董 柏，鄭 稼，董永輝，代志鵬

［河南大學(xué)人民醫(yī)院（河南省人民醫(yī)院）骨科，河南鄭州 450003］

人工關(guān)節(jié)感染（prosthetic joint infection, PJI）是導(dǎo)致關(guān)節(jié)置換術(shù)失敗的最嚴(yán)重的并發(fā)癥之一，據(jù)報道，PJI 的發(fā)病率為0.8%～1.4%［1］。PJI 的發(fā)生將給患者帶來巨額的經(jīng)濟(jì)負(fù)擔(dān)和難以接受的痛苦。由于其發(fā)病機(jī)制目前仍不明確，盡管外科醫(yī)師已經(jīng)通過縮短手術(shù)時間、優(yōu)化手術(shù)無菌環(huán)境和控制術(shù)前血糖、BMI等方式來降低PJI 的發(fā)生率，但隨著接受關(guān)節(jié)置換手術(shù)的患者不斷增加，PJI 仍是導(dǎo)致手術(shù)失敗的重要原因［2，3］。自從1996 年單核苷酸多態(tài)性（single nucleotide polymorphism, SNP）被認(rèn)為是“第三代分子標(biāo)記”以來，從基因?qū)用嫣骄考膊〉陌l(fā)病機(jī)制和研發(fā)新的治療手段已經(jīng)成為當(dāng)下熱門。隨著測序技術(shù)的發(fā)展，現(xiàn)已發(fā)現(xiàn)越來越多單核苷酸多態(tài)性位點(diǎn)與疾病的發(fā)生有關(guān)。本文對關(guān)于PJI 的SNP 已有研究成果進(jìn)行綜述（表1）。

表1 PJI 相關(guān)基因的SNP 位點(diǎn)研究現(xiàn)狀

1 白細(xì)胞介素（interleukin, IL）

IL 是一種調(diào)節(jié)蛋白。當(dāng)人體受到如感染、創(chuàng)傷和缺氧等應(yīng)激時，會激活細(xì)胞內(nèi)第二信使和信號轉(zhuǎn)導(dǎo)通路并參與機(jī)體的免疫反應(yīng)。研究發(fā)現(xiàn)IL 在PJI 患者的血清或關(guān)節(jié)液中表達(dá)明顯升高，其中IL-1、IL-6、IL-17 的診斷效能相對較高，被推薦作為PJI 的診斷標(biāo)志物［4］。

IL-1 家族是最大的白細(xì)胞介素家族，有11 個成員。IL-1β 由一個7.5kb 的包含7 個外顯子的基因編碼，IL-1β 在IL-6 和腫瘤壞死因子-α（tumour necrosis factor-α, TNF-α）的參與下共同觸發(fā)復(fù)雜的炎癥反應(yīng)，將先天性免疫反應(yīng)和適應(yīng)性免疫反應(yīng)聯(lián)系起來并增強(qiáng)了宿主對感染的抵抗力［5］。Stahelova 等［6］收集471 例捷克患者血樣，包括89 例PJI 患者及214例無菌性松動患者和168 例健康對照組受試者，測序結(jié)果顯示攜帶rs16944 T 等位基因顯著增加了PJI 的易感性（P=0.006），而rs1143634 與PJI 的發(fā)生無顯著相關(guān)性。Erdemli 等［7］納入88 例土耳其患者，發(fā)現(xiàn)PJI 患者的關(guān)節(jié)液中IL-1α 和IL-1β 的表達(dá)升高（P＜0.001），IL-1 的RN-VNTR 多態(tài)性與PJI 的患病風(fēng)險有統(tǒng)計學(xué)意義（P=0.002）。

