CHRNA5-A3-B4基因簇與吸煙行為的相關(guān)性研究進(jìn)展

劉紅艷，高笑宇，李媛，孫德俊

煙草暴露造成每年700多萬(wàn)人死亡，僅我國(guó)吸煙者已超過(guò)3億，預(yù)計(jì)到2050年全國(guó)因吸煙造成的死亡人數(shù)將增加3倍［1］。香煙煙霧含多種有害物質(zhì)，主要包括苯并芘、多環(huán)芳烴類(lèi)、尼古丁和亞硝胺［2-3］，其中尼古丁是造成煙草依賴(lài)的主要成分［4］。為減少香煙依賴(lài)造成的死亡，戒煙是最有效的應(yīng)對(duì)措施，而目前可用的戒煙方法如電子煙、藥物替代療法等的效果均不穩(wěn)定［5］，且需要進(jìn)一步明確上述戒煙方法的安全性。因此，為了制定更安全有效的戒煙策略，尼古丁依賴(lài)病因?qū)W的研究勢(shì)在必行。煙堿型乙酰膽堿受體（nicotinic acetylcholine receptors，nAChRs）由五聚體跨膜陽(yáng)離子通道構(gòu)成，屬于配體門(mén)控離子通道超家族的一員，其與乙酰膽堿或尼古丁結(jié)合后可開(kāi)放通道，允許陽(yáng)離子（Ca2+、Na+、K+）轉(zhuǎn)運(yùn)［6］，促進(jìn)神經(jīng)遞質(zhì)釋放，進(jìn)而刺激細(xì)胞內(nèi)信號(hào)傳導(dǎo)和基因轉(zhuǎn)錄［7］。nAChRs可以分為兩大類(lèi)：肌肉型nAChRs和神經(jīng)元型nAChRs，其中肌肉型nAChRs由α1、β1、γ、δ和ε亞基組成，與乙酰膽堿受體結(jié)合，可釋放神經(jīng)遞質(zhì)，激活離子通道，引起肌肉收縮；神經(jīng)元型nAChRs由α2～α10和β2～β4亞基組成，可與尼古丁選擇性地在大腦中靶向結(jié)合，進(jìn)而增強(qiáng)與尼古丁的結(jié)合效應(yīng)［8-9］。CHRNA5-A3-B4基因簇緊密聚集在nAChRs的15號(hào)染色體上，編碼nAChR的α5、α3和β4亞基，其可相互協(xié)調(diào)，共同調(diào)控基因位點(diǎn)，增強(qiáng)基因表達(dá)，影響生物性狀。全基因組關(guān)聯(lián)分析（genome-wide association analysis，GWAS）已證實(shí)15號(hào)染色區(qū)域內(nèi)的單核苷酸多態(tài)性（single nucleotide polymorphism，SNP）與尼古丁依賴(lài)性有關(guān)［10-11］。CHRNA5-A3-B4基因遺傳候選SNP研究和薈萃分析表明，CHRNA5-A3-B4基因簇與尼古丁依賴(lài)性［12］、初次吸煙［13］和重度吸煙行為［14］相關(guān)。本文就CHRNA5-A3-B4基因簇與吸煙行為的相關(guān)性進(jìn)行綜述，以期為戒煙藥物新靶點(diǎn)的開(kāi)發(fā)和煙草相關(guān)疾病的基因干預(yù)治療提供新思路。

1 CHRNA5-A3-B4基因簇

1.1 α5、α3、β4亞基相互作用 CHRNA5-A3-B4基因簇編碼的α5、α3、β4亞基可在大腦多個(gè)區(qū)域表達(dá)，尤其在內(nèi)側(cè)韁核和腳間核區(qū)域內(nèi)［15］，其在尼古丁依賴(lài)性方面有著至關(guān)重要的作用［16］。在腳間核中，單獨(dú)α5亞基對(duì)乙酰膽堿受體結(jié)合位點(diǎn)沒(méi)有作用，但與α3、β4亞基組合后其對(duì)尼古丁的親和力增加［17-19］。RABE等［20］通過(guò)質(zhì)譜法和免疫化學(xué)法對(duì)單個(gè)受體亞基的質(zhì)膜表達(dá)進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)約98%的質(zhì)膜受體中α3亞基單獨(dú)與β4亞基組合表達(dá)或與β4、α5亞基共同表達(dá)為五聚體結(jié)構(gòu)，這均可增加其對(duì)尼古丁的親和力。有研究發(fā)現(xiàn)，CHRNA3基因rs1051730位點(diǎn)與CHRNA5基因rs16969968位點(diǎn)高度相似，可發(fā)生錯(cuò)義突變，導(dǎo)致α5亞基蛋白（D398N）中第398個(gè)氨基酸處的天冬氨酸（D）替換為天冬酰胺（N），導(dǎo)致具有天冬酰胺變體的α5受體復(fù)合物對(duì)尼古丁的親和力變?yōu)樵瓉?lái)最大親和力的3倍［21］。由此表明，α5、α3、β4亞基可以相互調(diào)節(jié)，互相組合，進(jìn)而增加對(duì)尼古丁的親和力。

