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IFN-γ與IL-4基因多態(tài)性與兒童哮喘易感性及外周血IFN-γ、IL-4和IgE的關(guān)系*

2010-08-02 07:38:24黃花榮吳敬芳
中國病理生理雜志 2010年9期
關(guān)鍵詞:易感性等位基因多態(tài)性

黃花榮, 吳敬芳

(中山大學(xué)附屬第二醫(yī)院兒科,廣東 廣州 510120)

支氣管哮喘(以下簡稱哮喘)是兒童期最常見的慢性呼吸道疾病,其發(fā)病機制迄今尚未完全闡明。哮喘的本質(zhì)為氣道慢性炎癥,免疫學(xué)發(fā)病機制主要為Thl/Th2反應(yīng)的失衡,Th1類細胞因子分泌不足,Th2類細胞因子產(chǎn)生增加,進而導(dǎo)致IgE合成增加,直接或間接誘導(dǎo)肥大細胞、嗜酸性粒細胞脫顆粒產(chǎn)生氣道高反應(yīng)及炎癥。干擾素-γ(interferon-γ,IFN-γ)、白細胞介素 -4(interleukin-4,IL-4)分別作為Thl、Th2類細胞的特征性細胞因子,在哮喘發(fā)病機制中起重要作用[1,2]。目前認為每類細胞因子基因的調(diào)控區(qū)和啟動子區(qū)的等位基因不盡相同,等位基因的多態(tài)性可能會影響細胞因子的合成,從而造成哮喘發(fā)生的免疫機制更加復(fù)雜。IFN-γ和IL-4基因作為哮喘的遺傳易感基因[3],能夠較完整地從Th1/Th2的角度研究IFN-γ/IL-4細胞因子基因多態(tài)性與兒童支氣管哮喘的相關(guān)性,國內(nèi)外至今尚未見報道。況且由于人種不同及地區(qū)的差異性,基因多態(tài)性分布也存在著很大的差異。因此,我們對廣東珠三角地區(qū)哮喘兒童IFN-γ和IL-4基因多態(tài)性進行研究分析,以探討其與兒童哮喘易感性及外周血IFN-γ、IL-4和總IgE水平的相關(guān)關(guān)系。

材料和方法

1 材料與儀器

PCR試劑和DNA marker購自寶生物工程有限公司;AvaⅡ和BsmAⅠ內(nèi)切酶購自NEB(北京)有限公司;PCR引物由上海英駿生物技術(shù)有限公司合成。IFN-γ和IL-4 ELISA kits購自深圳達科為生物科技有限公司,總IgE ELISA kits購自Bio Check。主要儀器:Bio-Rad DNA Engine PCR儀,Labsystems Dragon Wellscan MK 3型酶標測定儀,Applied Biosystems ABI 3730XL基因分析儀。

2 研究對象

選取2009年3月-2010年2月在中山大學(xué)附屬第二醫(yī)院兒科哮喘??崎T診就診的廣東珠三角地區(qū)100例哮喘患兒,年齡2-13(6.57±2.76)歲,其中男51例,女49例。選擇同期在兒科保健門診體檢的健康兒童及小兒外科病區(qū)收治的外傷、骨折等患兒122例為對照組,年齡為3-14(7.46±2.94)歲,其中男70例,女52例。所有對照均無哮喘病史、哮喘家族史、典型過敏性疾病史(包括濕疹、變應(yīng)性鼻炎、特異性皮炎)及近期感染史。2組兒童在性別構(gòu)成、年齡分布上無明顯差異(P>0.05)。

3 方法

3.1 標本采集及基因組DNA提取 對所有研究對象均采集外周靜脈血2 mL,EDTA抗凝,先留取300 μL全血用于提取基因組DNA,剩余全血離心分離血漿后分裝凍存,用于檢測外周血IL-4、IFN-γ和總IgE含量。取全血300 μL用OMEGA基因組DNA提取試劑盒提取基因組DNA,紫外分光光度儀檢測其濃度及純度,瓊脂糖凝膠電泳檢測其完整性,提取的DNA放置-20℃保存?zhèn)溆谩?/p>

