唐欣穎 鄒文斌 廖專 李兆申

CTSB基因多態(tài)性位點(diǎn)和慢性胰腺炎的相關(guān)性研究進(jìn)展

唐欣穎 鄒文斌 廖專 李兆申

慢性胰腺炎(CP)是胰腺組織慢性進(jìn)行性不可逆的炎癥性疾病，最終導(dǎo)致胰腺組織嚴(yán)重受損。CP常導(dǎo)致胰腺內(nèi)外分泌功能障礙，臨床表現(xiàn)為腹痛、外分泌功能不足和糖尿病[1]。研究表明CP病程較長，且具有反復(fù)發(fā)作、逐漸加重的特征，部分患者甚至可進(jìn)展為胰腺癌[2]。按照病因?qū)W分類，CP可分為化學(xué)及代謝因素導(dǎo)致的CP(如酒精性胰腺炎)、膽源性CP、遺傳性胰腺炎、熱帶鈣化性胰腺炎(tropical calcific pancreatitis，TCP)、特發(fā)性慢性胰腺炎(idiopathic chronic pancreatitis，ICP)和自身免疫性胰腺炎。CP發(fā)病機(jī)制與基因突變、細(xì)胞因子、免疫和細(xì)胞凋亡等密切相關(guān)[3]。近幾年，在胰腺炎遺傳易感性方面的研究取得了一系列進(jìn)展，陽離子胰蛋白酶原(PRESS1)基因、絲氨酸蛋白酶抑制劑Kazal 1型(serine protease inhibitor Kazal type 1，SPINK1)基因、囊性纖維化跨膜轉(zhuǎn)導(dǎo)調(diào)節(jié)器基因(cystic fibrosis transmembrane conductance regulator，CFTR)、糜蛋白酶C (chymotrypsin C，CTRC)和其他潛在的易感基因，均在胰腺分泌功能和胰腺損傷中對(duì)炎癥的應(yīng)答有重要作用[4]。2006年Mahurkar等[5]首次報(bào)道了組織蛋白酶B(cathepsin B,CTSB)基因多態(tài)性位點(diǎn)和TCP有密切關(guān)系。其后，又有多項(xiàng)關(guān)于該基因與其他類型CP的相關(guān)性研究。

一、 CTSB功能及基因結(jié)構(gòu)

人類CTSB是一個(gè)由339個(gè)氨基酸組成的溶酶體水解酶，屬于肽酶C1家族。正常情況下它局限在溶酶體中，參與胞內(nèi)蛋白質(zhì)的降解和更新[6]。許多關(guān)于陽性胰蛋白酶原的研究認(rèn)為在胰腺炎的病理生理過程中CTSB起到重要作用[7]，它可以激活胰蛋白酶原轉(zhuǎn)變成胰蛋白酶樣產(chǎn)物[8-9]，引起胰蛋白酶的自身消化或水解，促進(jìn)胰腺腺泡細(xì)胞凋亡[10]。CTSB基因位于第8號(hào)染色體上，長度為25.6 kb，含有12個(gè)外顯子，其中3個(gè)在5′非翻譯區(qū)，可以被選擇性剪切而產(chǎn)生多個(gè)轉(zhuǎn)錄本[11]。有研究表明，CP是CTSB基因突變的結(jié)果，這些突變有可能參與胰蛋白酶原的過早激活或異常定位[5]。

二、CTSB基因多態(tài)性位點(diǎn)

