及255名健康对照者进行了比较,对AQP4基因全外显子扩增,结果在任何编码外显子区域未检测到已知或新的突变。在AQP抗体阳性的患者中启动子区-810 bp位点(rs2075575)T等位基因的频率明显高于对照组,其余位点与对照组相比无显著差异,他们认为rs2075575的T等位基因是AQP4-IgG阳性NMO的风险因素。这与中国南方汉族人研究结果相反[26],原因可能在于存在连锁不平,种族因素等因素。

2.2 细胞因子相关基因细胞因子在免疫反应中起重要作用,其基因多态性与NMOSD患者易感是否相关是一个研究热点。肿瘤坏死因子(tumor necrosis factor,TNF)包括α和β(TNF-α和 TNF-β)两种,在免疫应答过程中起诱导细胞程序性死亡或凋亡的作用,并参与调节增殖、分化、生长和免疫反应。一项针对50例NMOSD患者的研究[27]显示,虽然NMOSD组血清TNFα及TNFβ水平在急性期高于缓解期和健康对照组,但TNFα基因(rs1800629)和 TNFβ基因(rs909253)的多态性与 NMOSD 患者的易感性不相关,可能原因在于调节TNFα和 TNFβ分泌的基因位点为其他位点、其他基因或连锁基因共同调节。干扰素-γ(interferon-γ,IFN-γ)在NMOSD发病中起促进作用[28]。rs2430561位点与IFN-γ的生成关系密切,但IFN-γ的rs2430561(A/T)和rs2234685(A/G)基因多态性与NMOSD易感性不相关[29]。NMOSD患者中可发现一种新的TNFSF13B变异位点(3’UTR区变异,c.*14T>C)[1]。白细胞介素-7 (IL-7)和白细胞介素-7受体α (IL-7Rα)在在自身免疫淋巴细胞的分化中起作用,在中国东南部汉族人群中IL-7RA变异(rs6897932)与NMO特别是NMO-IgG阳性患者相关,IL-7变异(rs1520333)与MS患者相关[30]。上述研究均表明NMOSD与MS两种疾病的遗传背景不同。而在中国东南部汉族人群中,NMO患者IL-7的rs763780 T等位基因和TT基因型的频率显著高于对照组,该基因型可能增加南方汉族对NMO的易感性[31]。分化抗原群58(Cluster of differentiation 58,CD58),CD40,CD226,胆固醇-羟化酶、白介素2受体α亚基、Fc受体样3、线粒体基因都被认为与NMO有关系,多项实验对此进行了研究[32]。一项纳入162例患者的CD40基因SNP与NMOSD相关性研究中,结果显示rs3765459变异与NMOSD易感相关;而 rs6074022,rs1883832,rs4810485可能为NMOSD的保护基因(但经Bonferroni调整后无显著差异)[33]。信号传导及转录激活蛋白(signal transducer and activator of transcription,STAT) 包括7个结构和功能相关的蛋白,STAT4与Thl细胞产生细胞因子相关。Shi等在233例确诊NMOSD患者人群中检测了5个STAT4 SNPs,发现4个SNPs(rs7574865 T,rs10181656 G,rs10168266 T,rs13426947 A)与NMOSD风险增加有显著相关,rs7601754的G等位基因则对NMOSD具有保护作用[34]。Fc受体样3(Fc receptor-like 3,FCRL3)基因与炎症脱髓鞘疾病相关,一项纳入132例NMOSD患者的研究[35]显示,对FCRL3基因研究显示,4个SNP位点,rs7528684,rs945635,rs3761959和rs2282284(FCRL3_3*C, 5*C, 6*A, 8*G)与NMOSD易感性相关,可能为中国汉族人口的NMO的易感基因。另一项纳入150例患者的研究[36]中,在FCRL3的15个SNPs中选出6个进行分析,发现-1901A>G的G等位基因及-658C>T的T等位基因为中国人群的遗传危险因素。。CD226基因的非同义交换与自身免疫疾病相关,在一项中国南方汉族人群的研究显示,CD226 Gly307Ser(rs763361)的TT基因型可能与南方汉族的NMO风险相关,而与MS无关[37]。胆固醇-羟化酶(cholesterol 7-hydroxylase,CYP7A1)基因启动区的SNP(rs3808607)对NMO具有保护作用,携带rs3808607“G/G”基因型的患者比携带“T/G”基因型的患者对NMO风险的保护作用更高,在一项98例韩国NMO患者的研究中可见CD58的基因突变也与NMO的易感性相关,其机制可能为rs2300747的A等位基因可能会降低CD58 RNA的表达,从而增加NMO的风险,同时rs1016140的G等位基因导致T细胞活性增加,从而使AQP4抗体进入中枢神经系统(CNS),最终导致NMO的发生[38]。