急性肺损伤(ALI)/急性呼吸窘迫综合征(ARDS)是危重病患者死亡的主要原因。流行病学研究发现ALI/ARDS的发病率和病死率存在明显的种族差异，非洲裔和西班牙裔美国人ALI/ARDS病死率远远高于白种人群，我国大陆和台湾地区病死率也高达52.0%～70.4%。临床研究也发现尽管脓毒症、肺部感染、误吸、外科术后及多发伤是ALI/ARDS发病的高危因素，但仅部分患者进展至ALI/ARDS，且预后也存在个体差异。目前研究证实ALI/ARDS的发病和预后的种族和个体差异与人群遗传结构有关。
1ALI/ARDS分子遗传学研究现状
近年来国内外学者借助于基因组学技术平台，利用候选基因的研究策略，选择与ALI/ARDS的发病机制密切相关的基因进行研究，发现一些基因的单核苷酸多态性 (SNPs)与ALI/ARDS的发病和预后相关。目前的研究主要集中于：炎症介质/抗炎症介质、氧化/抗氧化、凝血/纤溶和凋亡/抗凋亡通路，以及参与内皮细胞和上皮细胞的损伤与修复、中性粒细胞募集和肺泡表面活性物质生成的基因。迄今已发现20多个基因的SNPs与ALI/ARDS发病和预后有关。
1.1炎症和固有免疫反应相关的基因
　　炎症和固有免疫反应参与肺内炎症介质的生成和机体免疫状态的调节，是ALI/ARDS发病的启动者和助推剂。ALI/ARDS分子遗传学研究早期主要集中于编码炎症/抗炎症介质相关的基因。相继发现肿瘤坏死因子-α (TNF-α)、TNF-β、白细胞介素-1 (IL-1)、IL-6、前B细胞克隆刺激因子(PBEF)、巨噬细胞游走抑制因子(MIF) 和IL-10等编码炎症/抗炎症介质的基因变异与ALI/ARDS的易感性和预后有关。杨田军和苏殿三等对TNF-α、TNF-β、IL-6、PBEF和MIF等基因SNPs与ALI/ARDS的易感性进行了总结。固有免疫系统是人体的第一道防线，在感染性疾病和自身免疫性疾病发病过程中具有重要的作用。固有免疫系统的过度和持续激活导致炎症介质大量释放，引起肺组织的损伤。近年来，研究发现固有免疫系统的模式识别受体和下游通路蛋白在ALI/ARDS及脓毒症等疾病的发病过程中具有重要作用，编码相关蛋白的基因SNPs与ALI/ARDS的易感性和预后有关。
　　甘露聚糖结合凝集素-2 (MBL-2)是一种肝源性的、急性相反应蛋白，能选择性地与多种细菌、病毒及真菌表面的糖结构结合，进而启动机体的固有免疫系统，在免疫功能的稳定中具有重要的作用。近年来研究发现MBL-2基因SNPs影响外周血循环中MBL-2的浓度和机体的免疫调理功能，与感染性疾病和自身免疫性疾病的易感性相关。Gong等对MBL-2基因221, 52, 54和57位点的SNPs与欧洲人群ARDS的易感性和预后进行了关联研究，发现携带54BB基因型的个体患ARDS的风险增加，且与多器官功能的损伤和预后不良相关。
　　Toll样受体 (TLRs)是一种与固有免疫和获得性免疫相关的细胞跨膜受体，TLRs与配体结合后促进本身的二聚体化及与蛋白髓样分化因子88 (MyD88)和Toll/IL-1的接头蛋白 (TIRAP)连接，通过经典的MyD88依赖性或TIRAP途径活化NF-κB和丝裂原蛋白激酶-p38, 诱导TNF-α、IL-1、IL-6、IL-4和IL-10 等细胞因子的生成。TLRs传导通路的持续激活导致体内炎症介质“瀑布式样”的生成，引起肺和其他器官的损伤。Wurfel等对TLRs信号传导通路的43个基因进行测序后选择标签SNPs (tag SNPs)，并进行SNPs的功能研究，发现TLR1-7202A/G (rs5743551)可引起TLR1传导通路下游NF-κB的过度激活和炎症介质的过量生成，与脓毒症介导的ALI/ARDS的易感性相关。TIRAP是TLRs信号传导途径中起重要作用的衔接蛋白之一，TIRAP基因敲除的小鼠在受到内毒素持续刺激后，肺部炎症介质生成减少，肺泡内泄露的蛋白质和巨噬细胞的聚集明显减少。近期我们课题组根据HapMap数据库，选择TIRAP基因的tag SNPs进行关联研究，发现rs595209和rs8177375与汉族人群ALI/ARDS的遗传易感性显著相关。
1.2氧化/抗氧化通路相关的基因
