朱予津，高維，胡紅

目前認(rèn)為哮喘是一種異質(zhì)性疾病，患者的基因表達(dá)、發(fā)病機(jī)制、臨床特征及治療反應(yīng)等方面存在差異性和多樣性[1]。哮喘主要受遺傳和環(huán)境因素的影響[2]，具有多種表型(phenotypes)。表型是指生物體基因與環(huán)境共同作用后被觀察到的特征[3]。近年來(lái)隨著基因、轉(zhuǎn)錄組學(xué)和分子生物學(xué)的發(fā)展，哮喘的表型不斷細(xì)化[4]，進(jìn)而指導(dǎo)個(gè)體化治療[5]。個(gè)體化治療即以每個(gè)患者的信息為基礎(chǔ)決定治療方針，從基因組成或表達(dá)變化的差異把握治療效果或毒副作用等應(yīng)答的個(gè)性，對(duì)每個(gè)患者進(jìn)行最適宜藥物療法的治療。有時(shí)表型依然無(wú)法解決患者對(duì)藥物的反應(yīng)差異問(wèn)題，例如同樣使用長(zhǎng)效β2受體激動(dòng)劑(long acting beta-agonists，LABA)控制哮喘，部分患者反應(yīng)良好，也有患者反應(yīng)較差，部分患者甚至發(fā)生了罕見(jiàn)、嚴(yán)重不良事件，引起了學(xué)者的研究興趣[6]。有學(xué)者認(rèn)為，對(duì)于藥物治療后肺功能改善的差異，高達(dá)80%的哮喘患者是由遺傳變異引起的[7]。

單核苷酸多態(tài)性(single nucleotide polymorphism, SNP)主要是指在DNA水平上由單個(gè)核苷酸堿基的變異而引起的基因序列多態(tài)性，在基因遺傳學(xué)中占有重要地位。研究發(fā)現(xiàn)，SNP可以與患者哮喘的易感性和病情嚴(yán)重程度相關(guān)[8-11]。同時(shí)，SNP與藥物療效密切相關(guān)[12-13]。因此，有學(xué)者提出了藥物-基因組學(xué)的概念，旨在發(fā)現(xiàn)藥物作用及代謝通路上的關(guān)鍵分子，探索相關(guān)基因SNP與藥物療效的關(guān)系。這一領(lǐng)域的廣泛研究將有助于揭示患者藥物反應(yīng)差異的遺傳學(xué)特征，更好地指導(dǎo)個(gè)體化治療[14]。

2020年全球哮喘防治創(chuàng)議(global initiative for asthma，GINA)指出，β2受體激動(dòng)劑、吸入性糖皮質(zhì)激素(inhaled corticoteroids，ICS)、白三烯受體調(diào)節(jié)劑及新的生物靶向制劑是哮喘治療的基本藥物，本文羅列了可能影響上述藥物療效的相關(guān)基因SNP(表1)，期望能夠發(fā)現(xiàn)可能的生物標(biāo)志物從而預(yù)測(cè)哮喘患者的治療反應(yīng)。

1 β2腎上腺素能受體激動(dòng)劑

β2腎上腺素能受體激動(dòng)劑(short acting beta-agonists，SABA)是控制哮喘發(fā)作的基本藥物，它通過(guò)激活支氣管平滑肌細(xì)胞上的β2腎上腺素受體發(fā)揮作用，進(jìn)而松弛肌肉、擴(kuò)張氣道和改善氣流受限[15]。根據(jù)藥物起效及維持時(shí)間的長(zhǎng)短分為短效β2腎上腺素能受體激動(dòng)劑(short acting beta-agonists，SABA)和LABA。

