結核病易感性相關基因-MBL基因的研究進展

張杰 張萬江

(石河子大學醫學院病理生理學教研室/石河子大學《新疆地方與民族高發病》教育部重點實驗室 石河子 832000)

結核病易感性相關基因-MBL基因的研究進展

張杰 張萬江

(石河子大學醫學院病理生理學教研室/石河子大學《新疆地方與民族高發病》教育部重點實驗室 石河子 832000)

結核病是人類最古老的傳染病之一,是由結核分枝桿菌引起的一種世界性傳染病,是人類健康的重要殺手。據2000年我國第四次全國結核病流行病學抽樣調查結果表明：我國活動性肺結核病患病率、涂陽率和死亡率分別為367/10萬,106/10萬和9.8/10萬,結核病疫情在我國仍較為嚴峻,并且結核病的患病年輕化、病變多系統化,卡介苗預防效果不佳,結核病與艾滋病等疾病交叉感染以及結核分枝桿菌多重耐藥性等現象致使我國結核病流行現狀復雜化,導致我國結核病防治形勢嚴峻,防治任務緊迫[1]。

近年來,多種結核病候選易感基因被發現,并且證實了這些基因在結核病發生發展中的重要作用。目前,這些基因功能研究明確,同時也有充分的生物學證據支持它們與不同人群的結核病易感性關聯,在結核病的發生發展中起重要作用,甘露糖結合凝集素(MBL)是最具多態性的系統,MBL基因在抗原提呈和免疫應答中起著重要作用,其某些變異的等位基因可能使人體對某些疾病產生易感性?，F已發現有70余種疾病與MBL基因多態性相關聯,其中大多數自身免疫性疾病與MBL基因相關。本文就近年來MBL基因多態性與結核病遺傳易感性的關聯加以綜述。

1 MBL基因的發現

1975年,人們發現哺乳動物細胞內可能存在一種能與甘露糖特異結合的蛋白質。1978年,Kawasaki T[2]等證實了這一可能性。他們從兔肝細胞質溶液中提出一種蛋白質,能與糖蛋白的甘露糖殘基結合。此后,其他科學家用親和層析等方法相繼從人、大鼠、牛、小鼠、兔血清中也證實了該物質的存在,并確定此蛋白屬于Lectin家族中的1個成員,其結構主要含有糖識別域(carbohydrate recognation domain,CRD)。Lectin通過CRD與細菌、細胞表面的不同糖配體結合,介導細菌凝集、調理作用、活化補體、誘導炎癥反應、參與細胞表面識別。1993年將此蛋白命名為甘露糖結合的凝集素(mannose-binding lectin,MBL)。該蛋白質廣泛存在于動物和人的肝臟及血液中。目前,對人的MBL的蛋白質和基因結構與功能有較深入的研究。已明確MBL由肝臟細胞合成后分泌入血循環中,通過識別與結合甘露糖,發揮免疫調節作用,或者激活補體系統,發揮調理素作用。它在機體免疫監視及免疫防御中有重要意義。

2 MBL基因的結構與功能

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

圖1 MBL分子的亞單位、結構單位和多聚體結構

2.2 MBL基因的功能

2.2.1 識別糖配體MBL的CDR識別糖配體-糖結構的功能區,MBL能選擇性地識別并可逆性結合于單糖成分,而當配體具有多個糖基時,其與多個CDR上的糖結合位點結合顯示出高親和性。正常哺乳類宿主的MBL僅識別外源性糖配體,而對內源性細胞表面糖結構不起反應,主要取決于：(1)MBL糖結合位點的規律性間隔(4.0～4.5 nm)與微生物表面大范圍重復糖基之間匹配的銜接。(2)相對固定的CDR結合方向。正常生理狀態下,組織細胞表面覆蓋的糖蛋白一般為唾液酸低聚寡糖,不被MBL識別,但某些被病毒感染修飾的細胞或腫瘤細胞,如神經膠質瘤、結腸癌(SW116株)細胞在生長過程中表面的寡糖類紊亂,表達高甘露糖結構,進而成為MBL結合的配體[6]。

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

2.2.3 促進吞噬、免疫調節作用MBL與C1q高度同源,與C1q受體(C1qR),又稱膠凝素受體,有較強的親和力。MBL能抑制C1q與C1qR的結合,競爭性結合表達于單核-巨噬細胞、中性粒細胞和吞噬細胞表面的C1qR。MBL與膠凝素受體的結合可橋聯和促進富含甘露糖的靶配體如病原體與表達受體的細胞接觸,增強吞噬細胞的呼吸爆發,加速殺滅病原微生物,啟動和調節免疫應答[8]。MBL的CLR還可能與單核-巨噬細胞表面的相關受體結合,直接調理吞噬作用。