3.2 IFN-γ基因-179G/T、IL-4基因 -33C/T和-589C/T位點多態(tài)性檢測 采用聚合酶鏈反應(yīng)-限制性酶切片段長度多態(tài)性(polymerase chain reaction-restriction fragment length polymorphism,PCR -RFLP)技術(shù)檢測,各位點PCR引物序列、退火溫度、PCR產(chǎn)物大小及限制性內(nèi)切酶見表1[4-6]。PCR擴增:PCR反應(yīng)條件:95℃預(yù)變性4 min,95℃ 40 s,退火40 s(溫度見表1),72℃ 40 s,共35個循環(huán),72℃8 min,4℃保存。限制性內(nèi)切酶酶切反應(yīng):酶切反應(yīng)體系 20 μL,置于 37℃(AvaⅡ內(nèi)切酶)或 55℃(BsmAⅠ內(nèi)切酶)水浴消化6 h。酶切產(chǎn)物分析與基因型鑒定:依照酶切產(chǎn)物片段大小選取不同的電泳方法,如瓊脂糖凝膠電泳、非變性聚丙烯酰胺凝膠電泳。觀察酶切后電泳凝膠圖像,以DNA marker為內(nèi)參照,確定各研究對象基因型。各位點酶切后不同片段長度對應(yīng)基因型見表2。

表1 PCR引物序列、退火溫度以及限制性內(nèi)切酶Table 1.PCR primer sequences,annealing temperature and restriction enzymes

表2 各位點酶切后不同片段長度對應(yīng)基因型Table 2.Genotype of each locus and length of DNA fragment after restriction enzyme digestion

3.3 IFN-γ基因+874A/T多態(tài)性的檢測 利用等位基因特異性-聚合酶鏈反應(yīng)(allele specificpolymerase chain reaction,AS-PCR)技術(shù)檢測。設(shè)計合成等位基因特異性引物[7],上游引物T:5'-TTCTTACAACACAAAATCAAATCT -3',上游引物 A:5'-TTCTTACAACACAAAATCAAACA -3',通用下游引物:5'-TCAACAAAGCTGATACTCCA -3';β -action上游引物:5'- CTACAATGAGCTGCGTGTGG -3',下游引物:5'-AAGGAAGGCTGGAAGAGTGC -3'。PCR擴增特異性片段,每1例標本分2管擴增,即2次平行的PCR過程。PCR反應(yīng)條件:95℃預(yù)變性4 min,95 ℃ 15 s,62 ℃ 50 s,72 ℃ 40 s,共10 個循環(huán),95 ℃20 s,56 ℃ 50 s,72 ℃ 50 s,共20 個循環(huán),72 ℃8 min,4℃保存。PCR反應(yīng)結(jié)束以1.5%瓊脂糖凝膠電泳鑒定PCR產(chǎn)物及基因分型。β-action作為內(nèi)參照(500 bp)。如果2管均擴增出包含IFN-γ基因+874位點的目的條帶(264 bp)則為AT基因型;如果含上游引物A的反應(yīng)管擴增出目的條帶,T管無目的條帶則為AA基因型;若含上游引物T的反應(yīng)管擴增出目的條帶,A管無條帶則為TT基因型。

3.4 IFN-γ基因CA重復(fù)序列多態(tài)性的檢測 利用毛細管電泳技術(shù)檢測。先PCR擴增目的片段,上游引物 5'-GCTGTCATAATAATATTCAGAC -3',下游引物 5'- CGAGCTTTAAAAGATAGTTCC -3'[8],其中上游引物5'端加FAM熒光標記。PCR反應(yīng)條件:95 ℃預(yù)變性4 min,95 ℃40 s,52 ℃40 s,72 ℃40 s,共35個循環(huán),72℃ 8 min,4℃保存。取適量PCR擴增產(chǎn)物在ABI 3730XL儀器上進行毛細管電泳分離,并加入分子量內(nèi)標進行標記。電泳圖經(jīng)Gene Marker V1.6軟件進行DNA片段長度分析。片段長度122 bp為CA重復(fù)12次,124 bp為CA重復(fù)13次,以此類推。電泳圖為1個波形則為純合子,2個波形為雜合子,以此確定各研究對象的基因型。

3.5 外周血IFN-γ、IL-4和總IgE水平檢測 采用ELISA技術(shù)測定外周血IFN-γ、IL-4和總IgE含量。按照試劑盒操作步驟進行各項指標檢測。

