基因变异与急性呼吸窘迫综合征易感性及预后的关联研究进展

陈 遥，宋振举

复旦大学附属中山医院急诊科，上海 200032

ARDS是一种以顽固性低氧血症为特征的弥漫性急性肺泡损伤。研究表明重症监护病房(intensive care unit, ICU)患者中ARDS发病率达10.4%，死亡率约40%[1]。基因变异是指由于突变等原因导致一个基因位点存在不同的基因型，其可影响疾病在携带特定基因型的群体中的特征。单核苷酸多态性(single nucleotide polymorphism, SNP)是基因变异的常见类型，近年来研究发现多个基因的SNPs与ARDS的易感性与预后相关。本文从过度炎症反应、凝血/抗凝系统异常以及毛细血管内皮损伤的角度对相关研究做一综述。

1 参与调节炎症反应

基于一系列刺激因素而导致的系统性炎症反应被认为是ARDS产生的基础[2]。SNP可能通过改变基因的表达，调节其相应产物对炎症反应的促进或抑制作用，继而对ARDS的易感性及预后产生影响。

1.1 调节促炎基因表达

1.1.1 促炎白细胞介素(interleukin, IL)相关基因 白细胞介素在炎症活动、免疫调节等过程中起到重要作用。其中IL-1、IL-2、IL-6、IL-8、IL-15等具有促炎作用。IL-6 rs2069832的A等位基因被发现与ARDS易感性增高有关。rs2069832与rs1800795高度连锁，rs1800795被认为影响了ARDS的预后及易感性，但与血浆IL-6浓度无显著关联。位于IL-8启动子区的rs4073多态性在隐性模型中显著减少了ARDS患者的生存天数，增加了呼吸机使用天数。ARDS患者血浆IL-8水平的提高被认为是rs4073调节IL-8转录活性的结果。而高IL-8水平可导致ARDS的不良预后[3]。

1.1.2 烟酰胺磷酸核糖基转移酶(nicotinamide phosphoribosyltransferase, NAMPT)基因 NAMPT又称为前B细胞集落刺激因子1基因(PBEF1)，其编码的蛋白质是烟酰胺腺嘌呤二核苷酸(nicotinamide adenine dinucleotide, NAD)生物合成途径的关键限速酶，也是细胞因子，可能对IL-6、IL-8表达具有促进作用[4]。NAMPT rs59744560(-1001G)增加了ARDS的易感性，rs61330082(-1543T)则降低了易感性，并与患者的28 d死亡率相关[3]。其中，-1543T通过降低NAMPT表达，继而减轻其导致的炎症反应。-1001G不调节NAMPT表达，其作用机制有待进一步研究[5]。

1.1.3 多环芳烃受体(aryl hydrocarbon receptor, AhR)及细胞色素P450 1A1(cytochrome P450 family 1 subfamily A member 1, CYP1A1)基因 AhR是一种配体激活的螺旋-环-螺旋转录因子，对细胞色素P450在内的外源性代谢酶的生物学功能有调节作用。AhR rs2066853 GA及AA基因型的频率在ARDS患者中显著提高。CYP1A1编码一组细胞色素P450酶的超家族。细胞色素P450蛋白是一种单加氧酶，对药物代谢，胆固醇、类固醇以及其他脂类的合成等一系列反应有催化作用。关联分析显示CYP1A1 rs2606345的TG、GG基因型携带者发生ARDS的可能性较小。同时，CYP1A1 rs2606345G/rs1048943A/rs4646903T单倍型表现出对ARDS存在保护作用。CYP1A1的功能受到AhR的调节。AhR-CYP1A1信号通路对于肺部炎症反应存在放大作用，相关SNPs可能参与调节该通路的信号强度而影响了ARDS的易感性[6]。