1.2 SNP位點(diǎn)相互作用 CHRNA5-A3-B4基因簇中的部分基因具有調(diào)控作用，使SNP聚集到基因組區(qū)域，形成局部調(diào)控組，發(fā)揮更強(qiáng)的調(diào)控作用。BARRIE等［22］研究發(fā)現(xiàn)，CHRNA3、CHRNB4 mRNA和CHRNA5反義RNA在人體多種組織中共表達(dá)，提示其有共同調(diào)控元件，見(jiàn)圖1；進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)，rs880395位點(diǎn)不但可增加所有組織中CHRNA5 mRNA表達(dá)水平，而且可增加腦和外周組織中CHRNA3 mRNA表達(dá)水平，同時(shí)發(fā)現(xiàn)rs880395位點(diǎn)與CHRNB4 3'端非翻譯區(qū)域中的rs1948位點(diǎn)可共同表達(dá)以調(diào)控基因變異。LEE等［23］研究發(fā)現(xiàn)，CHRNB4的rs4887074位點(diǎn)與尼古丁依賴(lài)性有關(guān)，其與CHRNA3和CHRNA5的兩個(gè)調(diào)節(jié)變體共同調(diào)節(jié)rs16969968位點(diǎn)的尼古丁依賴(lài)性；CHRNA5增強(qiáng)子區(qū)域中rs880395位點(diǎn)和CHRNA3增強(qiáng)子區(qū)域中rs1948、rs16969968位點(diǎn)可形成單倍型，進(jìn)一步加強(qiáng)CHRNA5、CHRNA3與尼古丁依賴(lài)性的關(guān)聯(lián)性。CHRNA5-A3-B4基因簇與尼古丁親和力的強(qiáng)弱可能具有組織特異性，如rs1948位點(diǎn)僅在基底神經(jīng)核中充當(dāng)CHRNA3的調(diào)控變體，而在其他組織中則不起作用。孟加拉種族研究發(fā)現(xiàn)，rs16969968、rs578776位點(diǎn)多態(tài)性與吸煙行為呈正相關(guān)，攜帶rs16969968位點(diǎn)的A等位基因者吸煙風(fēng)險(xiǎn)增加1.51倍，攜帶rs578776位點(diǎn)A等位基因者的吸煙風(fēng)險(xiǎn)降低0.595倍［24］。綜上，需要了解CHRNA5-A3-B4基因簇在不同組織間甚至種族間相互調(diào)控的過(guò)程，才能對(duì)其產(chǎn)生的復(fù)雜臨床表現(xiàn)如尼古丁依賴(lài)性有一定認(rèn)知。

圖1 CHRNA5-A3-B4煙堿受體位點(diǎn)相互調(diào)節(jié)簡(jiǎn)化插圖Figure 1 Simplified illustration of CHRNA5-A3-B4 nicotinic receptor site reciprocal regulation

