综述
CARD9基因多态性在克罗恩病发病机制中的研究进展
中华炎性肠病杂志, 2020,04(4) : 337-340. DOI: 10.3760/cma.j.cn101480-20190801-00092
摘要

胱天蛋白酶募集域蛋白9(caspase recruitment domain protein 9,CARD9)是细胞内信号转导的重要衔接蛋白,是非特异性免疫和炎症反应中的关键调节器,并参与抗真菌的免疫反应。近年来发现CARD9基因多态性与克罗恩病(CD)的发病具有相关性。本文就CARD9在CD发病机制中的作用做一综述,为相关研究提供新思路。

引用本文: 唐琴, 王玉芳. CARD9基因多态性在克罗恩病发病机制中的研究进展 [J] . 中华炎性肠病杂志, 2020, 04(4) : 337-340. DOI: 10.3760/cma.j.cn101480-20190801-00092.
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克罗恩病(Crohn′s disease,CD)属于炎症性肠病(inflammatory bowel disease,IBD)的一种亚型,在欧美国家多见,近年我国的发病例数呈快速上升趋势。CD病因和发病机制至今尚不清楚,目前认为CD的发病是多因素相互作用的结果,主要包括遗传、感染、环境和免疫因素,普遍的观点认为携带遗传易感基因的个体在肠道菌群的作用下触发异常的肠道免疫反应,从而导致CD[1]。遗传易感性、肠道菌群及免疫应答的研究是CD发病机制研究中的热点。而其中遗传易感性在CD发病中发挥重要作用,主要体现在单卵双生子的高共患病率、发病的家族聚集现象和种族差异上。目前已报道100多种相关易感基因或位点,其中胱天蛋白酶募集域蛋白9(caspase recruitment domain protein 9,CARD9)基因多态性被认为与CD相关[2,3,4,5]。本文就近年来CARD9基因多态性在CD发病机制中的研究进展进行综述。

一、CARD9的结构及其基本功能
1.CARD9的结构特点:

CARD9最早由Bertin等[6]在2000年发现并命名。CARD9与CARD15一样,同属于CARD蛋白家族,定位于染色体9q34.3,CARD9 cDNA全长2108 bp,编码536个氨基酸。CARD9定位于细胞质内,存在于多种人体组织中,如脾、肝、外周血淋巴细胞等;在细胞水平,CARD9主要在非特异性免疫细胞如巨噬细胞、树突状细胞中表达[7]。CARD9在结构上包含两个功能区,一个具有胱天蛋白酶募集功能的N末端区域和一个具有寡聚化作用的卷曲螺旋C末端区域。研究表明N端的CARD结构域可以通过CARD-CARD相互作用与B细胞淋巴瘤10(B-cell lymphoma/leukemia 10,Bcl10)相连,而Bcl10直接与黏膜相关淋巴组织转运蛋白1(mucosa-associated lymphoid tissue lymphoma translocation protein 1,MALT1)连接激活细胞。许多蛋白都含有CARD结构,这一类蛋白通过共同的CARD结构域,形成CARD-CARD结构,从而实现蛋白相互结合,并由此在细胞内实现信号传导通路的传递[8]。但目前C末端的生物学功能尚不清楚。有研究显示,CARD9的C末端是有效控制CARD9活性的关键调控模块,可与三重基序蛋白62(tripartite motif containing 62,TRIM62)结合,从而参与抗真菌的免疫调节[9]

2.CARD9的基本功能——介导抗真菌信号通路:

已有研究显示CARD9参与非特异性免疫应答,特别是抗真菌免疫的启动。CARD9作为关键的传感器,介导树突状细胞相关的C型凝集素1(dendritic cell-associated C type lectin 1,Dectin1)、Dectin2形成CARD9-Bcl10-MALT1复合物,从而激活炎症介质NFκB,参与宿主真菌感染的反应[10,11]。研究显示CARD9介导的抗真菌非特异性免疫反应通过Dectin1-Syk-CARD9通路发挥Dectin1信号的关键传感器作用[12]。也有研究报道不同形态的白色念珠菌其模式识别受体(pattern recognition receptor,PRR)可能不同,酵母形态的白色念珠菌通过Dectin1受体信号通路,而菌丝形态的白色念珠菌通过Dectin2信号通路[13,14]。Dectin2是另一个C型凝集素受体,主要识别一些富含甘露糖的成分。与Dectin1不同,Dectin2以钙依赖形式与白色念珠菌的菌丝(而不是酵母)成分结合,其胞质结构可能参与募集Fc受体γ链信号来启动细胞内信号传导,间接激活Syk-CARD9通路,从而刺激CARD9过度表达。过度表达的CARD9可与另外一个含有CARD结构域的Bcl10结合,与MALT-1形成CBM复合体,并可能由此激活NFκB,导致一系列炎性介质释放,触发炎性级联反应。

