劉紅艷,高笑宇,李媛,孫德俊
煙草暴露造成每年700多萬(wàn)人死亡,僅我國(guó)吸煙者已超過(guò)3億,預(yù)計(jì)到2050年全國(guó)因吸煙造成的死亡人數(shù)將增加3倍[1]。香煙煙霧含多種有害物質(zhì),主要包括苯并芘、多環(huán)芳烴類(lèi)、尼古丁和亞硝胺[2-3],其中尼古丁是造成煙草依賴的主要成分[4]。為減少香煙依賴造成的死亡,戒煙是最有效的應(yīng)對(duì)措施,而目前可用的戒煙方法如電子煙、藥物替代療法等的效果均不穩(wěn)定[5],且需要進(jìn)一步明確上述戒煙方法的安全性。因此,為了制定更安全有效的戒煙策略,尼古丁依賴病因?qū)W的研究勢(shì)在必行。煙堿型乙酰膽堿受體(nicotinic acetylcholine receptors,nAChRs)由五聚體跨膜陽(yáng)離子通道構(gòu)成,屬于配體門(mén)控離子通道超家族的一員,其與乙酰膽堿或尼古丁結(jié)合后可開(kāi)放通道,允許陽(yáng)離子(Ca2+、Na+、K+)轉(zhuǎn)運(yùn)[6],促進(jìn)神經(jīng)遞質(zhì)釋放,進(jìn)而刺激細(xì)胞內(nèi)信號(hào)傳導(dǎo)和基因轉(zhuǎn)錄[7]。nAChRs可以分為兩大類(lèi):肌肉型nAChRs和神經(jīng)元型nAChRs,其中肌肉型nAChRs由α1、β1、γ、δ和ε亞基組成,與乙酰膽堿受體結(jié)合,可釋放神經(jīng)遞質(zhì),激活離子通道,引起肌肉收縮;神經(jīng)元型nAChRs由α2~α10和β2~β4亞基組成,可與尼古丁選擇性地在大腦中靶向結(jié)合,進(jìn)而增強(qiáng)與尼古丁的結(jié)合效應(yīng)[8-9]。CHRNA5-A3-B4基因簇緊密聚集在nAChRs的15號(hào)染色體上,編碼nAChR的α5、α3和β4亞基,其可相互協(xié)調(diào),共同調(diào)控基因位點(diǎn),增強(qiáng)基因表達(dá),影響生物性狀。全基因組關(guān)聯(lián)分析(genome-wide association analysis,GWAS)已證實(shí)15號(hào)染色區(qū)域內(nèi)的單核苷酸多態(tài)性(single nucleotide polymorphism,SNP)與尼古丁依賴性有關(guān)[10-11]。CHRNA5-A3-B4基因遺傳候選SNP研究和薈萃分析表明,CHRNA5-A3-B4基因簇與尼古丁依賴性[12]、初次吸煙[13]和重度吸煙行為[14]相關(guān)。本文就CHRNA5-A3-B4基因簇與吸煙行為的相關(guān)性進(jìn)行綜述,以期為戒煙藥物新靶點(diǎn)的開(kāi)發(fā)和煙草相關(guān)疾病的基因干預(yù)治療提供新思路。
1.1 α5、α3、β4亞基相互作用 CHRNA5-A3-B4基因簇編碼的α5、α3、β4亞基可在大腦多個(gè)區(qū)域表達(dá),尤其在內(nèi)側(cè)韁核和腳間核區(qū)域內(nèi)[15],其在尼古丁依賴性方面有著至關(guān)重要的作用[16]。在腳間核中,單獨(dú)α5亞基對(duì)乙酰膽堿受體結(jié)合位點(diǎn)沒(méi)有作用,但與α3、β4亞基組合后其對(duì)尼古丁的親和力增加[17-19]。RABE等[20]通過(guò)質(zhì)譜法和免疫化學(xué)法對(duì)單個(gè)受體亞基的質(zhì)膜表達(dá)進(jìn)行分析,發(fā)現(xiàn)約98%的質(zhì)膜受體中α3亞基單獨(dú)與β4亞基組合表達(dá)或與β4、α5亞基共同表達(dá)為五聚體結(jié)構(gòu),這均可增加其對(duì)尼古丁的親和力。有研究發(fā)現(xiàn),CHRNA3基因rs1051730位點(diǎn)與CHRNA5基因rs16969968位點(diǎn)高度相似,可發(fā)生錯(cuò)義突變,導(dǎo)致α5亞基蛋白(D398N)中第398個(gè)氨基酸處的天冬氨酸(D)替換為天冬酰胺(N),導(dǎo)致具有天冬酰胺變體的α5受體復(fù)合物對(duì)尼古丁的親和力變?yōu)樵瓉?lái)最大親和力的3倍[21]。由此表明,α5、α3、β4亞基可以相互調(diào)節(jié),互相組合,進(jìn)而增加對(duì)尼古丁的親和力。
