引用本文： 李倩, 盧震鈺, 高笑宇, 孫德俊. nAChR基因多態性與肺癌及慢性阻塞性肺疾病的研究進展. 中國呼吸與危重監護雜志, 2023, 22(5): 363-369. doi: 10.7507/1671-6205.202205074 復制
慢性阻塞性肺疾病（簡稱慢阻肺）是一種常見的以不可逆性氣流受限為特征的疾病，目前在全球死亡原因中居第四位[1]。而肺癌作為目前全球第一位惡性腫瘤，全球新發病例高達182萬，占全部腫瘤的12.9%[2]。隨著近年來全基因組相關分析的開展，越來越多的證據表明慢阻肺和肺癌的發病與易感基因及其單核苷酸基因多態性相關，開展基因多態性與疾病易感性的研究至關重要。煙堿乙酰膽堿受體（acetylcholine receptor，nAChR）廣泛分布在神經元、感覺、代謝和免疫組織，其中包含米色脂肪細胞、上皮細胞、淋巴細胞和耳蝸毛細胞[3]。此外nAChR受體還在調節各種哺乳動物非神經元細胞中的上皮細胞生長、遷移、分化和炎癥過程中起關鍵作用[4]。已有研究表明nAChR的單核苷酸多態性（single nucleotide polymorphism，SNP）突變與慢阻肺[5]和肺癌[6]密切相關，本文將以nAChR基因多態性與慢阻肺和肺癌的易感性研究進行綜述。
1 nAChR與SNP
乙酰膽堿為膽堿能神經元分泌的主要神經遞質，廣泛存在于外周和中樞神經系統中[7]。乙酰膽堿受體主要包括毒蕈堿受體和煙堿受體。研究表明，nAChRs廣泛參與腫瘤細胞的生長、凋亡、血栓形成和上皮細胞間質轉化（epithelial-mesenchymal transition，EMT）等過程。nAChR是一個包含亞基的五聚體結構，每個亞基都包含一個N端胞外結構域和四個跨膜區域[8]。迄今為止，在哺乳動物中，已檢測到九個α亞基（α1～α7，以及α9、α10）、四個β亞基（β1～β4）和一個δ亞基、γ亞基和ε亞基。這些nAChR亞基對應的編碼基因分別是CHRNA1～CHRNA7，CHRNA9，CHRNA10，CHRNB1～CHRNB4，CHRNG，CHRND和CHRNE（圖1）。nAChR亞基在呼吸道中廣泛表達，研究表明大鼠氣管上皮中，除α1外，所有哺乳動物的α亞基均已被鑒定[9]。在小鼠氣管上皮中，已經發現α3、α4、α5、α7、α9、α10、β2和β4亞基，其中α3和α10亞基是所有α亞基中最豐富的，其次是α4和α7亞基[10]。通常情況下，nAChR顯示出多種效果和特性，根據疾病的具體情況不同，在呼吸道不同細胞類型中進行選擇性激活或抑制，在黏膜纖毛清除、炎癥和感染以及氣道疾病（如哮喘、慢阻肺和癌癥）中發揮不同的作用[11-12]。例如α3β4 nAChR的激活可能有益于黏膜纖毛清除受損的疾病，如慢阻肺、哮喘甚至囊性纖維化等疾病的發生。而激活免疫細胞中的α9α10 nAChR或肺泡巨噬細胞和肺上皮細胞中的α7 nAChR可能有助于通過減少氣道炎癥來改善急性肺損傷、慢阻肺和哮喘的發生。同時抑制α5 nAChR，可減少非小細胞肺癌細胞或氣道平滑肌細胞的細胞增殖[8]。總而言之，nAChR不同亞基的表達水平與呼吸系統疾病的發生具有相關性。
圖1
不同nAChR亞基的編碼與組裝
人體中的nAChR主要分為2α3-3β4組合、2α3-α5-2β4組合、2α2-α5-2β2組合、5α7組合。同時編碼這些蛋白的基因主要存在于20號染色體、1號染色體、15號染色體上。
nAChR的表達水平或編碼蛋白往往受到基因多態性的影響。一般認為，兩個隨機選定的基因組個體包含大約0.1%的差異或變異。個體間DNA變異的最簡單形式是一個核苷酸替換另一個核苷酸。這種變化被稱為單核苷酸多態性（single nucleotide polymorphism，SNP）。到目前為止，已經繪制了超過300萬個SNP。其中50%的SNP發生在非編碼區，25%的突變為錯義突變，而剩下的25%是沉默（無義）突變。根據不同的突變位置SNP可以影響基因表達[13]、RNA剪切[14]和啟動子區域甲基化[15]。有研究表明nAChR的SNP多態性與吸煙行為相關，并且可能影響慢性阻塞性疾病以及肺癌的發生和發展。
2 nAChR SNP與呼吸系統疾病
2.1 nAChR基因多態性與慢阻肺的研究
