慢性阻塞性肺疾病相關的肺動脈高壓遺傳學研究進展

袁雪婷 許小毛

1北京醫(yī)院 國家老年醫(yī)學中心 國家衛(wèi)生健康委北京老年醫(yī)學研究所 國家衛(wèi)生健康委北京老年醫(yī)學重點實驗室 中國醫(yī)學科學院老年醫(yī)學研究院100730；2北京醫(yī)院(呼吸與危重癥醫(yī)學科)國家老年醫(yī)學中心 中國醫(yī)學科學院老年醫(yī)學研究院100730

COPD 是一種以持續(xù)氣流受限為特征、嚴重危害人類健康的進行性、慢性疾病，發(fā)病率在逐年增加[1]。肺動脈高壓 (pulmonary hypertension，PH)是COPD 進展過程中的常見合并癥，也是COPD 發(fā)展至肺源性心臟病的重要因素，其嚴重程度直接影響肺源性心臟病患者的生活質量和預后[1]。根據最新歐洲心臟病學會/歐洲呼吸學會 《肺動脈高壓診斷和治療指南》中的分類標準，COPD 相關的肺動脈高壓 (pulmonary hypertension associated with COPD，COPD-PH)屬于第3大類-低氧或肺部疾病相關的PH[2]。早期有證據表明遺傳因素在COPD 的易感性方面起重要作用[3]，但對于COPD-PH 的遺傳學機制認識不足。近年來，隨著基因和基因組學的發(fā)展，越來越多的研究發(fā)現不少基因的多態(tài)性與COPD-PH 的進展相關，本文就COPD-PH遺傳學機制及當前相關進展進行綜述。

1 腦鈉肽 (brain natriuretic peptide，BNP)基因多態(tài)性與COPD-PH

BNP是由心肌細胞合成的功能性肽，其主要作用是調節(jié)血壓和血流量的生理平衡，其合成分泌受到血壓、心室擴張、全身性高血壓、年齡等因素的影響[4]。BNP 在心力衰竭、高血壓和心肺疾病的診斷中發(fā)揮著重要作用[5]。謝小兵等[6]的研究認為BNP 基因rs198389位點的多態(tài)性與COPD-PH 相關。最近Jin等[7]的研究也證實了這一點，還提出了其他位點。他們對339例COPD 患者和125例健康受試者的BNP基因型進行了PCR/Sanger測序，結果顯示rs198389基因座G 等位基因、rs6668352基因座A 等位基因和rs198388基因座T 等位基因是COPD 患者發(fā)病以及發(fā)生COPD-PH 的高危因素，并推測其發(fā)生與血清中BNP、纖維蛋白原的高表達，Apelin蛋白的低表達有關。從已發(fā)表的文獻來看，仍缺乏有關BNP基因多態(tài)性與COPD-PH關聯性及具體發(fā)病機制的大型臨床研究給予高級別的證據支持。

2 5-羥色胺轉運體 (5-hydroxytryptamine transporter，5-HTT)基因多態(tài)性與COPD-PH

缺氧是一個公認的刺激肺血管重塑和PH 發(fā)展的因素。研究表明，血清素5-HTT 可以介導肺血管平滑肌細胞中5-羥色胺 (5-hydroxytryptamine，5-HT)的有絲分裂活性，使其在缺氧時過度表達[8]。有研究發(fā)現COPD 相關的PH嚴重程度與5-HTT 基因多態(tài)性有關。在Eddahibi等[9]的多中心研究中，攜帶5-HTT-LL基因型的COPD 受試者比攜帶5-HTT-SS 基因型的受試者多表達2 倍的5-HTTm RNA，并且收縮期PH 值更高。Ulasli等[10]的研究發(fā)現，COPD 5-HTT L等位基因的COPD 患者可能具有較高的PH 發(fā)生風險，且基因型為LL的患者的肺動脈壓更高，與先前的研究結果一致，但在COPD 患者組與對照組之間5-HTT L/S多態(tài)性和等位基因頻率的分布差異無統(tǒng)計學意義，有必要進一步研究。

