脊柱结核易感性与基因多态性的研究现状

向清华，王瑞阳，茹能，黄巾帼，高天翔，娄兆金，柳青

三峡大学人民医院 湖北省宜昌市第一人民医院骨科，湖北宜昌 443000

结核病（tuberculosis，TB）是世界性疾病，全世界每年新发病数约为1000 万，而每年有130万人死于该疾病[1]。TB 是由于机体感染结核分枝杆菌所引起的一种慢性传染病，80%发生在肺部，称肺结核；余下20%继发感染出现在除肺部之外的其他部位，如骨骼、脑部、消化道等，称肺外结核。10%～35%的肺外结核累及骨与关节，而脊柱结核约占所有骨与关节结核的50%，因循环障碍及结核感染引起椎体病变所致，以腰椎最为多见，胸椎次之，胸腰段占第3 位，颈椎和骶尾椎则较罕见，男女比例约为1.5～2:1[2]。椎骨受结核分枝杆菌感染后，受累椎体出现骨质破坏、干酪样坏死、脓肿形成，进而导致椎骨坏死。椎体因病变及承重发生塌陷，最终导致严重的脊柱畸形和截瘫，引起残疾[3]。脊柱结核的发展是宿主、病原体与环境相互作用的结果，受年龄、性别、生活环境、健康状况以及遗传等多种因素的影响[4]。宿主相关基因多态性越来越多地被发现与脊柱结核易感性有关。随着基因测序技术的进步，国内外已开展了大量病例对照研究以探索脊柱结核的遗传易感性。目前已有相关研究表明肿瘤坏死因子α（tumor necrosis factor-α，TNF-α）、维生素D 受体（vitamin D receptor，VDR）、单核细胞趋化蛋白 1（monocyte chemotactic protein-1，MCP-1）、γ 干扰素（interferor-γ，IFN-γ）、白细胞介素（interleukin，IL）等细胞因子在脊柱结核的发生发展过程中起着重要作用。因此本文对近年来脊柱结核宿主遗传易感性与相关基因多态性方面的研究状况进行综述。

1 TNF-α基因

TNF-α 是由巨噬细胞、树突状细胞和T 淋巴细胞在结核分枝杆菌刺激或感染时产生的一种具有促炎症作用的单核细胞因子。人类TNF-α 基因位于6p21.4、长约3.6kbp，有4 个外显子和3 个内含子，与主要组织相容性抗原复合体基因紧密连锁位于HLA-B 和HLA-C2 位点之间的MHCⅢ类基因区内[5]。TNF-α 基因主要由5 个小卫星序列与数个单核苷酸多态性（single nucleotide polymorphism,SNP）启动区构成，具有高度的多态性和协调性。结核病初期，TNF-α 基因便实时调控TNF-α 的表达。TNF-α诱导巨噬细胞抵抗结核分枝杆菌的入侵并调控T 细胞抑制结核分枝杆菌的生长[6]，可显著诱导机体生成多种细胞因子参与脊柱结核的发生发展过程，通过间接调节相应细胞因子的免疫活性从而增加保护功能。此外，TNF-α 可促进某些特定的细胞因子黏附在结核病灶部位而形成肉芽肿，以防止结核杆菌的生长和扩散[7]。TNF-α 的免疫学功能可密切影响结核分枝杆菌在体内的致病及播散过程。张玉坤等[8]对我国新疆地区脊柱结核患者TNF-α 基因多态性的检测结果显示，TNF-α-308 位点A 等位基因及-238位点GA 基因型频率均高于正常对照组，初步表明TNF-α 基因参与了脊柱结核的发展过程，其多态性促成了脊柱结核的易感性。Zheng 等[9]的研究结果也提示TNF-α-857 位点的多态性是脊柱结核的危险因素，其多态性与中国人群脊柱结核易感性存在一定关联。以上两项研究结果基本一致，初步表明TNF-α 基因多态性与脊柱结核易感性相关。目前国内外关于TNF-α 基因多态性与脊柱结核易感性的研究报道较少，现有研究多数仅针对单个基因位点的多态性与脊柱结核易感性关系的探讨。因此，脊柱结核易感性与TNF-α 基因多态性的相关性仍有待于进一步研究。

