二、重症肌无力的遗传学

自20世纪初开始,MG就曾被认为是一种具有明显的遗传异质性的疾病。有许多证据表明,MG的发病机制不能单用免疫机制来解释。例如,在MG人群中有高达4%的患者有MG家族史(Namba et al,1971);目前自身免疫性MG在总人口中发生率低于0.01%。这种显著性差异表明,遗传因素可增加诱发人们罹患这种疾病的倾向。MG在不同人种中的临床表现差别很大,最直接的例子是眼肌型患儿多见于亚洲人而在欧洲白种人中罕见。因此,MG发病不仅与免疫反应有关,而且以遗传因素为基础。MG应定义为多基因疾病或复杂性疾病,其易感性与其他自身免疫性疾病一样,遗传素质可能与多种基因相关,在一定的遗传背景下,由于免疫功能紊乱导致发病。
(一)重症肌无力的遗传学证据
1898年Oppenheim对一例MG患者进行了长达5年的追踪随访,其姐姐也死于MG。最终确定了家族性MG的存在,说明遗传因素在MG发病机制中起一定的作用(Hui-yu F et al,2012)。家族性重症肌无力(familial myasthenia gravis,FMG)是指在一个家族中,有2个或2个以上的成员罹患重症肌无力,但MG母亲所生的新生儿一过性重症肌无力不在此列。家族性重症肌无力在MG患者中的比例高达4%,其中以兄弟姐妹占多数,而且在同一家系中互为兄弟或姐妹的患者发病年龄相近或几乎相同,同一家系的MG分型也基本相同,甚至病情演变也基本一致,这提示遗传因素可能起主导性作用。有学者研究6个家族中的12例MG患者,发现在同一家族中所有的男性患者的发病年龄均比女性患者早,同一家族同性别(互为兄弟或姐妹)的发病年龄相近或几乎同时发病(图3-1~图3-3)。双胞胎研究为以上假设提供了更令人信服的证据,张旻等(2003)研究了5对单卵孪生子,发现其重症肌无力的临床表现,包括发病年龄、诱发因素、临床类型、伴发疾病、免疫学特点、对糖皮质激素的反应及疾病的转归等的一致率达到100%,显示遗传因素在MG发病中起重要作用。Namba等研究了大量罹患MG的双胞胎后发现,同卵双胞胎的疾病一致性为MG的遗传病因提供了有力的证据(Namba et al,1971)。家族性MG的遗传模式很可能是隐性遗传,这一结论的证据来自在家族性MG中,更多见兄弟姐妹同患病(58%),而非父母与子女同患病(15%)。Bergoffen及其他学者研究某些家族性MG患者的血缘关系,发现10对罹患自身免疫性MG的兄弟姐妹中,有5对家庭中还存在父母子女关系的患者(图3-1~图3-4),提示可能存在常染色体隐性遗传模式(Bergoffen et al,1994)。
图3-1 母子均在5岁发病
图3-2 姐妹均在8岁发病
图3-3 父子均在9岁发病
图3-4 全身型MG危象合并肝豆状核变性、肝硬化、脾功能亢进、血小板减少、吞咽困难、呼吸困难,没有眼睑下垂,颈部可见气管切开瘢痕。家中4个兄弟3人患病,大哥多年前死于呼吸困难,为全身型MG
(二)重症肌无力的候选基因
1.HLA复合体
人类白细胞抗原基因产物带有识别自我与非自我的区域,人类白细胞抗原是人类的主要组织相容性复合体(major histocompatibility complex,MHC),其编码的产物称为HLA分子,参与呈递抗原肽,进而激活T淋巴细胞。HLA是位于人类第6对染色体短臂上紧密连锁的基因群,即6p21.3,全长约3500kb,是人类迄今所知多态性最丰富的基因系统,其信息量约为人类基因组全部信息量的千分之一。传统上HLA基因分为Ⅰ类(HLA-A、B、C等)、Ⅱ类(HLA-DR、DQ、DP等)及Ⅲ类(补体基因);其中HLA-Ⅱ类基因与自身免疫性疾病关系最为密切,它位于D区,是免疫功能相关基因(immune function related gene)。据统计HLA与疾病的相关性迄今已研究了500余种,肯定有关联的达到50多种(Khan et al,2007;Nejentsev et al,2007),且显示与HLA-的DQ、DR更为密切。