慢阻肺是一種由復雜的基因–環境相互作用引起的異質性疾病[16]，其常見的危險因素包括長期暴露于吸入的有毒氣體或顆粒物（包括吸煙行為[17]、職業暴露[18]、家庭環境[19]等），并與多種宿主因素（包括遺傳、早期肺發育和最大肺生長達到）相關[20]。吸煙作為慢阻肺最重要的危險因素之一，nAChR對慢阻肺的影響一方面體現在香煙中的尼古丁通過神經元煙堿乙酰膽堿受體作用于大腦所引起的香煙成癮性[21]。例如CHRNA5-A3中的rs667282和rs3743073以及CHRNB3-A6中的 rs4950位點與吸煙慢阻肺患者成功戒煙顯著相關[22]。另一方面遺傳因素及易感基因位點多態性也是引起慢阻肺的重要因素。例如與細胞代謝相關的CYP1A1基因rs4646903位點[23]以及經典的炎癥因子TNF-α基因–308位點[24]均被認為是慢阻肺的易感位點。同時多項研究表明nAChR的基因多態性也與慢阻肺的多項肺功能指標相關，包括第1秒用力呼氣容積（forced expiratory volume in one second，FEV1）、一秒率［FEV1與用力肺活量（forced vital capacity，FVC）的比值，即FEV1/FVC］、FEV1占預計值百分比以及呼氣峰值流量（peak expiratory flow，PEF）等。有研究顯示，與慢阻肺相關的nAChR SNP位點主要集中在CHRNA3-CHRNA5-CHRNB4基因簇上，其中CHRNA3基因是最常見的易感基因，而CHRNA3中的rs1051730是重要的慢阻肺易感位點，在針對墨西哥[25]、蒙古[26]、中國[27]、丹麥[28]、美國[29]人群的研究中均表明rs1051730位點與慢阻肺的患病風險相關。研究表明CHRNA3的rs1051730位點主要與支氣管舒張劑前后FEV1占預計值百分比和支氣管舒張劑前后FEV1/FVC相關，最終使肺功能下降，慢阻肺嚴重程度增加[29]。除了rs1051730位點外，CHRNA3一些其他的SNP位點也是慢阻肺疾病的易感位點。例如在一項針對韓國人群的研究中，以隊列研究的方式選取了219例慢阻肺受試者和305例對照受試者，對CHRNA3中的兩個單核苷酸多態性位點rs660652和rs12910984進行基因分型，發現rs12910984與慢阻肺（P=0.049）密切相關，并與肺一氧化碳彌散率和肺一氧化碳彌散率與肺泡容量比值有顯著關聯，rs12910984的平均肺一氧化碳彌散率較低[30]。除了CHRNA3外，CHRNB4與CHRNA5也有部分SNP位點證明與慢阻肺的發生相關。Zhao等[31]報道了CHRNB4 rs56218866位點A>G突變增加了慢阻肺的風險，同時發現rs56218866 G和rs56218866 G的組合對非吸煙者發生慢阻肺的危險性也有顯著增加（分別為P=0.006、0.002）。此外這項研究還表明nAChR SNP與慢阻肺發病年齡的相關性，發現攜帶CHRNB4的SNP rs56218866 A>G突變基因型的中國人群慢阻肺的發病年齡較其他基因型更早一些[31]。這說明nAChR是通過影響吸煙行為以及人群易感性這兩方面影響慢阻肺疾病。另外，從病理生理方面進行分析，CHRNA5中的非同義單核苷酸多態性位點rs16969968會影響非吸煙攜帶者的鼻息肉，表現出氣道上皮細胞重塑和炎癥，當rs1696996突變時，會使暴露于豬胰彈性蛋白酶的肺氣腫模型肺功能改變并且肺部氧化應激后顯著放大。上皮細胞中靶向rs16969968的表達導致體內氣道重塑，增加促炎細胞因子的產生。這項表研究表明rs16969968位點突變也是慢阻肺病變的潛在危險因素，其使肺對氧化應激和損傷的作用更加敏感[32]。總而言之，nAChR除了影響香煙成癮性外，nAChR所引起的遺傳因素也是慢阻肺疾病重要的危險因素，并且nAChR的單核苷酸突變與炎癥反應和各項肺功能指標相關，研究nAChR SNP與慢阻肺疾病發病的關系，對于慢阻肺疾病的預測與治療具有較高的潛力。
2.2 nAChR基因多態性與肺癌的研究
肺癌是我國死亡率最高的惡性腫瘤[33]。其中非小細胞肺癌（non-small cell lung cancer，NSCLC）占肺癌總數的85%～90%，且發病率呈逐年增高趨勢[34]。肺癌是一種與吸煙行為密切相關的癌癥，許多nAChR也參與人體煙草成癮。但nAChR與肺癌的相關性是否只是反映了吸煙行為，尚需要進一步研究。在一項關于巴勒斯坦人群肺癌的研究中，發現CHRNA5和CHRNA3基因的rs16969968和rs1051730位點是肺癌的易感位點。病例中rs16969968-AA、rs16969968-GA與rs1051730-TT、rs1051730-CT基因型的頻率顯著高于對照組（P=0.001）。與野生型基因型相比，攜帶純合或雜合基因型的rs16969968-AA、rs16969968-GA和rs1051730-T會增加肺癌的易感性［優勢比（odds ratio，OR）分別為6.83、2.81和3.05］。在比較rs16969968和rs1051730位點與吸煙行為的關系后發現，吸煙者病例和吸煙者對照之間rs1051730基因型的分布差異具有統計學意義（P=0.015）。