银屑病全基因组关联分析与精准医学

蔡明龙 王文俊 张学军

230000合肥，安徽医科大学皮肤病研究所 第一附属医院皮肤性病科

银屑病病因复杂，发病机制尚未阐明，具有明显的遗传异质性和种族差异性。遗传因素在银屑病的发病中发挥重要作用，特别是随着全基因组关联分析（GWAS）的应用，揭示了一系列银屑病易感基因和通路。

一、银屑病GWAS研究

1996年，Risch 和 Merikangas［1］发现，在复杂疾病遗传学研究中关联分析较连锁分析效率更高。随着人类基因组信息逐渐清晰，2005年成功开展了首个关于黄斑变性的国际GWAS研究［2］。之后，许多复杂疾病GWAS研究不断涌现。2008年，Liu等［3］和Capon等［4］分别开展小样本量银屑病GWAS研究，覆盖30多万和40多万单核苷酸多态性（SNP），发现HLA⁃C上游rs10484554位点与美国人群银屑病及英国人群关节病性银屑病显著关联；ZNF313/RNF114基因变异与银屑病达到全基因组显著关联。

2009年，Zhang等［5］在国内率先开展银屑病大样本量GWAS研究，运用Illumina芯片在1 139例汉族银屑病患者和1 132例健康对照中对覆盖62万个SNP和拷贝数变异（copy number variation，CNV）进行基因分型，结合13 000余例汉族和维吾尔族样本验证，首次发现位于1q21的LCE是银屑病易感基因，并证实银屑病相关的MHC和IL12B。LCE编码表皮终末分化角质外膜蛋白，与角质形成细胞过度增生及厚层鳞屑密切相关。进一步的多中心大样本GWAS国际合作，纳入中国8 312例银屑病和12 919例健康对照，德国与美国3 293例银屑病和4 188例健康对照及254个美国核心家系，发现ERAP1和ZNF816A等6个新的易感基因，并确证既往报道的TNIP1，揭示ERAP1和ZNF816A变异为Ⅰ型银屑病特异性分子标记，证实银屑病的遗传异质性［6］。

国际团队运用不同平台、芯片和人群开展了多项银屑病GWAS研究。2009年，Nair等［7］在欧洲人群中鉴定出IL⁃23A、TNFAIP3、IL⁃4等位于不同通路的7个易感基因。2010年，Hüffmeier等［8］开展关节病性银屑病GWAS研究，结合Imputation分析，发现新的易感基因TRAF3IP2；同年德国的Ellinghaus等［9］进一步确定TRAF3IP2是寻常性和关节病性银屑病的共同易感基因。Strange等［10］纳入欧洲2 622例银屑病患者和5 667例健康对照进行基因分型，结合9 079例欧洲样本验证，发现REL、IFIH1、NFKBIA等6个易感基因。这些团队的研究共揭示了20多个新的银屑病易感基因。

二、银屑病GWAS Meta分析

银屑病GWAS研究积累了大量的基因组变异数据，不同的团队通过Meta分析，进一步揭示了银屑病遗传学发病机制。2010年，Stuart等［11］首次开展银屑病 GWAS Meta分析，纳 入 Nair等［7］与Ellinghaus等［9］的研究，共计1 831例银屑病患者和2 546例健康对照，结合中国与欧洲样本共4 064例患者和4 685例健康对照验证，发现NOS2、FBXL19和NFKBIA与寻常性及关节病性银屑病均相关。2012年，Ellinghaus等［12］鉴于银屑病和克罗恩病在流行病学、病理学的关联，基于上述2个GWAS数据［7，9］，结合魁北克757例患者和987例健康对照（初筛样本达到2 529例患者和4 955例健康对照）验证，在HLA区域外发现7个位点是两者共同易感基因，ZMIZ1、PRDX5和YDJC是银屑病独立易感基因。Tsoi等［13⁃15］基于 GWAS 数据［7，9］，不断在初筛数据中添加欧洲血统免疫芯片数据（GAPC和PAGE）、外显子组芯片等数据，通过增加初筛样本量和/或增加变异数据密度等，于2012、2015和2017年共计发现36个新易感基因。2015年，Stuart等［16］的第2次Meta分析同样基于GWAS 数据［7，9］，结合免疫芯片PAGE样本及精细定位增加样本，发现IFNLR1、IFIH1、NFKBIA与关节病性银屑病，TNFRSF9、LCE3C/B、TRAF3IP2、IL23A、NFKBIA 与皮肤型银屑病显著关联，并发掘新的易感基因CDKAL1。Yin等［17］在覆盖中国、新加坡、美国、德国和瑞典共34886例初筛样本的GWASMeta分析中，发现RUNX1等4个新的易感基因，跨种族比较发现，ELMO1、ERAP2和PRDX5等11个位点存在位点异质性或等位基因异质性，证实了银屑病的种族异质性。