3 瞬時受體電位 (transient receptor potential，TRP)M8基因多態(tài)性與COPD-PH

已有資料表明[11]，TRP陽離子通道的超家族存在于廣泛的細胞類型中，并在COPD 和哮喘等呼吸系統(tǒng)疾病中起著關鍵作用。在這一亞家族中，TRPM2、TRPM4 和TRPM8是治療呼吸系統(tǒng)疾病的可能靶點[11]。后來有研究[12]發(fā)現TRPM8能夠在8～22°C 的溫度范圍內被激活，考慮這可能與呼吸冷空氣時引起的呼吸自主反應 (包括氣道收縮、咳嗽和黏膜分泌等)相關。近期，一項針對中國漢族COPD 人群的研究[13]顯示，TRPM8 基因中的rs9789398位點與COPD 的易感性顯著相關。此外，發(fā)現rs9789675、rs9789398和rs1004478 這些位點與COPD 患者發(fā)生PH 的風險增加顯著相關，該研究為COPD-PH 的發(fā)生機制提供了一個新的遺傳學視角，TRPM8 突變及引起的功能變化和潛在機制需要進一步探索。

4 IL-6基因多態(tài)性與COPD-PH

隨著COPD 病情發(fā)展，PH 的發(fā)生率逐漸升高，過去主要認為缺氧是PH 形成的主要原因，現在一些輕度COPD 患者的肺動脈就已經存在炎細胞浸潤改變，因此認為慢性炎癥反應是COPD-PH 形成的重要機制之一。炎癥細胞在氣道、肺血管、肺實質浸潤游走，同時分泌、釋放多種炎癥細胞因子，破壞正常的肺組織和血管結構，最終導致氣道結構的重塑和氣道阻塞的形成，進而使患者肺功能下降，促進肺動脈高壓形成[14]。IL-6是一種重要的炎癥細胞因子，Córdoba-Lanús等[15]的研究發(fā)現在西班牙人群中IL-6 E572C 等位基因可能降低COPD 發(fā)生的風險。Eddahibi等[16]的研究報告了攜帶IL-6 GG 基因型的COPD患者血清IL-6水平和PH 均高于CC 或CG 基因型，并且認為炎癥細胞因子IL-6的基因多態(tài)性可能與COPD 患者發(fā)生PH 的風險相關。但孫麗蓉等[17]的研究結果顯示IL-6 572位點基因多態(tài)性與COPD 相關的PH 易感性無關，這種結論不一致性可能是種族及地區(qū)之間的差異造成。雖然國內外有關IL-6基因多態(tài)性與PH 或COPD 遺傳易感性的相關報道較多，但尚無直接研究IL-6基因多態(tài)性在COPDPH 進展中作用的報道，進一步探究相關機制有很大的臨床意義。

5 表皮生長因子受體 (epithelial growth factor receptor，EGFR)3′UTR 多態(tài)性與COPD-PH

EGFR 是一種廣泛表達于細胞表面的跨膜酪氨酸激酶受體，通過調節(jié)細胞的死亡和凋亡參與細胞增殖的某些重要過程[18]。EGFR 的失調也被認為是導致肺動脈平滑肌細胞 (pulmonary arterial smooth muscle cell，PASMC)異常增殖和肺動脈重塑的原因，以前有研究顯示EGFR 抑制劑可顯著恢復大鼠的血管重塑[19]。同時，EGFR 的表達水平被認為受到包括microRNA 在內的各種因素的調節(jié)[20]。Zhou等[21]的研究，進一步證實了miR-214 的外源性過度表達可以顯著下調TT 和TC 基因型PASMC 中的EGFR表達，但該結果不適用于CC 基因型的PASMC。除此之外，發(fā)現CC基因型中EGFR 的濃度顯著高于TT 或TC基因型組，且CC 基因型的COPD 患者患PH 的風險更高。簡而言之，EGFR 3′UTR 774 T＞C 的多態(tài)性，可以干擾miRNA/m RNA 之間的相互作用，并通過MiR-214的釋放抑制EGFR 的表達。這些發(fā)現加深了我們對于發(fā)病機制的認識，對于預防和治療COPD-PH 具有重要意義。