由于MHC的多态性及其可将抗原传递给T细胞的功能,HLA位点是MHC负责自身免疫倾向的最佳候选者。MG与HLA的关系多年来受到国内外学者的重视(Bartoccioni et al,2009;Mangalam et al,2008),其中以HLADRB1及HLA-DQ的关系最大(Meriggioli et al,2009;Yousefipour et al,2009;Deitiker et al,2011)。
最初的几项研究显示,与普通人群比较,HLA-B8和DR3等位基因在MG患者人群中增加(Kerzin-Storrar et al,1988;Evoli et al,1995);而且HLA的模式还具有一定的临床特点,诸如女性、发病年龄早及胸腺增生。HLA-DR3-B8-A1(8.1)扩展祖先单倍体目前已被证明与上述临床特征的患者相关(Giraud et al,2001)。8.1祖先单倍体的免疫效应与其他自身免疫性疾病的关联已被证实。这表明,8.1祖先单倍体与自身免疫性疾病的易感性相关联(Price et al,1999)。特别值得注意的是,在8.1单倍型中有一段区域被称为MYSA1,已证实与MG患者的胸腺增生关联(Giraud et al,2001),这一区域也被证实常与MG共存的类风湿关节炎(RA)相关。这段基因产物包括肿瘤坏死因子/淋巴毒素,这些蛋白被认为与胸腺的生发中心产生有关。其他可能的候选基因也包括与RA相关的IKB-L等(Vandiedonck et al,2005)。
HLA与MG的相关性可因种族、年龄、性别、临床类型及伴有胸腺组织的不同而异。在欧洲白种人中,HLA-DR*03和HLA-DR*07是一对作用完全相反的等位基因,HLA-DR*03与早发型MG呈正相关,而与晚发型MG呈负相关,而HLA-DR*07的作用恰好相反。在亚洲人种中,这一对基因罕见,儿童型MG与HLA-DR*09呈强相关。日本人MG与HLA-A*02、HLA-B*46、HLA-DR*09相关。在中国与日本,年轻时发病的MG眼肌型则与HLA-B*46、HLA-DR*09相关。Compston等研究白种人发现,发病年龄小于40岁、AChR-Ab滴度中等升高、无胸腺瘤的女性患者与HLA-A*01、HLA-B*08或HLA-DR*03相关;发病年龄大于40岁、AChR-Ab滴度较低和无胸腺瘤的患者多为男性,且与HLA-A*03、HLA-B*07相关,而AChR-Ab滴度增高和有胸腺瘤的患者与HLA无明显的相关性。随着HLA等位基因的高分辨检测方法的应用,其与MG的关联位点可望得到更加精确的定位。国内应用高分辨方法发现,HLA-DRB1*0901和HLA-DQB1*0303可能为中国汉族人MG的易感基因(龚非力等,1999;冯慧宇等,2011),但在胸腺瘤患者中并未发现可重现的HLA关联位点。最近有学者报道,抗MUSK抗体阳性患者与HLA-DR*14-DQ*05有关,但在某些地区和种族中,MUSK抗体阳性的MG发病率低,充分提示遗传与环境因素均影响MG的发病。
2.其他候选基因
近年来非HLA区域基因在MG发病中的作用受到更多的关注。目前研究发现,非HLA区域基因与MG及其亚型有关,这些基因的单核苷酸多态性(single nucleotide polymorphism,SNP)分别通过影响AChR的蛋白表达、改变细胞或体液免疫应答及作用于补体表达等不同途径参与MG的发病,并触发或维持自身免疫性疾病发生。