吸煙者（26.6%）的rs1051730-T等位基因頻率高于非吸煙者（18.3%）[35]。這表明nAChR可以通過影響吸煙行為影響肺癌的發生與發展。但是這并不代表nAChR僅通過影響吸煙行為參與肺癌的發生和發展。一項比較日本和歐美人群nAChR SNP與肺癌關系的研究中，發現肺癌潛在的易感位點rs8034191、rs16969968 和rs1051730的次要等位基因組成的單倍型在日本人群與肺癌風險顯著相關［OR=2.3，95%可信區間（confidence interval，CI）1.5～3.7，P=0.00028］，但頻率（P=0.013）遠低于歐洲和美國人群（P值位于0.3～0.4），并且在吸煙者和非吸煙者以及所有組織學類型的肺癌中都觀察到了這種關聯，不過這些位點的突變雖然引起了更高的吸煙劑量但是沒有統計學差異[36]。這表明nAChR SNP突變可能是通過吸煙行為和機體本身易感兩方面影響肺癌的發生。這個觀點也在一項針對漢族人群的研究中被證實，Sun等[37]發現CHRNA3-CHRNA5-CHRNB4基因簇rs6495309、rs1948和rs8040868是肺癌易感位點，SNP rs1948（C>T）與肺癌風險顯著相關，同時這種相關性和吸煙行為無關。而SNP rs8060868在非吸煙人群和受試者（年齡≤60歲）中導致肺癌發生的風險更高。這表明SNP rs6495309（C>T）對不同人群肺癌發生的影響具有差異，而SNP rs6495309與吸煙行為的交互作用會增加肺癌的發生風險[37]。這些研究表明，nAChR SNP突變對于肺癌發病的影響一方面在于普遍的吸煙行為，同時個人的遺傳因素也是重要的原因之一，其中位于CHRNA3-CHRNA5-CHRNB4基因簇上的rs1051730和rs16969968是最為常見的nAChR肺癌易感位點。
2.3 nAChR基因多態性同時影響肺癌和慢阻肺
吸煙是導致肺癌和慢阻肺發生的主要原因。研究表明與吸煙行為強關聯的CHRNA3-CHRNA5-CHRNB4基因簇的SNP，同樣與肺癌及慢阻肺顯著相關[38]，在癌癥及其他呼吸系統疾病發生時，nAChR廣泛地參與細胞增殖、轉移、血管生成、抗炎以及免疫調節過程[6]。上述的rs1051730和rs16969968位點除了單獨作為慢阻肺與肺癌的易感位點外，有研究還同時比較了rs1051730和rs16969968位點對于慢阻肺和肺癌的影響。Pérez-Morales等[25]在墨西哥人群中進行研究，利用加性模型發現CHRNA3 rs1051730和CHRNA5 rs16969968單獨存在顯著的關聯。在慢阻肺中，CHRNA3 rs1051730和CHRNA5 rs16969968多態性在共顯性和加性模型中顯示出顯著的關聯，即使調整了年齡和性別之后也是如此，表明了不同人群與肺癌和慢阻肺相關聯[35]。但是這些研究也存在部分爭議，有研究發現攜帶CHRNA5 rs16969968 突變的AA基因型在437例肺癌病例中占16%，在445例慢阻肺病例中占14%。對429例肺癌病例進行分類時，其中的AA基因型分別存在于19%的慢阻肺病例和11%的未患有慢阻肺病例中[39]。通過這項研究可得出：在過往的慢阻肺和肺癌與nAChR SNP的相關性研究中，部分肺癌患者同時也患有慢阻肺，即nAChR單核苷酸多態性與肺癌之間的關聯可能部分被慢阻肺所混淆。這給出了一個提示：nAChR突變對慢阻肺的影響可能比肺癌要大。此外，CHRNA3 rs6495309T/C基因型及其等位基因與這兩種疾病風險之間也均存在顯著關聯（均P=0.05）。rs6495309 CC基因型在隱性遺傳模型下顯著增加慢阻肺風險（OR=1.33；95%CI 1.10～1.60；P=0.003），攜帶rs6495309 CC基因型的個體患慢阻肺的危險性增加1.32倍。而rs6495309 CT/CC基因型與肺癌風險相關在顯性遺傳模型下（OR=1.51；95%CI 1.21～1.87；P=2.261024）顯著增加，攜帶rs6495309 CT/CC基因型的個體患肺癌的危險性增加1.66倍[40]。在這里我們總結了nAChR SNP突變對肺癌或慢阻肺影響的研究[22, 25-32, 35-37, 39-48]（表1），總之nAChR（CHRNA3、CHRNA5、CHRNB4等）的SNP突變可能增加慢阻肺和肺癌發生的風險，并且對這兩種疾病的影響程度存在差異。
表1
nACHR SNP所影響的疾病相關指標
3 SNP調節nAChR的潛在機制
3.1 啟動子區域SNP對nAChR的調節機制