2 MCP-1 基因

MCP-1 也称为单核细胞趋化与激活因子，隶属于CC 亚族（β 亚族）趋化因子家族成员，为较强的单核/巨噬细胞趋化因子[10]。MCP-1 的编码基因位于17q11.2-q12 位点的外显子基因，由远端和近端的启动子调控，每个启动子之间约有2.2kb 的DNA 染色体区域。位于启动子区域的单个或多个基因发生改变即可影响MCP-1 基因的转录活性，继而影响下游血清MCP-1 的表达水平[11]。当机体感染结核分枝杆菌时，MCP-1 适时适量的表达，对结核肉芽肿的形成、病灶的包裹和杀灭以及在脊柱结核特异性免疫过程中起到至关重要的作用。张宏其等[12]对湖南省汉族人群脊柱结核患者MCP-1-362 位点基因型的分析发现，MCP-1 启动子区362 位点的CC 基因型频率相较于正常人显著增高，机体内过高表达的MCP-1 反而会降低免疫反应的严重程度并影响肉芽肿的形成，同时可抑制单核细胞的趋化与激活反应[13]。Gao 等[14]对湖南省汉族人群脊柱结核患者MCP-1-2518 位点基因型分析发现GG 基因型和G 等位基因相较于正常人显著增高，与Gong 等[15]研究结果一致，表明MCP-1-2518A/G多态性是脊柱结核易感性的危险因素。Mecabin 等[16]针对阿尔及利亚地区132 名脊柱结核患者以及204 例健康人群核苷酸多态性的检测发现，MCP1rs1024611-2518GG、MCP1rs2857656-362CC 以及MCP1rs3917887int1del554-567del/del纯合子基因型在脊柱结核组中均显著高于对照组，研究结果提示机体内过高表达的MCP-1 会降低免疫反应的严重程度并影响肉芽肿的形成。由此可见，MCP-1 基因多态性与脊柱结核易感性存在相关性。

3 VDR 基因

维生素D 内分泌系统参与调节免疫反应、骨骼代谢以及各种类型细胞的增殖和分化等生物反应过程[17]。VDR 基因位于12q13.11 区域，该基因在多个位点上表现出多态性，包括FokI、Bsml、Apal以及Taql 4 个经典多态位点[18]。其中FokI 代表了1个独立的多态性位点，是位于VDR 起始密码子中的C/T 过渡多态性位点，其多态性可改变氨基酸序列并影响编码蛋白的结构和功能，进而导致VDR无法与1，25-二羟维生素D3有效地结合，最终导致巨噬细胞无法阻碍结核分枝杆菌的胞内生长，降低其对结核分枝杆菌的先天免疫反应[19]。Zhang 等[20]通过对中国湖南地区110 例汉族脊柱结核患者与102例健康志愿者FokI 位点基因型频率的对比研究发现，脊柱结核组ff 基因型频率（50%）明显高于健康对照组（21.86%），与Wang 等[21]的研究结果相同，表明VDR 可能与脊柱结核易感性有关。FokI 位点多态性与VDR 表达增加有关，过高表达的VDR 基因可导致维生素D3缺乏，维生素D3缺乏和骨密度改变可能是脊柱结核的危险因素。Panwar 等[22]对印度地区就VDR Taql 以及Apa1 基因位点多态性的分析发现，VDR Taql 多态性的杂合型TC 和突变型CC基因型（TC+CC）的联合频率、VDR Apa1 多态性的杂合型TG 和突变型GG 基因型（TG+GG）的联合频率在脊柱结核患者中均显著增加，研究结果表明VDR 基因的Taql 以及Apa1 多态性与脊柱结核相关。以上研究表明VDR 基因多态性与脊柱结核的发病呈显著相关性。