1.1 SABA

代表藥物有沙丁胺醇和特布他林，臨床中它們被稱(chēng)為緩解藥物 “根據(jù)需要”使用以緩解支氣管痙攣。該類(lèi)藥物通過(guò)與下呼吸道中平滑肌細(xì)胞內(nèi)膜的β2腎上腺素能受體(beta-2 adrenoceptors，ADRB2)結(jié)合而發(fā)揮支氣管擴(kuò)張的作用。針對(duì)該基因的藥物-基因組學(xué)研究認(rèn)為，ADRB2 SNP rs1042713(A>G)(16變體，Gly-to-Arg)與基因表達(dá)相關(guān)[16]，且多項(xiàng)研究證實(shí)該變異與SABA治療后肺功能峰流速變化相關(guān)[13]，研究認(rèn)為G較A基因型對(duì)于乙酰甲膽堿的刺激反應(yīng)更差[17]。一項(xiàng)研究利用計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)模擬了SNP rs1042713不同變異體與藥物的結(jié)合程度，從而在機(jī)制上解釋了不同變異體對(duì)于SABA藥物反應(yīng)的差異[18]。ADRB2一些罕見(jiàn)SNP也與SABA治療反應(yīng)相關(guān)[19]，例如，ADRB2 SNP rs1800888 (Ile164/Thr164)變異位于第四跨膜結(jié)構(gòu)域，該變異可以減少該受體與Gs蛋白受體偶聯(lián)從而降低對(duì)SABA的反應(yīng)[20]。

精氨酸酶1 (arginase-1，ARG1)和精氨酸酶2(arginase-2，ARG2)可催化代謝出L-精氨酸并產(chǎn)生一氧化氮(nitric oxide，NO)，NO是一種內(nèi)源性支氣管擴(kuò)張劑。研究發(fā)現(xiàn)ARG1 SNP rs2781659、rs2781667與患者使用SABA的療效相關(guān)[21]，而ARG2基因SNP rs7140310，rs10483801與SABA及類(lèi)固醇治療反應(yīng)有關(guān)[22]。 腺苷酸環(huán)化酶9(Adenylyl Cyclase 9，ADYC9)參與β2腎上腺素能受體通路，研究顯示ADYC9 SNP rs2230739與SABA治療后的支氣管舒張程度相關(guān)[23]，另有研究證明該位點(diǎn)也與LABA治療后的肺功能改善程度相關(guān)[24]。 cGMP依賴性蛋白激酶Ⅰ(protein kinase CGMP-Dependent 1，PRKG1)可以參與氣道炎癥及重塑，其SNP rs7903366，rs7070958、 rs7081864與SABA治療后支氣管舒張程度相關(guān)[25]。精子產(chǎn)生相關(guān)富含絲氨酸2樣蛋白 (Spermatogenesis Associated Serine Rich 2 Like， SPATS2L)是一個(gè)β-腎上腺素能受體的調(diào)控基因，SPATS2L SNP rs295137與兒童使用SABA失敗密切相關(guān)[26]，而一項(xiàng)來(lái)自非裔美國(guó)人群的研究認(rèn)為精子產(chǎn)生相關(guān)13(spermatogenesis associated 13，SPATA13)基因的 SNP(rs9507294，rs912142， rs2248119， rs9551086， rs955322)與使用SABA后的支氣管舒張程度相關(guān)[27]。有研究報(bào)道蛋白激酶C(protein kinase C，PKC)、白介素15α受體(Interleukin 15 Receptor Subunit Alpha， IL15RA)、白介素12α受體(interleukin 12 receptor subunit alpha， IL12RA)等基因附近的SNP rs11252394與吸入SABA后的支氣管舒張程度相關(guān)[28]。S-亞硝基谷胱甘肽還原酶(S-nitrosoglutathione reductase，GSNOR)是S-亞硝基硫醇的一種代謝酶，S-亞硝基硫醇是一種內(nèi)源性支氣管擴(kuò)張劑，其在哮喘患者體內(nèi)表達(dá)下降，GSNOR基因SNP與氣道阻塞程度相關(guān)[29]。

表1 與哮喘藥物治療反應(yīng)相關(guān)的基因變異(SNP)

1.2 LABA

代表藥物有福莫特羅和沙美特羅，它們較SABA支氣管擴(kuò)張作用時(shí)間更長(zhǎng)(LABA 8～12 hvsSABA 3～5 h)。臨床中LABA可單獨(dú)或組成復(fù)方制劑用于哮喘控制。該類(lèi)藥物同樣通過(guò)與下呼吸道中平滑肌細(xì)胞內(nèi)膜ADRB2結(jié)合而發(fā)揮擴(kuò)張支氣管的作用，因此很多關(guān)于LABA的藥物-基因組學(xué)研究同樣聚焦于ADRB2。盡管早期一項(xiàng)關(guān)于成人中度哮喘患者的ADRB2 SNP rs1042713(A>G，Arg16變異)的研究顯示該變異與病情加重或肺功能改善無(wú)明顯相關(guān)[17]，然而近期的研究發(fā)現(xiàn)，在小兒哮喘患者中該變異影響LABA的使用效果，擁有 Gly16純合子的患者對(duì)支氣管舒張劑反應(yīng)較好，而擁有Arg16變異的兒童對(duì)LABA的反應(yīng)性差，該SNP未來(lái)很有希望用于指導(dǎo)哮喘的治療[30]。后來(lái)一項(xiàng)來(lái)自兒童的薈萃分析大樣本的研究有力證實(shí)了上述結(jié)論，薈萃分析共納入4226名患者，研究結(jié)論認(rèn)為攜帶Arg16變異的患者接受LABA治療的風(fēng)險(xiǎn)增加了52%[31]。