1.1.4 肿瘤坏死因子(tumor necrosis factor, TNF)基因 TNF-α是与ARDS密切相关的促炎细胞因子，参与调节细胞增殖、分化、凋亡、脂肪代谢以及凝血等生理过程。抗TNF-α治疗被认为有利于ARDS的病情及预后[7]。TNF -308 GA基因型以及A等位基因对于儿童ARDS的结局存在有利影响。而儿童中TNF -863 CA基因型以及A等位基因携带者的ARDS易感性提高。当其与淋巴毒素α(lymphotoxin-alpha, LTA)基因结合分析时，LTA+252A/TNF -863A/TNF -308G单倍型使儿童ARDS易感性降低。+252G/-863C/-308A对疾病结局存在有利作用[8]。相关研究发现，-308A等位基因具有较高转录活性[9]，而-863A等位基因与TNF-α转录活性降低有关[10]。因此，相关基因多态性与ARDS的关系是否有年龄相关性值得进一步研究。

1.1.5 Toll-IL-1受体域接头蛋白(TIR domain containing adaptor protein, TIRAP)基因 Toll样受体(Toll-like receptor, TLR)在固有免疫系统中有识别微生物病原的作用，每一类TLR均有一个负责信号转换的Toll-IL-1受体域。TIRAP是一个参与TLR4信号通路的TIR调节蛋白，通过激活NF-κB、MAPK1、MAPK3及JNK等途径，促进细胞因子分泌及炎症反应。有研究发现TIRAP rs595209A等位基因及rs8177375G等位基因的频率在脓毒症诱发ARDS患者中提高。同时，AG单倍型(rs595209A、rs8177375G)增加了脓毒症诱发ARDS的易感性，CA单倍型(rs595209C、rs8177375A)则相反。研究认为rs595209及rs8177375作为标签SNP，对ARDS易感性的影响可能是对TIRAP其他SNP作用的体现，其对炎症反应的调节作用值得进一步探究[11]。

1.2 调节抗炎基因表达

1.2.1 抗炎IL相关基因 抗炎IL包括IL-4、IL-10、IL-13等。IL-4 -589 T等位基因与IL-1 -431A等位基因在ARDS患者中频率明显降低。相关等位基因导致IL-4及IL-13水平增高，因而抑制了炎症作用[12]。IL-10 -1082G>A多态性位于IL-10启动子区域。IL-10 -1082GG基因型为52岁以下人群ARDS进展的危险因素，而对于52岁以上人群，则是保护因素。这可能由于不同年龄人群对炎症的反应不同。-1082GG基因型还降低ARDS患者入ICU时的APACHE-Ⅲ评分、器官衰竭评分以及60 d死亡率[13]。有研究发现，在多聚ADP核糖合成酶-1型[poly (ADP-ribose) polymerase-1，PARP-1]的调节下，IL-10 -1082A等位基因使转录活性降低明显，而G等位基因则有着较高转录活性[14]。

1.2.2 脂肪酸酰胺水解酶(fatty acid amide hydrolase, FAAH)基因 FAAH有水解神经调节复合物花生四烯酸乙酰胺和油酰胺等脂肪酸酰胺的作用。rs324420SNP位于FAAH第3外显子，导致385C/A的错意突变，与肺外因素导致的ARDS的易感性增高相关。高密度脂蛋白被认为对炎症具有保护作用。rs324420通过改变FAAH的脂代谢功能，导致高密度脂蛋白水平降低，因而促进了炎症反应[15]。

1.2.3 脂联素(adiponectin,C1Q and collagen domain containing, ADIPOQ)基因 ADIPOQ只在脂肪组织中表达。其编码的脂联素循环于血浆中参与代谢及内分泌过程，是一种抗炎脂肪因子。然而相关研究[16]发现低脂联素水平与重症患者的生存改善相关。这可能因为脂联素在ARDS不同阶段存在不同效应。因此，高脂联素水平可能导致ARDS的不良预后。ADIPOR rs2082940 CC基因型的血浆脂联素水平较低[17]。而TT基因型则在未调整模型中增加ARDS患者的60 d死亡率[18]，这可能与rs2082940突变型等位基因T导致高脂联素水平相关。脂联素与AdipoR1(ADIPOR1编码)与AdipoR2(ADIPOR2编码)受体结合。这些受体对脂联素的生物学作用有着调节作用。其中，ADIPOR2 rs1029629C等位基因在未调整的模型中与ARDS的进展有关，rs16928751A等位基因在未调整及多变量模型中与ARDS的进展有关[18]。

