本文原载于《中华结核和呼吸杂志》年第1期
慢性阻塞性肺疾病(慢阻肺)是一种以慢性炎症、小气道重塑和肺实质破坏(肺气肿)为特征的呼吸系统疾病。目前全球约有6亿慢阻肺患者，根据世界卫生组织发表的研究，至年慢阻肺将成为世界疾病经济负担的第五位[1]，并将成为全球第三大致死原因。吸烟是慢阻肺的主要环境危险因素，然而仅10%～20%的重度吸烟者最终发展为慢阻肺，少数终生不吸烟者也患有慢阻肺[2]，表明慢阻肺具有内在遗传易感性。慢阻肺的发病可能是个体遗传易感性和环境因素交互作用的结果[3]。早期识别存在危险因素的个体并使其脱离危险环境，对预防慢阻肺和延缓病程具有重要的意义，现对慢阻肺相关基因组学研究进展综述如下。
一、确定慢阻肺相关基因的研究策略1．慢阻肺候选基因筛选：
候选基因筛选是在复杂疾病中确定主基因作用的方法，主要采用疾病关联研究，通过散发人群或家系中的病例对照分析，研究参与慢阻肺病理生理学发病机制的相关基因，并鉴定疾病的遗传风险因素。目前被选定为慢阻肺分子遗传研究的候选基因主要包括蛋白酶及抗蛋白酶、氧化和抗氧化、炎症反应、气道高反应性和主动防御机制等基因[3]。关联研究能把多对微效基因的多种多态性集合成一组标记，结合起来对疾病易感性起显著作用[4]。然而该方法也存在一定的局限性[5]，仅能研究功能较清楚的、对慢阻肺发生有促进或抑制作用的基因，而未涉及大量未知功能的基因。
2．全基因组关联分析(genome－wideassociationstudy，GWAS)：
GWAS是应用基因组中数以百万计的单核苷酸多态性(singlenucleotidepolymorphism，SNP)作为分子遗传标记，进行全基因组水平上的对照分析或相关性分析，通过比较发现影响复杂性状的基因变异的一种新策略。目前主要从以下几个方面展开全方位的GWAS研究：(1)发病风险；(2)肺功能水平及其下降程度；(3)慢阻肺的其他相关表型等。GWAS可提供更大的分辨率来找到共同的易感性变异[6]，可能为慢阻肺的病理生理学研究提供新的思路[7]。
二、慢阻肺相关基因的研究现状(一)与蛋白酶－抗蛋白酶失衡有关的基因
1．α1－抗胰蛋白酶(alpha1－antitrypsin，α1－AT)：
慢阻肺是多基因影响的疾病，重度α1－AT缺乏是首先被发现且已被证实的慢阻肺危险因素[8]。α1－AT是人体内主要的蛋白酶抑制剂，通过抑制中性粒细胞弹性蛋白酶活性来保护肺组织。其等位基因Z纯合子通过削弱肺实质的抗蛋白酶活性作用而加速FEV1的降低，使肺气肿发病率升高到70%～98%，增加慢阻肺患病风险6～50倍[9]，是目前已报道的增加慢阻肺患病风险最高的易感基因。
2．基质金属蛋白酶(matrixmetalloproteinase，MMPs)：
MMPs破坏气道和肺的结构物质如细胞外基质、基底组织，从而影响慢阻肺气道重塑，加重气流阻塞。Joos等[10]发现MMP－1、MMP－9和MMP－12的基因多态性与慢阻肺的发生发展密切相关。
3．金属蛋白酶组织抑制剂(tissueinhibitorofmetalloproteinase，TIMP)：
TIMP家族包括TIMP－1、TIMP－2、TIMP－3和TIMP－4。除TIMP－1外，其余成员均能特异地抑制MMPs家族的基质降解酶，在正常细胞外基质重塑和肺组织纤维化等病理过程中发挥重要作用[11]。保持MMP与TIMP的平衡能有效阻止慢阻肺的气道重塑。
4．裂解素－金属蛋白酶33(ADAM33)：
ADAM33在间充质细胞中选择性表达，与哮喘和气道高反应性及气道重塑相关。Gosman等[12]发现ADAM33与慢阻肺的气道高反应性和气道炎症相关。秦睿君[13]认为ADAM33基因多态性与慢阻肺的易感性相关，并影响肺功能和气道的炎症细胞比例，其功能可能与气道的重塑有关。
