引用本文
蒋筠斐, 乐军, 徐磊, 胡晓波. ALOX5基因多态性与疾病易感性研究进展. 2009, 24(12): 932-934
  
Permissions
Copyright©2009, 《检验医学》编辑部
《检验医学》编辑部
ALOX5基因多态性与疾病易感性研究进展
蒋筠斐1, 乐军2, 徐磊3, 胡晓波1
1.上海交通大学医学院附属第三人民医院,上海 201900
2.同济大学附属上海市肺科医院,上海 200433
3. 同济大学医学院生物化学教研室,上海 200092

作者简介:蒋筠斐,女,1980年生,学士,技师,主要从事临床生物化学检验。

关键词: ALOX5基因; 单核苷酸多态性; 易感性
中图分类号:Q503 文献标志码:A 文章编号:1673-8640(2009)12-0932-03

ALOX5基因编码的花生四烯酸5-脂氧合酶(5-LO)是炎症介质白三烯(leukotriene, LTs)和脂氧素(lipoxins, LXs)生成旁路的一个起始催化酶。在炎症、老年性痴呆、肿瘤和过敏等疾病中5-LO的活性及其表达通常升高, 使LTs类代谢产物的生物合成增加, LT产物具有多种生物学功能, 在疾病的发生发展中起重要作用。因此, ALOX5基因变异引起5-LO表达的改变是否会影响人类疾病易感性, 已成为当前的研究热点。我们对涉及此方面的相关研究进行综述。

一、 ALOX5基因及LTs和LXs的合成

ALOX5基因是编码脂肪氧合酶基因家族的一类, 位于10号染色体上(10q11.2), 含14个外显子和13个内含子, 由71, 937个碱基对组成。ALOX5编码的5-LO是花生四烯酸盐脂氧合酶家族的一员, 由674个氨基酸组成, 是1种含铁离子的单体酶, 广泛存在于哺乳动物的各种组织和血液细胞中。随细胞类型不同5-LO的分布也不同, 如在外周血中性粒细胞和腹腔巨噬细胞中分布于胞质中, 在肺泡巨噬细胞、肥大细胞和肥大细胞样嗜碱性粒细胞中分布于胞质和胞核中。

目前, 发现ALOX5基因的单核苷酸多态性(Single Nucleotide Polymorphisms, SNP)为391处, 大部分位于内含子中, 大量研究报道是针对启动子区域sp1结合位点突变的。启动子位于ATG转录起始点上游176~147bp处, 野生型ALOX5基因转录因子sp1结合结构域(5'-GGGCGG-3')为5个(n=5), 而突变型ALOX5基因则增加1、2或3个锌指结构或减少1或2个锌指结构(non-5), 从而影响基因的转录活性[1]。对于突变是否会影响人类疾病易感性目前报道结果有所不同。

ALOX5基因编码的5-LO具有催化花生四烯酸生物合成LTs和LXs的功能。LXs与LTs在炎症的发生与消散过程所起的作用相互拮抗。

花生四烯酸在5-LO及5-脂氧合酶激活蛋白(5-lipoxygenase activating proteine, 5-FLAP)的作用下转化为5-过氧化氢廿碳四烯酸(5-hydroperoxyeicosatetraenoic acid, 5-HPEIE)。5-HPEIE在酶的催化作用下依次生成LTA4、LTB4、LTC4、LTD4。LTD4进一步代谢为半胱氨酸衍生物LTE4。LTs具有各种促进炎症的作用:其中LTB4能激活白细胞产生趋化作用, 促进白细胞黏附到血管内皮上, 释放髓过氧化酶样的溶酶体酶, 产生过氧化物阴离子; 半胱胺酰LT(cys-LT)(LTC4、LTD4和LTE4)可增加毛细血管小静脉通透性, 促进血管平滑肌和支气管的收缩。