4 統(tǒng)計學(xué)處理

結(jié) 果

1 各位點基因型檢測結(jié)果

本研究中IFN-γ基因-179位點未檢測到突變基因型,所有研究對象均為GG基因型,酶切產(chǎn)物電泳基因分型結(jié)果見圖1。IFN-γ基因+874位點存在AA、AT和TT 3種基因型,PCR產(chǎn)物電泳基因分型結(jié)果見圖2。IFN-γ基因第1內(nèi)含子區(qū)CA重復(fù)序列經(jīng)毛細管電泳技術(shù)檢測顯示,在廣東珠三角地區(qū)人群中CA序列可重復(fù)11次至18次,即存在8個等位基因CA11-CA18,圖3為CA重復(fù)序列毛細管電泳結(jié)果分析圖。IL-4基因-33和-589位點均存在CC、CT和TT 3種基因型,PCR產(chǎn)物電泳基因分型結(jié)果分別見圖4,5。病例組和對照組各位點基因型及等位基因頻率分布情況見表3。經(jīng)Hardy-Weinberg遺傳平衡定律檢驗表明,對照組IFN-γ基因(+874A/T和CA重復(fù)序列)及IL-4基因(-33C/T和-589C/T)各位點基因型頻率均符合Hardy-Weinberg遺傳平衡(均P>0.05),說明資料代表性好。

Figure 1.The result of PCR-RFLP at-179 locus of IFN-γ gene.1,9:DNA marker;2,8:PCR product;3 -7:GG genotype.圖1 IFN-γ基因-179位點PCR-RFLP結(jié)果

Figure 2.The result of AS-PCR at+874A/T polymorphism of IFN - γ gene.1:DNA marker;2:TT genotype;3,5:AA genotype;4:AT genotype.圖2 IFN-γ基因+874A/T位點AS-PCR結(jié)果

Figure 3.The result of capillary electrophoresis at CA repeat polymorphism of IFN - γ gene.A:CA12CA12genotype,122 bp;B:CA12CA15genotype,122 bp and 128 bp.圖3 IFN-γ基因CA重復(fù)序列毛細管電泳結(jié)果

表3 病例組和對照組4個多態(tài)性位點的基因型及等位基因頻率分布Table 3.The genotype and allele frequencies of 4 polymorphism loci in IFN-γ and IL-4 gene among asthma patients and control subjects

2 IFN-γ基因+874位點和CA重復(fù)序列多態(tài)性與哮喘的關(guān)聯(lián)分析

哮喘組與對照組IFN-γ基因+874位點AA、AT和TT基因型頻率分別為65.0%與61.5%、33.0%與35.2%、2.0%與3.3%,2組差異無顯著(χ2=0.522,P>0.05)。等位基因A和T在哮喘組與對照組頻率分別為81.5%與79.1%、18.5%與20.9%,2組差異無顯著(χ2=0.399,P >0.05)。

Figure 4.The result of PCR-RFLP at-33C/T polymorphism of IL-4 gene 1,9:DNA marker;8:PCR product;2,5 -7:CT genotype;3:CC genotype;4:TT genotype.The fragment of 15 bp was not displayed because it was running fast on the native polyacrylamide gel.圖4 IL-4基因-33C/T位點PCR-RFLP結(jié)果

Figure 5.The result of PCR-RFLP at-589C/T polymorphism of IL -4 gene.1,10:DNA marker;2:PCR product;3,4,8,9:TT genotype;5,7:CT genotype;6:CC genotype.The fragment of 18bp was dim because it was running fast on the native polyacrylamide gel.圖5 IL-4基因-589C/T位點PCR-RFLP結(jié)果

IFN-γ基因CA重復(fù)序列CA12+CA12+、CA12+CA12-和CA12-CA12-基因型頻率在哮喘組與對照組分別為1.1%與1.7%、28.7%與30.6%、70.2%與67.8%,2組無顯著差異(χ2=0.239,P>0.05)。等位基因CA12+和CA12-在哮喘組與對照組頻率分別為15.4%與16.9%、84.6%與83.1%,無顯著差異(χ2=0179,P >0.05)。

3 IL-4基因-33位點和-589位點多態(tài)性與哮喘的關(guān)聯(lián)分析

IL-4基因-33位點CC、CT和TT基因型頻率在哮喘組與對照組分別為1.0%與2.5%、23.0%與40.2%、76.0% 與 57.4%,2組差異顯著(χ2=8.539,P<0.05)。等位基因C和T在哮喘組與對照組頻率分別為12.5%與22.5%、87.5%與77.5%,2組差異顯著(χ2=7.502,P <0.01),ORC/T=0.49(95%CI=0.29 -0.82),ORT/C=2.04(95%CI=1.22-3.41)。

IL-4基因-589位點CC、CT和TT基因型頻率在哮喘組與對照組分別為1.0%與3.3%、19.0%與35.2%、80.0% 與 61.5%,2組差異顯著(χ2=9.161,P<0.05)。等位基因C和T在哮喘組與對照組頻率分別為10.5%與20.9%、89.5%與79.1%,2組差異顯著(χ2=8.752,P <0.01),ORC/T=0.44(95%CI=0.26 -0.77),ORT/C=2.25(95%CI=1.30-3.89)。