(二)与氧化损伤有关的基因
1．谷胱甘肽S转移酶(glutathioneS－transferases，GST)：
GST以烟草中氮氧化物为底物进行解毒，在防御氧化应激、防止细胞损害及慢阻肺发生发展过程中起着重要作用。GST基因多态性可引起GST酶活性改变，进而对多种内(外)源性氧化物水解作用减弱，导致氧化－抗氧化失衡。马志明等[14]发现GSTM1纯合缺失基因型可能增加长期大量吸烟人群慢阻肺患病风险，同时伴有GSTT1纯合性缺失可进一步增加慢阻肺的易感性。
2．微粒体环氧化物水解酶(microsomalepoxidehydrolase，mEPHX)：
mEPHX是一种重要的抗氧化解毒酶，参与外来异生型物质、氧化物等在肺中的首过代谢。Smith等[15]观察到mEPHXA/GSNP位点可能通过影响mEPHX蛋白的稳定性而改变酶的活性，与慢阻肺的易感性有关。
3．细胞色素P酶(cytochromeP，CYP)：
烟草中最主要的毒性物质是多环芳烃和芳香胺类，其中大部分必须经过体内酶系统的代谢激活。CYP分布于内质网和线粒体中，参与众多内源和外源性物质的生物转化过程，有着广泛的基因多态性。目前发现与慢阻肺发生密切相关的基因因素是CYP1A1和CYP2A6[16]。CYP1A1对烟雾中尼古丁等有害物质的代谢有很大作用。CYP2A6的基因多态性是影响个人吸烟行为重要因素。
4．血红素氧合酶(hemeoxygenase，HO)：
HO是血红素降解过程中的一种限速酶，参与血红素分解，分解产物在防御氧化应激、维持细胞内环境稳定方面起重要作用。HO－1是其中一个亚型，可分解血红素，生成一氧化碳和胆绿素：一氧化碳抗炎、抗氧化作用较强，胆绿素可转变为胆红素，成为强大的抗氧化物质。HO－1缺乏会使其对肺的保护作用减少，肺功能快速下降。马志明等[17]认为HO－1基因启动子大量重复序列与吸烟导致的细胞病变易感性有关。
5．超氧化物歧化酶(superoxidedismutase，SOD)：
SOD是一种抗氧化酶，也是人体内唯一可将超氧自由基还原为H2O2的酶。SOD3作为其中一种分型，在保护基质蛋白对抗细胞外氧化应激方面起着重要作用。Young等[18]观察到SOD3基因多态性(C＋G，ArgGly)与慢阻肺易感性有关。
(三)与免疫失衡及炎症过程相关的基因
1．肿瘤坏死因子－α(tumornecrosisfactor－α，TNF－α)：
TNF－α可通过激活核因子和其他转录因子放大炎症反应，增强微血管通透性，趋化中性粒细胞，增强炎症局部淋巴细胞浸润和增殖，刺激气道平滑肌细胞分泌内皮素－1，收缩气道平滑肌使气道细胞增殖，引起气道重塑，在慢阻肺发展中起重要作用。Vernooy等[19]发现TNF－αA/GSNP的基因多态性与慢阻肺的发病有关。
2．淋巴毒素A(lymphotoxinA，LTA)：
LTA又称肿瘤坏死因子－β，是一种重要的炎症介质，参与调控B、T细胞的免疫调控和局部炎症反应。赵燕等[20]发现慢阻肺患者中4个SNP位点(rs、rs、rs和rs)在不同程度的慢阻肺患者基因型分布中存在显著差异，提示LTA基因的功能性SNP可能影响慢阻肺患者的严重程度。
3．维生素D级联蛋白(vitaminDbindingprotein，VDBP)：
VDBP可结合维生素D细胞外肌钙蛋白和内毒素，直接与中性粒细胞作用，增强后者激活补体的能力；还可转化成强大的巨噬细胞激活因子(MAF)，从而进一步破坏肺实质。黄平等[21]发现VDBP1F纯合子个体患慢阻肺的危险性明显升高。Schellenberg等[22]认为VDBP与慢阻肺是否相关取决于VDBP对中性细胞趋化性的作用。
