引用本文: 呂陽花, 趙珍珍, 周汶靜, 宋興勃, 李靖, 應斌武. STAT6 基因多態性與中國西部漢族人群結核病易感性的關聯性研究. 華西醫學, 2019, 34(8): 857-862. doi: 10.7507/1002-0179.201907073 復制
結核病是由結核分枝桿菌引起的嚴重影響公共衛生的傳染性疾病。中國是結核病高負擔國家之一,2017 年結核病患病人數位居全球第二[1]。大量證據表明,宿主遺傳因素在結核病的易感性方面起關鍵作用[2-3]。許多基因位點已被證實與結核病的易感性有關,包括維生素 D 受體、Toll 樣受體[4]、酪氨酸激酶(janus kinase,JAK)/信號轉導和轉錄激活因子(signal transducers and activators of transcription,STAT)、Wnt 信號通路等相關基因。STAT6 是 STAT 家族成員之一,該家族是 JAK 信號轉導通路的關鍵分子。STAT6 是 Th2 細胞分化過程中的特異性轉錄因子,可促進 Th2 細胞增殖分化及分泌白細胞介素(interleukin,IL)-4、IL-10、IL-13 等細胞因子[5]。特異性 STAT6 基因敲除實驗發現,STAT6 在 IL-4 等細胞因子發揮生物學功能的過程中不可或缺,而 IL-4 作為炎癥因子,在肺結核等感染性疾病的免疫反應中發揮重要作用[6]。Ozeki 等[7]研究發現,接種卡介苗 40 周后,卡介苗對 STAT6 基因敲除小鼠的保護作用減弱,提示 STAT6 基因在結核病的發生發展中發揮重要作用。STAT6 基因多態性與結核病易感性相關性的研究尚未見報道。因此,本研究采用病例對照設計,旨在探討 STAT6 基因上 4 個單核苷酸多態性(single nucleotide polymorphism,SNP)位點(rs1059513、rs73118432、rs841718、rs10783813)與中國西部漢族人群結核病易感性的相關性。現報告如下。
1 資料與方法
1.1 研究對象
選取 2014 年 1 月—2016 年 2 月間,四川大學華西醫院診斷為結核病的 900 例患者為研究對象,同期收集該院健康體檢中心 1 534 例健康體檢者為健康對照。結核病組納入標準:① 根據我國結核病診斷標準[8],具有結核病相關的臨床癥狀和體征,結核分枝桿菌病原學(抗酸染色、結核培養、核酸檢測)、病理學、影像學(X 線或 CT)等檢查有活動性結核病的證據或 2 次以上 γ-干擾素釋放試驗陽性且抗結核感染治療有效;② 民族為漢族。健康對照組納入標準:① 無結核病病史,結核病原學/影像學相關檢查陰性,經健康體檢證實為健康個體;② 民族為漢族。兩組排除標準:① 其他呼吸系統疾病如肺部感染和慢性阻塞性肺部疾病等;② 系統性慢性疾病如高血壓、糖尿病等;③ 腫瘤患者;④ 自身免疫性疾病患者;⑤ 肝炎病毒感染,人類免疫缺陷病毒感染;⑥ 使用免疫抑制劑或增強劑的患者。本研究經四川大學華西醫院臨床試驗與生物醫學倫理專委會審核通過[審批號:2014 年審(198)號],所有參與對象均對研究知情并簽署知情同意書。
1.2 標本收集、DNA 提取與基因分型
清晨空腹抽取外周靜脈血 3~5 mL,置于乙二胺四乙酸抗凝真空采血管中。全血基因組 DNA 提取采用德國 Qiagen 公司提供的 QIAamp DNA Blood Midi Kit 核酸提取試劑盒,嚴格按照試劑盒操作指南進行核酸提取。采用新型多重酶連接反應(improved multiplex ligation detection reaction,iMLDR)基因分型技術對 STAT6 基因上 rs1059513、rs73118432、rs841718、rs10783813 共 4 個 SNP 進基因分型。為保證實驗結果的客觀性,實驗人員對標本分組情況未知,實驗過程中以雙蒸水為陰性對照監測污染。為確保基因分型質量,隨機選擇 10%~15% 的樣品重復進行基因分型,重復基因分型樣本的符合率為 100%。