SNP可能會改變編碼的氨基酸（非同義）或沉默（同義）或僅出現在非編碼區。具體而言，它們主要通過影響啟動子活性（基因表達）、信使RNA（mRNA）構象（穩定性）以及mRNA和（或）蛋白質的亞細胞定位來發揮作用，最終導致疾病的發生。Lee等[48]研究了CHRNA3基因啟動子中的rs6495309 C>T多態性。在406例慢阻肺患者和394名健康對照受試者組成的病例對照組中進行研究，發現與rs6495309 CC基因型相比，rs6495309 CT或TT基因型與慢阻肺風險顯著降低相關（調整后的OR=0.69；95%CI 0.50～0.95；P=0.023）。在變異T等位基因的顯性模型下，rs6495309 C>T對慢阻肺風險的影響在中度至極重度慢阻肺中比在輕度慢阻肺中更明顯（同質性 P=0.024）[49]。從機制上講，啟動子區域SNP影響下游基因表達的常見方式是通過改變啟動子區域的基因型而不是影響其他轉錄引起與啟動子的結合，這種方式往往伴隨著下游基因表達水平的降低甚至結合模式的功能喪失[50-51]，例如rs405是上呼吸道癌癥的易感位點，當rs405發生G→C突變時，可以使轉錄因子MZF1以及RNA聚合酶與基因的結合不再緊密，從而使下游轉錄減弱（圖2a）[52]。此外在一項關于前列腺癌發生的研究中發現，風險SNP區域是啟動子和增強子活性的雙功能區域，一方面啟動子SNP突變會引起轉錄因子與啟動子結合減少，而另一方面SNP的突變增強了啟動子活性，進一步激活與前列腺癌進展相關的一組細胞周期基因，從而促進前列腺癌的生長和轉移。具體來說rs11672691風險SNP區域是一個具有啟動子和增強子活性的雙功能調控元件，非風險等位基因傾向于較強的啟動子活性來驅動PCAT19-Short的表達，而突變后的風險等位基因則傾向于較強的增強子活性，通過增強子–啟動子的相互作用促進PCAT19-Long的表達（圖2b）[53]。總而言之，啟動子區域的SNP突變會影響下游基因的表達，并且與疾病的發生和發展具有相關性。
圖2
各種位置的SNP通過不同方式影響基因表達
a. 啟動子區域SNP突變通過影響轉錄因子與啟動子區域結合的程度來影響下游基因啟動活性。b. SNP突變使啟動子活性變為增強子活性改變基因轉錄起始位點。c. 3'UTR區SNP突變改變miRNA的結合能力，影響基因轉錄水平調控。
3.2 3' UTR區域SNP對nAChR的調節機制
基因的3'UTR區可以參與mRNA 轉錄調控，如mRNA定位、mRNA穩定性和蛋白結構。例如，一項針對孟加拉國人群的吸煙狀況的研究中，3'UTR區域CHRNA3 rs578776位點的突變與吸煙行為密切相關[54]。另一項研究則發現3'UTR在CHRNB2基因中也有重要的作用，3'UTR中的rs2072660，對尼古丁依賴的Fagerstrom測試評分有顯著影響（P=0.010）[46]。一般來說，胞內3'UTR區域SNP位點對基因表達的影響主要是通過與miRNA結合來實現，它們可以創建或破壞結合位點，從而通過改變3'UTR區域與miRNA的親和力來達到調節基因表達和蛋白質翻譯的作用[55]。例如，miR-98-5p通過直接與mRNA的3'UTR結合來抑制nAChR α7的表達[56]。miRNA與3'UTR SNP位點特異性結合，使SNP位點所處的mRNA穩定性降低，在胞內被降解，從而影響基因的表達[57-58]。又比如，當c.3781位點A基因型變成C基因型時會影響上游轉錄因子家族成員3（upstream transcription factor family member 3，USF3）的表達（圖2c）[59]。通常，miRNA相關的SNP需要幾個要素才能在功能和病理上相關：SNP應該調節miRNA和mRNA之間的相互作用，miRNA和靶mRNA都應該在相關組織中表達，以及SNP與疾病之間的關系需要證明。總而言之，基因3'UTR區域SNP位點突變會通過與不同種miRNA結合的方式調節基因表達，研究miRNA、SNP與疾病之間的關系，對進一步闡述SNP在疾病中的作用方式至關重要。
4 展望
隨著慢阻肺與肺癌的患病率及死亡率不斷上升，造成巨大的社會經濟負擔，近年來國內外對慢阻肺和肺癌的科研和臨床診斷越來越關注。神經元nAChR存在于大量神經細胞以及非神經元細胞類型中，除了引發香煙成癮誘導疾病外，神經元nAChR還參與多種生理和病理生理過程如細胞分化、免疫調節、增殖和炎癥反應等。研究nAChR SNP與相關呼吸系統疾病的關系，有利于進一步完善疾病易感性研究并篩選關鍵的風險位點。盡管nAChR SNP與肺癌及慢阻肺的研究還需要更多的臨床研究來證實，但是整合更多臨床信息和SNP等生物標志物相關性，可以深入研究慢阻肺與肺癌進展的分子機制，探索疾病新靶點，從而進一步完善相關疾病的預防和診斷，對實現個體化治療具有意義。