LXs合成的途径有2条:第1条途径由15-LO、5-LO合成。花生四烯酸通过15-LO合成15S-羟过氧化二十碳四烯酸[15(S)-hydroperox-yeicosatetraenoic , 15S-HPETE]、15S-羟二十碳四烯酸[15(S)-hydroxyeicosatetraenoic acid , 15S-HETE], 作为多形核白细胞(PMN)中5-LO的底物, 由PMN的合成LXA4、LXB4(LXs)。第2条途径由12-LO、5-LO合成, PMN经5-LO作用合成LTs, 血管内的PMN先与血小板结合, 由血小板摄取PMN内LT, 经12-LO作用合成LXs。研究证明, 肾小球系膜细胞也能利用PMN的LT合成LXs。LXs能抑制PMN和天然杀伤细胞(NK)细胞的分裂、趋化作用、黏附作用, 能抑制白细胞介素-12(IL-12)的释放, 刺激IL-4的生成达到调节免疫反应的作用。LXs还具有减少血管生成、抑制平滑肌收缩等作用。

二、ALOX5与过敏性疾病

Cys-LT在过敏性疾病中起重要作用。炎症细胞(包括B淋巴细胞、单核细胞、巨噬细胞以及嗜酸性粒细胞)表面有大量的cys-LT受体, 因此当cys-LT增多时, 这些炎症细胞就趋化到气管粘膜表面。同时, cys-LT能增加细胞因子以及其他炎症因子的生成, 并增强这些物质的活性。临床上, 已将5-LO拮抗剂用于哮喘的治疗, 但有时患者的治疗效果并不明显, 因此探索编码5-LO的ALOX5基因突变与人类过敏性疾病易感性之间的关系就很重要。

1. 哮喘 1997年In等通过简单序列长度多态性(SSLP)以及基因测序对哮喘患者ALOX5基因阴性和阳性调节区域进行研究, 发现在1, 2, 13号外显子上有点突变, 但并不改变氨基酸的表达。而在非阿司匹林哮喘(aspirin-toleration asthma, ATA)患者的ALOX5基因中发现有转录因子sp1/egr-1结合位点减少(-1, -2)或增加(+1)的现象, 由此提出该变异现象可能会抑制ALOX5基因转录活性, 从而导致哮喘患者的临床表现有所不同。这一发现被很多相关研究证实。在韩国人群中发现ALOX5启动子多态性与气管变应性增高的严重程度密切相关[2]。也有报道称, ALOX5单个点突变与韩国人群阿司匹林哮喘(AIA)患病风险无关, 但ALOX5单倍型[G-C-G-A](-1708G/A, 21C/T, 270G/A, 1728G/A)在AIA中出现的频率明显高于ATA, 因此认为此类单倍型与AIA的发病关系密切[3]。

2. 变应性鼻炎 有学者认为, 在鼻炎及特应症的患者中, ALOX5相关的基因区和蛋白编码区存在着突变。Jeffrey等使用一种选择性ALOX5抑制剂(ABT-761)对926例过敏体质和235例正常对照者作双盲试验, 分析ALOX5等位基因的频率, 结果表明在特应症患者中, 10q11.2位点的ALOX5相关基因常出现变异, 导致ALOX5产生减少, 从而使抗ALOX5药物治疗不敏感, 说明ALOX5等位基因在该类患者存在差异, 具体突变和致病基因还需作进一步的研究。而Al-Shemari等[4]在对编码5-LO通路关键酶的基因研究中发现ALOX5基因变异情况与慢性鼻窦炎易感性之间关系无显著相关性。

三、ALOX5与心血管疾病

动脉粥样硬化是以细胞间信号动态交换为病理基础过程, 如内皮细胞和平滑肌细胞, 以及单核细胞/巨噬细胞和淋巴细胞浸润。5-LO途径中的许多产物在动脉粥样硬化发生和发展过程中起一定作用, 可能还参与病变的稳定性。

