儿童呼吸系统单基因病专刊·专家论坛
功能获得性信号转导和转录活化子1基因缺陷
中华实用儿科临床杂志, 2018,33(4) : 264-267. DOI: 10.3760/cma.j.issn.2095-428X.2018.04.006
摘要

慢性皮肤黏膜念珠菌病(CMC)特征为持续或反复指甲、皮肤、口腔或生殖道黏膜白色念珠菌感染,可由各种免疫内在缺陷引起。CMC可见于T淋巴细胞免疫缺陷病、高IgE综合征、白细胞介素(IL)-12p40和IL-12受体β1(IL-12Rβ1)缺陷、Caspase募集结构域9缺陷和自身免疫性多内分泌病念珠菌病外胚层发育不良。CMC的发病机制提示IL-17A、IL-17F、IL-22免疫受损。常染色体隐性遗传IL-17RA缺陷,显性负调节的IL-17F突变是孤立的CMC(CMCD)的病因。近一半的CMCD患者由功能获得性信号转导和转录活化子1突变所致。患者还有细菌感染、病毒感染、自身免疫和炎症疾病等,提示具有广阔的临床异质性。

引用本文: 贺建新. 功能获得性信号转导和转录活化子1基因缺陷 [J] . 中华实用儿科临床杂志, 2018, 33(4) : 264-267. DOI: 10.3760/cma.j.issn.2095-428X.2018.04.006.
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慢性皮肤黏膜念珠菌病(CMC)特征为持续或反复的指甲、皮肤、口腔或生殖道黏膜的白色念珠菌感染[1],可由免疫的各种缺陷引起,可以是T淋巴细胞缺陷患者多种感染中的一种。显性负调节的信号转导和转录活化子3(STAT3)缺陷[2]所致常染色体显性遗传(AD)高IgE综合征患者表现为肺和皮肤的金黄色葡菌球菌感染和CMC,产生白细胞介素(IL)-17A和IL-22的循环T淋巴细胞明显减少,对IL-6、IL-21、IL-23反应受损。常染色体隐性遗传(AR) IL-12p40[3]或IL-12Rβ1[4]缺陷患者除了受累呈孟德尔遗传的分枝杆菌病(MSMD),偶有较轻的CMC,一些患者产生IL-17A和IL-22的循环T淋巴细胞减少。AR Caspase募集结构域9(CARD9)缺陷患者除了受累CMC,还表现为皮肤真菌病和侵袭性白色念珠菌感染[5]。自身免疫调节因子(AIRE)缺陷患者除了受累CMC,还表现有针对IL-17A、IL-17F和IL-22的高滴度中和抗体[6]。孤立的CMC(CMCD)代表孤立的CMC感染,不具有其他感染或自身免疫征象。2011年Puel等[7]证实AR IL-17RA缺陷和显性负调节的IL17F缺陷可导致CMCD。后续研究表明一半的CMCD由功能获得性STAT1(gain-of-function STAT1)缺陷引起。现阐述gain-of function STAT1突变的发病机制、分子特征、临床表现、实验室发现、治疗及预后和鉴别诊断等,为临床工作提供相关信息。

1 发病机制

STAT1是DNA结合因子,调节特异基因转录。干扰素(IFN)-γ刺激导致STAT1在Tyr701位点磷酸化,诱导同源二聚体化形成γ活化因子(GAF),后者转移入细胞核。GAF与γ活化序列结合诱导靶基因转录。相反,IFN-α/β刺激诱导STAT1和STAT2的磷酸化,导致IFN刺激基因因子3复合体(ISGF3)形成,包括STAT1-STAT2-IRF9,ISGF3诱导靶基因的IFN刺激反应元素基序(ISRE)。GAF介导的IFN-γ反应对于针对细胞内微生物和一些病毒的免疫是重要的,ISGF3介导的IFN-α/β反应对大部分病毒免疫是重要的。2011年Liu等[8]用全外显子测序方法在20个家系47例CMCD患者中找到12种杂合的STAT1突变,该类突变为功能获得性,对细胞因子刺激的STAT1依赖的细胞反应增强,甚至对主要活化STAT3的细胞因子的反应也增强,如IL-6和IL-21,主要位于coil-coil结构域,活化的STAT1核内的去磷酸化受损。针对抑制IL-17的STAT1依赖的细胞因子IFN-α/β、IFN-γ和IL-27反应增强,对诱导IL-17的STAT3依赖的细胞因子IL-6和IL-21的STAT1活化增强,二者共同阻止产生IL-17A、IL-17F和IL-22的T淋巴细胞发育。因此,gain-of-function STAT1位点通过损伤IL-17免疫来引起AD CMCD。基因组连锁分析在其他CMC患者中也有同样发现[9]。产生IL-17的T淋巴细胞受损的具体机制不清,基于鼠模型,一种机制是INF-α/β、INF-γ和IL-27可强烈抑制产生IL-17的T淋巴细胞产生。另一种机制可能是,STAT1将正常依赖于STAT3的信号分流,下游IL-6、IL-21、IL-23均为IL-17细胞的强力诱导剂。

