一种新发现的哮喘相关基因CHI3L1

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  一种新发现的哮喘相关基因CHI3L1 刘春涛 王红霞 成都，四川大学华西医院 610041     哮喘与其他过敏性疾病相似，都是由多种基因紊乱而引起的复杂疾病，有研究表明哮喘是源于少量基因的适度作用，而不是大量基因的轻微作用。目前研究报告与哮喘相关基因数相当可观，然而其具体的遗传模式尚不清楚。据估计，基因和环境因素对哮喘发病的影响近似相等。定位克隆技术和基因相关分析方法是目前用于研究哮喘相关基因的重要手段，2006年，Ober和Hoffjan对哮喘病相关基因进行了综合性回顾，涵盖了2005年以前发表的500篇文献，已有超过100个基因被研究，作者总结出这些基因中可能有25个是真正的易感基因。随后zhang等人又指出2006～2007年间有53个哮喘相关候选基因及其关联特征被报道。Vercelli复查了2007年12月之前发表过的文献，总结候选基因而且总结了用定位克隆的方法识别出来的相关基因，报道次数最多的三个阳性关联基因分别是ADRB2(>40篇报道)、IL4R和HLADRB1（各约30篇报道）。2008年，Moffatt等人首次引入全基因组相关分析对哮喘相关基因进行研究，并总结了这1年被发现的相关性最高的两种新的哮喘易感基因（ORMDL3和CHI3L1）。CHI3L1是由人类基因组织基因命名委员会命名的编码YKL-40的基因。以前就曾证实了严重哮喘患者的肺及循环血液中YKL-40的水平增加，所以Ober等人推论出YKL-40可作为哮喘的病因或是生化指标。 一、CHI3L1基因及其编码蛋白     YKL-40又名人类软骨糖蛋白-39，最初是在骨肉瘤细胞的体外培养发现的，因为其一条肽链氨基端的起始三个氨基酸酪氨酸、赖氨酸及亮氨酸的符号分别为Y、K和L，其分子量约为40 000而被称之为YKL-40。1993年报道公布了人类软骨糖蛋白的完整氨基酸序列及cDNA序列，YKL-40含有383个氨基酸，编码的蛋白序列与糖基水解酶相似，属于哺乳动物18糖基水解酶家族的成员。YKL-40与几丁质结合，但并不具备几丁质酶的活性，根据YKL-40的结构及特性，人类基因组织基因命名委员会把编码YKL-40的基因命名为CHI3L1(即chitinase3-like1)。 CHI3L1基因位于人类染色体1q31-q32的高度保守区，毗邻主要组织相容性复合体基因，提示几丁质酶在固有免疫及获得性免疫中可能具有一定作用。YKL-40蛋白由CHI3L1基因编码，由一个含开放读码框架结构完全互补的cDNA序列编译，基因组DNA长约10.9kb，基因组结构显示其由分布于8kb区域上的10个外显子构成。YKL-40的生物学功能尚不清楚，但被认为与炎症及组织修复有关。   二、CHI3L1在人体内的表达分布 Johansen等在一系列正常组织包括脂肪、肾上腺髓质、骨骼、骨髓、脑组织、软骨、子宫颈、大肠、内分泌腺、眼镜、胃肠道、泌尿生殖器、生殖细胞、肾、肝、肺、淋巴结、乳腺、神经组织、卵巢、胰腺组织、垂体、胎盘、视网膜、脾、骨膜和子宫等发现YKL-40基因。YKL-40能被多种细胞分泌，包括中性粒细胞、活化的巨噬细胞和分化晚期的巨噬细胞，血管平滑肌细胞，关节炎患者的软骨细胞和成纤维样滑膜细胞。  三、CHI3L1基因与哮喘的相关性 2008年，Ober等人用历史悠久的欧洲哈特族作为研究对象，全基因组的50000个SNP被测定基因型，然后完成基因构图，编码YKL-40的基因CHI3L1的一个启动子SNP（-131CC）被发现不仅与血清YKL-40的水平，而且与哮喘及肺功能测值具有相关性。作者还发现，在德国弗莱堡的10岁左右儿童、芝加哥的儿童和成人中，哮喘与同源CC基因型均有关。这个重要发现引起了世界各国的广泛关注。     上海第二军医大学的Tang等人报道了中国人的哮喘及YKL-40之间的关系：他们测定哮喘患者的血清YKL-40水平、总IgE水平及外周血嗜酸性粒细胞百分比，并以社区人群为对照组。同时测定哮喘患者的肺功能。数据显示哮喘患者与对照组相比，血清YKL-40的水平显著升高。把哮喘患者分层后发现，急性加重组的血清YKL-40水平比稳定组及对照组的高。