4 IFN-γ 基因

IFN 是一类具有高度种属特异性且具有多种功能活性的蛋白质，其成分以糖蛋白为主，主要由单核细胞和淋巴细胞产生[23]。IFN 可分为Ⅰ型、Ⅱ型和Ⅲ型，IFN-γ 也称免疫干扰素，隶属于Ⅱ型干扰素[24]。IFN-γ 是一种由胸腺衍生细胞在特定激活条件下和自然杀伤细胞分泌的免疫调节剂，其抗结核作用主要通过下调巨噬细胞的产生、限制中性粒细胞的招募以及调节结核分枝杆菌所引起的慢性感染过程中的先天和适应性免疫应答[25]。此外，IFN-γ可激活抗原提呈细胞，通过上传转录因子T-bet 促进Ⅰ型辅助T 细胞分化而发挥抗结核免疫作用。IFN-γ 基因长约6kb，包含有4 个外显子及3 个内含子，rs2430561 位点与第1 内含子紧密相邻，该位点的等位基因具有与转录因子NK-kβ 结合活性并对IFN-γ 的转录具有调控作用[26]。IFN-γ 及其受体的基因变异将显著削弱机体抵抗结核分枝杆菌的能力，弱毒力结核分枝杆菌感染即会导致椎体破坏、严重者可发生椎体塌陷、并导致脊柱畸形和瘫痪。吴太锋等[27]在研究脊柱结核患者血清IFN-γ 的表达意义时发现，观察组患者血清IFN-γ 的含量显著高于对照组，且表达水平受基因多态性的影响，提示IFN-γ在脊柱结核的发病中可能起着一定的作用。胡德新等[26]对78 例脊柱结核患者和100 例健康人群中的IFN-γrs2430561 位点基因多态性与脊柱结核易感性关系的病例对照研究中发现该位点A 等位基因为脊柱结核的易感基因。此外，曹太见等[28]将青海地区藏族脊柱结核患者作为研究人群，经检测和统计发现试验组IFN-γ rs2430561 位点的T 等位基因频率以及 T/T 基因型分布频率均高于对照组，说明IFN-γrs2430561T 等位基因存在着过度表达。因此，IFN-γ 基因多态性与脊柱结核易感性密切相关。鉴于研究环境、数量以及种族等因素存在差异，干扰素基因及其受体基因与脊柱结核发病的相关性仍需深入研究。

5 IL 基因

IL 是一类由多种细胞产生且能调节细胞间相互作用的淋巴因子。已发现的IL 共有38 种，分别命名为IL-1～IL-38，其在白细胞或免疫细胞应答过程中发挥传递信息、活化免疫细胞、促进细胞增殖以及免疫调节等作用[29]。IL 与其受体结合后可激活免疫细胞并调节免疫细胞的增殖，在机体受到结核分枝杆菌感染时起到关键性抵抗作用[30]。Ma 等[31]通过对129 例脊柱结核患者以及106 例健康人群IL-10 基因rs1800871（A/G）多态性的检测分析发现，GG 与AG+GG 基因型分布频率与AA 基因型相比，差异有统计学意义，携带G 等位基因的人群将会增加罹患脊柱结核的风险。曹太见等[28]的研究结果也表明，IL-10-1082、IL12-RB1rs436857 位点的多态性与青海地区藏族脊柱结核的发病呈显著相关性；Zhou 等[32]的研究纳入了163 例中国汉族脊柱结核患者，通过序列特异性引物-聚合酶链反应（polymerase chain reaction，PCR）检测IL-18 基因启动子-137 位点的多态性发现，等位基因G 可能是脊柱结核的易感因素。以上研究表明IL 基因及其受体基因多态性与脊柱结核易感性有关。

6 小结

目前已有众多研究集中关注脊柱结核易感性，但是其早期临床症状和影像学表现缺乏特异性，使得当前的实验室诊断和菌种鉴定无法满足脊柱结核早期诊治的需求，给脊柱结核的早期诊断带来极大挑战。基因多态性作为脊柱结核早期诊断的研究热点正逐步应用于临床。本研究结果可初步表明，TNF-α、VDR、MCP-1、IFN-γ、IL 基因及其受体基因与脊柱结核易感性存在关联。深入研究脊柱结核基因层面的易感性以及免疫学机制，将为脊柱结核的预防、早期诊断、治疗及预后提供一些新的思路和策略。