張杰 張萬(wàn)江

(石河子大學(xué)醫(yī)學(xué)院病理生理學(xué)教研室/石河子大學(xué)《新疆地方與民族高發(fā)病》教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 石河子 832000)

結(jié)核病易感性相關(guān)基因-MBL基因的研究進(jìn)展

張杰 張萬(wàn)江

(石河子大學(xué)醫(yī)學(xué)院病理生理學(xué)教研室/石河子大學(xué)《新疆地方與民族高發(fā)病》教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 石河子 832000)

結(jié)核病是人類(lèi)最古老的傳染病之一,是由結(jié)核分枝桿菌引起的一種世界性傳染病,是人類(lèi)健康的重要?dú)⑹?。?jù)2000年我國(guó)第四次全國(guó)結(jié)核病流行病學(xué)抽樣調(diào)查結(jié)果表明：我國(guó)活動(dòng)性肺結(jié)核病患病率、涂陽(yáng)率和死亡率分別為367/10萬(wàn),106/10萬(wàn)和9.8/10萬(wàn),結(jié)核病疫情在我國(guó)仍較為嚴(yán)峻,并且結(jié)核病的患病年輕化、病變多系統(tǒng)化,卡介苗預(yù)防效果不佳,結(jié)核病與艾滋病等疾病交叉感染以及結(jié)核分枝桿菌多重耐藥性等現(xiàn)象致使我國(guó)結(jié)核病流行現(xiàn)狀復(fù)雜化,導(dǎo)致我國(guó)結(jié)核病防治形勢(shì)嚴(yán)峻,防治任務(wù)緊迫[1]。

近年來(lái),多種結(jié)核病候選易感基因被發(fā)現(xiàn),并且證實(shí)了這些基因在結(jié)核病發(fā)生發(fā)展中的重要作用。目前,這些基因功能研究明確,同時(shí)也有充分的生物學(xué)證據(jù)支持它們與不同人群的結(jié)核病易感性關(guān)聯(lián),在結(jié)核病的發(fā)生發(fā)展中起重要作用,甘露糖結(jié)合凝集素(MBL)是最具多態(tài)性的系統(tǒng),MBL基因在抗原提呈和免疫應(yīng)答中起著重要作用,其某些變異的等位基因可能使人體對(duì)某些疾病產(chǎn)生易感性。現(xiàn)已發(fā)現(xiàn)有70余種疾病與MBL基因多態(tài)性相關(guān)聯(lián),其中大多數(shù)自身免疫性疾病與MBL基因相關(guān)。本文就近年來(lái)MBL基因多態(tài)性與結(jié)核病遺傳易感性的關(guān)聯(lián)加以綜述。

1 MBL基因的發(fā)現(xiàn)

1975年,人們發(fā)現(xiàn)哺乳動(dòng)物細(xì)胞內(nèi)可能存在一種能與甘露糖特異結(jié)合的蛋白質(zhì)。1978年,Kawasaki T[2]等證實(shí)了這一可能性。他們從兔肝細(xì)胞質(zhì)溶液中提出一種蛋白質(zhì),能與糖蛋白的甘露糖殘基結(jié)合。此后,其他科學(xué)家用親和層析等方法相繼從人、大鼠、牛、小鼠、兔血清中也證實(shí)了該物質(zhì)的存在,并確定此蛋白屬于Lectin家族中的1個(gè)成員,其結(jié)構(gòu)主要含有糖識(shí)別域(carbohydrate recognation domain,CRD)。Lectin通過(guò)CRD與細(xì)菌、細(xì)胞表面的不同糖配體結(jié)合,介導(dǎo)細(xì)菌凝集、調(diào)理作用、活化補(bǔ)體、誘導(dǎo)炎癥反應(yīng)、參與細(xì)胞表面識(shí)別。1993年將此蛋白命名為甘露糖結(jié)合的凝集素(mannose-binding lectin,MBL)。該蛋白質(zhì)廣泛存在于動(dòng)物和人的肝臟及血液中。目前,對(duì)人的MBL的蛋白質(zhì)和基因結(jié)構(gòu)與功能有較深入的研究。已明確MBL由肝臟細(xì)胞合成后分泌入血循環(huán)中,通過(guò)識(shí)別與結(jié)合甘露糖,發(fā)揮免疫調(diào)節(jié)作用,或者激活補(bǔ)體系統(tǒng),發(fā)揮調(diào)理素作用。它在機(jī)體免疫監(jiān)視及免疫防御中有重要意義。