一氧化氮合成酶3(nitric oxide synthase 3，NOS3)基因通過(guò)一氧化氮途徑參與氣道炎癥，NOS3 SNP rs1799983與ICS/LABA聯(lián)合治療的藥效相關(guān)[32]。此外，研究報(bào)道溶質(zhì)載體家族22亞型15(solute carrier family 22-15，SLC22A15)基因SNP rs1281748, rs1281743和與LABA使用后支氣管舒張有關(guān)[23]。

2 糖皮質(zhì)激素

糖皮質(zhì)激素(corticosteroids,ICS)是哮喘治療的基石，研究報(bào)道了一些基因的SNP可以用來(lái)評(píng)估ICS療效。促腎上腺皮質(zhì)素釋放激素受體1 (corticotropin releasing hormone receptor 1，CRHR1)是生成皮質(zhì)類(lèi)固醇和兒茶酚胺的關(guān)鍵分子，CRHR1 SNP rs1876828，rs242941，rs242939與ICS治療后肺功能改善程度相關(guān)[33]。 IgE受體(Fc fragment of IgE receptor II，F(xiàn)CER2)是B細(xì)胞活化和生長(zhǎng)的關(guān)鍵基因[34]，其SNP rs28364072與基因表達(dá)水平、IgE水平和哮喘兒童使用ICS后急性加重程度相關(guān)[35]。一項(xiàng)來(lái)自于兒童哮喘的研究發(fā)現(xiàn)，糖皮質(zhì)激素誘導(dǎo)轉(zhuǎn)錄蛋白1(glucocorticoid induced 1，GLCCI1)啟動(dòng)子區(qū)的SNP rs37972與ICS治療后肺功能改善程度相關(guān)[36]，同時(shí)一項(xiàng)來(lái)自我國(guó)哮喘人群的研究顯示，GLCCI1 SNP rs37973與激素使用后第一秒鐘用力呼氣容積(forced expiratory volume in one second，F(xiàn)EV1)變化率相關(guān)[37]。應(yīng)激誘導(dǎo)磷酸化蛋白1(stress induced phosphoprotein 1，STIP1)作為可與糖皮質(zhì)激素受體結(jié)合的伴侶蛋白，其SNP rs6591838、 rs1011219與糖皮質(zhì)激素治療反應(yīng)相關(guān)，尤其與哮喘患者肺功能FEV1值改善程度相關(guān)[38]。T-Box轉(zhuǎn)錄因子21(T-box transcription factor 21， TBX21)是T-box轉(zhuǎn)錄因子家族成員，其 SNP rs2240017與兒童ICS治療后的氣道高反應(yīng)性相關(guān)[39]，此外， TBX21 SNP rs9910408(A>G)與ICS治療反應(yīng)相關(guān)，擁有AA基因型的患者對(duì)激素反應(yīng)更好[40]。白介素17α亞基(interleukin 17 subunit alpha， IL17A)是Th2/Th17通路中的重要基因，與嗜酸性粒細(xì)胞數(shù)量及FENO水平相關(guān)，其SNP rs17880588不同分型患者中Th2型炎癥因子表達(dá)水平不同，對(duì)激素的治療也反應(yīng)不同[41]。

