系統(tǒng)性硬化癥遺傳學(xué)研究進(jìn)展

濮偉霖+郭士成+王久存

摘 要 系統(tǒng)性硬化癥又稱為硬皮病，是一種復(fù)雜的自身免疫性疾病，目前對于該疾病的病因了解尚不清晰。多項研究顯示，遺傳因素在硬皮病的發(fā)病過程中起重要作用。因此對于硬皮病遺傳因素的探索有助于我們發(fā)現(xiàn)硬皮病發(fā)病的相關(guān)通路和分子機制。本文介紹并綜述了硬皮病截止目前的遺傳學(xué)相關(guān)研究的前沿進(jìn)展。

關(guān)鍵詞 硬皮病 遺傳 全基因組關(guān)聯(lián)研究（GWAS）

中圖分類號：R593.25 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1006-1533（2017）S1-0030-07

The review of the advancement of SSc genetic studies*

PU Weilin**， GUO Shicheng， WANG Jiucun***

（Department of Life Sciences， Fudan University， Shanghai 200438， China）

ABSTRACT Systemic sclerosis is a kind of complex autoimmune diseases with different manifestations. The pathogenesis of SSc is still unknown. Multiple studies have revealed the important role of genetic factors in the pathogenesis of SSc. As a result， the exploration of the genetic factors of SSc will be of great benefit to the discovery of the associated pathways and mechanisms of SSc pathogenesis. This paper summarizes the advances and leading edge of the SSc genetic studies till now.

KEY WORDS Scleroderma； Genetics； genome-wide association study （GWAS）

系統(tǒng)性硬化癥（systemic sclerosis，SSc，又稱硬皮病）是不明病因的復(fù)雜性自身免疫性疾病。多項研究已經(jīng)發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)性硬化癥的發(fā)病與遺傳因素密切相關(guān)。從早期的候選基因研究到近年來的全基因組關(guān)聯(lián)研究，大量的遺傳易感因素與硬皮病的臨床表型密切相關(guān)，提示遺傳因素對于硬皮病的發(fā)病具有重要作用。近年來，隨著基因芯片及高通量測序技術(shù)的進(jìn)步和價格的不斷下降，使得對于復(fù)雜疾病的遺傳因素解析更為便捷。本文綜述了從早期至近期的硬皮病遺傳學(xué)研究進(jìn)展。

1 系統(tǒng)性硬化癥的早期遺傳學(xué)研究

在SSc研究早期，美國德克薩斯大學(xué)學(xué)者Arnett對俄克拉荷馬州21 255名Choctaw 印第安人進(jìn)行研究，發(fā)現(xiàn)Choctaw 印第安人系統(tǒng)性硬皮?。聪到y(tǒng)性硬化癥，SSc）發(fā)病率遠(yuǎn)高于正常人群，且未發(fā)現(xiàn)顯著環(huán)境因素差異，故提示可能存在遺傳因素影響[1]。早期研究已經(jīng)發(fā)現(xiàn)SSc患者體內(nèi)可產(chǎn)生自身抗體。而HLA II 型分子可以將處理后的抗原呈遞給T細(xì)胞，從而產(chǎn)生抗原特異性的反應(yīng)，說明HLA區(qū)域和系統(tǒng)性硬皮病的發(fā)生密切相關(guān)。此外，當(dāng)時在其他美國印第安人中也發(fā)現(xiàn)了HLA區(qū)域與其他自身免疫性疾病如風(fēng)濕病和結(jié)締組織病相關(guān)。故Arnett等用12個患者樣本和48個對照樣本研究HLA區(qū)域與SSc的關(guān)聯(lián)，發(fā)現(xiàn)3個HLA區(qū)域的等位基因與SSc相關(guān)，分別為DRB1*1602、DQB1*0301和DQA1*0501。

這一研究成果確認(rèn)了SSc與HLA區(qū)域的相關(guān)性，隨后針對HLA區(qū)域和系統(tǒng)性硬皮?。⊿Sc）遺傳易感性之間的關(guān)聯(lián)研究逐漸增多，并陸續(xù)發(fā)現(xiàn)HLA區(qū)域的多個等位基因與SSc遺傳易感性相關(guān)（表1）[2]。