2 分子特征

STAT1位于2q32.2,具有25个外显子,前2个外显子不具备转录功能。包括氨基端(NTS)、盘卷线圈结构域(CCD)、DNA结合结构域(DBD)、连接结构域(L)、SH2结构域、尾端结构域(TSD)及跨活性结构域(TAD)。基本均为错义突变。62%位于CCD,35%位于DBD,1%位于TSD,1%位于NTS结构域,1%位于SH2结构域[10,11]

3 临床表现

自2011年AD STAT1基因鉴定以来,最大宗的、详细的世界范围内患者资料见于2016年报告,共纳入274例患者,平均年龄22岁(1~71岁),98%有CMC,平均出现年龄为1岁(0~24岁)[12]。仅有6例无CMC,但也不是完全无症状,1例有侵袭性真菌感染,5例有侵袭性细菌感染,4例有甲状腺功能低下,1例有脑动脉瘤,其中3例有家族史。74%的患者有细菌感染,47%有下呼吸道感染,包括经常反复的大叶性肺炎、支气管炎和/或间质肺炎。常见病原为肺炎双球菌、铜绿假单胞菌、流感嗜血杆菌和金黄色葡萄球菌。44%有反复或慢性鼻窦炎和中耳炎。28%有反复皮肤感染,病原主要为金黄色葡萄球菌。6%有分枝杆菌感染,肺感染主要是结核分枝杆菌和环境分枝杆菌,皮肤和淋巴结炎由卡介苗(BCG)或环境分枝杆菌引起,BCG、结核分枝杆菌和环境分枝杆菌可引起播散性感染。38%有病毒感染,包括系统性或非典型或反复皮肤黏膜病毒感染。32%有反复皮肤黏膜病毒感染,主要病原为单纯疱疹病毒和水痘-带状疱疹病毒。7%有严重水痘,12%有儿童期带状疱疹,其中58%反复。12%有反复传染性软疣和疣。8%有严重系统性病毒感染,巨细胞病毒(CMV)和EB病毒(EBV)是最常见病原。不可控制的CMV血症及器官受累,包括视网膜炎、溃疡性消化系统感染、肺感染和脑炎。1例患者有播散性腺病毒(ADV)和EBV感染。慢性活动性EBV感染不严重,不需要特殊治疗。严重疱疹病毒6型和细小病毒导致严重脓毒症或噬血细胞综合征,1例出现BK病毒尿路感染伴功能受损。2例出现活病毒疫苗导致的疾病(水痘和麻疹)。2例出现丙型肝炎导致肝硬化。43%具有临床自身免疫特征和/或自身免疫抗体。37%具有临床免疫特征,19%具有1个以上自身免疫疾病,大部分与甲状腺有关,其他包括1型糖尿病、皮肤疾病(白癜风、斑秃、鱼鳞病)、系统性红斑狼疮(SLE)、硬皮病、恶性贫血、乳糜泻、自身免疫性肝炎、溶血性贫血、自身免疫血小板减少、强直性脊柱炎、多发性硬化、炎症性肠病(克罗恩病、淋巴浸润肠病、溃疡性结肠炎)等。20%检测到抗体但无临床症状,主要为抗核抗体和抗甲状腺抗体。6%具有动脉瘤,表现为出血、腹痛或神经系统症状。82%位于脑血管系统,脑外血管动脉瘤位于腹主动脉、髂动脉、肺动脉。其他神经特征包括脑血管炎、癫痫、多神经病、多发性硬化、偏瘫及认知障碍。5.8%有皮肤、胃肠道、喉部肿瘤,大部分为鳞状细胞癌,其他为黑色素瘤和急性白血病。

4 实验室检查

R274Q转染STAT1缺乏的纤维肉瘤细胞,在IFN-α、IFN-γ或IL-27刺激下,γ活化序列(GAS)依赖的报告基因转录活性呈2、3倍增强,STAT1磷酸化呈高水平,GAS结合活性增加,STAT1靶基因CXCL9CXCL10转录增加。患者EBV-B或皮肤成纤维细胞在IFN-α、IFN-γ或IL-27刺激下STAT1磷酸化增强,GAS结合活性增强。在IL-6和IL-21刺激下患者GAS活性增强。

佛波酯(PMA)-离子霉素刺激12 h,82%的患者循环内产生IL-7A的T淋巴细胞计数和IL-7A水平降低,白色念珠菌刺激出现率为40%。49%的记忆B淋巴细胞降低,38%的IgG2降低,50%的IgG4降低。

5 治疗及预后

74%的患者需要长期抗真菌治疗,通常是系统性治疗。氟康唑是最常用的一线药物,其次为伊曲康唑和泊沙康唑。39%长期治疗患者对至少1种抗真菌药物耐药,间断治疗患者中为15%,对于1种抗真菌药物耐药出现率为10%。98%的患者对三唑类抗真菌药耐药。大部分患者需二线或三线药物,如伏立康唑、棘白霉素、特比萘芬或两性霉素B脂质体。国外文献报道有5例患者行干细胞移植,3例死亡,1例源于持续性嗜血细胞综合征,1例源于播散性CMV感染,1例源于间质性肺病。12%的患者出现生长不良,11%的患者出现继发性消化道并发症,如吞咽困难或食管阻塞。21%的患者出现支气管扩张和囊性变。12%的患者死亡,其中38%是因为严重感染,如播散性BCG、组织胞浆菌、球孢子菌和CMV、金黄色葡萄球菌脓毒症和细菌性下呼吸道感染、动脉瘤所致颅内出血等。侵袭性感染、脑动脉瘤和肿瘤是预后不良的危险因素,60岁患者存活率为31%[12]