利益沖突：本文不涉及任何利益沖突。
慢性阻塞性肺疾病（簡稱慢阻肺）是一種常見的以不可逆性氣流受限為特征的疾病，目前在全球死亡原因中居第四位[1]。而肺癌作為目前全球第一位惡性腫瘤，全球新發病例高達182萬，占全部腫瘤的12.9%[2]。隨著近年來全基因組相關分析的開展，越來越多的證據表明慢阻肺和肺癌的發病與易感基因及其單核苷酸基因多態性相關，開展基因多態性與疾病易感性的研究至關重要。煙堿乙酰膽堿受體（acetylcholine receptor，nAChR）廣泛分布在神經元、感覺、代謝和免疫組織，其中包含米色脂肪細胞、上皮細胞、淋巴細胞和耳蝸毛細胞[3]。此外nAChR受體還在調節各種哺乳動物非神經元細胞中的上皮細胞生長、遷移、分化和炎癥過程中起關鍵作用[4]。已有研究表明nAChR的單核苷酸多態性（single nucleotide polymorphism，SNP）突變與慢阻肺[5]和肺癌[6]密切相關，本文將以nAChR基因多態性與慢阻肺和肺癌的易感性研究進行綜述。
1 nAChR與SNP
乙酰膽堿為膽堿能神經元分泌的主要神經遞質，廣泛存在于外周和中樞神經系統中[7]。乙酰膽堿受體主要包括毒蕈堿受體和煙堿受體。研究表明，nAChRs廣泛參與腫瘤細胞的生長、凋亡、血栓形成和上皮細胞間質轉化（epithelial-mesenchymal transition，EMT）等過程。nAChR是一個包含亞基的五聚體結構，每個亞基都包含一個N端胞外結構域和四個跨膜區域[8]。迄今為止，在哺乳動物中，已檢測到九個α亞基（α1～α7，以及α9、α10）、四個β亞基（β1～β4）和一個δ亞基、γ亞基和ε亞基。這些nAChR亞基對應的編碼基因分別是CHRNA1～CHRNA7，CHRNA9，CHRNA10，CHRNB1～CHRNB4，CHRNG，CHRND和CHRNE（圖1）。nAChR亞基在呼吸道中廣泛表達，研究表明大鼠氣管上皮中，除α1外，所有哺乳動物的α亞基均已被鑒定[9]。在小鼠氣管上皮中，已經發現α3、α4、α5、α7、α9、α10、β2和β4亞基，其中α3和α10亞基是所有α亞基中最豐富的，其次是α4和α7亞基[10]。通常情況下，nAChR顯示出多種效果和特性，根據疾病的具體情況不同，在呼吸道不同細胞類型中進行選擇性激活或抑制，在黏膜纖毛清除、炎癥和感染以及氣道疾病（如哮喘、慢阻肺和癌癥）中發揮不同的作用[11-12]。例如α3β4 nAChR的激活可能有益于黏膜纖毛清除受損的疾病，如慢阻肺、哮喘甚至囊性纖維化等疾病的發生。而激活免疫細胞中的α9α10 nAChR或肺泡巨噬細胞和肺上皮細胞中的α7 nAChR可能有助于通過減少氣道炎癥來改善急性肺損傷、慢阻肺和哮喘的發生。同時抑制α5 nAChR，可減少非小細胞肺癌細胞或氣道平滑肌細胞的細胞增殖[8]。總而言之，nAChR不同亞基的表達水平與呼吸系統疾病的發生具有相關性。
圖1
不同nAChR亞基的編碼與組裝
人體中的nAChR主要分為2α3-3β4組合、2α3-α5-2β4組合、2α2-α5-2β2組合、5α7組合。同時編碼這些蛋白的基因主要存在于20號染色體、1號染色體、15號染色體上。
nAChR的表達水平或編碼蛋白往往受到基因多態性的影響。一般認為，兩個隨機選定的基因組個體包含大約0.1%的差異或變異。個體間DNA變異的最簡單形式是一個核苷酸替換另一個核苷酸。這種變化被稱為單核苷酸多態性（single nucleotide polymorphism，SNP）。到目前為止，已經繪制了超過300萬個SNP。其中50%的SNP發生在非編碼區，25%的突變為錯義突變，而剩下的25%是沉默（無義）突變。根據不同的突變位置SNP可以影響基因表達[13]、RNA剪切[14]和啟動子區域甲基化[15]。有研究表明nAChR的SNP多態性與吸煙行為相關，并且可能影響慢性阻塞性疾病以及肺癌的發生和發展。
2 nAChR SNP與呼吸系統疾病
2.1 nAChR基因多態性與慢阻肺的研究