2 MBL基因的結(jié)構(gòu)與功能

2.1 MBL基因的結(jié)構(gòu) 甘露糖結(jié)合凝集素是Ca2+依賴(lài)型(C型)凝集素家族一員,為一種能特異識(shí)別糖類(lèi)并與之非共價(jià)結(jié)合的糖蛋白,它廣泛存在于人的肝臟及血液中,是機(jī)體天然免疫的1個(gè)重要組成部分[3]。MBL的蛋白質(zhì)是多個(gè)亞單位的聚合體,每一亞單位由3條完全相同的肽鏈(每條鏈相對(duì)分子質(zhì)量為28～32 kD)構(gòu)成。各肽鏈均為4個(gè)區(qū)域：(1)N-端富含胱氨酸區(qū)：含20～21個(gè)氨基酸,其中胱氨酸參與亞單位間N-端二硫鍵形成;(2)膠原區(qū)：含18～20個(gè)Gly-Xaa-Yaa序列,為典型的膠原三螺旋結(jié)構(gòu),參與免疫調(diào)理和補(bǔ)體活化過(guò)程;(3)頸區(qū)：位于膠原區(qū)與糖識(shí)別區(qū)之間,功能尚不清楚,可能與亞單位的穩(wěn)定有關(guān);(4)糖識(shí)別區(qū)(CRD)：含120個(gè)氨基酸其中有(17～18個(gè)保守氨基酸和14個(gè)可變氨基酸,保守氨基酸是維持蛋白質(zhì)特殊的疏水核心所必需),呈一花蕾樣結(jié)構(gòu)?；ɡ僦腥ò瓯舜碎g相距 54A,瓣尖平面為一正三角形,此結(jié)構(gòu)為MBL蛋白質(zhì)發(fā)揮生理效應(yīng)的基礎(chǔ)[4-5](圖1)。

圖1 MBL分子的亞單位、結(jié)構(gòu)單位和多聚體結(jié)構(gòu)

2.2 MBL基因的功能

2.2.1 識(shí)別糖配體MBL的CDR識(shí)別糖配體-糖結(jié)構(gòu)的功能區(qū),MBL能選擇性地識(shí)別并可逆性結(jié)合于單糖成分,而當(dāng)配體具有多個(gè)糖基時(shí),其與多個(gè)CDR上的糖結(jié)合位點(diǎn)結(jié)合顯示出高親和性。正常哺乳類(lèi)宿主的MBL僅識(shí)別外源性糖配體,而對(duì)內(nèi)源性細(xì)胞表面糖結(jié)構(gòu)不起反應(yīng),主要取決于：(1)MBL糖結(jié)合位點(diǎn)的規(guī)律性間隔(4.0～4.5 nm)與微生物表面大范圍重復(fù)糖基之間匹配的銜接。(2)相對(duì)固定的CDR結(jié)合方向。正常生理狀態(tài)下,組織細(xì)胞表面覆蓋的糖蛋白一般為唾液酸低聚寡糖,不被MBL識(shí)別,但某些被病毒感染修飾的細(xì)胞或腫瘤細(xì)胞,如神經(jīng)膠質(zhì)瘤、結(jié)腸癌(SW116株)細(xì)胞在生長(zhǎng)過(guò)程中表面的寡糖類(lèi)紊亂,表達(dá)高甘露糖結(jié)構(gòu),進(jìn)而成為MBL結(jié)合的配體[6]。

2.2.2 啟動(dòng)補(bǔ)體系統(tǒng)活化MBL是目前發(fā)現(xiàn)的惟一能活化補(bǔ)體系統(tǒng)的膠凝素,CDR是其主要的效應(yīng)功能區(qū)。MBL啟動(dòng)補(bǔ)體系統(tǒng)活化與2種新的絲氨酸蛋白酶(MASP-1.MASP-2)有關(guān)。2種MASPs都具有裂解C2的活性。不同大小的MBL寡聚體在補(bǔ)體活化中可能起不同的作用。MBL-MASPs活化補(bǔ)體的途徑又稱(chēng)為MBL途徑或凝集素途徑,補(bǔ)體通過(guò)此途徑在病原體或細(xì)胞表面活化,發(fā)揮殺菌、溶解病毒和調(diào)理吞噬等免疫防御功能[7]。