IL-6 是一種急性期反應(yīng)蛋白，當(dāng)機(jī)體受到損傷等應(yīng)激反應(yīng)時，巨噬細(xì)胞和單核細(xì)胞等立即產(chǎn)生并釋放IL-6 參與對病原體的清除和組織修復(fù)工作。在最近發(fā)布的指南中，血清IL-6 水平被推薦為PJI 診斷的補(bǔ)充指標(biāo)［8］。邵明鑫等［9］通過對急性PJI 患者進(jìn)行術(shù)后隨訪，發(fā)現(xiàn)保留假體的清創(chuàng)術(shù)具有良好的療效并且顯著降低了血清IL-6 的水平。有研究發(fā)現(xiàn)IL-6啟動子區(qū)域的IL-6-174 位點(diǎn)（rs1800795）可能與其血清濃度有關(guān)［10］。Erdemli 等［7］發(fā)現(xiàn)IL-6 在PJI 患者血清中的表達(dá)顯著升高（P＜0.001），但在關(guān)節(jié)液中并沒有發(fā)現(xiàn)顯著差異，通過測序發(fā)現(xiàn)rs1800795 的C等位基因會增加PJI 的患病風(fēng)險（P=0.03,OR=9.71）。而Malik 等［11］的一項(xiàng)研究得出了不同結(jié)論，該研究并未發(fā)現(xiàn)rs1800795 和rs1800797 與PJI 的相關(guān)性。Stahelova 等［6］也得出了類似結(jié)論，并且通過最大期望法估算單倍體頻率，在rs1800795 和rs1800797 位點(diǎn)發(fā)現(xiàn)了較強(qiáng)的連鎖不平衡，但各組間單倍型頻率分布無統(tǒng)計學(xué)意義。

輔助性T 細(xì)胞17（T helper cell 17, Th17）是一種新發(fā)現(xiàn)的能夠分泌IL-17 的T 細(xì)胞亞群，在自身免疫性疾病和機(jī)體防御反應(yīng)中具有重要的意義。其分泌的IL-17A 誘導(dǎo)CXC 趨化因子配體1（CXC-chemokine ligand 1, CXCL1） 和CXC 趨化因子配體5（CXC-chemokine ligand 5, CXCL5） 的釋放，通過CXC 趨化因子受體2（CXC-chemokine receptor 2,CXCR2）刺激中性粒細(xì)胞趨化，導(dǎo)致中性粒細(xì)胞向感染部位積聚［12］。Navratilova 等［13］招募98 例捷克PJI 患者和438 例對照組受試者對上述Th-17 通路相關(guān)IL及趨化因子進(jìn)行基因測序，但結(jié)果顯示IL-4 rs2243250、IL-12A rs583911、IL-12B rs17860508、IL- 12B rs3212227、 IL- 17A rs2275913、 IL- 17F rs763780、IL-23R rs7517847、CXCL1 rs4074、CXCR2 rs2230054、CXCL5 rs425535 均與PJI 的發(fā)生無顯著相關(guān)性。

2 甘露糖結(jié)合凝集素 (mannose-binding lectin,MBL)

MBL 是先天性免疫的重要成員，是一種急性期蛋白，在肝臟中合成，分泌并儲存于血漿中。MBL的功能包括參與補(bǔ)體的激活、炎癥因子的調(diào)節(jié)等［14］。有大量研究指出MBL 的遺傳差異會導(dǎo)致感染性疾病、傳染性疾病、自身免疫性疾病的易感性增加［15～17］。人類MBL 是 由MBL2 基因編碼的，位于10q11.2-q21。研究顯示其外顯子1 的第52 位（rs5030737） 、 54 位 （rs1800450） 、 57 位（rs1800451） 密碼子突變及啟動子的- 550（rs11003125）、-221（rs7096206）、+4（rs7095891）位點(diǎn)的H/L、X/Y、P/Q 變異可能與MBL 的血清濃度和功能相關(guān)［18］。

Malik 等［19］招募312 例來自英國的患者，采用SNaPshot 方法進(jìn)行基因測序，發(fā)現(xiàn)與對照組相比rs11003125 的L 等位基因（P=0.01,OR=1.90,95%CI=1.14～3.16）、LL 基因型（P=0.05）、rs1800450 的GG基因型（P=0.05,OR=1.47, 95%CI=0.79～2.72）與PJI的發(fā)生有顯著相關(guān)性，而rs7096206 和rs5030737 與PJI 無顯著相關(guān)性。Navratilova 等［20］收集357 例捷克患者血樣進(jìn)行測序也得出了類似結(jié)論，與健康對照組相比，rs11003125 的L 等位基因（P=0.01,RR=1.595,95%CI=1.119～2.274）、LL 基 因 型（P=0.006, RR=1.944, 95%CI=1.213～3.113）均增加了PJI 的易感性，rs1800450、rs7096206 在捷克患者中并未發(fā)現(xiàn)與PJI的患病風(fēng)險相關(guān)。但其根據(jù)手術(shù)部位的不同進(jìn)行分層分析時發(fā)現(xiàn)髖關(guān)節(jié)PJI 患者rs7096206 的XX 純合子基因型頻率（P=0.048）顯著高于無菌松動組。該研究還測定了患者的血清MBL 濃度，結(jié)果顯示存在“基因-劑量”效應(yīng)，攜帶rs11003125 L 等位基因、rs7096206 X 等位基因、rs1800450 A 等位基因會顯著降低血清MBL 濃度。此外，作者還發(fā)現(xiàn)了-550、-221 和+54 位點(diǎn)存在顯著的連鎖不平衡，構(gòu)成了4 種單倍型HYG、LYG、LXG 和LYA，然而與對照組相比4 種單倍型的頻率分布未發(fā)現(xiàn)統(tǒng)計學(xué)差異。