1.3 統計學方法
正態分布的計量資料用均數±標準差描述,組間比較采用 t 檢驗;計數資料采用頻數(百分比)描述,組間比較采用 χ2 檢驗。應用 Hardy-Weinberg 平衡法(Hardy-Weinberg equilibrium,HWE)進行遺傳平衡檢驗。根據等位基因頻率、基因型、遺傳模型(加性、顯性和隱性模型)的比值比(odds ratio,OR)及其 95% 置信區間(confidence interval,CI)確定 SNP 與疾病狀態之間的關系,采用 logistic 回歸分析進行性別和年齡校正,再采用 Bonferroni 方法進行多重檢驗校正。以上分析使用 SPSS 23.0 和 PLINK v1.07 統計分析軟件。使用 Haploview v4.2 軟件進行連鎖不平衡檢驗和單倍型分析。所有檢驗均為雙側檢驗,檢驗水準 α=0.05。
2 結果
2.1 研究人群基本特征
本研究共招募 900 例結核病患者和 1 534 例健康對照,剔除所有 SNP 位點均分型失敗者 67 例(其中結核病組 44 例,健康對照組 23 例),最終納入 856 例結核病患者和 1 511 例健康對照者。結核病組男 513 例(59.93%),女 343 例(40.07%),平均年齡(42.5±18.1)歲;健康對照組男 810 例(53.61%),女 701 例(46.39%),平均年齡(38.0±11.1)歲;兩組之間性別和年齡分布差異有統計學意義(χ2=8.862,P=0.003;t=7.493,P<0.001)。
2.2 STAT6 基因型和等位基因頻率分布情況
本研究最終納入 856 例結核病患者和 1 511 例健康對照者,剔除部分 SNP 位點分型不成功的例數后,rs1059513、rs73118432、rs841718、rs10783813 位點病例組最終例數分別為 855、856、852、851 例,健康對照組最終例數分別為 1 509、1 509、1 509、1 507 例。4 個 SNP 均滿足 HWE 定律(P>0.05),最小等位基因頻率分別為 0.07、0.17、0.31、0.40。4 個 SNP 位點基本信息如表 1 所示。

2.3 STAT6 基因多態性在結核病組和健康對照組的分布情況
結核病組與健康對照組 4 個 SNP 位點在等位基因頻率、基因型分布、不同遺傳模型(加性模型、顯性模型、隱性模型)分析中,經性別、年齡校正后差異均無統計學意義(P>0.05)。見表 2~5。




2.4 STAT6 基因上 4 個 SNP 之間連鎖不平衡分析
利用 Haploview v4.2 軟件對 4 個 SNP 位點進行連鎖不平衡分析發現,rs73118432、rs841718、rs10783813 存在強連鎖不平衡(>0.99)(圖 1)。3 種 SNP 共形成 GGC、GAA、AGA、GGA 4 種單倍型(表 6),以 GGC 和 GAA 為主,頻率分別為 0.403 和 0.310。4 種單倍型分布頻率在兩組間差異無統計學意義(P=0.390、0.951、0.952、0.134)。


3 討論
宿主遺傳背景在疾病的發生發展及臨床轉歸中起著重要作用,遺傳背景差異可導致個體對疾病的易感性不同。對 STAT6 基因多態性與結核病易感性相關性的研究,有助于結核病易感基因的發現和驗證。本研究未發現 STAT6 基因 rs1059513、rs10783813、rs841718、rs73118432 位點與中國西部漢族人群結核病易感性有相關性,后期有待增加 STAT6 基因上更多的 SNP 位點及擴大樣本量做進一步研究。