4 各位點不同基因型外周血IFN-γ、IL-4和總IgE含量的比較

哮喘組IFN-γ濃度(ng/L)(M=17.61,P25=8.68,P75=32.64)明顯低于對照組(M=43.45,P25=32.02,P75=67.41)(P<0.01)。哮喘組IL-4濃度(ng/L)(M=26.46,P25=12.49,P75=45.35)明顯高于對照組(M=11.42,P25=7.36,P75=17.21)(P<0.01)。哮喘組總 IgE濃度(103U/L)(M=49.17,P25=16.14,P75=117.20)高于對照組(M=35.42,P25=18.55,P75=62.24)(P<0.05)。IFN-γ基因+874位點由于TT基因型頻率較少,僅對AA和AT基因型個體IFN-γ含量進行比較,見表4。AA基因型IFN-γ含量低于AT基因型(P<0.05)。CA重復(fù)序列CA12純合子個體較少,僅比較CA12雜合子(CA12+CA12-)和非CA12純合子(CA12-CA12-)個體IFN-γ含量差異無顯著(P>0.05)。IL-4基因-33和-589位點均存在3種基因型,但由于CC基因型頻率均較少,故僅對2個位點的CT和TT基因型個體外周血IL-4和總IgE水平進行比較,見表5。-33和-589位點TT基因型外周血IL-4和總IgE濃度均高于CT基因型,經(jīng)檢驗僅有-33位點TT基因型個體外周血IL-4水平高于CT基因型(P<0.05)。

表4 IFN-γ基因+874A/T位點和CA重復(fù)序列不同基因型IFN-γ水平比較Table 4.The levels of IFN-γ among different genotypes in IFN-γ gene+874A/T and CA repeat polymorphisms

表5 IL-4基因-33C/T和-589C/T位點不同基因型IL-4和總IgE水平比較Table 5.The levels of IL-4 and total IgE among different genotypes in IL-4 gene-33C/T and -589C/T polymorphisms

討 論

哮喘是復(fù)雜的多基因性遺傳病,具有明顯的遺傳易感性。Bream等[9]對美國人群進行研究發(fā)現(xiàn),IFN-γ基因啟動子區(qū)亦存在多態(tài)性位點即-179G/T,此位點突變后能與轉(zhuǎn)錄激活蛋白-1類似物結(jié)合,在TNF-α誘導(dǎo)下可上調(diào)IFN-γ基因的轉(zhuǎn)錄,從而IFN-γ表達增高。Cabantous等[10]對馬里巴馬科地區(qū)兒童腦型瘧疾研究發(fā)現(xiàn)此位點T等位基因者IFN-γ表達水平增高,從而增強對瘧疾感染的控制,降低腦型瘧疾的發(fā)生。對我國北方漢族人群研究顯示此多態(tài)性位點與HBV感染存在相關(guān)性[4]。但該位點T等位基因的變異率低,我國北方漢族人群為5.71%,在我國南方漢族人群中的分布情況如何?未見有報道。此外,該位點位于啟動區(qū),通過與轉(zhuǎn)錄因子的結(jié)合影響IFN-γ基因轉(zhuǎn)錄,從而影響IFN-γ的表達水平,此位點是否與哮喘存在相關(guān)性,至今國內(nèi)外尚未見報道。本實驗首次對廣東珠三角地區(qū)哮喘兒童和對照兒童進行-179位點研究,結(jié)果顯示該位點未檢測到突變基因型,所有研究對象均為GG純合子,說明IFN-γ基因-179位點可能與哮喘易感性無關(guān)聯(lián)。

Hussein等[7]對埃及地區(qū)75名特應(yīng)性疾病患者(特異性哮喘、特異性皮炎、變應(yīng)性鼻炎)研究顯示,+874 A/T多態(tài)性與特應(yīng)性疾病顯著相關(guān),并且IgE水平和嗜酸粒細胞數(shù)升高及血清IFN-γ降低程度在基因型AA組同TT組相比有顯著差異。國內(nèi)也有學(xué)者研究顯示此多態(tài)性位點可能與我國重慶地區(qū)成人哮喘的遺傳易感性相關(guān)[11]。本研究結(jié)果顯示:IFN-γ基因+874位點AA、AT和TT基因型頻率分布在哮喘組與對照組之間無顯著差異,P>0.05。但通過對不同基因型血漿IFN-γ水平比較發(fā)現(xiàn),AA基因型組IFN-γ水平明顯低于基因型AT組(P<0.05),874位點多態(tài)性與血漿IFN-γ水平存在著相關(guān)性,是否影響哮喘疾病的嚴重程度,影響疾病的預(yù)后,尚需進一步研究。