慢阻肺是一種由復雜的基因–環境相互作用引起的異質性疾病[16]，其常見的危險因素包括長期暴露于吸入的有毒氣體或顆粒物（包括吸煙行為[17]、職業暴露[18]、家庭環境[19]等），并與多種宿主因素（包括遺傳、早期肺發育和最大肺生長達到）相關[20]。吸煙作為慢阻肺最重要的危險因素之一，nAChR對慢阻肺的影響一方面體現在香煙中的尼古丁通過神經元煙堿乙酰膽堿受體作用于大腦所引起的香煙成癮性[21]。例如CHRNA5-A3中的rs667282和rs3743073以及CHRNB3-A6中的 rs4950位點與吸煙慢阻肺患者成功戒煙顯著相關[22]。另一方面遺傳因素及易感基因位點多態性也是引起慢阻肺的重要因素。例如與細胞代謝相關的CYP1A1基因rs4646903位點[23]以及經典的炎癥因子TNF-α基因–308位點[24]均被認為是慢阻肺的易感位點。同時多項研究表明nAChR的基因多態性也與慢阻肺的多項肺功能指標相關，包括第1秒用力呼氣容積（forced expiratory volume in one second，FEV1）、一秒率［FEV1與用力肺活量（forced vital capacity，FVC）的比值，即FEV1/FVC］、FEV1占預計值百分比以及呼氣峰值流量（peak expiratory flow，PEF）等。有研究顯示，與慢阻肺相關的nAChR SNP位點主要集中在CHRNA3-CHRNA5-CHRNB4基因簇上，其中CHRNA3基因是最常見的易感基因，而CHRNA3中的rs1051730是重要的慢阻肺易感位點，在針對墨西哥[25]、蒙古[26]、中國[27]、丹麥[28]、美國[29]人群的研究中均表明rs1051730位點與慢阻肺的患病風險相關。研究表明CHRNA3的rs1051730位點主要與支氣管舒張劑前后FEV1占預計值百分比和支氣管舒張劑前后FEV1/FVC相關，最終使肺功能下降，慢阻肺嚴重程度增加[29]。除了rs1051730位點外，CHRNA3一些其他的SNP位點也是慢阻肺疾病的易感位點。例如在一項針對韓國人群的研究中，以隊列研究的方式選取了219例慢阻肺受試者和305例對照受試者，對CHRNA3中的兩個單核苷酸多態性位點rs660652和rs12910984進行基因分型，發現rs12910984與慢阻肺（P=0.049）密切相關，并與肺一氧化碳彌散率和肺一氧化碳彌散率與肺泡容量比值有顯著關聯，rs12910984的平均肺一氧化碳彌散率較低[30]。除了CHRNA3外，CHRNB4與CHRNA5也有部分SNP位點證明與慢阻肺的發生相關。Zhao等[31]報道了CHRNB4 rs56218866位點A>G突變增加了慢阻肺的風險，同時發現rs56218866 G和rs56218866 G的組合對非吸煙者發生慢阻肺的危險性也有顯著增加（分別為P=0.006、0.002）。此外這項研究還表明nAChR SNP與慢阻肺發病年齡的相關性，發現攜帶CHRNB4的SNP rs56218866 A>G突變基因型的中國人群慢阻肺的發病年齡較其他基因型更早一些[31]。這說明nAChR是通過影響吸煙行為以及人群易感性這兩方面影響慢阻肺疾病。另外，從病理生理方面進行分析，CHRNA5中的非同義單核苷酸多態性位點rs16969968會影響非吸煙攜帶者的鼻息肉，表現出氣道上皮細胞重塑和炎癥，當rs1696996突變時，會使暴露于豬胰彈性蛋白酶的肺氣腫模型肺功能改變并且肺部氧化應激后顯著放大。上皮細胞中靶向rs16969968的表達導致體內氣道重塑，增加促炎細胞因子的產生。這項表研究表明rs16969968位點突變也是慢阻肺病變的潛在危險因素，其使肺對氧化應激和損傷的作用更加敏感[32]。總而言之，nAChR除了影響香煙成癮性外，nAChR所引起的遺傳因素也是慢阻肺疾病重要的危險因素，并且nAChR的單核苷酸突變與炎癥反應和各項肺功能指標相關，研究nAChR SNP與慢阻肺疾病發病的關系，對于慢阻肺疾病的預測與治療具有較高的潛力。
2.2 nAChR基因多態性與肺癌的研究
肺癌是我國死亡率最高的惡性腫瘤[33]。其中非小細胞肺癌（non-small cell lung cancer，NSCLC）占肺癌總數的85%～90%，且發病率呈逐年增高趨勢[34]。肺癌是一種與吸煙行為密切相關的癌癥，許多nAChR也參與人體煙草成癮。但nAChR與肺癌的相關性是否只是反映了吸煙行為，尚需要進一步研究。在一項關于巴勒斯坦人群肺癌的研究中，發現CHRNA5和CHRNA3基因的rs16969968和rs1051730位點是肺癌的易感位點。病例中rs16969968-AA、rs16969968-GA與rs1051730-TT、rs1051730-CT基因型的頻率顯著高于對照組（P=0.001）。與野生型基因型相比，攜帶純合或雜合基因型的rs16969968-AA、rs16969968-GA和rs1051730-T會增加肺癌的易感性［優勢比（odds ratio，OR）分別為6.83、2.81和3.05］。在比較rs16969968和rs1051730位點與吸煙行為的關系后發現，吸煙者病例和吸煙者對照之間rs1051730基因型的分布差異具有統計學意義（P=0.015）。吸煙者（26.6%）的rs1051730-T等位基因頻率高于非吸煙者（18.3%）[35]。