宿主遺傳因素和免疫應答在機體抗結核分枝桿菌感染中發揮重要作用。在機體抗結核的保護性免疫反應中,CD4+ Th1 細胞分泌的 γ-干擾素是重要的抗結核免疫因子。γ-干擾素可誘導或增強巨噬細胞的殺菌活性,使結核分枝桿菌局限于感染灶,從而限制結核分枝桿菌的擴散[7]。而 Th2 細胞分泌的 IL-4 和 IL-13 等細胞因子可通過下調 γ-干擾素,抑制 γ-干擾素誘導的巨噬細胞的自噬作用從而促進結核病的發生發展[9]。STAT6 是 Th2 細胞分化的特異性因子,其磷酸化在 IL-4 誘導的 JAK-STAT 信號通路中起關鍵作用[10],IL-4 與受體結合后,啟動 JAK1 和 JAK3 磷酸化 IL-4Ra 細胞內部分的酪氨酸殘基,進而磷酸化 STAT6。被活化的 STAT6 二聚體轉運入細胞核,在細胞核內 STAT6 與靶基因的啟動子區域結合調控基因的轉錄[11]。STAT6 通過介導 IL-4 細胞因子,在下調腫瘤壞死因子 α、IL-12、γ-干擾素等促炎癥細胞因子中發揮重要作用[12]。Harris 等[13]實驗研究發現:IL-4、IL-13 能抑制 γ-干擾素誘導的分枝桿菌自噬體形成,STAT6 基因敲除后上述抑制作用消失,證明 IL-4、IL-13 介導的抗結核自噬作用是依賴 STAT6 的,STAT6 可能是自噬免疫調節相關因子。STAT6 對 IL-4 和 IL-13 下游自噬作用的影響可能與 STAT6 增加 Bcl-2 和 Bcl-XL 抗凋亡蛋白的耐受性有關[14]。Ozeki 等[7]進行的 STAT6 基因敲除小鼠實驗發現,STAT6 基因敲除的小鼠 Th1 細胞活性增加,其分泌的 γ-干擾素水平明顯升高,Th2 細胞受損,IL-4 分泌下降,結局是小鼠抗結核分枝桿菌能力增強。以上證據表明,STAT6 基因可能在結核分枝桿菌感染免疫調節過程中發揮重要作用。本研究顯示,結核病組與健康對照組間 STAT6 基因 rs1059513 位點在等位基因頻率、基因型分布及 3 種遺傳模型分析中,差異均無統計學意義。rs1059513 位點突變位于 3’ 非翻譯區,屬于轉錄區突變,轉錄區突變通過影響 mRNA 的多聚腺苷酸化、翻譯效率和穩定性,在轉錄后基因表達中發揮重要作用[15]。眾多研究報道 STAT6 基因上 rs1059513 等位基因突變與哮喘[16]、慢性阻塞性肺疾病、過敏性皮炎[17]及食物過敏[18]等過敏性疾病有關。本研究未發現 STAT6 基因 rs1059513 位點與中國西部漢族人群結核易感性相關,后期需增加 STAT6 基因上更多的 SNP 位點及擴大樣本量做進一步研究。
STAT6 基因位于人類第 12 號染色體上,大量研究報道 STAT6 基因是介導過敏性炎癥反應的重要因子,STAT6 基因多態性與 Graves 病[19]、周期性精神病[20]、子癇前期[21]等疾病的關系也有相關研究報道。有學者報道 rs10783813 與周期性精神病相關[20],rs841718 與血清免疫球蛋白 E 水平升高有關[22]。本研究未發現 STAT6 基因 rs10783813、rs841718、rs73118432 多態性與中國西部漢族人群結核病易感性相關。rs73118432、rs841718、rs10783813 位點存在強連鎖不平衡關系(>0.99),構建單倍體模型顯示兩組間單倍型分布頻率差異無統計學意義(P>0.05),提示 rs73118432、rs841718、rs10783813 三者連鎖不平衡形成的單倍體與結核病發病風險之間可能無關聯性。
本研究存在以下不足:首先,本研究僅進行了 STAT6 基因上 4 個 SNP 位點與結核病易感性的關聯研究,未進一步進行基因與基因之間、基因與環境之間的交互作用研究。其次,本研究僅研究了 STAT6 基因上少量的 SNP 位點,該基因上其他 SNP 位點與結核病易感性的關系還需進一步研究。再次,本研究選擇健康體檢人群為實驗對照,未排除潛伏結核感染人群,因此 STAT6 基因多態性與潛伏結核感染的相關性仍不明確。最后,本研究未對結核病患者的臨床特征與 STAT6 基因多態性的相關性作進一步分析。
綜上所述,本研究未發現 STAT6 基因 rs1059513、rs10783813、rs841718、rs73118432 位點在中國西部漢族人群中與結核病易感性相關。結核病的發病是環境、遺傳等因素共同作用的結果,STAT6 基因上多個位點突變對基因表達水平的影響,基因之間、基因與環境之間交互作用等的分析有賴于進一步實驗研究。