4．IL：
细胞因子IL－1、IL－6、IL－8、IL－10和IL－13均具有抗炎作用。近年来文献报道慢阻肺患者中IL的表达水平升高。IL－1的基因多态性如IL－1B启动子区域C－T单核苷酸多态性和IL－1RN第2等位基因与慢阻肺易感相关。中国汉族人群慢阻肺易感性与IL－10基因启动子－C/T位点多态性有关。vanderPouw等[23]发现IL－13基因第位的SNP可增加荷兰人患慢阻肺的风险。
5．转移生长因子－β1(transforminggrowthfactor－β1，TGF－β1)：
TGF－β1由淋巴细胞和单核细胞产生，当组织细胞发生炎症时，可促进弹性纤维蛋白和胶原蛋白的合成与分泌，重新构建细胞外基质并修复组织。vanDiemen等[24]发现在慢阻肺患者中与编码TGF－β1相关密码子Pro等位基因频率明显增高，TGF－β1等位基因＋位的T/C基因多态性与慢阻肺患者的气道高反应相关。
6．干扰素－γ：
干扰素－γ是一种调节细胞功能的小分子多肽，在慢阻肺急性加重期，其浓度明显升高，呈过度活化状态，可激活中性粒细胞，促进炎性蛋白和炎性介质的释放，从而促进炎症细胞渗出，导致病情加重。Hackett等[25]发现干扰素－γ基因rs与慢阻肺相关。
7．集落刺激因子(colonystimulatingfactor，CSF)：
烟雾中的有害物质进入气道刺激上皮细胞产生CSF，调节中性粒细胞活化与聚集，其表达L－选择素及LFA－1可与血管内皮上的选择素受体、血清细胞间黏附分子结合，从而黏附在血管内皮上，在炎症因子如IL－6和IL－8等的作用下，释放中性粒细胞酶，使胶原组织溶解及弹性组织断裂增加，导致慢阻肺的发生。He等[26]研究发现CSF3－C/T、－G/A、T/C与慢阻肺导致的肺功能水平有关。
(四)与肺组织相关的基因
肺泡表面活性物质相关蛋白(pulmonarysurfactant－asso－ciatedprotein，SPs)：是肺泡表面活性物质的重要组成成分，具有内在防御功能和调节炎症反应的作用。现发现其与慢阻肺关系密切的基因多态性有SP－A1AA62－A、SP－BB－C等位基因、D2S－5序列以及AC、AG等位基因[27]，其变异或不适当表达均影响着慢阻肺的发生、发展。
(五)与气道高反应性相关的基因
β2－肾上腺能受体(β2－adrenergicreceptor，β2－ADR)：主要分布于气管平滑肌、支气管上皮黏膜下肺动脉、内皮肺动脉平滑肌、肺泡壁以及许多免疫细胞表面，可与内源性儿茶酚胺以及外源性受体激动剂、拮抗剂结合，将信号传导到细胞内从而调节气道反应性。既往报道β2－ADR的基因多态性与慢阻肺、哮喘、肺功能气道高反应性(AHR)有关。马丽等[28]认为β2－ADR基因27位点多态性与慢阻肺发病相关，具有Gln/Gln纯合子基因型的人群患慢阻肺的危险性增加。
(六)与抗微生物肽相关的基因
人类β－防御素－1(humanβ－defensin－1，hBD－1)：是宿主抵御感染的重要低分子阳离子多肽，从近端的气管到远端的细支气管、肺泡上皮细胞和黏膜下腺体均有表达。对hBD－1SNP位点的研究结果发现hBD－1Val/Ile是慢阻肺发病的危险因素[29]，其突变可导致肺部的防御功能减弱。孙丽蓉等[30]发现hBD－C/GSNP与汉族人慢阻肺易感性相关。
(七)与凋亡相关的基因
B淋巴细胞瘤－2(Bcl－2)凋亡抑制基因可阻遏细胞凋亡，延长细胞寿命，文献报道CD8＋CTL细胞在慢阻肺发病机制中起重要作用并参与肺血管结构的改变。Bcl－2可能通过影响CD8＋CTL细胞的成活来改变慢阻肺患者肺泡结构的减少。Sata等[31]发现Bcl－2rs和rs与慢阻肺患者肺功能下降相关。
(八)其他慢阻肺相关的基因