近年來，越來越多的研究針對(duì)CTSB基因多態(tài)性位點(diǎn)。2006年Mahurkar等[5]用聚合酶鏈反應(yīng)、核酸分析及限制性片段長度多態(tài)性位點(diǎn)分析等方法對(duì)306例TCP患者和330例健康者進(jìn)行隊(duì)列研究。對(duì)隊(duì)列Ⅰ中的51例TCP患者和25例健康對(duì)照者的CTSB基因測序后確定了23個(gè)多態(tài)性位點(diǎn)，所有多態(tài)性位點(diǎn)在Hardy-Weinberg平衡中無顯著偏差。8個(gè)新發(fā)現(xiàn)的單核苷酸多態(tài)性位點(diǎn)(single nucleotide polymorphisms，SNP)中只有Ser53Gly(S53G)是非同義的，且TCP組和對(duì)照組的攜帶率存在差異。Leu26Val(L26V)是已被報(bào)道過的非同義SNP位點(diǎn)，其突變等位基因Val26相比于對(duì)照組而言，在TCP組中更為常見，但兩組差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。對(duì)隊(duì)列Ⅱ針對(duì)性地研究了L26V、C595T、T663C和S53G這4個(gè)SNP，發(fā)現(xiàn)只有在L26V上的等位基因Val26顯示出數(shù)據(jù)上的顯著性差異。此外，累積的總隊(duì)列研究表明，僅在L26V上的等位基因Val26存在和疾病的相關(guān)性，其他3個(gè)多態(tài)性位點(diǎn)差異均無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。S53G多態(tài)性位點(diǎn)在SPINK1基因N34S突變攜帶者和非攜帶者上有顯著的分布差異。因此，他們認(rèn)為居于CTSB前肽區(qū)域的多態(tài)性位點(diǎn)，例如L26V和S53G，導(dǎo)致了CTSB到酶原顆粒的錯(cuò)誤定位，過早活化胰蛋白酶原。由于該前肽序列和胞質(zhì)內(nèi)蛋白酶的運(yùn)輸相關(guān)，故出現(xiàn)在該前肽區(qū)域的多態(tài)性位點(diǎn)L26V和S53可能會(huì)影響CTSB蛋白的運(yùn)輸，而內(nèi)含子突變位點(diǎn)C595T雖然與TCP不直接相關(guān)，但其可能與附近區(qū)域一些其他基因的多態(tài)性位點(diǎn)具有連鎖不平衡關(guān)系。同時(shí)有研究認(rèn)為CTSB的S53G和C595T等突變作為激活胰蛋白酶原的觸發(fā)點(diǎn)可能是至關(guān)重要的，但也可能只是SPINK1蛋白表達(dá)時(shí)所必需的一個(gè)伴隨因子[12]。

三、CTSB基因多態(tài)性位點(diǎn)和CP

1．CTSB基因多態(tài)性和TCP：TCP是一種青少年類型的慢性鈣化性非酒精性胰腺炎，幾乎只發(fā)生在熱帶地區(qū)的發(fā)展中國家[13]。它經(jīng)常被稱為是一種兒童期疼痛、青春期糖尿病、成年期死亡的疾病。由于TCP顯著的家族聚集性，科學(xué)家們對(duì)其遺傳學(xué)病因展開了研究[14]。他們認(rèn)為，SPINK1、CTSB、CTRC和其他不確定的基因突變與TCP的發(fā)生有關(guān)[15-17]。雖然Mahurkar等[5]說明了CTSB基因多態(tài)性位點(diǎn)和TCP的相關(guān)性，但最近一項(xiàng)來自北印度的包含150例TCP和150例對(duì)照的中等樣本量的研究[18]，應(yīng)用PCR限制性片段長度多態(tài)性位點(diǎn)分析加上測序，結(jié)果顯示L26V在TCP組的突變率為4.6%，在對(duì)照組的突變率為0.66%，差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。該研究報(bào)道的對(duì)照組等位基因突變率為0.33%，遠(yuǎn)低于之前報(bào)道的30%，讓人們對(duì)結(jié)果的真實(shí)性產(chǎn)生了懷疑，也對(duì)CTSB基因與胰腺炎的相關(guān)性提出了質(zhì)疑。