Dwyer等[5]研究表明, ALOX5启动子SNP等位基因变异的患者颈动脉内膜厚度明显高于非变异人群, 提示基因变异可导致ALOX5转录活性增加, 增加了动脉硬化症风险。Wung等[6]研究表明, 在非西班牙裔白种人中急性冠状动脉综合征(acute coronary syndrome, ACS)患者rs2029253(ALOX5)以及rs9508835_(ALOX5AP)基因变异出现的频率远高于正常人群, 表明此2种变异与ACS密切相关。但也有研究表明ALOX5启动子sp1结合区域基因突变与冠心病(coronary artery disease, CAD)无关, 但发现隐性遗传性ALOX5变异可能会增加CAD患病风险[7]。

四、ALOX5与多发性硬化症(multiple sclerosis, MS)

Arthur[8]等用基因表达芯片、逆转录聚合酶链反应(reverse transcription-polymerase chain reaction, RT-PCR)检测MS缓解和加重期ALOX5基因表达情况, 研究表明, ALOX5在MS各期的表达都有所上调, 是引起血脑屏障通透性增加的原因, 但ALOX5启动子基因变异与MS易感性无关, 而与MS缓解有关, 仍需要进一步的研究才能证实。

五、ALOX5与肿瘤

有关5-LO的研究报道较多, 发现5-LO及其主要下游产物5-HETE和LTB4在部分恶性肿瘤中表达增加, 如结肠癌、肺癌、乳腺癌、前列腺癌、胰腺癌以及食道癌。5-LO可能通过影响细胞增殖和凋亡之间的平衡来发挥其促癌作用; 5-LO也可能通过细胞外调节激酶级联(MEK/ERK)途径促进肿瘤细胞生长; 5-LO还具有促进血管生成的作用, 可能与肿瘤血道转移有关。因此, ALOX5基因变异导致5-LO表达水平改变也可能与肿瘤发生有关。

有报道称在白种人中, ALOX5-1752和-1699 2位点G/A突变连锁不平衡, ALOX5-1752位点G/A突变能降低结肠癌的机率:基因型GG人群结肠癌患病率最高, GA较GG的患病率低, AA最低。同样, ALOX5-1699位点GG人群结肠癌患病率最高, GA次之, AA最低, 但这一规律在非裔美国人中没有得到证明。这可能由于这2个点都位于启动子的阴性调节区域, 该基因突变后可增强这些位点的结合能力, 从而降低ALOX5的转录, 使酶活性降低[9]。

在另一项研究中, Poole等[10]发现ALOX5启动子sp1结合位点突变和ALOX5-1700G/A变异与结肠息肉患病风险无关。Wang等[11]检测ALOX5-sp1结合位点、ALOX5-1279G/T(rs6593482)以及ALOX5-760G/A(rs2228065)变异与人类乳腺癌易感性的相关性, 结果表明两者无相关性, 并且这一结果没有种族特异性。

六、ALOX5与结核病

结核菌含有类脂质、蛋白质和多糖类。在人体内, 类脂质能引起单核细胞、上皮样细胞和淋巴细胞浸润而形成结核结节; 蛋白质可引起过敏反应, 中性粒细胞和大单核细胞浸润; 多糖类则引起某些免疫反应。由于5-LO通路最终产物LTB4具有白细胞趋化作用, 所以ALOX5基因变异可能与结核病发病有关。研究也已证明, 与WT-ALOX5小鼠相比, B6129S F2/JALOX5-/-小鼠模型的结核杆菌感染率下降, 生存期延长, 感染组织炎症细胞浸润减少[12]。在非洲人群中研究显示[13], 通过ALOX5启动子SNP、外显子760位点G/A突变的检测以及单倍型分析, 发现ALOX5单倍型[(non-5-G)即启动子SP1结合位点重复次数不为5, 760G/A]人群较易感染非洲分枝杆菌西-非洲2亚型, 在其他人群还未见相应报道。

七、结语

综上所述, 目前已有许多报道关于ALOX5基因变异与疾病发病以及严重程度之间的关系, 但结果不尽相同, 这可能由于:(1)不同人群基因分布以及不同地区疾病诱导因素不同; (2)依赖于5-LO的天然免疫细胞刺激、LTB4激活T辅助细胞1(Th1)细胞产生效应、脂氧素A4(LXA4)诱导的适应性免疫调节作用这3者之间的平衡被打破所产生不同的结果。目前这些研究涉及LTs较为常见, 而ALOX5变异是否会影响LXs生成和作用, 目前还未有文献报道。鉴于ALOX5基因突变会影响5-LO通路的药物治疗效果, 所以进一步的研究能为延缓某些疾病的发生发展提供相应的依据。

The authors have declared that no competing interests exist.