1.2.4 肽酶抑制剂3(peptidase inhibitor 3, PI3)基因 PI3是一种抗菌肽。PI3 rs2664581多态性C等位基因与ARDS的易感性增高相关，该关联在脓毒症患者中尤其明显。同时，C等位基因表现出在ARDS发病时较高的PI3水平。人中性粒细胞弹性蛋白酶(human neutrophil elastase, HNE)被认为在ARDS病程中破坏内皮血管屏障的完整性，同时协助中性粒细胞向炎症部位迁移。PI3通过抑制HNE活动而减弱炎症反应。研究认为C等位基因导致的氨基酸置换产生大量缺陷型PI3，因而对于ARDS易感性无降低作用[19-20]。

1.2.5 Duffy抗原趋化因子受体(duffy blood group, chemokine receptor, DARC)基因 DARC是红细胞膜上的血型抗原，其在非洲裔人种多因基因突变而不表达。DRAC rs2814778多态性CC基因型(不表达DARC)与CT或TT基因型在非裔美国人中相比，60 d死亡率出现17%的绝对危险度增加，脱离呼吸机天数以及无器官衰竭天数的中位数分别降低8 d和4.5 d。DARC被认为可以与促炎趋化因子结合而起到抑制炎症反应的作用，DARC表达缺失导致循环促炎因子IL-8水平升高，对ARDS产生不利影响[21]。

1.2.6 酪氨酸激酶(tyrosine kinase, FER)基因 酪氨酸激酶调节细胞间黏着，并通过生长因子受体介导从细胞表面至细胞骨架的信号转导。有研究[22]发现FER有抑制中性粒细胞趋化的作用。FER rs4957796 TT基因型相对于C等位基因携带者，因肺炎所致ARDS的90 d死亡率增加。rs4957796 T等位基因可能降低FER表达，加重炎症反应，从而影响肺炎所致ARDS的结局[23]。

1.2.7 核因子-κB1(nuclear factor kappa B subunit 1, NF-κB1)基因 NF-κB是转录调节因子，在ARDS的病程中被损伤因素激活后，促使肺泡巨噬细胞分泌一系列促炎细胞因子[24]。然而，NF-κB1编码相对分子质量105 000的蛋白质，同时通过共翻译过程产生一个具有抑制转录活性作用的相对分子质量50 000的蛋白(p50)。NF-κB1启动子区的 rs28362491四碱基对插入(ins)/缺失(del)多态性的del等位基因被认为降低启动子活性[25]。有研究[26]发现，与其他基因型相比，del/del基因型的ARDS患者在ICU住院期间的器官衰竭可能性大，60 d死亡率提高。65岁以下携带del/del基因型的ICU患者发展为ARDS的风险提高。del/del基因型患者的p50合成低下，导致NF-κB复合体的抑制性同源二聚体降低，恶化ARDS患者的炎症状态[26]。

1.2.8 集落刺激因子2(colony stimulating factor 2, CSF2)基因 CSF2对于粒细胞与巨噬细胞的合成、分化及功能有控制作用。CSF2通路被认为影响上皮细胞的信号转导及功能。CSF2缺乏会导致肺泡上皮屏障功能损害[27]。CSF2 rs743564 在隐性模型中显示出与ARDS死亡率有关联[28]，然而相关机制有待进一步研究。

2 参与调节微血管功能

在ARDS的发病过程中，肺毛细血管通透性增加，继而导致毛细血管内皮及肺泡上皮损伤。SNP改变了调节微血管生成及功能的相关基因的表达，对ARDS的病理生理过程产生了影响。

2.1 血管内皮生长因子(vascular endothelial growth factor, VEGF)基因 VEGF是血管生成的重要调节因子，有促进血管再生的作用。较高水平的VEGF可能通过促进血管生成及保护肺泡上皮对ARDS患者的肺损伤修复起到一定作用。研究提示携带VEGF +936TT基因型是罹患ARDS的危险因素[29]，提高了ARDS的死亡率[29-30]。+936 T等位基因患者的上皮细胞衬液(epithelial lining fluid, ELF)内VEGF水平降低[31]与血浆VEGF水平降低有关[29]。