研究发现,细胞真菌感染时,CARD9基因敲除的树突状细胞分泌白细胞介素2(interleukin-2,IL-2)、IL-10、肿瘤坏死因子α(tumor necrosis factor-α,TNF-α)等细胞因子的能力明显下降[15]CARD9基因敲除的树突状细胞启动获得性免疫的能力也明显下降。研究发现CARD9基因敲除小鼠感染白色念珠菌后,其T细胞向Th17细胞分化的数量显著减少;相反,激活CARD9信号通路则可以诱导树突状细胞成熟,促进IL-23等细胞因子分泌,并能诱导T细胞向Th17细胞的分化,分泌IL-17[14]。Sokol等[16]在用葡聚糖硫酸钠(dextran sulfate sodium,DSS)诱导CARD9-/-小鼠肠道炎症的实验中发现,与野生组相比,CARD9-/-小鼠更容易被DSS诱导发生结肠炎,而炎症恢复过程也受到影响;在柠檬酸杆菌诱导的结肠炎模型中,CARD9-/-小鼠与野生组相比有较少的Th17细胞和先天淋巴细胞(innate lymphoid cells,ILCs),因此将会发展为更严重的炎症。

二、CARD9与CD的关系
1.CARD9基因多态性在CD发病机制中的双重作用:

多篇报道显示CARD9基因的多态性与人类CD的发病机制紧密联系。研究显示CARD9易感位点rs10870077、rs10781499和rs4077515是IBD的遗传危险因素[17]。在WTCCC数据中关于英国CD人群的队列研究也发现CARD9的rs10870077位点与CD相关。有学者通过基因单核苷酸多态性分析CARD9基因发现rs4077515是对CD起作用的易感位点,并且通过CARD9基因调节机体非特异性免疫反应,产生TNF-α、IL-6等炎症因子[4]。Rivas等[5]研究56个与CD有关的基因,并通过9个独立病例对照系列分析突变基因共包括16 054例CD、12 153例溃疡性结肠炎(ulcerative colitis,UC)和17 575例健康对照,结果显示CARD9(rs4077515位点)与IBD(包括UC和CD)具有相关性(P<10-16),健康对照组等位基因频率0.64%,病例组等位基因频率约为0.2%。另有研究报道CARD9基因多态性与强直性脊柱炎(ankylosing spondylitis,AS)和原发性硬化性胆管炎(primary sclerosing cholangitis,PSC)相关[18,19]。而15%的AS病人合并IBD,PSC也是UC常见的肠外表现之一,这些均间接提示CARD9基因多态性可能与IBD相关。虽然国外的一些研究显示CARD9基因多态性与CD有相关性,但此种相关性是否也存在于中国汉族人群中,目前关于这方面的研究还比较少。国内一篇关于中国汉族人群CARD9基因多态性(包括rs10870077和rs10781499位点)的研究显示,CARD9基因多态性与中国汉族人群IBD没有相关性,CARD9基因多态性位点的基因频率及基因型频率在CD组和健康对照组间差异无统计学意义[20];该研究纳入CD232例,健康对照组274例,发现在CD组中多态位点rs10870077等位基因频率为0.751 184,基因频率0.877 595(OR = 1.046 662,95%CI:0.789 536 ~ 1.387 527),位点rs10781499等位基因频率为0.306 523,基因频率为0.231 786(OR = 0.859 849,95%CI:0.643 678 ~ 1.148 619),与健康对照组间比较差异无统计学意义。

也有研究显示CARD9罕见的突变位点rs141992399和rs200735402是IBD的保护性突变位点,其可能改变CARD9的C端,从而影响生物学功能,抑制病原体的免疫反应[17]。韩国的一项研究纳入500例CD患者和1000例健康对照者,分析131个与CD相关的基因,发现CARD9多态性位点rs200735402在CD中起着保护性的作用[21]