参考文献
[1] Kalayci O, Birben E, Sackesen C, et al. ALOX5 promoter genotype, asthma severity and LTC production by eosinophils[J]. Allergy, 2006, 61(1): 97-103. [本文引用:1]
[2] Kim SH, Bae JS, Suh CH, et al. Polymorphism of tand em repeat in promoter of 5-lipoxygenase in ASA-intolerant asthma: a positive association with airway hyperresponsiveness[J]. Allergy, 2005, 60(6): 760-765. [本文引用:1]
[3] Choi JH, Park HS, Oh HB, et al. Leukotriene-related gene polymorphisms in ASA-intolerant asthma: an association with a haplotype of 5-lipoxygenase[J]. Hum Genet, 2004, 114(4): 337-344. [本文引用:1]
[4] Al-Shemari H, Bossé Y, Hudson TJ, et al. Influence of leukotriene gene polymorphisms on chronic rhinosinusitis[J]. BMC Medical Genet, 2008, 9(1): 21. [本文引用:1]
[5] Dwyer JH, Allayee H, Dwyer KM, et al. Arachidonate 5-lipoxygenase promoter genotype, dietary arachidonic acid, and atherosclerosis[J]. N Engl J Med, 2004, 350(1): 29-37. [本文引用:1]
[6] Wung SF, Aouizerat BE. Cand idate genes of the 5-li-poxygenase pathway in acute coronary syndrome: a pilot study[J]. Biol Res Nurs, 2008, 9(4): 280-292. [本文引用:1]
[7] Assimes TL, Knowles JW, Priest JR, et al. Common polymorphisms of ALOX5 and ALOX5AP and risk of coronary artery disease[J]. Hum Genet, 2008, 123(4): 399-408. [本文引用:1]
[8] Arthur AT, Armati PJ, Bye C, et al. Genes implicated in multiple sclerosis pathogenesis from consilience of genotyping and expression profiles in relapse and remission[J]. BMC Med Genet, 2008, 9(1): 17. [本文引用:1]
[9] Goodman JE, Bowman ED, Chanock SJ, et al. Arachidonate lipoxygenase (ALOX) and cyclooxygenase (COX) polymorphisms and colon cancer risk[J]. Carcinogenesis, 2004, 25(12): 2467-2472. [本文引用:1]
[10] Poole EM, Bigler J, Whitton J, et al. Prostacyclin synthase and arachidonate 5-lipoxygenase polymorp-hisms and risk of colorectal polyps[J]. Cancer Epidemiol Biomarkers Prev, 2006, 15(3): 502-508. [本文引用:1]
[11] Wang J, John EM, Ingles SA. 5-lipoxygenase and 5-lipoxygenase-activating protein gene polymor-phisms, dietary linoleic acid, and risk for breast cancer[J]. Cancer Epidemiol Biomarkers Prev, 2008, 17(10): 2748-2754. [本文引用:1]
[12] Bafica A, Scanga CA, Serhan C, et al. Host control of Mycobacterium tuberculosis is regulated by 5- lipoxygenase-dependent lipoxin production[J]. J Clin Invest, 2005, 115(6): 1601-1606. [本文引用:1]
[13] Herb F, Thye T, Niemann S, et al. ALOX5 variants associated with susceptibility to human pulmonary tuberculosis[J]. Hum Mol Genet, 2008, 17(7): 1052-1060. [本文引用:1]