6 鉴别诊断
6.1 AD loss-of-function STAT1缺陷

临床表现为MSMD。不同的STAT1杂合突变与IFN-γ反应受损而非缺失有关。STAT1也被IFN-α/β反应所需要。患者STAT1位点对2个信号通路来讲是无功能的:STAT1同源二聚体(GAF)和STAT1-STAT2-IRF9异源三聚体(ISGF3)的活化。然而,在杂合细胞,STAT1突变对GAF活化是显性的(通过负显性),但对ISGF3活化是隐性的(不伴负显性甚至不伴单倍型不足)。换句话说,STAT1杂合突变导致患者细胞对IFN-α/β反应正常(对于ISGF3),但对IFN-γ反应异常(对于GAF)[13]

6.2 完全AR STAT1缺陷

患者同时具有分枝杆菌和病毒感染敏感性。患者细胞对IFN-γ或IFN-α/β均不反应,对IFN-γ和IL-27反应也受损。预后不良,患者不经移植治疗均死亡。部分型AR STAT1缺陷患者具有较轻的细菌和病毒感染。AR STAT1患者敏感的病毒谱广泛,包括疱疹病毒1(HSV-1)感染,可引起HSV-1脑炎[14]

6.3 AD高IgE综合征

最初于1966年被描述为Job′s综合征,表现为湿疹和反复葡萄球菌皮肤和肺感染。于1972年,IgE升高被加入该综合征。这些患者还具有躯体特征,如特征面容。感染谱相对窄,主要是几种细菌和真菌,包括金黄色葡萄球菌和白色念珠菌。高IgE、抗体合成受损、中性粒细胞趋化缺陷见于一些患者。负显性STAT3突变为AD高IgE综合征的病因。由于散发病例均由新生突变引起,这些位点的临床传递是完全的。大部分是位于SH2结构域或DNA结合结构域的错义或框内缺失突变。这些突变内在是失功能的,但通过负显性的方式导致STAT3功能受抑制。

6.4 IL-12p40或IL-2Rβ1缺陷

IL-12/IL-23或IFN-γ轴缺陷患者具有对分枝杆菌的敏感性,又被称为具有孟德尔遗传的分枝杆菌病,病原包括弱毒力的BCG和环境分枝杆菌,也包括强毒力的沙门菌和结核分枝杆菌。24%的IL-12Rβ1缺陷患者具有CMC。缺陷的IL-23信号损伤Th17细胞维持和IL-17信号,可能是CMC高敏感的原因。

6.5 自身免疫性多内分泌病念珠菌病外胚层发育不良(APECED)

自身免疫性多腺体综合征1型特征为存在3个主要临床症状中的2个:Addison病,和/或甲状旁腺低功能,和/或甲状腺低功能。由位于21q22的AIRE的纯合或复合杂合突变引起。AIRE主要由胸腺髓质上皮细胞表达,上调组织特异的基因表达,参与自身反应T淋巴细胞的阴性选择。早发、持续的CMC是常见特征。抗-IFN自身抗体对APECED具有高度特异性,可能影响CMC发病机制。针对IL-17F、IL-22的自身抗体与CMC相关甚至早于CMC出现,抗IL-17A抗体出现频率相对低。

6.6 CMCD

CMCD代表一组异常,患者表现为持续或反复皮肤、指甲和黏膜念珠菌感染,几乎均为白色念珠菌,少部分为金黄色葡萄球菌感染,不伴自身免疫特征,很少发展为念珠菌脓毒症或器官念珠菌病。AR IL-17RA缺陷和AD IL-17F为致病机制,前者是完全性的,针对IL-17A和IL-17F的细胞反应完全缺失,后者是部分性的,含有IL-17F的同源或异源二聚体具有受损的而非缺陷的活性。提示IL-17A和IL-17F对针对白色念珠菌的黏膜免疫至关重要,但很大程度上是丰富的。

6.7 CARD9

AR CARD9缺陷患者除具有CMC外,中枢神经系统白色念珠菌感染是导致预后恶劣的原因,同时患者易出现深部皮肤真菌病。CARD9是多种真菌模式识别受体(包括大部分C型凝集素受体)下游的信号转导子。β葡聚糖的受体是Dectin-1,一种C型凝集素受体,通过脾酪氨酸激酶和PKCδ活化,最终活化NF-κB和丝裂原活化的蛋白激酶通路。

综上,gain-of-function STAT1缺陷是引起CMC的主要病因,该病还合并细菌、病毒及其他真菌感染,呈自身免疫和自身炎症表现,临床异质性明显[15,16,17,18,19,20,21,22,23,24]

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