(1)CHRNA1基因:
人类AChR是由4种不同的糖肽链(α2、β、γ、δ)组成的五聚体跨膜蛋白,AChR的结合位点在α-亚单位;因此每个AChR有2个乙酰胆碱结合位点。α-亚单位的细胞外区域顶部是具有极强的免疫原性的表位,称为主要免疫原区(main immunogenic region,MIR),是MG患者血清中发现的大部分抗体(60%以上)所针对的区域,可以激活特异性AChR,导致反应性T细胞启动细胞免疫过程。大部分全身型和约50%的单纯眼肌型MG患者抗AChR-Ab滴度呈高度可变性,当抗体滴度降低50%以上时,可能出现临床症状的改善。
肌肉烟碱型AChRα1亚单位(α1subunit of muscle nicotinic acetylcholine receptor,CHRNA1)基因位于2号染色体长臂,编码AChR-Ab结合位点。大多数的自身抗体均针对此区域,因此α1亚单位不但参与抗体的结合,还直接与乙酰胆碱结合,对该位点的研究是期望能阐明MG特异性病因机制,这导致编码ɑ1亚单位的CHRNA1基因成为影响MG遗传易感性的另一候选基因。目前通过连锁不平衡分析特定的等位基因变异,已证实CHRNA1基因第一内含子HB*14与MG密切相关(Garchon et al,1994)。除此之外,在白种人中HLADQA1*0101位点与8.1祖先单倍型也证明与MG有额外的关联(Djabiri et al,1997)。这些研究结果已导致一个三基因模型的出现,在此模型中,AChR区域的HB*14通过HLA-Ⅱ类DQA1*0101基因产物呈递给免疫细胞,而8.1单倍型可介导非特异性抗原免疫失调(Garchon et al,2003),以上结果提示MG是一个与两个HLA基因和一个AChRα-亚单位基因相关的三基因疾病,这是目前受到大部分学者认可的导致MG发病的最重要的遗传免疫模式。
此外,单核苷酸多态性SNP-478A>G(rs1682847)位于CHRNA1的启动子区域。Giraud等(2007)在重组CHRNA1基因证明顺式启动子功能性的双等位基因变异(G等位基因)与早发型MG有关,该变异在体外培养的胸腺上皮细胞阻滞干扰素调控因子8(IRF8)结合,进而使CHRNA1表达蛋白水平降低,并废除CHRNAI启动子活性,参与MG的发病起始过程。除顺式启动子变异外,Giraud等的研究还显示,CHRNA1基因表达水平与在控制组织局限性抗原(tissue-restricted antigen,TRA)的杂乱表达中发挥重要作用的自身免疫调节剂(antoimmune regulator,AIRE)水平密切相关。因此,目前认为rs1682847可能是MG恢复自身耐受的一个重要靶点。
(2)PTPN22基因:
蛋白酪氨酸磷酸酶非受体型22(protein tyrosine phosphatase non receptor 22,PTPN22)位于1号染色体短臂,编码淋巴样蛋白酪氨酸磷酸酶(lymphoid protein tyrosine phosphatase,LYP)。LYP是抑制T细胞活化家族的成员之一,它通过C端一个命名为P1的富含脯氨酸的基序与C末端Src酪氨酸激酶(C-terminal Src kinase,Csk)SH3结构域连接,协同Csk抑制T淋巴细胞受体(T lymphocyte receptor,TCR)信号系统。最近PTPN22基因的一个SNP1858C>T(rs2476601)的错义多态性引起了对人类自身免疫性疾病的遗传学分析的兴趣。该多态性可使密码子620编码的P1基序中精氨酸(R)变成色氨酸(W),且破坏对蛋白酪氨酸激酶Csk的结合,使PTPN22活性增加,阻滞了T细胞活性,尤其是IL-2生成下降,从而导致自身免疫倾向(Yamanouchi et al,2007)。研究表明,PTPN22 1858C>T不但与抗肌联蛋白(titin)抗体阳性的非胸腺瘤型MG有关,而且与早发型MG和胸腺瘤MG均相关。目前认为,PTPN22的rs2476601可能与不同人群的MG亚型相关,故被认为是除HLA外最重要的以体液免疫为主的自身免疫性疾病的危险因子。