SSc作為一種復(fù)雜的自身免疫性疾病，除了自身免疫被激活外，其特征還包括微血管的損傷和皮膚及內(nèi)臟的纖維化，因此SSc的發(fā)生除了與HLA區(qū)域的基因密切相關(guān)外，也與非HLA區(qū)域的基因密切相關(guān)。故在HLA基因與SSc的關(guān)系不斷被揭示時，也有許多研究發(fā)現(xiàn)SSc與非HLA區(qū)域的基因之間的關(guān)聯(lián)（表2）[9-10]。

1.1 IRF5

IRF5 （interferon regulatory factor 5，干擾素調(diào)節(jié)因子5） 是 I型干擾素（type I IFN） 信號通路中的重要調(diào)節(jié)因子。而干擾素（interferon， IFN）是固有免疫的重要組成部分，可以通過激活NK細(xì)胞、細(xì)胞毒性T細(xì)胞，促進(jìn)單核細(xì)胞和漿細(xì)胞的成熟等方式來應(yīng)對感染。一項法國的研究利用法國高加索人群（881 病例/760對照）發(fā)現(xiàn)IRF5 內(nèi)含子區(qū)域rs2004640 T 等位基因與SSc相關(guān)聯(lián)[15]。隨后另一項日本的研究（281病例/477對照）確認(rèn)IRF5了 rs2004640與SSc的關(guān)聯(lián)，并發(fā)現(xiàn)rs10954213和rs2280714這兩個SNP也與SSc關(guān)聯(lián)[16]。

1.2 STAT4

STAT4（signal transduction and activator of transcription-4，信號轉(zhuǎn)導(dǎo)和轉(zhuǎn)錄激活因子4）屬于轉(zhuǎn)錄因子家族，參與Th1和Th17細(xì)胞的分化過程。已有研究證明STAT4基因與SLE和RA均相關(guān)[32]。目前已發(fā)現(xiàn)STAT4基因的多個SNP和SSc相關(guān)。在一項包括了5個歐洲高加索人群的共計1 317名SSc病例和3 113名正常對照的研究中，發(fā)現(xiàn)STAT4 上的rs7574865 T 等位基因和lcSSc相關(guān)，但與dcSSc不相關(guān)[19]。隨后的兩個GWAS研究均證明了STAT4基因和SSc之間的關(guān)聯(lián)[28，31]。

1.3 CTGF

CTGF（connective tissue growth factor，結(jié)締組織生長因子）可以通過膠原和細(xì)胞外基質(zhì)的生成來參與纖維化的過程。已發(fā)現(xiàn)在SSc病人血清中CTGF表達(dá)量上調(diào)[33]。一項英國的病例對照研究（500病例/500對照）首次發(fā)現(xiàn)CTGF上945G等位基因和SSc相關(guān)[34]。隨后，日本的一項SSc研究（395病例/269對照）驗證了CTGF和SSc的關(guān)聯(lián)[35]。但是，一項多中心的法國SSc研究（1 180病例/1 784對照）沒能驗證CTGF和SSc之間的關(guān)聯(lián)[11]。這些研究說明CTGF和SSc的關(guān)聯(lián)尚待進(jìn)一步的研究確認(rèn)。

1.4 BANK1

BANK1（B cell scaffold protein with ankyrin repeats，具有錨蛋白重復(fù)序列的B 細(xì)胞支架蛋白）基因編碼BANK1蛋白，BANK1蛋白是一種B細(xì)胞適配蛋白，可以與B細(xì)胞上受體和B細(xì)胞下游激酶結(jié)合。已有研究確認(rèn)BANK1與RA和SLE相關(guān)，提示BANK1也可能與SSc相關(guān)[11，17，36]。在一項包括2 380名SSc患者和3 270名正常對照的多中心研究中，發(fā)現(xiàn)rs10516487G 和rs17266594T 等位基因和dcSSc關(guān)聯(lián)[17]。隨后的德國和法國的研究也確認(rèn)了上述等位基因和dcSSc之間的關(guān)聯(lián)[18]。