3 Toll 樣受體（toll-like receptors, TLR）

TLR 是一種跨膜蛋白，主要參與先天性免疫反應(yīng)。目前已經(jīng)發(fā)現(xiàn)的人TLRs 家族成員有11 個，其中TLR2 在11 個家族成員中占有特殊地位。TLR2 通過與TLR1 或TLR6 形成異二聚體參與對革蘭氏陽性菌的免疫應(yīng)答。而其他TLRs 通常形成同源二聚體，其中TLR4 在質(zhì)膜上表達(dá)并參與對革蘭氏陰性菌的脂多 糖（lipopolysaccharide, LPS）的識 別［21］。Tamaki等［22］在PJI 和無菌性松動患者的關(guān)節(jié)滑膜中均發(fā)現(xiàn)了TLR2、TLR4 的高表達(dá)。

?ukowski 等［23］在299 例需要接受心臟外科手術(shù)的患者中發(fā)現(xiàn)TLR2 R753Q（rs5743708） GA 基因型人群的金黃色葡萄球菌鼻攜帶率明顯高于GG 野生型純合子（P=0.0005）。El-Helou 等［24］設(shè)計了一個體外模型細(xì)胞實(shí)驗(yàn)，通過轉(zhuǎn)染HEK293 細(xì)胞表達(dá)TLR2 野生型基因及R753Q 突變基因，然后與金黃色葡萄球菌的肽聚糖（peptidoglycan,PGN）共同孵育，結(jié)果顯示TLR2 R753Q 突變型基因損害了細(xì)胞對金黃色葡萄球菌PGN 的免疫和炎癥反應(yīng)。但是其臨床實(shí)驗(yàn)通過收集76 例由金黃色葡萄球菌感染所致的美國PJI 患者及208 例非感染美國患者的組織樣本進(jìn)行基因測序，結(jié)果顯示R753Q SNP 的基因型與等位基因分布均與PJI 的發(fā)生無顯著相關(guān)性。Mrazek 等［25］對350例捷克白種人的血清樣本進(jìn)行測序也得出了類似結(jié)論，結(jié)果顯示TLR2 R753Q、TLR4 D299G（rs498679 0）、TLR4 T399I（rs4986791）均與PJI 無顯著相關(guān)性。

4 TNF-α

TNF-α 作為一種促炎因子，在先天性免疫中發(fā)揮抵抗病原體的作用，其基因位于6q21.4，長約3.6 kbp，包含4 個外顯子和3 個內(nèi)含子。有研究發(fā)現(xiàn)其在假體周圍環(huán)境中的表達(dá)與假體的生物相容性有關(guān)［26］。骨關(guān)節(jié)炎患者在接受關(guān)節(jié)置換術(shù)后，患者血清TNF-α 的水平處于較低且平穩(wěn)的狀態(tài)，當(dāng)PJI 發(fā)生時血清濃度會相對升高，但由于其敏感性與特異性較低，并不適合作為PJI 的血清診斷標(biāo)志物［27，28］。然而Erdemli 等［7］發(fā)現(xiàn)其在PJI 患者關(guān)節(jié)液中的表達(dá)顯著升高， 并且通過測序發(fā)現(xiàn)TNF- α- 238（rs361525）的G 等位基因會增加PJI 的風(fēng)險（P=0.006）。有研究也發(fā)現(xiàn)rs361525 與感染性疾病，如膿毒血癥等的發(fā)展有關(guān)［29］。Stahelova 等［6］曾 對rs361525 和TNF-α-308（rs1800629）這兩個SNPs進(jìn)行分型研究，但并未發(fā)現(xiàn)其會導(dǎo)致PJI 的患病風(fēng)險增加，這與上述研究的結(jié)論不同。