氧化和抗氧化的失衡在ALI/ARDS发病机制中也具有重要的作用。转录相关因子2 (NRF2) 是细胞氧化应激反应中的关键因子，在抗炎症、缺血-再灌注损伤、肺纤维化及肺组织损伤中发挥重要作用。Marzec等研究发现位于启动子区域的SNP-617C/A影响NRF2基因mRNA的表达和稳定性，与创伤导致的ARDS易感性有关；携带等位基因C的个体比等位基因A的个体患ARDS的风险显著增加。
　　胞外过氧化物歧化酶 (EC-SOD，也称SOD3) 存在于包括肺等多种器官和组织的胞外间隙，是人类一种重要的胞外抗氧化酶。研究发现SOD3基因敲除的小鼠在受到LPS刺激后易发生ARDS，肺内炎症反应较野生鼠严重；且SOD3过度表达能够减轻LPS诱导的肺损伤程度。Arcaroli等对SOD3基因启动子和外显子区域进行测序后发现4691、5360、5955和5982位点组成的单倍型CTCT与感染导致的ALI易感性有关，携带单倍型CTCT的个体易患ARDS；同时也发现携带单倍型GCCT的ARDS患者呼吸机使用时间较短、60 d病死率更低。
　　依赖还原型辅酶Ⅰ/Ⅱ醌氧化还原酶 (NQO1) 是体内一种重要的Ⅱ相反应酶，它以NAD(P)H为受体，可将NADH或NADPH的电子传递给醌类及其衍生物，发生双电子还原反应，生成低毒的氢醌类化合物，避免了细胞和组织的损伤。有研究发现NOQ1基因SNPs与肿瘤等多种疾病的易感性相关。Reddy等对NQO1基因启动子区域进行测序和SNPs的功能研究，发现SNP-1221A/C影响NQO1基因的转录；-1221C对创伤导致的ARDS具有保护作用。
1.3凝血和纤溶系统通路相关的基因
　　我们课题组前期研究发现ALI/ARDS患者存在着凝血和纤溶系统的异常改变，促凝血活性增加和纤溶活性降低，且与疾病的严重程度相关。凝血和纤溶系统的异常引起了肺泡毛细血管内微血栓的形成，加重了通气血流比例的失调，导致氧合指数下降；同时凝血系统的过度活化促进了炎症反应的发展，进一步加重了肺组织损伤。研究发现编码人纤溶酶原激活物抑制因子1 (PAI-1)、尿激酶和凝血因子Ⅴ (FⅤ) 的基因多态性与ALI/ARDS的预后有关。
　　PAI-1是纤溶系统外激活途径的重要活性物质和体内最重要的纤溶活性调节剂，对维持凝血和纤溶系统的平衡发挥着重要作用。Tsangaris等报道位于PAI-1基因启动子区域的4G/5G多态性与ALI/ARDS患者的病死率有关，携带4G纯合子的个体28 d病死率明显升高。尿激酶是凝血和纤溶通路的一种重要蛋白水解酶，直接激活纤溶酶原为纤溶酶，使纤维蛋白水解和血栓溶解。Arcaroli 等发现编码尿激酶的基因－PLAU的6个SNPs (rs1916341、 rs2227562、 rs2227564、 rs2227566、 rs2227571和 rs4065)组成的单倍型-CGCCCC与ALI患者60 d的病死率和呼吸机使用时间相关。凝血因子Ⅴ (FⅤ)是活化凝血因子Ⅹ (FⅩa) 的辅助因子，在钙离子和磷脂的共同参与下加速 FⅩa对凝血酶原的激活。活化凝血因子Ⅴ (FⅤa) 灭活的主要机制是活化蛋白C裂解其306位、506位和679位的精氨酸使之失去活性。研究发现FⅤ基因1691位点的突变即Leiden突变，造成506位氨基酸即精氨酸→谷氨酰胺的改变，FV Leiden突变编码的蛋白质产物FⅤa灭活速度明显慢于生理型FⅤa，Adamzik等发现基因FⅤ的Leiden突变与ARDS患者30 d 的病死率相关。
1.4凋亡/抗凋亡通路相关的基因
细胞凋亡在ALI/ARDS的发病机制中具有重要的作用，中性粒细胞和肺泡上皮细胞的凋亡在肺部炎症反应和肺损伤中扮演重要角色。ALI/ARDS患者多形核中性粒细胞凋亡延迟，从而导致炎症反应的持续激活，介导肺组织的损伤；肺泡上皮细胞的过度凋亡导致肺泡上皮受损和通透性增高。Fas/Fas配体系统在细胞凋亡的机制中发挥重要的作用。Glavan等对FAS基因14个tag SNPs在ALI/ARDS患者和健康对照个体中进行分型，研究发现4个tag SNPs (rs17447140、rs2147420、 rs1051070和rs2234978) 和由3个tag SNPs (rs2147420、 rs1051070和rs2234978) 组成的单倍型与外周血单个核细胞FAS mRNA的表达量有关，且与ALI/ARDS的易感性显著相关。