3 MBL基因多態性在人類不同種族之間的差異性

近年來,隨著MBL基因定位、克隆及結構分析的進展,對MBL遺傳性缺損的分子病理基礎已有了較深入的了解。經研究血清MBL的水平受MBL基因結構區變異及啟動子區基因不同的調節活性影響。在正常人群中MBL基因的突變率是很高的,MBL基因多態性導致膠原樣區域的氨基酸取代可降低MBL的裝配性和穩定性,導致人群中血清MBL水平波動在 5 ng/ml至＞5 μ g/ml。這可能反映了機體對于MBL相關免疫的自主調節機制,低血清MBL濃度的個體可能不易患補體介導的自身免疫性疾病。MBL基因外顯子1第52、54和57位點的 3個點突變[9]以及啟動子區-550、-221和+4位點的H/L、X/Y、P/Q的基因多態性均與凝集素低水平有關[10]。已進行的調查發現,不同人種MBL基因突變頻率有較大差異,除Gys52點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。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在啟動子區域-550(H/L)和-220(X/Y)的多態性呈連鎖不平衡,存在的3個單倍型H/Y、L/Y和L/X分別與血清MBL高、中和低水平相關。已調查的白種人中3個單倍型出現頻率分別為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方法檢測了中國5個民族的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現MBL-52和MBL-57基因突變,對22份漢族樣本DNA序列的測定驗證了這一結果。維吾爾族人群MBL-54基因突變頻率較其他4個民族低,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計學意義(分別為：χ2=7.998,P ＜0.025和 χ2=5.78,P＜0.025)。經 χ2檢驗,5個民族MBL-54等位基因分布符合Hardy-Weinberg平衡。

由此可見,MBL結構基因點突變和啟動子區SNP是決定血清MBL水平的關鍵因素。MBL膠原樣區結構被破壞,影響穩定性和功能性MBL的形成,進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基因在結核桿菌易感性方面表現出的多態性

MBL是一種存在于血清中的C型凝集素,其通過結合病原生物表面的甘露糖等糖基受體而直接介導調理吞噬作用或通過MBL途徑激活補體,在機體的固有性免疫防御中發揮重要作用[14],具有2個等位基因改變的個體,其血清MBL濃度極低或測不到,而且易出現感染的復發。MBL缺乏被認為是世界上最常見的免疫缺陷疾病,其改變的等位基因非常常見,Garred等[15]推測雜合子的優勢是通過傳遞對分枝桿菌疾病的抵抗來保持MBL改變的等位基因高頻率的出現。Bellamy等[16]在岡比亞的研究發現非洲人MBL-57位密碼子變體(variant)等位基因在結核病患者低于對照組(P=0.037)。由于處于統計結果有意義的臨界點,此結果尚需在其他人群中進一步證實。

國外報道[17-18],印度人和非洲裔美國人肺結核病例MBL-54等位基因突變頻率高于對照組,而在美國白人和西班牙裔人及土耳其人中未發現MBL基因突變與肺結核的相關[18-19],甚至發現MBL-57位點突變型是肺結核的保護基因型[16]。國內馮福民等[20]研究則認為,總MBL和MBL-52突變型等位基因可能與肺結核發病有關。還認為[20]MBL-54位點G/A突變可能與肺結核發病相關。劉瑋等[21]研究認為,甘露糖結合凝集素(MBL)基因多態性可能與漢族人群肺結核發生的易感性相關。

總之,從目前的研究結果來看,人類肺結核病易感性與基因多態性有關聯性,但種族間這種關聯性存在差異。MBL基因多態性與肺結核易感性的相關性更密切、更直接,仍有待更進一步研究。

5 展望

盡管人們對結核病易感基因-MBL基因的作用以及其機制的認識已經有了一定的進展;而且已經在不同人群中開展了進一步的流行病調查研究,并對MBL基因與結核病發生發展之間的進一步的研究。但總的看來還不夠深入,主要表現在對此基因突變位點數目及與抗病力之間的關系研究極為有限。到目前為止對其作用已得到初步實驗證據,但對其抗病菌侵染的作用機理仍停留在假設水平上。今后還需對MBL基因在抗病菌侵染中的具體作用機制方面進行進一步的研究。從而進一步認識結核分枝桿菌感染的發病機制,促進治療方案的改進,以及在流行病學和預防醫學方面為人類抵抗結核分枝桿菌作出更大的貢獻。

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國家自然科學基金資助項目(30760237)

張萬江(zwj1117@sina.com)

2010-04-17)

(本文編輯：張曉進)