CA重復(fù)序列位于IFN-γ基因第1內(nèi)含子區(qū)。毛細管電泳技術(shù)檢測顯示,在廣東珠三角地區(qū)人群CA序列可重復(fù)11次至18次,即存在8個等位基因CA11-CA18,這與臺灣學(xué)者的研究結(jié)果不同,在臺灣人群中CA序列可重復(fù)12次至18次[12]。此外,印度學(xué)者研究顯示印度人CA序列可重復(fù)10次至18次[13]。本文對哮喘組和對照組 CA重復(fù)序列的CA12+CA12+、CA12+CA12-和CA12-CA12-3種基因型頻率分布進行比較,并未發(fā)現(xiàn)其與哮喘易感性相關(guān),這與Kumar等[14]的研究結(jié)果一致。但臺灣學(xué)者[12]和印度學(xué)者[13]研究顯示此位點與哮喘存在相關(guān)性。這可能與人種的不同、地區(qū)差異以及研究方法不一致有關(guān)。我們同時對不同基因型個體血漿IFN-γ水平進行比較,結(jié)果發(fā)現(xiàn)CA12+CA12-基因型IFN-γ含量與CA12-CA12-基因型無顯著差異(P>0.05)。

IL-4基因-33C/T位點位于起始密碼子ATG上游-33 bp處,同時也是轉(zhuǎn)錄起始點下游33 bp位置,又記做 +33C/T。Gervaziev等[15]對俄羅斯人群研究顯示,此位點與哮喘易感性及哮喘患者體內(nèi)IL-4、血漿總IgE水平存在相關(guān)性。我國學(xué)者研究顯示此位點與哮喘易感性和血清總IgE水平升高相關(guān)聯(lián)[16]。這可能由于此位點的變異改變了其與CREB(c-AMP反應(yīng)元件結(jié)合蛋白)結(jié)合的穩(wěn)定性,進而影響了IL-4基因轉(zhuǎn)錄[15],也可能是由于 -589位點與-33位點存在連鎖不平衡。但是,有學(xué)者對臺灣地區(qū)哮喘患者13個多態(tài)性位點進行研究,結(jié)果顯示-33C/T位點與哮喘無相關(guān)性[17]。本組資料研究顯示-33位點基因型和等位基因頻率分布在哮喘組和對照組均有顯著差異,T等位基因是哮喘易感基因,T等位基因者患哮喘的風險是C等位基因者的2.04倍。同時也發(fā)現(xiàn)-33位點TT基因型個體外周血IL-4濃度均高于CT基因型者,但對-33位點不同基因型的總IgE水平進行比較卻未發(fā)現(xiàn)兩者的相關(guān)性。本研究結(jié)果提示-33位點多態(tài)性與哮喘易感性存在密切關(guān)系,T等位基因增加患哮喘的風險,可能通過影響IL-4表達參與哮喘的發(fā)生、發(fā)展。

伊朗學(xué)者研究顯示IL-4基因-589位點T等位基因與哮喘易感性相關(guān)[6]。俄羅斯學(xué)者研究顯示此位點與哮喘患者體內(nèi)IL-4水平、血清總IgE水平亦存在相關(guān)性[15]。此外,對臺灣人群的研究顯示該多態(tài)性位點與哮喘易感性及氣道高反應(yīng)性(的嚴重度)密切相關(guān),但與血清總IgE水平無相關(guān)性[18]。我們的研究顯示:-589位點基因型和等位基因頻率分布在哮喘組和對照組均有顯著差異。T等位基因是哮喘易感基因,T等位基因者患哮喘的風險是C等位基因者的2.25倍。進一步對-589位點多態(tài)性與血漿IL-4和總IgE水平的相關(guān)性進行分析,結(jié)果顯示-589位點與血漿IL-4和總IgE并無相關(guān)性。哮喘是一個復(fù)雜的疾病過程,眾多免疫細胞及其產(chǎn)生的細胞因子參與其發(fā)病,血漿IL-4和總IgE濃度可能還受到其它因素的影響。

對哮喘相關(guān)基因多態(tài)性的研究還處于初始階段,隨著分子遺傳學(xué)及分子生物學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展,對哮喘相關(guān)基因多態(tài)性進行深入的研究,將對哮喘發(fā)病機制探討、確定哮喘易感個體和哮喘的基因治療提供理論基礎(chǔ)。

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