我国一项230例NMO患者的研究[39]则认为CD58基因的5个SNPs与NMOSD风险增加显著相关(rs2300747、rs1335532、rss56302466、rs1016140和rs12044852),单倍型TAGCCCAA显著增加NMOSD的风险,而TATTACGG显著降低风险。在中国广州一项纳入198例NMO患者的研究中,B细胞支架蛋白与锚蛋白重复序列1(B cell scaffold protein with ankyrin repeats 1,BANK1)的rs4522865、信号传导和转录激活因子(signal transducer and activator of transcription 4,STAT4)的rs7574865及一般转录因子Iii(general transcription factor Iii,GTF2I)的rs73366469与NMO具有相关性[40]。台湾的一项利用全外显子组测序(whole exome sequencing,WES)研究NMO患者中CD33基因变异情况,发现CD33基因第4外显子缺失19个碱基对,导致移码过早截断蛋白分离,CD33抑制功能的丧失最终影响NMO患者免疫系统的调节[41]。患者对激素治疗的反应效果不同,为研究对甲基强的松龙治疗反应不同的NMO患者间是否存在基因差异,Dai等在中国汉族人群中进行研究,结果可见ABCB1(ATP binding cassette subfamily B member 1,又叫做CD243)的G2677T/A (rs2032582)多态性与激素反应相关,GG基因型患者的视觉锐度(vision acuity,VA)评分变化明显低于T/A基因型患者,T/A基因型比GG及G T/A基因型在糖皮质激素抵抗的风险分别增加3.53倍和2.67倍,而AQP4-IgG+的患者TAT/TTT单倍型(ABCB1 C3435T- 2677T/A-C1236T)较其他单倍型具有保护作用(糖皮质激素抵抗可能为0.54倍)[42]。一项针对中国汉族人群的B淋巴样酪氨酸激酶(B-lymphoid tyrosine kinase,BLK)研究中,rs2248932的次要等位基因G与NMOSD具有相关性,AQP4-IgG抗体阳性者的rs2248932次要等位基因G频率显著低于健康对照组,NMO患者抗体阴性群体中rs2248932的GG基因型频率高于阳性者,BLK mRNA表达水平低于健康对照组,GG基因型具有保护作用[43]。

2.3 其他基因妊娠可显著影响NMO的疾病过程,NMO的发生可能与雌激素有关,雌激素受体(estrogen receptor,ER)可分为ERα和ERβ两种。我国汉族健康人群ERα基因型的分布以pp型、xx型及ppxx型为主,PP型和XX型占少数。ERα基因XbaⅠ多态性与NMO相关,Xx基因型为危险因素,其病程长于XX基因型,而ERα基因PvuⅡ、ERβ基因RsaⅠ和AluⅠ的多态性均与NMO无关。白介素2受体α亚基(interleukin 2 receptor alpha subunit,IL2RA)抑制机体的的免疫功能,使其处于平衡状态。Dai等研究了中国南方汉族人群中IL2RA SNP rs2104286和rs12722489以及IL7RA SNP rs6897932与NMO的关系,结果显示NMO患者IL2RA基因rs2104286(G)频率显著高于对照组,其他位点无相关性[44]。但在一项关于日本南方人群NMO的研究中,对IL2RA的rs2104286、rs12722489和rs7090512位点与NMO的研究中,未观察到3种IL2RA的SNPs与疾病发展的显著相关性[45]。肿瘤坏死因子配体超家族成员4 (tumor necrosis factor ligand superfamily member 4,TNFSF4) 编码免疫系统重要的共刺激分子。既往欧洲人群的研究显示CD6、TNFRSF1A和IRF8的单核苷酸多态性(snp)与MS之间存在关联,Park等研究了亚洲人群中(韩国)三个基因与NMO的关系,结果发现CD6基因中的1个SNP (rs12288280)和TNFRSF1A基因中的3个SNP (rs767455、rs4149577和rs1800693)与NMO相关,IRF8多态性与NMO没有关联[46]。而Lian等在中国人群中发现TNFSF4的rs844648与NMOSD风险增加相关,在隐性模型下,rs844648和rs704840均与NMOSD的发生存在显著相关性,连锁不平衡分析显示TNFSF4中存在两个区域;在一个区块中,单倍型Ars844648Grs704840显著增加了NMOSD的风险,而Grs844648Trs704840则降低了患病风险[47]。对于线粒体DNA与NMO易感性的研究仅有病例报道,结果均为阴性,目前尚无明确证据支持线粒体DNA与NMO发病相关。全外显子高通量测序未HLA,AQP4等热门相关突变位点。