一項(xiàng)涵蓋兒童及成人哮喘患者的研究顯示，組蛋白去乙?；?histone deacetylase，HDAC)SNP rs1741981可以預(yù)測(cè)糖皮質(zhì)激素治療的反應(yīng)，且SNP rs1741981不同分型與哮喘嚴(yán)重程度相關(guān)[42]。 神經(jīng)鞘脂類(lèi)蛋白(ORMDL sphingolipid biosynthesis regulator 3，ORMDL3)與哮喘發(fā)病相關(guān)，一項(xiàng)兒童過(guò)敏性哮喘研究證實(shí)其SNP rs2872507與ICS治療反應(yīng)相關(guān)[43]。血管內(nèi)皮細(xì)胞生長(zhǎng)因子(vascular endothelial growth factor，VEGF)SNP rs3025039(C>T)與ICS治療反應(yīng)密切相關(guān)，在一項(xiàng)兒童哮喘研究中證實(shí)攜帶T等位基因患者的FEV1變化小于C攜帶者，同時(shí)其SNP rs8076131可導(dǎo)致ORMDL3表達(dá)升高[44-45]。 半胱氨酸分泌蛋白2(cysteine rich secre-tory protein LCCL domain containing 2，CRISPLD2) SNP rs7189551與使用ICS后耐藥相關(guān)[46]。核糖核酸酶家族2(ribonuc-lease A family member 2，RNASE2)參與編碼嗜酸性粒細(xì)胞衍生的神經(jīng)毒素，其SNP rs3827907可影響基因表達(dá)水平繼而造成對(duì)激素治療反應(yīng)差異[47]。Bardet-Biedl 綜合征 9(Bardet-Biedl syndrome 9，BBS9)是與肺發(fā)育相關(guān)的基因，其SNP rs2392165與使用布地奈德療效相關(guān)[48]。此外，全基因組關(guān)聯(lián)分析(genome-wide association study，GWAS)研究發(fā)現(xiàn)乙酰輔酶A硫酯酶4(Acyl-CoA thioesterase 4，ACOT4)、ALG8α-1,3-葡萄糖基轉(zhuǎn)移酶(ALG8 Alpha-1,3-glucosyltransferase，ALG8)、溴和WD結(jié)構(gòu)域蛋白(bromodomain and WD repeat domain containing 1，BRWD1)、煙酸磷酸核糖基轉(zhuǎn)移酶1(nicotinate phosphoribosyltransferase 1，NAPRT1)、精子產(chǎn)生相關(guān)20(spermatogenesis associated 20，SPATA20)，碳酸酐酶10(carbonic anhydrase 10，CA10)，連環(huán)蛋白α3(catenin alpha 3，CTNNA3)、胞質(zhì)蛋白激酶(protein kinase domain containing, cytoplas-mic，PKDCC)、血小板生長(zhǎng)因子(Homo sapiens platelet derived growth factor D PDGFD)等基因SNP位點(diǎn)與糖皮質(zhì)激素治療反應(yīng)相關(guān)(具體SNP見(jiàn)表1)[49-52]。

3 白三烯調(diào)節(jié)劑

白三烯類(lèi)調(diào)節(jié)劑(leukotriene modifiers)具有抗炎作用且不良反應(yīng)較小，被廣泛用于哮喘的治療。該藥物包含兩種類(lèi)型：5-脂氧合酶抑制劑(齊留通)和半胱氨酸白三烯受體拮抗劑(孟魯司特，扎魯司特，普魯司特)。 研究認(rèn)為，不同人群對(duì)孟魯司特鈉的反應(yīng)不同[53]，一些研究報(bào)導(dǎo)了相關(guān)基因SNP與該類(lèi)藥物治療反應(yīng)有關(guān)[54]。

ATP結(jié)合盒亞家族C成員1(ATP binding cassette subfamily C member 1，ABCC1)基因作為細(xì)胞膜上的抗藥蛋白可編碼線粒體37S核糖體蛋白MRP1(mitochondrial 37S ribosomal protein MRP1，MRP1)，它涉及運(yùn)輸白三烯C4(leukotriene C4，LTC4)，ABCC1 SNP rs119774可能影響孟魯司特的治療反應(yīng)[55]。LTC4合成酶(leukotriene C4 syn-thase，LTC4S)編碼花生四烯酸骨架的C-6位置形成谷胱甘肽復(fù)合物所需的酶， 研究認(rèn)為L(zhǎng)TC4S SNP rs730012與哮喘嚴(yán)重程度及扎魯司特的反應(yīng)有關(guān)[56-57]。其他與白三烯調(diào)節(jié)劑治療反應(yīng)有關(guān)的基因還包括白三烯A-4水解酶(leukotriene A-4 hydrolase，LTA4)[55]、花生四烯酸5-脂氧合酶(arachidonate 5-lipoxygenase，ALOX5)[58]、半胱氨酰白三烯受體2(cysteinyl leukotriene receptor 2，CYSLT2)[59]等，但其SNP與療效的關(guān)系尚存在爭(zhēng)議。此外，如陰離子轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白家族成員2B1(solute carrier organic anion transporter family member 2B1，SLCO2B1)SNP rs12422149[60-61]、糖基轉(zhuǎn)移酶1結(jié)構(gòu)域1(glycosyltransferase 1 domain containing 1，GLT1D1)SNP rs517020[62]和MLLT3延長(zhǎng)復(fù)合物亞基(MLLT3 super elongation complex subunit，MLLT3)SNP rs6475448[63]也可能影響孟魯司特的藥代動(dòng)力學(xué)。