2 SSc全基因組關(guān)聯(lián)研究進(jìn)展

從2009年至今，已發(fā)表4篇SSc的全基因組關(guān)聯(lián)研究（GWAS），通過大樣本量研究，確認(rèn)了早期發(fā)現(xiàn)的多個基因與SSc的關(guān)聯(lián)，同時也發(fā)現(xiàn)了多個新的與SSc相關(guān)的基因。

第一項針對SSc的GWAS研究利用137名韓國SSc患者和564名正常對照，發(fā)現(xiàn)HLA-DPB1和HLA-DPB2上5個SNP rs3128930A、 rs7764491C、rs7763822T、rs3128965A和rs3117230G與SSc亞型ATA（antitopoisomerase I，抗拓?fù)洚悩?gòu)酶I）陽性相關(guān)。在驗證階段該研究采納了110名美國高加索裔SSc病人和2 747名正常對照，成功驗證兩對SNP rs7763822/rs7764491和rs3117230/rs3128965與ATA+或ACA+相關(guān)[37]。

2010年，Mayes等發(fā)表了迄今最大規(guī)模的SSc GWAS研究。這項研究包括了美國、西班牙、德國和荷蘭的共計2 296名SSc患者和5 171名正常對照，發(fā)現(xiàn)多個SNP在經(jīng)過多重檢驗矯正后P值仍然達(dá)到了GWAS的顯著水平（P≤5×10-7）。其中，HLA-DQB1基因的SNP rs6457617 最為顯著。在MHC區(qū)域外，包括TNPO3/IRF5、STAT4、CD247、CDH7、EXOC2/IRF4在內(nèi)的5個基因達(dá)到了GWAS顯著水平。隨后，在驗證階段，該研究納入了2 753名高加索SSc患者和4 569名正常對照，結(jié)果CDH7和EXOC2/IRF4未能通過驗證。其他通過驗證的三個基因中，STAT4和IRF5與SSc的關(guān)聯(lián)之前已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，而CD247是首次發(fā)現(xiàn)與SSc相關(guān)[28]。

2011年，Martin 等利用2010年SSc GWAS的數(shù)據(jù)，擴大了驗證階段的樣本量，合并樣本量達(dá)到5 471例SSc病人和10 143例正常對照。該研究合并分析后發(fā)現(xiàn)IRF8基因上的SNP rs11642873與lcSSc相關(guān)，且P值（2.32×10-12）達(dá)到了GWAS的顯著水平。而另外兩個基因GRB10和SOX5分別和lcSSc（P=1.27×10-6）和ATA（1.39×10-7）陽性相關(guān)，但是P值略低于GWAS的顯著水平，提示這兩個基因可能也與SSc相關(guān)，但尚需進(jìn)一步確認(rèn)[30]。

同在2011年，法國的Allanore等[31]也發(fā)表了一項GWAS研究，他們主要利用法國SSc樣本，并在驗證階段中包括了意大利、德國等多個種族的人群，合并樣本量達(dá)到1 682例病人和3 926例正常對照。該研究發(fā)現(xiàn)HLA區(qū)域的PSORS1C1（P=5.7×10-10）和HLA-DQB1（P=2.33×10-37）與SSc相關(guān)。而在HLA區(qū)域之外，還發(fā)現(xiàn)了RHOB和TNIP上的多個SNP可能與SSc相關(guān)。

2013年，Martin等對SSc和SLE進(jìn)行了一項metaGWAS研究。他們利用Mayes[28]的SSc GWAS研究數(shù)據(jù)和Harley[38] 的SLE GWAS數(shù)據(jù)，將這兩篇GWAS研究合并，從中篩選20個共有的SNP進(jìn)行驗證。該研究在驗證階段納入了1 578例SSc病例和3 446名正常對照以及1 727例SLE病例和3 447例正常對照，總計樣本量達(dá)到21 109例。該研究結(jié)果發(fā)現(xiàn)KIAA0319L基因（P=3.31×10-11）是SSc和SLE共同的新發(fā)現(xiàn)的關(guān)聯(lián)基因，并首次發(fā)現(xiàn)SLE的易感基因PXK（P=3.27×10-11）和JAZF（P=1.11×10-8）與SSc相關(guān)聯(lián)[39]。