2．CTSB基因多態(tài)性位點(diǎn)和ICP：ICP是通過病史采集、B超、CT、MRCP檢查后仍難以確定病因但反復(fù)發(fā)作的CP，占CP總數(shù)的10%～25%，在女性和兒童中比例更高[19]。ICP也具有一定的遺傳學(xué)發(fā)病基礎(chǔ)，它與CP相關(guān)的基因突變及拷貝數(shù)變異有關(guān)，主要是PRSS1、SPINK1、CFTR 3個(gè)基因的某些位點(diǎn)突變以及PRSS1的拷貝數(shù)變異[20-22]。根據(jù)Mahurkar等[5]的研究，CTSB基因L26V突變的發(fā)生率在SPINK1的N34S突變病例和SPINK1野生型病例之間差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，意味著CTSB基因突變獨(dú)立參與了胰腺炎發(fā)病機(jī)制。由于發(fā)生在西方國家的ICP和發(fā)生在印度的TCP同時(shí)都有著很高的SPINK1突變的發(fā)生率，Weiss等[23]對(duì)歐洲ICP和CTSB基因L26V突變的關(guān)系展開了研究。他們研究了德國64例ICP和100例健康對(duì)照者，結(jié)果提示隊(duì)列中高頻的Val26僅僅代表了一個(gè)多態(tài)性位點(diǎn)等位基因的突變，而不能作為ICP的易感因素，認(rèn)為CTSB基因多態(tài)性位點(diǎn)Val26和歐洲患者的ICP沒有相關(guān)性。Mahurkar等的研究如果不能說明病例組和對(duì)照組中種族背景差異，可解釋為CTSB基因可能在TCP而非ICP中發(fā)揮作用。若要更好地闡明CTSB在更多更普遍類型的胰腺炎和各個(gè)不同的種族群體中的作用，還需要更多的相關(guān)研究。

3．CTSB基因多態(tài)性位點(diǎn)和其他類型CP：CP是一種多因素的復(fù)雜疾病，有多種分型。酒精性胰腺炎是CP的一種主要類型，其遺傳易感性與CTRC、CFTR、SPINK1、PRSS1-PRSS2、CLDN2等有一定相關(guān)性[24-27]。遺傳性胰腺炎的發(fā)生與遺傳水平上PRSS1的功能獲得性錯(cuò)義突變及拷貝數(shù)變異、SPINK1和CTRC的功能缺失性突變、CFTR和鈣敏感受體基因(calcium sensing receptor gene，CASR)等有關(guān)[28-29]。目前仍無CTSB基因多態(tài)性位點(diǎn)與酒精性胰腺炎和遺傳性胰腺炎的相關(guān)性報(bào)道。

綜上所述，溶酶體水解酶CTSB在CP的病理生理過程中起重要作用，國內(nèi)外學(xué)者對(duì)其多態(tài)性位點(diǎn)與不同類型CP易感性研究結(jié)果不盡一致。其原因可能為參與CP進(jìn)程的上游因素的相關(guān)基因很多且相互作用，或是研究對(duì)象種族之間潛在的差異，或是環(huán)境因素也影響疾病的發(fā)生發(fā)展。未來需要更多的研究結(jié)果以闡明CTSB在胰腺炎和各個(gè)不同的種族群體中的作用，而更多的全基因組關(guān)聯(lián)研究(genome-wide association studies，GWAS)和基于高通量測序平臺(tái)的外顯子組測序?qū)⒂脕斫忉屧S多未確定的胰腺炎的易感性位點(diǎn)。對(duì)CP的病因?qū)W因素和易感性單核苷酸多態(tài)性位點(diǎn)關(guān)系的理解將有助于人們對(duì)胰腺炎的早期診斷和治療。

[1] Pujahari AK. Chronic pancreatitis: A Review [J]. Indian J Surg, 2015, 77(Suppl 3):1348-1358. DOI: 10.1007/s12262-015-1221-z.

[2] Wang W, Liao Z, Li G, et al. Incidence of pancreatic cancer in Chinese patients with chronic pancreatitis [J]. Pancreatology, 2011, 11(1):16-23. DOI: 10.1159/000322982.