2.2 1-磷酸鞘氨醇受体3(sphingosine-1-phosphate receptor 3, S1PR3)基因 1-磷酸鞘氨醇受体蛋白参与如肺微血管通透性及宿主免疫反应等ARDS的病理生理过程。高SIPR3转录活性会导致炎症反应对血管内皮屏障的破坏。SIPR3启动子区的-1899G等位基因和-1785C等位基因降低了欧洲人种中与脓毒症相关ARDS的风险，亦降低了SIPR3的血浆浓度。尾侧同源盒转录因子1(caudal type homeobox transcription factor 1, Cdx1)及早期B细胞因子1(early B-cell factor 1, Ebf1)与SIPR3的结合增强提高了其转录活性，因而增加了ARDS的风险。研究推测-1899G等位基因与-1785C分别阻断了Cdx1及Ebf1因子与启动子的结合[32]。

2.3 血管紧张素转换酶(angiotensin converting enzyme, ACE)基因 ACE基因编码的血管紧张素转化酶在肾素-血管紧张素(renin-angiotensin system, RAS)系统中催化血管紧张素Ⅰ向有活性的血管紧张素Ⅱ的转化。血管紧张素Ⅱ是强效的血管收缩剂。RAS被认为通过提高血管通透性影响ARDS的病理生理过程[33]。根据ACE第16内含子一段287 bp的Alu重复序列的缺失与否，ACE分为I(插入型)及D(缺失型)，DD基因型导致较高的mRNA水平及ACE活性[34]。DD基因型是亚洲人种高ARDS死亡率的危险因素[35]。同时，DD基因型较ID级II基因型的ARDS易感性提高，种族亚组分析显示其在高加索人种中提高了ARDS易感性，年龄亚组分析显示其在成人中与ARDS易感性提高有关[36]。此外，血管紧张素原(angiotensinogen，AGT)是血管紧张素Ⅰ的前体，AGT rs699CC基因型携带者被发现有着更高的肺炎后ARDS易感性，且C等位基因与血浆AGT水平升高相关[6]。

3 参与调节凝血机制

凝血机制的过度激活被认为与ARDS的不良预后相关。相关SNP改变了凝血物质的产生及其活性，参与了ARDS的疾病过程。

3.1 内皮蛋白C受体(endothelial protein C receptor, EPCR)与血栓调节蛋白(thrombomodulin, THBD)基因 蛋白C是一种抗凝因子，活化的蛋白C可灭活凝血因子Ⅴα与Ⅷα而起到抗凝作用。EPCR增强蛋白C的活化。THBD为与凝血酶结合的内皮特异性1型膜受体。THBD与凝血酶结合激活蛋白C，继而减少凝血酶的形成。EPCR rs9574GC及CC基因型提高了ARDS的死亡率。THBD rs1042580 GG基因型及rs3716123 CC基因型与ARDS的高死亡率相关。研究[37]推测相关SNP下调了EPCR及THBD的功能活性。

3.2 富亮氨酸重复序列16A(leucine rich repeat containing 16A, LRRC16A)基因 LRRC16A编码加帽蛋白ARP2/3及肌球蛋白-I连接(CP, Arp2/3, myosin-I linker，CARMIL)，这与以肌动蛋白为基础的细胞活动相关[38]。LRRC16A是一个血小板数量性状位点，而血小板减少被认为与ARDS的不良预后相关[39]。rs7766874A>G影响ARDS易感性，机制并非直接影响ARDS易感性，而是可能通过包括改变血小板数量介导、以血小板数量变化为条件、或与血小板数量的变化交互作用，rs7766874可能与某些调节CARMIL功能的SNP存在连锁不平衡，因而对巨核细胞成熟及血小板功能产生影响[40]。rs9358856 G>A与收入ICU后的28 d及60 d的有利生存相关。携带A等位基因的患者在入ICU的28 d内血小板降低较轻微，提示良好预后。研究[41]认为rs9358856降低了CARMIL活动及其下游的F-肌动蛋白极化，因而阻断了血小板激活，减轻了循环中血小板数量的降低。