1.2 SNP位點(diǎn)相互作用 CHRNA5-A3-B4基因簇中的部分基因具有調(diào)控作用,使SNP聚集到基因組區(qū)域,形成局部調(diào)控組,發(fā)揮更強(qiáng)的調(diào)控作用。BARRIE等[22]研究發(fā)現(xiàn),CHRNA3、CHRNB4 mRNA和CHRNA5反義RNA在人體多種組織中共表達(dá),提示其有共同調(diào)控元件,見(jiàn)圖1;進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn),rs880395位點(diǎn)不但可增加所有組織中CHRNA5 mRNA表達(dá)水平,而且可增加腦和外周組織中CHRNA3 mRNA表達(dá)水平,同時(shí)發(fā)現(xiàn)rs880395位點(diǎn)與CHRNB4 3'端非翻譯區(qū)域中的rs1948位點(diǎn)可共同表達(dá)以調(diào)控基因變異。LEE等[23]研究發(fā)現(xiàn),CHRNB4的rs4887074位點(diǎn)與尼古丁依賴性有關(guān),其與CHRNA3和CHRNA5的兩個(gè)調(diào)節(jié)變體共同調(diào)節(jié)rs16969968位點(diǎn)的尼古丁依賴性;CHRNA5增強(qiáng)子區(qū)域中rs880395位點(diǎn)和CHRNA3增強(qiáng)子區(qū)域中rs1948、rs16969968位點(diǎn)可形成單倍型,進(jìn)一步加強(qiáng)CHRNA5、CHRNA3與尼古丁依賴性的關(guān)聯(lián)性。CHRNA5-A3-B4基因簇與尼古丁親和力的強(qiáng)弱可能具有組織特異性,如rs1948位點(diǎn)僅在基底神經(jīng)核中充當(dāng)CHRNA3的調(diào)控變體,而在其他組織中則不起作用。孟加拉種族研究發(fā)現(xiàn),rs16969968、rs578776位點(diǎn)多態(tài)性與吸煙行為呈正相關(guān),攜帶rs16969968位點(diǎn)的A等位基因者吸煙風(fēng)險(xiǎn)增加1.51倍,攜帶rs578776位點(diǎn)A等位基因者的吸煙風(fēng)險(xiǎn)降低0.595倍[24]。綜上,需要了解CHRNA5-A3-B4基因簇在不同組織間甚至種族間相互調(diào)控的過(guò)程,才能對(duì)其產(chǎn)生的復(fù)雜臨床表現(xiàn)如尼古丁依賴性有一定認(rèn)知。
圖1 CHRNA5-A3-B4煙堿受體位點(diǎn)相互調(diào)節(jié)簡(jiǎn)化插圖Figure 1 Simplified illustration of CHRNA5-A3-B4 nicotinic receptor site reciprocal regulation
2010年大規(guī)?;蚪M相關(guān)研究表明,nAChRs基因變異與吸煙人群的遺傳性狀相關(guān)[14,25]。其中CHRNA5-A3-B4基因簇與吸煙行為呈正相關(guān),其首先與吸煙量〔每天吸煙(cigarettes per day,CPD)〕有關(guān),其次與吸煙相關(guān)表型(如尼古丁依賴性、戒煙)以及吸煙相關(guān)疾病(如肺癌和COPD)有關(guān)[12,26-27]。LIU等[14]已識(shí)別出3個(gè)以上連鎖不平衡SNP位點(diǎn),其中包括位于啟動(dòng)子區(qū)域的rs16969968位點(diǎn)、CHRNA5的rs588765位點(diǎn)以及CHRNA3的rs6495308位點(diǎn),其均與吸煙行為呈正相關(guān)。