這表明nAChR可以通過影響吸煙行為影響肺癌的發生與發展。但是這并不代表nAChR僅通過影響吸煙行為參與肺癌的發生和發展。一項比較日本和歐美人群nAChR SNP與肺癌關系的研究中，發現肺癌潛在的易感位點rs8034191、rs16969968 和rs1051730的次要等位基因組成的單倍型在日本人群與肺癌風險顯著相關［OR=2.3，95%可信區間（confidence interval，CI）1.5～3.7，P=0.00028］，但頻率（P=0.013）遠低于歐洲和美國人群（P值位于0.3～0.4），并且在吸煙者和非吸煙者以及所有組織學類型的肺癌中都觀察到了這種關聯，不過這些位點的突變雖然引起了更高的吸煙劑量但是沒有統計學差異[36]。這表明nAChR SNP突變可能是通過吸煙行為和機體本身易感兩方面影響肺癌的發生。這個觀點也在一項針對漢族人群的研究中被證實，Sun等[37]發現CHRNA3-CHRNA5-CHRNB4基因簇rs6495309、rs1948和rs8040868是肺癌易感位點，SNP rs1948（C>T）與肺癌風險顯著相關，同時這種相關性和吸煙行為無關。而SNP rs8060868在非吸煙人群和受試者（年齡≤60歲）中導致肺癌發生的風險更高。這表明SNP rs6495309（C>T）對不同人群肺癌發生的影響具有差異，而SNP rs6495309與吸煙行為的交互作用會增加肺癌的發生風險[37]。這些研究表明，nAChR SNP突變對于肺癌發病的影響一方面在于普遍的吸煙行為，同時個人的遺傳因素也是重要的原因之一，其中位于CHRNA3-CHRNA5-CHRNB4基因簇上的rs1051730和rs16969968是最為常見的nAChR肺癌易感位點。
2.3 nAChR基因多態性同時影響肺癌和慢阻肺
吸煙是導致肺癌和慢阻肺發生的主要原因。研究表明與吸煙行為強關聯的CHRNA3-CHRNA5-CHRNB4基因簇的SNP，同樣與肺癌及慢阻肺顯著相關[38]，在癌癥及其他呼吸系統疾病發生時，nAChR廣泛地參與細胞增殖、轉移、血管生成、抗炎以及免疫調節過程[6]。上述的rs1051730和rs16969968位點除了單獨作為慢阻肺與肺癌的易感位點外，有研究還同時比較了rs1051730和rs16969968位點對于慢阻肺和肺癌的影響。Pérez-Morales等[25]在墨西哥人群中進行研究，利用加性模型發現CHRNA3 rs1051730和CHRNA5 rs16969968單獨存在顯著的關聯。在慢阻肺中，CHRNA3 rs1051730和CHRNA5 rs16969968多態性在共顯性和加性模型中顯示出顯著的關聯，即使調整了年齡和性別之后也是如此，表明了不同人群與肺癌和慢阻肺相關聯[35]。但是這些研究也存在部分爭議，有研究發現攜帶CHRNA5 rs16969968 突變的AA基因型在437例肺癌病例中占16%，在445例慢阻肺病例中占14%。對429例肺癌病例進行分類時，其中的AA基因型分別存在于19%的慢阻肺病例和11%的未患有慢阻肺病例中[39]。通過這項研究可得出：在過往的慢阻肺和肺癌與nAChR SNP的相關性研究中，部分肺癌患者同時也患有慢阻肺，即nAChR單核苷酸多態性與肺癌之間的關聯可能部分被慢阻肺所混淆。這給出了一個提示：nAChR突變對慢阻肺的影響可能比肺癌要大。此外，CHRNA3 rs6495309T/C基因型及其等位基因與這兩種疾病風險之間也均存在顯著關聯（均P=0.05）。rs6495309 CC基因型在隱性遺傳模型下顯著增加慢阻肺風險（OR=1.33；95%CI 1.10～1.60；P=0.003），攜帶rs6495309 CC基因型的個體患慢阻肺的危險性增加1.32倍。而rs6495309 CT/CC基因型與肺癌風險相關在顯性遺傳模型下（OR=1.51；95%CI 1.21～1.87；P=2.261024）顯著增加，攜帶rs6495309 CT/CC基因型的個體患肺癌的危險性增加1.66倍[40]。在這里我們總結了nAChR SNP突變對肺癌或慢阻肺影響的研究[22, 25-32, 35-37, 39-48]（表1），總之nAChR（CHRNA3、CHRNA5、CHRNB4等）的SNP突變可能增加慢阻肺和肺癌發生的風險，并且對這兩種疾病的影響程度存在差異。
表1
nACHR SNP所影響的疾病相關指標
3 SNP調節nAChR的潛在機制
3.1 啟動子區域SNP對nAChR的調節機制