結核病是由結核分枝桿菌引起的嚴重影響公共衛生的傳染性疾病。中國是結核病高負擔國家之一,2017 年結核病患病人數位居全球第二[1]。大量證據表明,宿主遺傳因素在結核病的易感性方面起關鍵作用[2-3]。許多基因位點已被證實與結核病的易感性有關,包括維生素 D 受體、Toll 樣受體[4]、酪氨酸激酶(janus kinase,JAK)/信號轉導和轉錄激活因子(signal transducers and activators of transcription,STAT)、Wnt 信號通路等相關基因。STAT6 是 STAT 家族成員之一,該家族是 JAK 信號轉導通路的關鍵分子。STAT6 是 Th2 細胞分化過程中的特異性轉錄因子,可促進 Th2 細胞增殖分化及分泌白細胞介素(interleukin,IL)-4、IL-10、IL-13 等細胞因子[5]。特異性 STAT6 基因敲除實驗發現,STAT6 在 IL-4 等細胞因子發揮生物學功能的過程中不可或缺,而 IL-4 作為炎癥因子,在肺結核等感染性疾病的免疫反應中發揮重要作用[6]。Ozeki 等[7]研究發現,接種卡介苗 40 周后,卡介苗對 STAT6 基因敲除小鼠的保護作用減弱,提示 STAT6 基因在結核病的發生發展中發揮重要作用。STAT6 基因多態性與結核病易感性相關性的研究尚未見報道。因此,本研究采用病例對照設計,旨在探討 STAT6 基因上 4 個單核苷酸多態性(single nucleotide polymorphism,SNP)位點(rs1059513、rs73118432、rs841718、rs10783813)與中國西部漢族人群結核病易感性的相關性。現報告如下。
1 資料與方法
1.1 研究對象
選取 2014 年 1 月—2016 年 2 月間,四川大學華西醫院診斷為結核病的 900 例患者為研究對象,同期收集該院健康體檢中心 1 534 例健康體檢者為健康對照。結核病組納入標準:① 根據我國結核病診斷標準[8],具有結核病相關的臨床癥狀和體征,結核分枝桿菌病原學(抗酸染色、結核培養、核酸檢測)、病理學、影像學(X 線或 CT)等檢查有活動性結核病的證據或 2 次以上 γ-干擾素釋放試驗陽性且抗結核感染治療有效;② 民族為漢族。健康對照組納入標準:① 無結核病病史,結核病原學/影像學相關檢查陰性,經健康體檢證實為健康個體;② 民族為漢族。兩組排除標準:① 其他呼吸系統疾病如肺部感染和慢性阻塞性肺部疾病等;② 系統性慢性疾病如高血壓、糖尿病等;③ 腫瘤患者;④ 自身免疫性疾病患者;⑤ 肝炎病毒感染,人類免疫缺陷病毒感染;⑥ 使用免疫抑制劑或增強劑的患者。本研究經四川大學華西醫院臨床試驗與生物醫學倫理專委會審核通過[審批號:2014 年審(198)號],所有參與對象均對研究知情并簽署知情同意書。
1.2 標本收集、DNA 提取與基因分型
清晨空腹抽取外周靜脈血 3~5 mL,置于乙二胺四乙酸抗凝真空采血管中。全血基因組 DNA 提取采用德國 Qiagen 公司提供的 QIAamp DNA Blood Midi Kit 核酸提取試劑盒,嚴格按照試劑盒操作指南進行核酸提取。采用新型多重酶連接反應(improved multiplex ligation detection reaction,iMLDR)基因分型技術對 STAT6 基因上 rs1059513、rs73118432、rs841718、rs10783813 共 4 個 SNP 進基因分型。為保證實驗結果的客觀性,實驗人員對標本分組情況未知,實驗過程中以雙蒸水為陰性對照監測污染。為確保基因分型質量,隨機選擇 10%~15% 的樣品重復進行基因分型,重復基因分型樣本的符合率為 100%。
1.3 統計學方法