除了傳統(tǒng)的GWAS之外，Mayes等于2014年首次完成了SSc的Immunochip的研究。他們利用Immunochip對1 833名SSc病例和3 466名正常對照進(jìn)行檢測，在HLA區(qū)域發(fā)現(xiàn)了6個氨基酸多態(tài)位置和7個SNP與SSc相關(guān)。而在非HLA區(qū)域，該研究利用4 017名SSc病例和5 935名正常對照進(jìn)行了驗證，合并樣本量達(dá)到5 835/9 401，發(fā)現(xiàn)了DNASE1L3、CHIPIL12A和ATG53個基因與SSc和SSc的亞型相關(guān)。其中DNASE1L3與SSc（P = 3.36×10-16），ATA+（4.25×10-31）和lcSSc（P = 1.28×10-20）均相關(guān)，SCHIP-IL12A也與SSc（P= 1.22×10-11），ATA+（2.40×10-8）和lcSSc（P = 1.53×10-11）均相關(guān)，而ATG5則與SSc相關(guān)（P = 3.75×10-8）[40]。

3 SSc多態(tài)位點在中國漢族人群中的驗證

不同種族人群存在著遺傳結(jié)構(gòu)差異，硬皮病的流行病學(xué)特征在不同地區(qū)及種族中具異質(zhì)性，因此有必要對不同種族人群進(jìn)行比較研究，以發(fā)現(xiàn)影響硬皮病的關(guān)鍵基因或位點。在高加索人中發(fā)現(xiàn)及驗證過的多態(tài)位點是否也是漢族人群SSc的易感位點需要在漢族人群樣本中進(jìn)行研究。

本實驗室及合作者于2013年利用453例漢族SSc患者和534例正常對照進(jìn)行研究，發(fā)現(xiàn)中國漢族人群中 STAT4基因上的兩個SNP（rs7574865和rs10168266）與SSc相關(guān)。其中rs7574865的基因型GG（P = 4.1×10-3）和等位基因T（P = 4.1×10-4）在SSc病人中出現(xiàn)頻率與正常對照中頻率存在明顯差異，而rs10168266 的基因型GG（P = 0.005 1）和等位基因T（P = 0.005 1）在SSc病人中出現(xiàn)的頻率與正常對照中頻率也存在明顯差異[41]。本項目組利用424例漢族SSc患者和502例正常對照研究后發(fā)現(xiàn)IRF5 rs2004640 TT 基因型在纖維化的SSc患者和ATA陽性患者中頻率顯著上升。且ACA+和lcSSc這兩種亞型中IRF5 rs2004640 T 基因頻率顯著上升，成功驗證了IRF5基因與漢族人群SSc的關(guān)聯(lián)[42]。

本項目組利用213名漢族SSc患者和239名漢族正常對照在漢族人群中驗證了HLA-DQB1*0501（P = 1.6×10-5）是漢族人群SSc的易感位點。而DQB1*0601與 ATA+ SSc（P = 0.031）相關(guān)聯(lián)，DQB1*0303與antiU1RNP陽性（P = 0.02）關(guān)聯(lián)[43]。此外，在漢族人群（585 SSc患者/458正常對照）中驗證了HLA-DRB1的多個等位基因與SSc相關(guān)[44]。我們也在漢族人群中（338名SSc患者/480名正常對照）中驗證出HLA-DPB1上的多個等位基因與SSc和SSc的亞型相關(guān)[45]。雖然2010年的最大規(guī)模GWAS研究中發(fā)現(xiàn)CD247與SSc相關(guān)，但我們在漢族人群中（387病例/523對照）未能驗證出CD247基因與漢族人群SSc之間相關(guān)，說明CD247與SSc在漢族人群中的相關(guān)性尚需進(jìn)一步確認(rèn)[46]。