2.2.3 促進(jìn)吞噬、免疫調(diào)節(jié)作用MBL與C1q高度同源,與C1q受體(C1qR),又稱(chēng)膠凝素受體,有較強(qiáng)的親和力。MBL能抑制C1q與C1qR的結(jié)合,競(jìng)爭(zhēng)性結(jié)合表達(dá)于單核-巨噬細(xì)胞、中性粒細(xì)胞和吞噬細(xì)胞表面的C1qR。MBL與膠凝素受體的結(jié)合可橋聯(lián)和促進(jìn)富含甘露糖的靶配體如病原體與表達(dá)受體的細(xì)胞接觸,增強(qiáng)吞噬細(xì)胞的呼吸爆發(fā),加速殺滅病原微生物,啟動(dòng)和調(diào)節(jié)免疫應(yīng)答[8]。MBL的CLR還可能與單核-巨噬細(xì)胞表面的相關(guān)受體結(jié)合,直接調(diào)理吞噬作用。

3 MBL基因多態(tài)性在人類(lèi)不同種族之間的差異性

近年來(lái),隨著MBL基因定位、克隆及結(jié)構(gòu)分析的進(jìn)展,對(duì)MBL遺傳性缺損的分子病理基礎(chǔ)已有了較深入的了解。經(jīng)研究血清MBL的水平受MBL基因結(jié)構(gòu)區(qū)變異及啟動(dòng)子區(qū)基因不同的調(diào)節(jié)活性影響。在正常人群中MBL基因的突變率是很高的,MBL基因多態(tài)性導(dǎo)致膠原樣區(qū)域的氨基酸取代可降低MBL的裝配性和穩(wěn)定性,導(dǎo)致人群中血清MBL水平波動(dòng)在 5 ng/ml至＞5 μ g/ml。這可能反映了機(jī)體對(duì)于MBL相關(guān)免疫的自主調(diào)節(jié)機(jī)制,低血清MBL濃度的個(gè)體可能不易患補(bǔ)體介導(dǎo)的自身免疫性疾病。MBL基因外顯子1第52、54和57位點(diǎn)的 3個(gè)點(diǎn)突變[9]以及啟動(dòng)子區(qū)-550、-221和+4位點(diǎn)的H/L、X/Y、P/Q的基因多態(tài)性均與凝集素低水平有關(guān)[10]。已進(jìn)行的調(diào)查發(fā)現(xiàn),不同人種MBL基因突變頻率有較大差異,除Gys52點(diǎn)突變頻率在所研究人群中均較低外(P≤0.05),Asp54突變頻率在英格蘭人為0.19,香港漢族人為0.11,非洲人中罕見(jiàn)。Glu57突變頻率在非洲岡比亞人為0.29,而在高加索人中為0.02[11]。MBL在啟動(dòng)子區(qū)域-550(H/L)和-220(X/Y)的多態(tài)性呈連鎖不平衡,存在的3個(gè)單倍型H/Y、L/Y和L/X分別與血清MBL高、中和低水平相關(guān)。已調(diào)查的白種人中3個(gè)單倍型出現(xiàn)頻率分別為0.38、0.38和0.24;非洲黑人中分別為0.11、0.65和0.24[12]。施紅[13]等利用PCR-RFLP方法檢測(cè)了中國(guó)5個(gè)民族的955份樣本,MBL-54基因突變頻率分別為漢0.181、維吾爾族0.128、蒙古族0.181、藏族0.179以及彝族0.181,在所有的樣品中均未發(fā)現(xiàn)MBL-52和MBL-57基因突變,對(duì)22份漢族樣本DNA序列的測(cè)定驗(yàn)證了這一結(jié)果。維吾爾族人群MBL-54基因突變頻率較其他4個(gè)民族低,與漢族人群相比,2組之間MBL-54基因型分布和突變頻率的差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(分別為：χ2=7.998,P ＜0.025和 χ2=5.78,P＜0.025)。經(jīng) χ2檢驗(yàn),5個(gè)民族MBL-54等位基因分布符合Hardy-Weinberg平衡。

由此可見(jiàn),MBL結(jié)構(gòu)基因點(diǎn)突變和啟動(dòng)子區(qū)SNP是決定血清MBL水平的關(guān)鍵因素。MBL膠原樣區(qū)結(jié)構(gòu)被破壞,影響穩(wěn)定性和功能性MBL的形成,進(jìn)而降低血漿中功能性MBL的含量,且在不同的種族中普遍存在,但不同人種的基因突變頻率有所不同。