正態分布的計量資料用均數±標準差描述,組間比較采用 t 檢驗;計數資料采用頻數(百分比)描述,組間比較采用 χ2 檢驗。應用 Hardy-Weinberg 平衡法(Hardy-Weinberg equilibrium,HWE)進行遺傳平衡檢驗。根據等位基因頻率、基因型、遺傳模型(加性、顯性和隱性模型)的比值比(odds ratio,OR)及其 95% 置信區間(confidence interval,CI)確定 SNP 與疾病狀態之間的關系,采用 logistic 回歸分析進行性別和年齡校正,再采用 Bonferroni 方法進行多重檢驗校正。以上分析使用 SPSS 23.0 和 PLINK v1.07 統計分析軟件。使用 Haploview v4.2 軟件進行連鎖不平衡檢驗和單倍型分析。所有檢驗均為雙側檢驗,檢驗水準 α=0.05。
2 結果
2.1 研究人群基本特征
本研究共招募 900 例結核病患者和 1 534 例健康對照,剔除所有 SNP 位點均分型失敗者 67 例(其中結核病組 44 例,健康對照組 23 例),最終納入 856 例結核病患者和 1 511 例健康對照者。結核病組男 513 例(59.93%),女 343 例(40.07%),平均年齡(42.5±18.1)歲;健康對照組男 810 例(53.61%),女 701 例(46.39%),平均年齡(38.0±11.1)歲;兩組之間性別和年齡分布差異有統計學意義(χ2=8.862,P=0.003;t=7.493,P<0.001)。
2.2 STAT6 基因型和等位基因頻率分布情況
本研究最終納入 856 例結核病患者和 1 511 例健康對照者,剔除部分 SNP 位點分型不成功的例數后,rs1059513、rs73118432、rs841718、rs10783813 位點病例組最終例數分別為 855、856、852、851 例,健康對照組最終例數分別為 1 509、1 509、1 509、1 507 例。4 個 SNP 均滿足 HWE 定律(P>0.05),最小等位基因頻率分別為 0.07、0.17、0.31、0.40。4 個 SNP 位點基本信息如表 1 所示。

2.3 STAT6 基因多態性在結核病組和健康對照組的分布情況
結核病組與健康對照組 4 個 SNP 位點在等位基因頻率、基因型分布、不同遺傳模型(加性模型、顯性模型、隱性模型)分析中,經性別、年齡校正后差異均無統計學意義(P>0.05)。見表 2~5。




2.4 STAT6 基因上 4 個 SNP 之間連鎖不平衡分析
利用 Haploview v4.2 軟件對 4 個 SNP 位點進行連鎖不平衡分析發現,rs73118432、rs841718、rs10783813 存在強連鎖不平衡(>0.99)(圖 1)。3 種 SNP 共形成 GGC、GAA、AGA、GGA 4 種單倍型(表 6),以 GGC 和 GAA 為主,頻率分別為 0.403 和 0.310。4 種單倍型分布頻率在兩組間差異無統計學意義(P=0.390、0.951、0.952、0.134)。


3 討論
宿主遺傳背景在疾病的發生發展及臨床轉歸中起著重要作用,遺傳背景差異可導致個體對疾病的易感性不同。對 STAT6 基因多態性與結核病易感性相關性的研究,有助于結核病易感基因的發現和驗證。本研究未發現 STAT6 基因 rs1059513、rs10783813、rs841718、rs73118432 位點與中國西部漢族人群結核病易感性有相關性,后期有待增加 STAT6 基因上更多的 SNP 位點及擴大樣本量做進一步研究。