[3] 孫笑天,廖專,李兆申. 慢性胰腺炎的病因及危險(xiǎn)因素和發(fā)病機(jī)制的研究進(jìn)展[J]. 中華胰腺病雜志, 2013, 13(6):430-432. DOI: 10.3670/cma.j.issn.1674-1935.2013.06.026.

[4] Whitcomb DC. Genetic aspects of pancreatitis [J]. Annu Rev Med, 2010, 61:413-424. DOI: 10.1016/j.dld.2015.04.012.

[5] Mahurkar S, Idris MM, Reddy DN, et al. Association of cathepsin B gene polymorphisms with tropical calcific pancreatitis [J]. Gut, 2006, 55(9):1270-1275. DOI: 10.1136/gut.2005.087403.

[6] Paliwal S, Bhaskar S, Chandak GR. Genetic and phenotypic heterogeneity in tropical calcific pancreatitis [J]. World J Gastroenterol, 2014, 20(46): 17314-17323. DOI: 10.3748/wjg.v20.i46.17314.

[7] Reddy DN, Prasad SS. Genetic basis of chronic pancreatitis in Asia Pacific region [J]. J Gastroenterol Hepatol, 2011, 26(Suppl 2): 2-5. doi: 10.1111/j.1440-1746.2010.06598.x.

[8] Kukor Z, Mayerle J, Krüger B, et al. Presence of cathepsin B in the human pancreatic secretory pathway and its role in trypsinogen activation during hereditary pancreatitis [J]. J Biol Chem, 2002, 277(24):21389-21396. DOI: 10.1074/jbc.M200878200.

[9] Szilágyi L, Kénesi E, Katona G, et al. Comparative in vitro studies on native and recombinant human cationic trypsins. Cathepsin B is a possible pathological activator of trypsinogen in pancreatitis [J]. J Biol Chem, 2001, 276(27):24574-24580. DOI: 10.1074/jbc.M011374200.

[10] Sendler M, John D, Weiss FU, et al. Cathepsin B mediated protease activation increases acinar cell apoptosis [J]. Pancreatology, 2015, 15(Suppl 1):S8. DOI: 10.1016/j.pan.2015.05.066.

[11] Berquin IM, Cao L, Fong D, et al. Identification of two new exons and multiple transcription start points in the 5′-untranslated region of the human cathepsin-B-encoding gene [J]. Gene, 1995, 159(2):143-149. DOI: 10.1016/0378-1119(95)00072-E.

[12] Ravi Kanth V, Nageshnar Reddy D. Genetics of acute and chronic pancreatitis: An update [J]. World J Gastrointest pathophysiol, 2014, 5(4):427-437. DOI: 10.4291/wjgp.v5.i4.427.

[13] Barman KK, Premalatha G, Mohan V. Tropical chronic pancreatitis [J]. Postgrad Med J, 2003, 79(937):606-615. DOI: 10.1136/pmj.79.937.606.

[14] Mahurkar S, Reddy DN, Rao GV, et al. Genetic mechanisms underlying the pathogenesis of tropical calcific pancreatitis [J]. World J Gastroenterol, 2009, 15(3):264-269. DOI: 10.3748/WJG.15.264.

[15] Rossi L, Pfützer RH, Parvin S, et al. SPINK1/PSTI mutations are associated with tropical pancreatitis in Bangladesh. A preliminary report [J]. Pancreatology, 2001, 1(3): 242-245. DOI: 10.1159/000055818.

[16] Schneider A, Suman A, Rossi L, et al. SPINK1/PSTI mutations are associated with tropical pancreatitis and type II diabetes mellitus in Bangladesh [J]. Gastroenterology, 2002, 123(4):1026-1030. DOI: 10.1053/gast.2002.36059.