SNP可能會改變編碼的氨基酸（非同義）或沉默（同義）或僅出現在非編碼區。具體而言，它們主要通過影響啟動子活性（基因表達）、信使RNA（mRNA）構象（穩定性）以及mRNA和（或）蛋白質的亞細胞定位來發揮作用，最終導致疾病的發生。Lee等[48]研究了CHRNA3基因啟動子中的rs6495309 C>T多態性。在406例慢阻肺患者和394名健康對照受試者組成的病例對照組中進行研究，發現與rs6495309 CC基因型相比，rs6495309 CT或TT基因型與慢阻肺風險顯著降低相關（調整后的OR=0.69；95%CI 0.50～0.95；P=0.023）。在變異T等位基因的顯性模型下，rs6495309 C>T對慢阻肺風險的影響在中度至極重度慢阻肺中比在輕度慢阻肺中更明顯（同質性 P=0.024）[49]。從機制上講，啟動子區域SNP影響下游基因表達的常見方式是通過改變啟動子區域的基因型而不是影響其他轉錄引起與啟動子的結合，這種方式往往伴隨著下游基因表達水平的降低甚至結合模式的功能喪失[50-51]，例如rs405是上呼吸道癌癥的易感位點，當rs405發生G→C突變時，可以使轉錄因子MZF1以及RNA聚合酶與基因的結合不再緊密，從而使下游轉錄減弱（圖2a）[52]。此外在一項關于前列腺癌發生的研究中發現，風險SNP區域是啟動子和增強子活性的雙功能區域，一方面啟動子SNP突變會引起轉錄因子與啟動子結合減少，而另一方面SNP的突變增強了啟動子活性，進一步激活與前列腺癌進展相關的一組細胞周期基因，從而促進前列腺癌的生長和轉移。具體來說rs11672691風險SNP區域是一個具有啟動子和增強子活性的雙功能調控元件，非風險等位基因傾向于較強的啟動子活性來驅動PCAT19-Short的表達，而突變后的風險等位基因則傾向于較強的增強子活性，通過增強子–啟動子的相互作用促進PCAT19-Long的表達（圖2b）[53]。總而言之，啟動子區域的SNP突變會影響下游基因的表達，并且與疾病的發生和發展具有相關性。
圖2
各種位置的SNP通過不同方式影響基因表達
a. 啟動子區域SNP突變通過影響轉錄因子與啟動子區域結合的程度來影響下游基因啟動活性。b. SNP突變使啟動子活性變為增強子活性改變基因轉錄起始位點。c. 3'UTR區SNP突變改變miRNA的結合能力，影響基因轉錄水平調控。
3.2 3' UTR區域SNP對nAChR的調節機制
基因的3'UTR區可以參與mRNA 轉錄調控，如mRNA定位、mRNA穩定性和蛋白結構。例如，一項針對孟加拉國人群的吸煙狀況的研究中，3'UTR區域CHRNA3 rs578776位點的突變與吸煙行為密切相關[54]。另一項研究則發現3'UTR在CHRNB2基因中也有重要的作用，3'UTR中的rs2072660，對尼古丁依賴的Fagerstrom測試評分有顯著影響（P=0.010）[46]。一般來說，胞內3'UTR區域SNP位點對基因表達的影響主要是通過與miRNA結合來實現，它們可以創建或破壞結合位點，從而通過改變3'UTR區域與miRNA的親和力來達到調節基因表達和蛋白質翻譯的作用[55]。例如，miR-98-5p通過直接與mRNA的3'UTR結合來抑制nAChR α7的表達[56]。miRNA與3'UTR SNP位點特異性結合，使SNP位點所處的mRNA穩定性降低，在胞內被降解，從而影響基因的表達[57-58]。又比如，當c.3781位點A基因型變成C基因型時會影響上游轉錄因子家族成員3（upstream transcription factor family member 3，USF3）的表達（圖2c）[59]。通常，miRNA相關的SNP需要幾個要素才能在功能和病理上相關：SNP應該調節miRNA和mRNA之間的相互作用，miRNA和靶mRNA都應該在相關組織中表達，以及SNP與疾病之間的關系需要證明。總而言之，基因3'UTR區域SNP位點突變會通過與不同種miRNA結合的方式調節基因表達，研究miRNA、SNP與疾病之間的關系，對進一步闡述SNP在疾病中的作用方式至關重要。
4 展望
隨著慢阻肺與肺癌的患病率及死亡率不斷上升，造成巨大的社會經濟負擔，近年來國內外對慢阻肺和肺癌的科研和臨床診斷越來越關注。神經元nAChR存在于大量神經細胞以及非神經元細胞類型中，除了引發香煙成癮誘導疾病外，神經元nAChR還參與多種生理和病理生理過程如細胞分化、免疫調節、增殖和炎癥反應等。研究nAChR SNP與相關呼吸系統疾病的關系，有利于進一步完善疾病易感性研究并篩選關鍵的風險位點。盡管nAChR SNP與肺癌及慢阻肺的研究還需要更多的臨床研究來證實，但是整合更多臨床信息和SNP等生物標志物相關性，可以深入研究慢阻肺與肺癌進展的分子機制，探索疾病新靶點，從而進一步完善相關疾病的預防和診斷，對實現個體化治療具有意義。
利益沖突：本文不涉及任何利益沖突。