(3)FCGR2基因和FCGR3基因:
Fcγ受体属于免疫球蛋白超家族的一组表面糖蛋白,为免疫球蛋白Fc段的特异性受体,人类2型和3型Fc受体编码多态性与MG有关。编码此片段的γ受体Ⅱa的FCGR2基因(Fcγ受体Ⅱa基因)在髓细胞和淋巴细胞表面表达,位于人染色体lq23上,其外显子4的第494位核苷酸发生G→A置换,受体蛋白质第二胞外功能区第131位氨基酸发生相应变化,由精氨酸(R)变为组氨酸(H)。第131位是IgG的Fc段识别结合的关键部位,FCGR2的131位点的R(精氨酸)变异与其他等位基因相比对Ig有较低亲和力,已证实与某些亚型的MG有关联。此外,FCGR3基因(Fcγ受体Ⅲa基因)也被证实在大鼠的各种自身免疫模型中对IgG转移的疾病有抵抗力,尤其是实验性自身免疫性MG。静脉注射IgG已广泛应用于MG的治疗,因此FCGR2/FCGR3位点的研究具有明显的实用价值。
(4)CTLA-4基因:
细胞毒性T淋巴细胞相关抗原4(cytotoxic T lymphocyte-associated antigen 4,CTLA-4)与CD28共同位于染色体2q33,CTLA-4属于免疫球蛋白超家族成员,对T淋巴细胞激活起抑制作用。目前对CTLA-4的SNP研究较多,MG自身抗体的产生是T淋巴细胞依赖的,AChR特异性T淋巴细胞异常活化是启动MG自身免疫反应的关键。MG的发生、发展与CD28/ CTLA-4:B7协同刺激分子的表达水平密切相关。Wang自2002年开始研究CTLA-4基因的多态性与瑞典白种人MG患者的相关性,得出CTLA-4基因的1外显子+49(A/G)位点、外显子4的3’非翻译区642位点起始的(AT)n可变重复序列均与MG有关,并且还发现了两个新的单核苷酸多态位点:启动区-1772(T/C)、-1661(Wang et al,2008)。同时研究表明,MG患者CTLA-4基因多态性可能影响基因的剪接,从而影响CTLA-4蛋白,主要是可溶性CTLA-4(soluble CTLA-4)表达和功能干扰了B7/CTLA-4的相互作用,阻止了负性调节信号的传递而导致发病。
(5)DAF基因:
衰变加速因子(decay-accelerating factor,DAF)基因位于lq32,编码与补体级联有关的蛋白-降解加速因子。DAF是一种重要的抑制补体攻膜复合物形成的调节蛋白,其与补体蛋白结合加速了后者的降解,破坏级联反应,阻止对宿主细胞的损伤,可保护宿主细胞免受补体介导的免疫损伤。在MG的发病机制中,患者的补体激活可能破坏肌肉终板,而DAF对这一反应有抑制作用,是MG发病的保护性因子。DAF缺失的大鼠更易成为AChR-Ab阳性的EAMG,并易发生MG危象。DAF的SNP位点198C>G(rs28371586)与发展为严重的眼外肌麻痹的MG相关。这可能与患者肌无力过程中关键时期DAF不能充分上调,导致补体介导的终板破坏有关。该SNP的发现为MG患者应用抗补体治疗提供了重要的依据。
虽然目前已经有很多其他的基因,如白介素10、γ-干扰素等被视为MG的遗传病因的可能候选基因,但迄今已证实上述的三基因模型与MG的发病关联最密切。进一步研究MG可能的遗传基因是必要的,深入理解MG的遗传学有利于推进对MG治疗与预防的进展。