1．血管紧张素转换酶(angiotensin－converting，ACE)基因：
ACE高度表达于肺，在血管张力调节和血管平滑肌细胞增生中起着重要作用。ACE基因I/D的多态性是慢阻肺气道重塑，肺动脉高压形成的危险因素之一。文献报道慢阻肺患者DD基因型分布频率很高，可能也是慢阻肺的危险因素之一[32]。
2．热休克蛋白(Hsp)：
Hsp是一类进化高度保守的蛋白质，在高温、缺血、缺氧、感染、吸烟和环境污染等许多应激因素作用下可诱导高表达，从而保护细胞免受环境有害因素的损害。Matokanovi?等[33]发现Hsp70－2(＋A/G)与慢阻肺有相关性，Hsp70－hom(＋T/C)与慢阻肺无关。
3．内皮一氧化氮合酶(eNOS)：
eNOS是一氧化氮合成的限速酶，主要由内皮细胞分泌。eNOS基因突变可能导致eNOS的mRNA表达减少，使血管局部的eNOS活性剂含量下降，导致NO合成减少最终使内皮细胞功能失调，在缺氧状态下促进肺动脉高压的发生和发展，从而引发慢阻肺。研究发现eNOS－T/C、－A/G、G/T的SNPs与慢阻肺易感性相关[34]。
4．内皮素受体B(endothelinreceptorB，EDNRB)：
EDNRB为内皮素的特异性受体之一，主要介导内皮素－1(ET－1)的气道收缩、黏液分泌、气道重塑以及炎症反应的作用。尹琦等[35]发现EDNRB－30G/A位点多态性可能与慢阻肺易感性相关。
5．尼古丁受体3(Neuronalacetylcholinereceptorsubunitalpha－3，CHRNA3)：
尼古丁依赖和成瘾性与人类15号染色体上的尼古丁受体家族(CHRNA3－CHRNA5－CHRNB4，CHRNA3/5)有密切关系。欧裔人群研究中，在15q25染色体上CHRNA3/5中，已确定两个与慢阻肺易感的SNP位点，rs和rs[36]。且该位点与正在吸烟的慢阻肺患者易感性相关，与已戒烟慢阻肺患者相关性不明显。中国人群存在一个特有的并且分布频率较高的、与吸烟导致的肺部疾病发生存在关联遗传突变位点rs(TC)，位于尼古丁受体3(CHRNA3)基因启动子区[37]。
6．Hh相互作用蛋白(hedgehoginteractingprotein，HHIP)：
HHIP通过负反馈抑制Hh信号通路影响胚胎组织发育、细胞增殖凋亡。研究结果显示该基因上的单核苷酸多态性位点(rs、rs和rs)与慢阻肺易感性相关[38]，且患者肺组织中该基因的表达水平显著低于健康吸烟者，提示该基因可能参与了气道炎症反应。文献报道SNP位点(rs、rs和rs)与FEV1/FVC相关[39]，可能是慢阻肺的重要风险位点。
三、慢阻肺基因组学研究的临床应用价值通过慢阻肺相关基因组学的研究可以把分子诊断策略广泛地应用于慢阻肺疾病的诊断与治疗中[40]：(1)应用于疾病的早期诊断和批量筛查，实现治疗模式向预测、预防及个体化模式的转变；(2)应用于新药研发，个性化药物治疗，选择最佳治疗方案；(3)应用于疾病的预后评价。
基于高通量基因分析手段等的技术进步，美、英、日、韩等38个国家相继启动了本国特定人群的慢阻肺基因研究计划。我国汉族人口众多，具有独特的种族特异性和疾病发病因素，可目前还没有在汉族人群针对慢阻肺开展大规模基因组学研究。因此，建立完善的全国多中心慢阻肺生物资源库，通过资源共享和国际协作，开展基因组学研究，探索慢阻肺的易感性，发现分子靶点，运用多样的分子诊断技术开展慢阻肺的早期诊断、个性化预防和个性化治疗，以求降低耗费，减轻患者痛苦。
参考文献（略）
（收稿日期：-03-21）
（本文编辑：蔡蜀菁）
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