4 MBL基因在結(jié)核桿菌易感性方面表現(xiàn)出的多態(tài)性

MBL是一種存在于血清中的C型凝集素,其通過(guò)結(jié)合病原生物表面的甘露糖等糖基受體而直接介導(dǎo)調(diào)理吞噬作用或通過(guò)MBL途徑激活補(bǔ)體,在機(jī)體的固有性免疫防御中發(fā)揮重要作用[14],具有2個(gè)等位基因改變的個(gè)體,其血清MBL濃度極低或測(cè)不到,而且易出現(xiàn)感染的復(fù)發(fā)。MBL缺乏被認(rèn)為是世界上最常見(jiàn)的免疫缺陷疾病,其改變的等位基因非常常見(jiàn),Garred等[15]推測(cè)雜合子的優(yōu)勢(shì)是通過(guò)傳遞對(duì)分枝桿菌疾病的抵抗來(lái)保持MBL改變的等位基因高頻率的出現(xiàn)。Bellamy等[16]在岡比亞的研究發(fā)現(xiàn)非洲人MBL-57位密碼子變體(variant)等位基因在結(jié)核病患者低于對(duì)照組(P=0.037)。由于處于統(tǒng)計(jì)結(jié)果有意義的臨界點(diǎn),此結(jié)果尚需在其他人群中進(jìn)一步證實(shí)。

國(guó)外報(bào)道[17-18],印度人和非洲裔美國(guó)人肺結(jié)核病例MBL-54等位基因突變頻率高于對(duì)照組,而在美國(guó)白人和西班牙裔人及土耳其人中未發(fā)現(xiàn)MBL基因突變與肺結(jié)核的相關(guān)[18-19],甚至發(fā)現(xiàn)MBL-57位點(diǎn)突變型是肺結(jié)核的保護(hù)基因型[16]。國(guó)內(nèi)馮福民等[20]研究則認(rèn)為,總MBL和MBL-52突變型等位基因可能與肺結(jié)核發(fā)病有關(guān)。還認(rèn)為[20]MBL-54位點(diǎn)G/A突變可能與肺結(jié)核發(fā)病相關(guān)。劉瑋等[21]研究認(rèn)為,甘露糖結(jié)合凝集素(MBL)基因多態(tài)性可能與漢族人群肺結(jié)核發(fā)生的易感性相關(guān)。

總之,從目前的研究結(jié)果來(lái)看,人類(lèi)肺結(jié)核病易感性與基因多態(tài)性有關(guān)聯(lián)性,但種族間這種關(guān)聯(lián)性存在差異。MBL基因多態(tài)性與肺結(jié)核易感性的相關(guān)性更密切、更直接,仍有待更進(jìn)一步研究。

5 展望

盡管人們對(duì)結(jié)核病易感基因-MBL基因的作用以及其機(jī)制的認(rèn)識(shí)已經(jīng)有了一定的進(jìn)展;而且已經(jīng)在不同人群中開(kāi)展了進(jìn)一步的流行病調(diào)查研究,并對(duì)MBL基因與結(jié)核病發(fā)生發(fā)展之間的進(jìn)一步的研究。但總的看來(lái)還不夠深入,主要表現(xiàn)在對(duì)此基因突變位點(diǎn)數(shù)目及與抗病力之間的關(guān)系研究極為有限。到目前為止對(duì)其作用已得到初步實(shí)驗(yàn)證據(jù),但對(duì)其抗病菌侵染的作用機(jī)理仍停留在假設(shè)水平上。今后還需對(duì)MBL基因在抗病菌侵染中的具體作用機(jī)制方面進(jìn)行進(jìn)一步的研究。從而進(jìn)一步認(rèn)識(shí)結(jié)核分枝桿菌感染的發(fā)病機(jī)制,促進(jìn)治療方案的改進(jìn),以及在流行病學(xué)和預(yù)防醫(yī)學(xué)方面為人類(lèi)抵抗結(jié)核分枝桿菌作出更大的貢獻(xiàn)。

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國(guó)家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目(30760237)

張萬(wàn)江(zwj1117@sina.com)

2010-04-17)

(本文編輯：張曉進(jìn))