1.5内皮细胞和上皮细胞损伤与修复相关的基因
　　感染、缺血再灌注和非正常机械应激等诱因通过多种途径介导的肺毛细血管内皮细胞和上皮细胞的损伤是ALI/ARDS发病的中心环节。参与调控内皮细胞和上皮细胞结构和功能的基因SNPs与ALI/ARDS的发病和预后的关联研究是分子遗传学研究的热点。内皮型肌球蛋白轻链激酶 (eMLCK) 能够使肌球蛋白轻链磷酸化，导致细胞连接破坏、细胞骨架重排和内皮细胞收缩，最终增加肺泡上皮细胞和内皮细胞的通透性。血管紧张素转化酶 (ACE) 是肾素-血管紧张素系统 (RAS) 的关键酶，ACE既可以直接作用于内皮细胞和上皮细胞，又可通过RAS系统改变肺血管的张力和通透性，从而影响ALI/ARDS的发生和预后。由肺泡Ⅱ型上皮细胞合成的肺表面活性物质 (SP) 可以降低肺表面张力，防止肺泡塌陷，ALI/ARDS患者SP的合成和分泌减少。近年来已相继发现MLCK、ACE、SP-B和血管内皮生长因子等基因SNPs与ALI/ARDS的发病和预后相关。其中ACE 基因SNPs与ALI/ARDS的关联性在中国汉族人群中得到了验证，邱海波教授课题组最近研究发现ACE基因 I/D多态性与ALI患者的预后相关。
2ALI/ARDS的分子遗传学研究存在的问题
2.1ARDS的诊断标准缺乏特异性和病因不同
　　ALI/ARDS诊断目前仍然沿用1992年欧美联席会议制定的诊断标准，这一标准对于ALI/ARDS的确诊缺乏特异性，给病例的入组带来困难和挑战。另外，ALI/ARDS是不同病因导致的临床综合征，其发病和预后受到原发疾病和环境因素的影响较大，这也给易感基因的鉴定带来困难。因此，选择ALI/ARDS诊断明确的患者入组及采用病因分层研究将有利于易感基因的鉴定。
2.2对照组的选择不统一
　　Gao等研究发现截至2008年共有26篇ALI/ARDS分子遗传学研究报道，其中9篇选择健康个体作为对照，另外13篇选择具有ARDS患病风险、但没有进展至ARDS的ICU患者作为对照。目前研究对照个体的选择不统一，也影响了研究结果在其他人群的进一步验证。ALI/ARDS分子遗传学研究对照组的选择应该是：具有ALI/ARDS患病危险因素，但在疾病的整个发展过程中没有诊断为ALI/ARDS的危重病患者。
2.3研究对象种族的分层
　　不同的种族具有不同的遗传结构。如果把不同种族背景的患者或者对照个体放在一起研究，将有可能导致研究结果的错误。将来ALI/ARDS的研究要选择单一遗传背景的群体或者根据种族的不同进行分层研究。
2.4检验效力不足
　　检验效力是由患病风险基因的基因型频率、研究标本的数量和疾病的发病率或病死率决定的。ALI/ARDS发病率较低，目前大部分有关ALI/ARDS的分子遗传学研究存在检验效力不足。今后需要扩大样本数量解决检验效力不足的问题。
3ALI/ARDS分子遗传学研究展望
ALI/ARDS是一种多基因变异共同参与的炎症相关性疾病，单一基因的变异仅发挥了微小的作用，多个基因变异通过协同或相加作用影响ALI/ARDS的发病和预后。目前发现的与ALI/ARDS发病相关的基因变异还比较少，且没有经过大规模样本的验证，尚不能用于患病风险的预测和预后的评估。借助于日趋完善的高通量基因组学技术平台，进一步探索与ALI/ARDS发病和预后关联的基因变异仍是将来研究的重点。
　　全基因组关联研究 (GWAS) 可以一次性选择多个基因的SNPs进行研究，这克服了候选基因策略的不足。近年来应用GWAS的研究方法发现了与肿瘤、心血管、自身免疫性疾病等多个基因变异位点和定位了相关的致病区域。但GWAS研究需要大样本才能获得足够的检测效力，并且不能发现罕见的变异或突变。鉴于ALI/ARDS的发病率低于肿瘤等疾病，短时间内难以获得大样本的研究资料，故在用GWAS研究ALI/ARDS易感性方面存在困难。但随着ALI/ARDS分子遗传学研究的深入、样本的量不断积累以及多中心开展合作，将为用GWAS的方法开展ALI/ARDS易感基因的鉴定提供可能。
思考题
1.目前研究表明，哪些基因与肺内炎症介质生成和机体免疫反应有关？
2.目前ALI/ARDS分子遗传学研究存在哪些问题？
3.什么是GWAS？
（收稿日期：2011-12-6）
（本文编辑：郑辛甜）