5 其 他

基質(zhì)金屬蛋白酶（matrix metallopeptidase,MMP）屬于鋅依賴性內(nèi)肽酶家族。研究發(fā)現(xiàn)從感染的假體周圍組織中分離出的金黃色葡萄球菌和表皮葡萄球菌會分泌細(xì)胞外囊泡（extracellular vesicles,EVs）并且上調(diào)了MMP-9 的表達(dá)［30］。MMP 包含多種類型，MMP-1 是最普遍表達(dá)的間質(zhì)膠原酶，其基因位于11q22.3。Malik 等［11］的研究顯示MMP1-1 rs5854、 MMP1- 2 rs554499、 MMP1- 3 rs2397776、MMP1-4 rs470747 均與PJI 的發(fā)生無統(tǒng)計學(xué)意義。

骨保護(hù)素（osteoprotegerin,OPG）屬于TNF 受體超家族，其基因位于8q23-24，主要由成骨細(xì)胞和骨髓基質(zhì)細(xì)胞分泌并在人體骨組織中表達(dá)。既往有研究發(fā)現(xiàn)人工關(guān)節(jié)在使用過程中產(chǎn)生的鈦微粒會引起OPG 配體的表達(dá)增高并促進(jìn)骨吸收和骨溶解［31］。有研究在金黃色葡萄球菌感染所致的PJI 患者的組織中觀察到了OPG 的表達(dá)［32］。Malik 等［33］曾在英國白種人群中對OPG 相關(guān)的SNP 位點(diǎn)測序時發(fā)現(xiàn)OPG-163（rs3102735）增加了髖關(guān)節(jié)PJI 的患病風(fēng)險。但是3年后其發(fā)表了一篇簡短說明糾正了數(shù)據(jù)錯誤，因此rs3102735、rs2073617、rs2073618 均與髖關(guān)節(jié)PJI 易感性無顯著相關(guān)性［34］。Navratilova 等［35］通過對534名捷克受試者進(jìn)行基因測序，結(jié)果顯示rs3102725 不會增加PJI 的患病風(fēng)險，這印證了前人的結(jié)論。

維生素D 受體（vitamin D receptor,VDR）是一種親核蛋白，屬于核類固醇受體超家族。VDR 通過與維生素D 結(jié)合發(fā)揮作用，既往認(rèn)為維生素D 和VDR主要與人體骨代謝的調(diào)節(jié)有關(guān)，而其在免疫反應(yīng)中的作用是當(dāng)下研究的熱點(diǎn)。張恒維等［36］發(fā)現(xiàn)維生素D會通過影響巨噬細(xì)胞極化來調(diào)節(jié)人體的免疫反應(yīng)。He 等［37］對550 名中國兒童的血樣進(jìn)行測序，發(fā)現(xiàn)VDR 的基因多態(tài)性可能與兒童膿毒血癥的易感性有關(guān)。Malik 等［11］招募了312 名來自英格蘭的白種人，通過測序發(fā)現(xiàn)VDR-T 的T 等位基因頻率（P=0.007,OR=1.76,95%CI=1.16～2.66）和TT 基因型（P=0.028）增加了髖關(guān)節(jié)PJI 的易感性。

6 小 結(jié)

PJI 是關(guān)節(jié)置換術(shù)后的嚴(yán)重并發(fā)癥，目前PJI 的治療方式中保留假體的清創(chuàng)術(shù)聯(lián)合置管引流和二期翻修術(shù)的優(yōu)勢已被認(rèn)可［38，39］。但多次手術(shù)帶來的痛苦和昂貴的費(fèi)用是患者所不能承受的，由于骨科假體周圍的微環(huán)境易于微生物定植和生物膜的形成，使PJI的診斷和治療難度較高，因此通過對PJI 基因多態(tài)性的研究進(jìn)一步探索其發(fā)病機(jī)制和研發(fā)新型藥物是有意義的［40］。由于基因在不同地區(qū)和種族間存在遺傳差異，我國屬于多民族大國，且目前對于PJI 遺傳易感性的研究較少，因此投入大量精力對我國不同地區(qū)和種族人群進(jìn)行基因多態(tài)性研究是非常有必要的。