[17] Rosendahl J, Witt H, Szmola R, et al. Chymotrypsin C (CTRC) variants that diminish activity or secretion are associated with chronic pancreatitis [J]. Nat Genet, 2008, 40(1):78-82. DOI: 10.1038/ng.2007.44.

[18] Singh S, Choudhuri G, Agarwal S. Frequency of CFTR,SPINK1, and cathepsin B gene mutation in North Indian population: connections between genetics and clinical data [J]. ScientificWorldJournal, 2014, 2014: 763195. DOI: 10.1155/2014/763195.

[19] Kloppel G. Chronic pancreatitis, pseudotumors and other tumor-like lesions [J]. Mod Pathol, 2007, 20 Suppl 1:S113-S131. DOI: 10.1038/modpathol.3800690.

[20] Noone PG, Zhou Z, Silverman LM, et al. Cystic fibrosis gene mutations and pancreatitis risk: relation to epithelial ion transport and trypsin inhibitor gene mutations [J]. Gastroenterology, 2001, 121(6): 1310-1319. DOI: 10.1053/gast.2001.29673.

[21] Masson E, Le Maréchal C, Chandak GR, et al. Trypsinogen copy number mutations in patients with idiopathic chronic pancreatitis [J]. Clin Gastroenterol Hepatol, 2008, 6(1): 82-88. DOI: 10.1016/j.cgh.2007.10.004.

[22] Midha S, Khajuria R, Shastri S, et al. Idiopathic chronic pancreatitis in India: phenotypic characterisation and strong genetic susceptibility due to SPINK1 and CFTR gene mutations [J]. Gut, 2010, 59(6):800-807. DOI:10.1136/gut.2009.191239.

[23] Weiss FU, Behn CO, Simon P, et al. Cathepsin B gene polymorphism Val26 is not associated with idiopathic chronic pancreatitis in European patients [J]. Gut, 2007, 56(9): 1322-1323. DOI: 10.1136/gut.2007.122507.

[24] Rosendahl J, Witt H, Szmola R, et al. Chymotrypsin C (CTRC) variants that diminish activity or secretion are associated with chronic pancreatitis [J]. Nat Genet, 2008, 40(1):78-82. DOI: 10.1038/ng.2007.44.

[25] Hank C, Schneider A, Whitcomb DC. Genetic polymorphisms in alcoholic pancreatitis [J]. Best Pract Res Clin Gastroenterol, 2003, 17(4): 613-623. DOI: 10.1016/S1521-6918(03)00048-9.

[26] Aoun E, Chang CC, Greer JB, et al. Pathways to injury in chronic pancreatitis: decoding the role of the high-risk SPINK1 N34S haplotype using meta-analysis[J]. PLoS ONE, 2008, 3(4):e2003. DOI: 10.1371/journal.pone.0002003.

[27] Whitcomb DC, LaRusch J, Krasinskas AM, et al. Common genetic variants in the CLDN2 and PRSS1-PRSS2 loci alter risk for alcohol-related and sporadic pancreatitis[J]. Nat Genet, 2012, 44:1349-1354. DOI: 10.1038/ng.2466.

[28] Rosendahl J, Witt H, Szmola R, et al. Chymotrypsin C (CTRC) variants that diminish activity or secretion are associated with chronic pancreatitis[J]. Nat Genet, 2008, 40(1):78-82. DOI: 10.1038/ng.2007.44.

[29] Szmola R, Sahin-Tóth M. Pancreatitis-associated chymotryp-sinogen C (CTRC) mutant elicits endoplasmic reticulum stress in pancreatic acinar cells [J]. Gut, 2010, 59(3):365-372. DOI: 10.1136/gut.2009.198903.

(本文編輯：屠振興)

10.3760/cma.j.issn.1674-1935.2017.04.020

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200433 上海，第二軍醫(yī)大學(xué)長海醫(yī)院消化內(nèi)科 上海市胰腺疾病研究所

廖專，Email: liaozhuan@smmu.edu.cn

2016-06-08)