4 其他ARDS相关基因

4.1 核因子E2相关因子2(nuclear factor, erythroid related factor 2, NRF2)基因 NRF2是一个作用于抗氧化反应原件的转录因子，在氧化应激的情况下对机体具有保护作用。rs6721961可降低NRF2启动子活性，与创伤导致的ARDS的易感性相关，单个T等位基因的比值比为1.93[42]。同时rs6721961提高了ARDS的28 d死亡率[3]。

4.2 Egl-9家族缺氧诱导因子1(egl-9 family hypoxia inducible factor 1, EGLN1)基因 EGLN1又被称为脯氨酰羟化酶2(prolyl hydroxylases 2, PHD2)。其对于缺氧诱导因子(hypoxia inducible factor, HIF)α中4-羟脯氨酸的翻译后合成具有催化作用。HIF是哺乳动物氧平衡的关键转录复合体。有研究[43]显示，EGLN1 rs516651TT基因型与ARDS患者30 d死亡率相关，风险为CC基因型的3.34倍。其机制可能为rs516651调节了机体对缺氧的耐受性。

4.3 锌指蛋白335(zinc finger protein 335, ZNF335)基因 ZNF335编码的蛋白通过配体依赖的核激素受体促进转录激活，同时与祖细胞增殖及自我更新有关。ZNF335 rs3848719G>A被发现与ARDS患者的APACHE-Ⅱ分值降低相关，同时却与高加索人种的ARDS患者的60 d死亡率提高相关[44]。ZNF335影响细胞分化，同时影响肺组织的基础生理机能以及神经信号，可能因此参与ARDS的发病[44]。

4.4 XK相关蛋白3(XK-related protein, XKR3)基因 XKR3是Kell血型系统前体XK的同系物，是一个假定的膜转运体，同时是Kell血型系统XK/Kell复合物的一个部分。XKR3 rs9605146G>A与ARDS的易感性提高相关[44]。根据Provean预测，rs9605146导致了XKR3一个从脯氨酸到亮氨酸的有害氨基酸编码变化。

4.5 芳香基硫酸酯酶D(arylsulfatase D, ARSD)基因 ARSD表达硫酸酯酶家族的蛋白质。硫酸酯酶对于骨及软骨基质的正确合成至关重要。研究[44]发现ARSD rs78142020与ARDS的易感性及60 d死亡率正相关。在ARDS病程中，包括硫酸酯酶在内的肺脂质体酶的活性发生变化。研究推测rs78142040影响了ARSD差异表达，继而影响与ARDS病理过程相关的硫酸酯酶活性[44]。

4.6 POP域3(popeye domain containing 3, POPDC3)基因 POPDC3主要在心肌及骨骼肌中表达，编码一组POP家族蛋白质。POPDC3 rs1190286与低POPDC3 mRNA水平有关。研究[15]认为这可能是其降低肺源性ARDS易感性的一个机制。

5 结 语

基因多态性是当今极有研究价值的领域，然而许多SNP位点参与ARDS发病的作用机制尚不清楚，值得进一步探究。致病因子、共存状况及环境暴露等均会影响对研究结果的解释。本文从炎症反应、微血管功能以及凝血机制等方面对相关基因多态性做了归类，这些因素并不是孤立的。基因多态性之间的相互作用也可能产生不同的表型。基于连锁不平衡(linkage disequilibrium, LD)的相关理论，一些由具有遗传紧密关联的SNP所构成的单倍型被发现。同时，全基因组关联分析(genome-wide association study, GWAS)不需要通过既定所知的病理机制推测相关基因多态性，而能够高效在全基因组水平上寻找与疾病相关SNP位点，对于寻找新位点及分析各位点的综合效应有很大价值[45]。今后，大样本的GWAS及相关分子机制的研究有助于生物标志物及靶向治疗位点的发现。