6 缺氧誘導因子-1 (hypoxia inducible factor-1，HIF-1)基因多態(tài)性與COPD-PH

早有研究[22]表明，COPD 患者低氧血癥的嚴重程度與PH 的進展密切相關，肺泡缺氧可導致肺動脈收縮，持續(xù)肺泡缺氧可導致肺動脈重塑。HIF-1 是一種由α和β組成的異源二聚體轉錄因子，可調節(jié)多種基因的表達以響應缺氧刺激[23]。HIF-1α對缺氧很敏感，是HIF-1 的氧調節(jié)亞單位，也是決定HIF-1 活性的最關鍵部分，HIF-1β 是HIF-1的結構亞單位，能維持HIF-1結構的穩(wěn)定[24]。常氧條件下，HIF-1α由位于401～603 位氨基酸的氧依賴降解結構域控制，并通過泛素-蛋白酶體途徑迅速降解，因其半衰期很短，故細胞內HIF-1的含量極低。但在缺氧細胞或腫瘤細胞中，HIF-1α的泛素-蛋白酶體降解途徑被抑制，HIF-1α濃度增加，并與HIF-1β二聚化，在細胞核內組合成HIF-1，從而允許靶基因轉錄。HIF-1可調節(jié)內皮素1、血管內皮生長因子及其受體、誘導型一氧化氮合酶等多種下游靶基因的表達增加，進而在PH 中發(fā)揮重要作用[25]。Jiang等[26]的研究結果表明缺氧刺激可增強大鼠PASMC和PH 模型中SUMO-1 基因的表達，并通過與HIF-1 直接、特異的相互作用，調節(jié)下游靶基因，參與缺氧相關的PH進展。已有不少研究[24，27]證實HIF-1和COPD 易感性的關聯，國內閆瑩等[28]的研究發(fā)現HIF-1α基因rs2057482位點的多態(tài)性與COPD-PH 的易感性可能有關，C＞T 突變可能在COPD 合并PH 的易感性上起到保護作用，如能早期篩查易感基因將有助于及早發(fā)現高危患者，進而制訂個性化的防治措施，最終有望延緩COPD 相關PH 的進展。目前已發(fā)表的文獻主要集中于HIF-1基因多態(tài)性與COPD 發(fā)生的相關性，而有關COPD 患者發(fā)生PH 風險的研究較少，確切機制有待進一步闡明。

7 血管緊張素轉換酶 (angiotensin converting enzyme，ACE)基因多態(tài)性與COPD-PH

COPD 患者和COPD-PH 患者的病程進展與腎素-血管緊張素-醛固酮系統(tǒng) (renin-angiotensin-aldosterone system，RAAS)的激活有關，后者可影響肺血管收縮和肺血管重塑。ACE是一種鋅金屬肽酶，在肺部高度表達并且能夠降解緩激肽，催化血管緊張素Ⅱ的形成，在RAAS中發(fā)揮重要作用[29]。它是一種強大的血管收縮劑、炎癥調節(jié)劑和細胞生長因子。因此，ACE 基因被認為是COPD 患者發(fā)生PH 的一大促因[30]。早期Ahsan等[31]的研究通過ACE 插入/缺失 (I/D)基因多態(tài)性篩查，發(fā)現I等位基因與穩(wěn)定的COPD 進程顯著相關。后來Pabst等[30]的研究結果顯示：在顯性模型中I等位基因與COPD 的風險增加相關；但在共顯性模型中，I等位基因與COPD 病程進展無關；此外，與對照組相比，穩(wěn)定的COPD 患者的ACE (I/D)I等位基因顯著增加。近期，一項2 635名參與者的meta分析[1]研究提出了族群分析的概念，其整體分析結果表明，在所有基因模型中ACE 基因多態(tài)性與COPD 易感性無相關性；然而，族群分析結果表明，亞洲人ACE基因多態(tài)性與COPD 的易感性相關，且認為純合子變異可能增加亞洲人COPD 的發(fā)病風險。已發(fā)表的這些研究主要針對ACE基因多態(tài)性與COPD 發(fā)病及病程穩(wěn)定的相關性，均未明確指出ACE基因多態(tài)性與COPD 患者伴發(fā)PH 的風險相關性，因此有待更多的臨床研究。此外，血管緊張素抑制劑或血管緊張素Ⅱ抑制劑抑制RAAS是否有助于延緩COPD患者的病程進展，這一點值得關注，以指導臨床開展治療。