结合以上系列银屑病GWAS和Meta分析，国内外团队大样本量靶向测序及外显子芯片等广义GWAS 分析［18⁃20］，累计发现了 90 个银屑病易感基因。表1列出了20个研究较广泛的银屑病易感基因。

表1 银屑病易感基因

三、银屑病易感基因与通路分析

银屑病易感基因涉及多种信号通路过程，主要归类为抗原提呈、IL⁃12/IL⁃23及IL⁃4/IL⁃13轴、固有免疫、负性调控因子和皮肤屏障功能等方面。

1.抗原提呈：HLA⁃C与银屑病发病风险相关性在多种人群中得到证实，HLA⁃C参与编码人类白细胞抗原Ⅰ类分子（HLA⁃Ⅰ），表达于所有有核细胞，提呈内源性抗原肽。Strange等［10］与Sun等［6］分别在欧美与中国人群中发现易感基因ERAP1，其编码一种氨基肽酶，在HLA⁃Ⅰ抗原肽的加工处理中发挥重要作用。ERAP1与HLA⁃C存在交互作用，ERAP1变异仅影响携带HLA⁃C风险等位基因个体的易感性［10］。

2.IL⁃12/23及IL⁃4/IL⁃13轴：IL⁃23与IL⁃23受体结合，磷酸化IL⁃23受体胞内域酪氨酸残基，促使STAT3磷酸化进入细胞核，诱导T细胞活化为Th17细胞，释放IL⁃22、IL⁃17、TNF⁃α等细胞因子，吸引中性粒细胞在表皮聚集形成微脓肿。参与该通路的IL⁃12B、IL⁃23A、IL⁃23R、Tyk2和Jak2均与银屑病易感性相关［3，5，7，10，12］；IL⁃4和IL⁃13 促进 T细胞分化为Th2细胞，抑制Th17细胞发育，与银屑病发病风险相关［13］。

3.固有免疫：干扰素（IFN）主要通过NF⁃κB通路参与银屑病发病，NF⁃κB为转录因子蛋白家族，与IκB形成复合体，以无活性形式存在于细胞质中。胞外信号刺激导致IκB磷酸化，NF⁃κB暴露核定位位点，游离的NF⁃κB迅速移位到细胞核，与特异性κB序列结合，诱导相关基因转录，参与免疫和炎症反应［21］。编码接头蛋白ACT1的TRAF3IP2与银屑病发病相关，ACT1参与IL⁃17信号转导，活化IL⁃17依赖的NF⁃κB通路［8⁃9］。易感基因CARD14可激活NF⁃κB信号转导通路，并上调内皮及角质形成细胞炎性因子和趋化因子产物，具有聚集和激活免疫细胞的功能［13］。一些抗病毒基因如DDX58和IFIH1，分别编码RIG⁃I和MDA5蛋白，均识别双链RNA，引发干扰素反应［10，13］。

4.负性调控因子：银屑病发病机制可为促免疫因子过度表达或抑制免疫反应的因子低表达。多项 GWAS研究发现，TNIP1、TNFAIP3、NFKBIA 及ZC3H12C基因可抑制NF⁃κB途径发挥作用［7，10-11，13，16］。SOCS1 是细胞因子信号家族成员，可抑制IFN⁃γ下游信号通路，并通过STAT3转录活性调节Th17细胞分化［13］。鉴于机体免疫系统的平衡，免疫负性调控基因有待进一步深入研究。

5.皮肤屏障功能：正常皮肤表皮分化周期28～30 d，而银屑病皮损表皮分化只需3～5 d。LCE编码角质层蛋白在表皮分化中有重要作用，有研究表明LCE与银屑病风险相关［5］。

四、银屑病GWAS与精准医学研究

精准医学是从分子生物学本质思考疾病，依据发病机制/分子通路将疾病重新分类，实现对疾病的精准防诊治。如何将前期积累的GWAS组学数据向精准医学临床转化，是目前银屑病研究的热点。