4 藥物-基因組學(xué)與生物靶向制劑

藥物-基因組學(xué)可以用于新藥的研究[64]。目前，針對(duì)Th2型炎癥通路有很多已明確的生物標(biāo)志物，如白介素4(interleukin 4， IL4)，白介素4受體α亞基(interleukin 4 receptor subunit alpha，IL4RA)，白介素5(interleukin 5，IL5)和白介素13(interleukin 13，IL13)[65]。而針對(duì)Th17和Th1型炎癥通路的生物標(biāo)志物還不是很清晰。針對(duì)哮喘表型明確的患者，臨床開(kāi)展了利用生物標(biāo)志物和藥物-基因組學(xué)的方法評(píng)估Pitrankinra療效的研究，IL4RA是IL4、IL13的共同靶點(diǎn)，其在哮喘患者中過(guò)度表達(dá)[66]，針對(duì)IL4RA開(kāi)發(fā)了拮抗劑(pitran-kinra、dupilumab)，其SNP rs8832、 rs1029489可以影響pitrankinra的治療反應(yīng)[67-68]，可以作為潛在的藥物-基因組學(xué)生物標(biāo)志物[16]。

5 藥物-基因組學(xué)與藥代動(dòng)力學(xué)

ICS、β-腎上腺素能受體激動(dòng)劑、白三烯調(diào)節(jié)劑聯(lián)合治療已經(jīng)廣泛用于哮喘的防控。而這些藥物代謝酶 (metabolic enzyme)的SNP是否會(huì)影響哮喘治療效果有待評(píng)估。已有研究認(rèn)為細(xì)胞色素P450家族3亞家族A成員4(cytochrome P450 family 3 subfamily A member 4，CYP3A4) *22 allele和SLCO2B1SNP rs12422149可能影響ICS和孟魯司特的藥代動(dòng)力學(xué)[16,60-61]。有學(xué)者指出，基因與基因之間多個(gè)SNP位點(diǎn)的相互作用分析較單一的位點(diǎn)對(duì)SABA治療效果預(yù)測(cè)更準(zhǔn)確[16]。

6 結(jié)語(yǔ)

目前，糖皮質(zhì)激素、β-腎上腺素能受體激動(dòng)劑和抗白三烯類(lèi)藥物療效相關(guān)的SNP在哮喘藥物-基因組學(xué)研究中尚無(wú)定論，臨床中利用藥物-基因組學(xué)來(lái)指導(dǎo)哮喘患者治療的實(shí)踐還很少，所以藥物-基因組學(xué)研究肩負(fù)的科學(xué)使命既艱巨又光明， 艱巨在于我們需要在臨床實(shí)踐中不斷的探索及驗(yàn)證SNP位點(diǎn)與藥物反應(yīng)的相關(guān)性，光明在于一些基因SNP位點(diǎn)，如ADRB2 SNP rs1042713、GLCCI1 rs37973、SNP FCER2 rs28364072等已有包括我國(guó)報(bào)道的多項(xiàng)證據(jù)支持可影響藥物療效，這讓我們看到了星星之火[69-71]。尤其是ADRB2 SNP rs1042713可能對(duì)支氣管舒張劑的使用評(píng)估具有指導(dǎo)作用，是一個(gè)很有前途的生物標(biāo)志物。隨著高通量技術(shù)的飛速發(fā)展，期望SNP的研究加快理論向臨床實(shí)踐轉(zhuǎn)化的步伐，也期待未來(lái)藥物-基因組學(xué)研究能夠涵蓋更多族群、更大隊(duì)列、更多SNP位點(diǎn)，以提高其預(yù)測(cè)藥物治療反應(yīng)的準(zhǔn)確性，為哮喘的個(gè)體化治療帶來(lái)幫助。