8 其他MicroRNAs(miRNAs)調控相關基因與COPD-PH

miRNAs是一類長度為18～25 個核苷酸的非編碼RNA，它們與靶m RNA 的3′非翻譯區(qū)結合，調節(jié)基因表達[32]。研究發(fā)現一些miRNA 的靶基因 (包括BMPR2、RhoB、SHP2、NFAT 和Mst1)在PH 進展的相關途徑中高度富集，表明了miRNA 對該疾病的廣泛控制。其中一類通過感受缺氧刺激調節(jié)表達的 miRNA 稱為“hypoximiRs”，包括上調 (如：miR-210)和下調 (如：miR-124)2種類型[33]。先前已有報道稱miR-124 在缺氧暴露狀態(tài)中下調。PASMC 的異常增殖是缺氧性血管重塑的主要原因。Li等[34]的研究發(fā)現在伴有PH 的COPD 患者中攜帶至少一個rs531564等位基因的數量大于不伴PH 的COPD 患者。該研究認為Grb2 是miR-124 的主要靶點，rs531564等位基因的存在通過降低miR-124的表達，增加Grb2的表達，促進了PASMC的增殖，從而增加COPD 患者發(fā)生PH 的風險，與前文所述結論一致。此外，Jiang等[35]的研究發(fā)現COPD-PH 患者miR-190a-5p水平明顯高于健康對照組，人肺內皮細胞體外實驗表明缺氧使miR-190a-5p的表達顯著增加。KLF15 是miR-190a-5p 的主要靶點，該研究認為MIR-190a-5p通過靶向KLF15調節(jié)缺氧誘導的PH，并且，miR-190a-5p的循環(huán)水平與COPDPH 的嚴重程度相關。關于各種miRNA 相關基因在COPD-PH 中的進展、診斷、預后價值的臨床研究數量不多，有待在更大的研究中心和更多的人群中進一步驗證，并期待探索一些新的治療靶點。

除了上述研究較多的基因靶點，Lee等[36]的研究發(fā)現鐵反應元件結合蛋白2 (iron responsive element binding protein 2，IREB2)的基因多態(tài)性與COPD 合并肺動脈擴張有強遺傳關聯，主要集中在15q25.1區(qū)域。但尚未確定IREB2中與COPD 發(fā)生PH 的功能性變異相關的位點，IREB2在與COPD 相關的PH 發(fā)病機制中的特定作用以及根據IREB2 變體的功能差異將需要進一步研究PH 作為COPD 的一種并發(fā)癥，患者的發(fā)病率和嚴重程度有很大的差異。不同的生化途徑和細胞機制在COPD-PH 的發(fā)病機制中發(fā)揮著不同作用。因此，確定COPD 患者發(fā)生PH 的遺傳易感性，對于更好地了解其發(fā)病機制、開發(fā)新的靶點治療具有重要意義。然而，現有的實驗證據遠遠不足以指導COPD-PH 的臨床診療，尋求多中心、多領域、更大的COPD-PH 相關的遺傳學研究是我們未來的方向。

利益沖突 所有作者均聲明不存在利益沖突