虽然多种研究能够鉴定疾病进展的遗传标志物,但是影响疾病进展可能是多种因素共同作用的结果[22]。而CARD9基因多态性是否与中国人群CD发病机制有关,还需要更多的中国人群大样本研究去进一步证实。

2.CARD9介导的抗真菌信号通路与CD发病机制的相关性:

研究发现CARD9基因改变肠道微生物的组成,影响微生物代谢产物的生成,增加肠道炎症的敏感性。CARD9基因突变的患者影响NFκB的激活,导致抗真菌反应的缺陷,增加慢性反复性真菌感染的风险。其中CARD9(rs40775151)突变增加念珠菌反复感染的风险,且与念珠菌血症有很强的相关性[23]。杜晓博等[24]收集48例IBD患者的结肠组织,同时纳入同期30例外科手术切除的结肠癌旁正常组织作为对照组,发现CARD9在IBD患者结肠组织中的表达升高,且与患者病情严重程度相关。但目前CARD9参与肠道免疫的机制尚不明确。

人类消化道存在大量的真菌菌属,受年龄、性别、种族、饮食等多种因素影响。有研究显示CD患者肠道菌群的数量及多样性均较健康对照组减少,具体的机制尚不明确[25]。目前的观点普遍认为,CD的发病机制为携带遗传易感基因的CD患者对肠腔内常驻菌群及自身抗原产生过强的免疫反应,肠黏膜内的Th1/Th17细胞处于高度活化状态,IFN-γ、TNF-α、IL-17等细胞因子大量分泌,最终导致肠道黏膜免疫反应失衡,产生慢性炎症[26,27]。研究发现多数IBD患者体内可以检测到一些特异性针对肠道菌群抗原成分的抗体[28,29],这些抗体表明IBD存在针对正常肠腔成分的肠道黏膜免疫紊乱。肠道真菌与CD发病相关的有力佐证是ASCA的发现。ASCA是CD具有高度特异性的血清学标志物[30],是一种针对酿酒酵母菌细胞壁甘露聚糖的血清反应性抗体,文献报道见于50% ~ 80%CD患者,而在UC和健康对照中阳性率极低,仅0 ~ 5%[31]。Standaert-Vitse等[32]的研究发现,ASCA在72%的CD患者和34%的一级亲属外周血中表达增高;而在健康的无疾病家族史的人群中,其增高率仅为4%。进一步研究表明,ASCA对CD的这种特异性表达,不仅仅是肠道受侵犯时的一种简单不良现象,还是CD患者的一种家族性免疫性状的表达(夫妇除外),这种家族性表达至少可部分说明CD与遗传因素或儿童期的环境接触有关[33]

酵母菌是一种普遍存在的微生物,一般不被认为是条件性致病菌,罕有引起明显的人类感染。但在CD的一些患者中却出现针对酵母菌的抗体——ASCA,且具有家族聚集现象。ASCA这种家族性表达提示其可能与CD遗传易感性相关。肠道中的酵母菌主要是白色念珠菌(又称白假丝酵母菌)和酿酒酵母菌。酵母菌细胞壁呈"三明治"结构,最外层为甘露聚糖(主要由Dectin2识别),中间为蛋白质,最内层为葡聚糖(主要由Dectin1识别),而CARD9介导的抗真菌信号通路的关键传感器就是Dectin1和Dectin2。因此可以认为CARD9介导的抗真菌信号通路在CD发病机制中可能发挥一定的作用。但目前具体的机制尚不明确,这需要大量的临床及基础研究进一步明确。

综上所述,近年来关于CD发病机制的研究越发深入,目前已报道100多种相关易感基因或位点,其中有关CARD9基因多态性位点在IBD中的研究比较多,但是目前在中国人群中尚未发现该易感基因或位点。肠道微生物群较为复杂,且受多种因素影响,现有的研究仅发现CD患者肠道真菌的种类及含量较对照组增多,但尚未发现与CD发病相关的特异性菌属,这可能与CD发病为多种因素共同作用有关。本文归纳CARD9基因多态性及其介导的抗真菌作用在CD发病机制中的研究进展,但是目前有关CARD9参与CD发病机制的具体研究报道甚少,这也为以后CD发病机制研究提供新的思路。

利益冲突
利益冲突

所有作者均声明不存在利益冲突

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