1.银屑病预测：结合既往发现的易感位点，分析个体遗传变异，预测发病风险，有助于临床咨询和个体化干预。Chen等［22］结合10个GWAS位点计算731例银屑病和2 084例健康对照加权后基因风险分数（wGRS），上四分位数个体发病风险是下四分位数个体10.55倍，ROC曲线下面积达72.0%，同时wGRS与发病年龄及家族史显著相关。Yin等［23］联合14个GWAS位点计算4 541例银屑病和3 542例健康对照加权后多基因风险分数（wPRS），上四分位数个体银屑病发病风险是下四分位数个体的28.20倍，联合饮酒史因素，ROC曲线下面积达88%，证实wPRS与银屑病发病年龄及家族史相关。波兰学者分别联合5和16个GWAS位点，ROC曲线下面积达78.9%和 78.2%［24⁃25］。个体遗传变异有望对发病风险进行精准预测，但目前尚未揭示银屑病所有易感位点，未来将探索更多易感位点及联合所有变异位点对银屑病的预测。

2.药物疗效和不良反应指导：目前多种药物可有效控制银屑病，但部分患者疗效不佳，甚至出现严重不良反应。研究显示，银屑病多个易感基因变异可用于预测药物疗效，指导临床用药。

通过易感基因HLA⁃C*06：02预测抗TNF制剂疗效的研究结论不尽相同。Gallo等［26］和Batalla等［27］在两组独立的西班牙人群中发现携带HLA⁃C*06：02的银屑病患者抗TNF制剂疗效分别呈负相关和正相关。而Talamonti等［28］在欧洲人群中发现，携带HLA⁃C*06：02患者与不携带者抗TNF制剂疗效无显著差异。这些结果差异可能来源于小样本和人群异质性。

HLA区域中rs610604与阿达木单抗疗效正相关［29⁃30］，rs12191877及rs1048554均与抗TNF制剂疗效正相关［29］，而rs13437088TT基因型与益赛普疗效负相关［31］。研究显示，携带HLA⁃C*06：02者相对于不携带者优特克单抗疗效更好［28，32⁃36］，起效更快［32］，持续时间更长［33］；而在局部及NB⁃UVB治疗研究中，HLA⁃C*06携带者疗效不佳［37］。与HLA⁃C发生交互作用的ERAP1两种多态性rs151823（CC）和rs26653（GG）均与优特克单抗疗效正相关［29］。

IL⁃12/IL⁃23及 IL⁃4/IL⁃13轴中，分析 IL⁃12B（rs6887695、rs2546890、rs3212227和 rs3213094）及IL⁃23R（rs11209026）与生物制剂的疗效，rs11209026⁃GG基因型患者抗TNF制剂治疗6个月后临床缓解率更高［26］，而rs2546890（AG/GG）患者抗TNF制剂和益 赛 普 疗 效 不 佳［30⁃31］，rs3212227（非 AA）和rs6887695（GG）患者优特克单抗疗效更好［36］；相比于rs3213094（CC）基因型患者，优特克单抗治疗rs3213094（CT）基因型患者疗效更显著［38］。携带IL⁃13基因rs848（GT/TT）银屑病患者优特克单抗疗效不佳［39］。

参与固有免疫基因TRAF3IP2单核苷酸变异rs13190932（G）与英夫利西单抗疗效正相关［29］。CARD14基因rs11652075（CC）基因型患者抗TNF制剂治疗效果更好［40］。

负性调控因子TNFAIP3基因rs610604（A）等位基因与益赛普单抗疗效正相关［29］，而rs610604（G）等位基因与优特克单抗疗效负相关［38］，优特克单抗无效患者携带NFKBIA基因rs2145623（C）等位基因的频率高于有效患者［39］。

参与皮肤屏障功能基因LCE3B/3C缺失与优特克单抗疗效无相关性［32］，而LCE基因变异携带者对抗TNF制剂的疗效优于缺失者［27］。

另外，银屑病患者抗TNF制剂治疗3个月后，ZNF816A基因rs9304742（CC）基因型患者疗效不佳，而治疗6个月后，CDKAL1基因rs6908425CT/TT基因型患者显示出更好的疗效［30］。

五、展望

目前，GWAS研究发现的易感基因仅能解释部分银屑病遗传现象，结合我国银屑病治疗现状，甲氨蝶呤、阿维A等常用药物疗效/不良反应的遗传标记尚未全部发现。随着国家精准医学专项的导向和大规模银屑病专病队列的建设，相信在不久的将来，通过更大样本量的银屑病以及亚型GWAS研究，将鉴定出更多易感基因，构建更加精准的预测模型，实现银屑病精准分子分型，并基于这些变异数据以及药物基因组学发掘我国银屑病常用药物疗效和不良反应指向性的遗传标记，综合提高银屑病精准防治水平。