4 拷貝數(shù)變異

GWAS研究的原理基于常見疾病/常見變異的理論。雖然目前GWAS已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了一系列硬皮病易感基因及位點，但從根本上其只能發(fā)現(xiàn)頻率高于5%的疾病相關(guān)遺傳變異。因此目前GWAS發(fā)現(xiàn)的SSc易感位點只能解釋很小一部分的性狀遺傳或致病風(fēng)險。頻率較低的單核苷酸多態(tài)性則無法通過現(xiàn)有GWAS方法進(jìn)行研究，即目前的SSc的易感性研究中存在大量的遺傳力丟失[47]。研究發(fā)現(xiàn)，拷貝數(shù)變異（CNV）在復(fù)雜疾病的易感性上也占有重要的貢獻(xiàn)。最新的千人基因組發(fā)現(xiàn)CNV變異所涉及的基因組區(qū)域是SNP的10倍之多，因此，CNV可能對人類表型或疾病產(chǎn)生更加廣泛的影響。目前基于全基因組CNV關(guān)聯(lián)研究主要集中在腫瘤及心血管、神經(jīng)系統(tǒng)疾病中，截至2015年，尚沒有基于CNV的全基因組關(guān)聯(lián)研究在SSc中開展，但已經(jīng)有一些基于候選基因方法的CNV關(guān)聯(lián)研究。2010年Zorzetto博士基于意大利人群的研究結(jié)果顯示C4基因（6p21.3）的拷貝數(shù)變異與SSc的易感性顯著相關(guān)。2012年McKinney博士通過對777位歐洲高加索SSc患者和1 000正常人的研究發(fā)現(xiàn)FCGR3B拷貝數(shù)缺失是SSc的一個風(fēng)險遺傳變異[48]。本實驗室2014年首次利用比較基因組雜交方法（CGH）開展了針對中國人群的全基因組CNV關(guān)聯(lián)研究，發(fā)現(xiàn)在中國漢族SSc人群中存在大量的候選易感性CNV位點，并通過大樣本人群實驗表明HLA-DQA1和APOBEC3A/3B基因的CNV對SSc的易感性具有顯著的貢獻(xiàn)[49]。

5 全外顯子組研究

隨著高通量測序技術(shù)價格的不斷下降，個人基因組測序的成本急劇下降，使得基于全基因組或全外顯子組測序的大樣本疾病遺傳學(xué)研究成為可能。Gao等于2016年首次利用全外顯子測序技術(shù)對78例歐洲高加索硬皮病患者進(jìn)行測序。該研究利用公共數(shù)據(jù)庫中的3 179例正常樣本的全外顯子數(shù)據(jù)作為對照，發(fā)現(xiàn)ATP8B4基因頻率在硬皮病患者和正常對照中存在顯著差異（P= 2.77×10-7）。深入研究發(fā)現(xiàn)ATP8B4基因中的rs55687265位點的差異最為顯著（P=9.35×10-10）。隨后于第二階段利用415例硬皮病患者和2 848例正常對照，對第一階段的結(jié)果進(jìn)行驗證。合并分析的結(jié)果也驗證了該位點與硬皮病的發(fā)病相關(guān)（P=1.92×10-7， OR=2.5）。此外，該研究還發(fā)現(xiàn)ASB10、CNGB3和HLA-DRB5和HSPB2等基因可能與硬皮病的發(fā)病存在可能的相關(guān)性，需要更多的研究加以確認(rèn)[50]。

6 結(jié)語

截止目前，包括本實驗室在內(nèi)，通過高通量的芯片技術(shù)和測序技術(shù)發(fā)現(xiàn)了大量與硬皮病發(fā)病相關(guān)的風(fēng)險和保護位點，使我們對于硬皮病發(fā)病的遺傳機制有了深入的了解。但由于硬皮病患病率低，研究的樣本量較小，同時研究技術(shù)手段的局限也使得對于硬皮病遺傳背景的了解尚待深入。隨著高通量測序技術(shù)的開展，相信在近期可對硬皮病的遺傳風(fēng)險因素有更加細(xì)致的了解，同時對其作用和功能進(jìn)行更為精細(xì)的描述和認(rèn)識。

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