另外，血清YKL-40的水平与血清总IgE水平及外周血嗜酸性粒细胞百分比具有正相关，与肺功能呈负相关。结论是中国哮喘患者的血清YKL-40水平是增高的，它的水平与急性发作有关。提示了血清高YKL-40可作为哮喘恶化的生化指标。 韩国的Sohn等人使用群体基因与分子的方法分析CHI3L1基因对特应易感性的遗传贡献，根据基因型分析血清YKL-40及IgE的水平。他们发现CHI3L1启动区域（rs10399805，p=0.0062）的g.-247C/T和第7内含子（rs2275353，p=0.0056）的IVS7+82C/T均与变态反应性密切相关。携带危险等位基因g.-247T的患者血清YKL-40（p<0.0001）及IgE（p=0.012）的水平明显升高。用THP-1人类单核细胞来研究启动区域的基因发现，g.-247 C到T的突变导致报告基因表达增加2倍以上，g.-247T等位基因还显示可与CCAAT增强子结合蛋白亲和力增加，而这种增强子结合蛋白使用电泳转移率已分析确认具有活化转录的作用。因此，g.-247TT基因型的样本，显示了外周血中CHI3L1 mRNA的表达与g.-247CC相比可增加2.5倍。结果高度提示CHI3L1启动区域的g.-247C/T与变态反应性具有相关性。 然而也有研究未发现CHI3L与哮喘的相关性。美国的Ann Chen Wu等人选取对象为轻到中度持续哮喘的5～12岁之间的儿童及他们的父母，结果发现在轻到中度哮喘的患者中，CHI3L1的SNP与哮喘、肺生理的改变、哮喘相关表型无关。 四、CHI3L1基因在哮喘及过敏性疾病中的作用 目前，关于CHI3L1基因在人类哮喘及过敏性反应的机制，国内外尚未报道，但已有很多动物实验表明，YKL-40的动物同源体在过敏反应中占据重要作用。Zhu等第一个报道了几丁质酶在哮喘中作用，在气源性变应原哮喘模型小鼠肺泡上皮细胞和巨噬细胞中AMCase（酸性几丁质酶）通过TH2特异性的、IL-13介导的途径被诱导。并且AMCase在哮喘患者中表达明显增高。在相似的急性小鼠哮喘模型中，使用DNA微点阵检测发现肺内AMCase和CHI3L1基因表达均上调。Park等使用机械应激模仿哮喘时的支气管收缩状态研究发现,与对照组比较,跨细胞压力应激使正常人支气管上皮细胞YKL-40分泌增加,抑制表皮生长因子受体或ERK1/2能够部分减轻机械应激诱导的CHI3L1基因表达上调.2009年，韩国人Lee CG等使用YKL-40的转基因小鼠作为研究对象，发现YKL-40基因的突变对抗原介导的Th2炎症反应及IL-13介导炎症反应和组织修复都具有重要的影响，此研究同时也证实了YKL-40在抑制Fas的表达和蛋白激酶B/AKT的磷酸化的同时，至少能部分抑制炎症细胞（T-细胞、巨噬细胞和嗜酸性粒细胞）的凋亡。此外，YKL-40还能够刺激树突状细胞的聚集和活化，并选择性诱导巨噬细胞活化。综上发现，YKL-40能够通过致敏作用的调控和TH2的细胞因子效应，多步骤参与动物体内过敏反应。另一项上皮细胞特异性YKL-40转基因小鼠的研究表明，上皮细胞分泌的YKL-40，是介导类似哮喘的TH2炎症反应的一种重要可溶性介质，这个研究同时还新发现了YKL-40对IL-13介导的组织纤维化具有调节作用。 五、CHI3L1的未来研究趋势      随着后基因组时代的到来，全基因相关分析的技术革新，使得全世界范围不同国家、不同地区、不同人种的哮喘相关基因CHI3L1的SNP分析成为可能。基因的单核苷酸多态性是否与哮喘的发生密切相关，它在哮喘的发病过程中起怎样的作用，它是否能为哮喘的防治提供另一条途径，尚需大量研究证实。而CHI3L1编码的蛋白YKL-40，曾报道与多种疾病进程有关，包括骨折愈合过程、类风湿性关节炎、炎症性肠病、精神分裂症和2型糖尿病等。最近还发现，CHI3L1基因可能与儿童脑癌、结直肠癌、前列腺癌等恶性肿瘤的发生密切相关与多种炎症性疾病相关联，并与组织的修复反应有关，但确切的机制尚不清楚。现有资料提示CHI3L1及YKL-40能够调控IL-13/TH2介导的炎症反应， YKL-40有可能作为诊断哮喘及其他炎症性疾病的生化指标及潜在的治疗靶点。要更进一步了解YKL-40在炎症及组织修复中的效应作用，尚需对其他几丁质酶样蛋白如受体、信号蛋白等的机制作大量的研究。