2 CHRNA5-A3-B4基因簇與吸煙行為及吸煙相關(guān)疾病的相關(guān)性

2010年大規(guī)模基因組相關(guān)研究表明，nAChRs基因變異與吸煙人群的遺傳性狀相關(guān)［14，25］。其中CHRNA5-A3-B4基因簇與吸煙行為呈正相關(guān)，其首先與吸煙量〔每天吸煙（cigarettes per day，CPD）〕有關(guān)，其次與吸煙相關(guān)表型（如尼古丁依賴(lài)性、戒煙）以及吸煙相關(guān)疾?。ㄈ绶伟┖虲OPD）有關(guān)［12，26-27］。LIU等［14］已識(shí)別出3個(gè)以上連鎖不平衡SNP位點(diǎn)，其中包括位于啟動(dòng)子區(qū)域的rs16969968位點(diǎn)、CHRNA5的rs588765位點(diǎn)以及CHRNA3的rs6495308位點(diǎn)，其均與吸煙行為呈正相關(guān)。CHRNA5-A3-B4基因簇SNP位點(diǎn)的作用及臨床表現(xiàn)見(jiàn)表1。CHRNA5-A3-B4基因簇的SNP位點(diǎn)與吸煙行為關(guān)系的研究顯示，rs1948位點(diǎn)可增加CHRNA3在腦基底核區(qū)的表達(dá)，rs880395、rs905740位點(diǎn)可增加CHRNA5在腦組織中的表達(dá)［23，28］；而rs4887074位點(diǎn)可減少CHRNB4在外周組織中的表達(dá)，rs6495308位點(diǎn)可減少CHRNA5、CHRNA3在外周組織中的表達(dá)；其中rs16969968位點(diǎn)是非同義SNP位點(diǎn)，其通過(guò)錯(cuò)義突變提高CHRNA5的尼古丁依賴(lài)性［23］。研究顯示，rs4886580、rs7178270位點(diǎn)僅與CHRNB4在外周組織中的表達(dá)情況相關(guān)［29］。另有學(xué)者研究發(fā)現(xiàn)，rs1948、rs880395、rs905740、rs4887074、rs6495308、rs1051730、rs514743、rs8192475、rs16969968、rs4886580、rs7178270位點(diǎn)均與吸煙行為相關(guān)［22，28，30-35］。

表1 CHRNA5-A3-B4基因簇SNP位點(diǎn)的作用及臨床表現(xiàn)Table 1 The role and clinical manifestations of SNP loci in CHRNA5-A3-B4 gene cluster

CHRNA5-A3-B4基因簇與吸煙相關(guān)疾病亦具有相關(guān)性。ZHAO等［36］對(duì)來(lái)自中國(guó)的823例男性COPD患者樣本和435例吸煙的男性健康人群樣本進(jìn)行了DNA提取和SNP基因分型研究，結(jié)果顯示，攜帶rs667282位點(diǎn)CT基因型者比攜帶rs667282位點(diǎn)TT基因型者的戒煙成功率高；攜帶rs4950位點(diǎn)AG基因型者比攜帶rs4950位點(diǎn)TT基因型者的戒煙成功率高；在吸煙的COPD患者中，CHRNA5-A3-B4基因簇與戒煙成功明顯相關(guān)。GANBOLD等［37］對(duì)181例COPD患者和292例健康人群進(jìn)行外周血采樣和問(wèn)卷調(diào)查，結(jié)果發(fā)現(xiàn)CHRNA3（rs1051730、rs12914385位點(diǎn)）、CHRNA5（rs16969968、rs17486278位點(diǎn)）基因多態(tài)性是COPD的獨(dú)立風(fēng)險(xiǎn)基因，且這些風(fēng)險(xiǎn)基因型的任何組合均會(huì)增加COPD患者吸煙量及對(duì)尼古丁的依賴(lài)性。

綜上，CHRNA5-A3-B4基因簇與吸煙行為及吸煙相關(guān)疾病具有相關(guān)性，但其具體機(jī)制尚需要進(jìn)一步研究。

3 小結(jié)

綜上所述，CHRNA5-A3-B4基因簇中與吸煙行為相關(guān)的基因可相互作用，調(diào)控SNP并使其聚集到基因組區(qū)域，形成局部調(diào)控組，進(jìn)而影響整個(gè)集群的遺傳效應(yīng)。CHRNA5-A3-B4基因簇可能不是直接驅(qū)動(dòng)SNP來(lái)影響n(yōu)AChRs表達(dá)的，而是通過(guò)增加其與轉(zhuǎn)錄因子的結(jié)合能力或增強(qiáng)其與轉(zhuǎn)錄因子的相互作用來(lái)影響n(yōu)AChRs表達(dá)的，但這仍需要進(jìn)一步研究。CHRNA5-A3-B4基因簇中的基因變異導(dǎo)致吸煙行為的具體機(jī)制還需要深入研究。

作者貢獻(xiàn)：劉紅艷進(jìn)行文章的構(gòu)思與設(shè)計(jì)、文獻(xiàn)/資料收集、論文撰寫(xiě)與修訂；高笑宇、李媛、孫德俊進(jìn)行文章的可行性分析、質(zhì)量控制及審校；孫德俊對(duì)文章整體負(fù)責(zé)，監(jiān)督管理。

本文無(wú)利益沖突。