CHRNA5-A3-B4基因簇SNP位點(diǎn)的作用及臨床表現(xiàn)見(jiàn)表1。CHRNA5-A3-B4基因簇的SNP位點(diǎn)與吸煙行為關(guān)系的研究顯示,rs1948位點(diǎn)可增加CHRNA3在腦基底核區(qū)的表達(dá),rs880395、rs905740位點(diǎn)可增加CHRNA5在腦組織中的表達(dá)[23,28];而rs4887074位點(diǎn)可減少CHRNB4在外周組織中的表達(dá),rs6495308位點(diǎn)可減少CHRNA5、CHRNA3在外周組織中的表達(dá);其中rs16969968位點(diǎn)是非同義SNP位點(diǎn),其通過(guò)錯(cuò)義突變提高CHRNA5的尼古丁依賴性[23]。研究顯示,rs4886580、rs7178270位點(diǎn)僅與CHRNB4在外周組織中的表達(dá)情況相關(guān)[29]。另有學(xué)者研究發(fā)現(xiàn),rs1948、rs880395、rs905740、rs4887074、rs6495308、rs1051730、rs514743、rs8192475、rs16969968、rs4886580、rs7178270位點(diǎn)均與吸煙行為相關(guān)[22,28,30-35]。
表1 CHRNA5-A3-B4基因簇SNP位點(diǎn)的作用及臨床表現(xiàn)Table 1 The role and clinical manifestations of SNP loci in CHRNA5-A3-B4 gene cluster
CHRNA5-A3-B4基因簇與吸煙相關(guān)疾病亦具有相關(guān)性。ZHAO等[36]對(duì)來(lái)自中國(guó)的823例男性COPD患者樣本和435例吸煙的男性健康人群樣本進(jìn)行了DNA提取和SNP基因分型研究,結(jié)果顯示,攜帶rs667282位點(diǎn)CT基因型者比攜帶rs667282位點(diǎn)TT基因型者的戒煙成功率高;攜帶rs4950位點(diǎn)AG基因型者比攜帶rs4950位點(diǎn)TT基因型者的戒煙成功率高;在吸煙的COPD患者中,CHRNA5-A3-B4基因簇與戒煙成功明顯相關(guān)。GANBOLD等[37]對(duì)181例COPD患者和292例健康人群進(jìn)行外周血采樣和問(wèn)卷調(diào)查,結(jié)果發(fā)現(xiàn)CHRNA3(rs1051730、rs12914385位點(diǎn))、CHRNA5(rs16969968、rs17486278位點(diǎn))基因多態(tài)性是COPD的獨(dú)立風(fēng)險(xiǎn)基因,且這些風(fēng)險(xiǎn)基因型的任何組合均會(huì)增加COPD患者吸煙量及對(duì)尼古丁的依賴性。
綜上,CHRNA5-A3-B4基因簇與吸煙行為及吸煙相關(guān)疾病具有相關(guān)性,但其具體機(jī)制尚需要進(jìn)一步研究。
綜上所述,CHRNA5-A3-B4基因簇中與吸煙行為相關(guān)的基因可相互作用,調(diào)控SNP并使其聚集到基因組區(qū)域,形成局部調(diào)控組,進(jìn)而影響整個(gè)集群的遺傳效應(yīng)。CHRNA5-A3-B4基因簇可能不是直接驅(qū)動(dòng)SNP來(lái)影響nAChRs表達(dá)的,而是通過(guò)增加其與轉(zhuǎn)錄因子的結(jié)合能力或增強(qiáng)其與轉(zhuǎn)錄因子的相互作用來(lái)影響nAChRs表達(dá)的,但這仍需要進(jìn)一步研究。CHRNA5-A3-B4基因簇中的基因變異導(dǎo)致吸煙行為的具體機(jī)制還需要深入研究。
作者貢獻(xiàn):劉紅艷進(jìn)行文章的構(gòu)思與設(shè)計(jì)、文獻(xiàn)/資料收集、論文撰寫(xiě)與修訂;高笑宇、李媛、孫德俊進(jìn)行文章的可行性分析、質(zhì)量控制及審校;孫德俊對(duì)文章整體負(fù)責(zé),監(jiān)督管理。
本文無(wú)利益沖突。