宿主遺傳因素和免疫應答在機體抗結核分枝桿菌感染中發揮重要作用。在機體抗結核的保護性免疫反應中,CD4+ Th1 細胞分泌的 γ-干擾素是重要的抗結核免疫因子。γ-干擾素可誘導或增強巨噬細胞的殺菌活性,使結核分枝桿菌局限于感染灶,從而限制結核分枝桿菌的擴散[7]。而 Th2 細胞分泌的 IL-4 和 IL-13 等細胞因子可通過下調 γ-干擾素,抑制 γ-干擾素誘導的巨噬細胞的自噬作用從而促進結核病的發生發展[9]。STAT6 是 Th2 細胞分化的特異性因子,其磷酸化在 IL-4 誘導的 JAK-STAT 信號通路中起關鍵作用[10],IL-4 與受體結合后,啟動 JAK1 和 JAK3 磷酸化 IL-4Ra 細胞內部分的酪氨酸殘基,進而磷酸化 STAT6。被活化的 STAT6 二聚體轉運入細胞核,在細胞核內 STAT6 與靶基因的啟動子區域結合調控基因的轉錄[11]。STAT6 通過介導 IL-4 細胞因子,在下調腫瘤壞死因子 α、IL-12、γ-干擾素等促炎癥細胞因子中發揮重要作用[12]。Harris 等[13]實驗研究發現:IL-4、IL-13 能抑制 γ-干擾素誘導的分枝桿菌自噬體形成,STAT6 基因敲除后上述抑制作用消失,證明 IL-4、IL-13 介導的抗結核自噬作用是依賴 STAT6 的,STAT6 可能是自噬免疫調節相關因子。STAT6 對 IL-4 和 IL-13 下游自噬作用的影響可能與 STAT6 增加 Bcl-2 和 Bcl-XL 抗凋亡蛋白的耐受性有關[14]。Ozeki 等[7]進行的 STAT6 基因敲除小鼠實驗發現,STAT6 基因敲除的小鼠 Th1 細胞活性增加,其分泌的 γ-干擾素水平明顯升高,Th2 細胞受損,IL-4 分泌下降,結局是小鼠抗結核分枝桿菌能力增強。以上證據表明,STAT6 基因可能在結核分枝桿菌感染免疫調節過程中發揮重要作用。本研究顯示,結核病組與健康對照組間 STAT6 基因 rs1059513 位點在等位基因頻率、基因型分布及 3 種遺傳模型分析中,差異均無統計學意義。rs1059513 位點突變位于 3’ 非翻譯區,屬于轉錄區突變,轉錄區突變通過影響 mRNA 的多聚腺苷酸化、翻譯效率和穩定性,在轉錄后基因表達中發揮重要作用[15]。眾多研究報道 STAT6 基因上 rs1059513 等位基因突變與哮喘[16]、慢性阻塞性肺疾病、過敏性皮炎[17]及食物過敏[18]等過敏性疾病有關。本研究未發現 STAT6 基因 rs1059513 位點與中國西部漢族人群結核易感性相關,后期需增加 STAT6 基因上更多的 SNP 位點及擴大樣本量做進一步研究。
STAT6 基因位于人類第 12 號染色體上,大量研究報道 STAT6 基因是介導過敏性炎癥反應的重要因子,STAT6 基因多態性與 Graves 病[19]、周期性精神病[20]、子癇前期[21]等疾病的關系也有相關研究報道。有學者報道 rs10783813 與周期性精神病相關[20],rs841718 與血清免疫球蛋白 E 水平升高有關[22]。本研究未發現 STAT6 基因 rs10783813、rs841718、rs73118432 多態性與中國西部漢族人群結核病易感性相關。rs73118432、rs841718、rs10783813 位點存在強連鎖不平衡關系(>0.99),構建單倍體模型顯示兩組間單倍型分布頻率差異無統計學意義(P>0.05),提示 rs73118432、rs841718、rs10783813 三者連鎖不平衡形成的單倍體與結核病發病風險之間可能無關聯性。
本研究存在以下不足:首先,本研究僅進行了 STAT6 基因上 4 個 SNP 位點與結核病易感性的關聯研究,未進一步進行基因與基因之間、基因與環境之間的交互作用研究。其次,本研究僅研究了 STAT6 基因上少量的 SNP 位點,該基因上其他 SNP 位點與結核病易感性的關系還需進一步研究。再次,本研究選擇健康體檢人群為實驗對照,未排除潛伏結核感染人群,因此 STAT6 基因多態性與潛伏結核感染的相關性仍不明確。最后,本研究未對結核病患者的臨床特征與 STAT6 基因多態性的相關性作進一步分析。
綜上所述,本研究未發現 STAT6 基因 rs1059513、rs10783813、rs841718、rs73118432 位點在中國西部漢族人群中與結核病易感性相關。結核病的發病是環境、遺傳等因素共同作用的結果,STAT6 基因上多個位點突變對基因表達水平的影響,基因之間、基因與環境之間交互作用等的分析有賴于進一步實驗研究。