呼吸系統(tǒng)疾病是危害人民健康和生命的主要疾病之一，且該系統(tǒng)疾病的發(fā)病率和死亡率都呈逐年上升的趨勢(shì)。其中，支氣管哮喘是呼吸系統(tǒng)疾病中最重要的疾病之一。支氣管哮喘是機(jī)體對(duì)抗原性或非抗原性刺激引起的一種氣管-支氣管反應(yīng)性過(guò)度增高的疾病，簡(jiǎn)稱哮喘。目前的研究認(rèn)為，本病是一種多基因疾病，其發(fā)病受遺傳因素和環(huán)境因素的雙重調(diào)節(jié)。哮喘的病因和發(fā)病機(jī)制尚未完全明了。按病因和發(fā)病機(jī)制的不同，本病大致可分為外源性和內(nèi)源性兩大類，兩種類型的哮喘在發(fā)病過(guò)程中可相互影響而混合存在。哮喘的主要病理改變包括呼吸道慢性炎癥和呼吸道壁結(jié)構(gòu)的重建，從而導(dǎo)致呼吸道狹窄。其臨床特征主要表現(xiàn)為發(fā)作性伴有哮鳴音的呼氣性呼吸困難，長(zhǎng)期反復(fù)發(fā)作，常常并發(fā)慢性支氣管炎和肺氣腫。本病發(fā)病受生活方式的影響，多發(fā)于西方發(fā)達(dá)國(guó)家，部分國(guó)家和地區(qū)兒童發(fā)病率可高達(dá)19.1%。哮喘的遺傳學(xué)研究已成為相關(guān)領(lǐng)域研究的重點(diǎn)。人們對(duì)哮喘免疫病理學(xué)的認(rèn)識(shí)和人類基因組計(jì)劃的進(jìn)展，加速了哮喘候選基因的克隆。對(duì)哮喘候選基因產(chǎn)物生理功能以及對(duì)這些候選基因遺傳多態(tài)性的深入研究，一方面促進(jìn)了人們對(duì)哮喘發(fā)病機(jī)制及其病理生理過(guò)程的認(rèn)識(shí)，另一方面為尋找新的藥物作用靶點(diǎn)、開(kāi)發(fā)新的治療哮喘的藥物提供了新的思維，同時(shí)也極大地推動(dòng)了藥物基因組學(xué)和遺傳藥理學(xué)的發(fā)展以及臨床個(gè)體化用藥的進(jìn)程。

除茶堿外，應(yīng)用于呼吸系統(tǒng)的藥物大多治療窗較寬，因此大部分的研究集中于關(guān)注藥物的藥效學(xué)變化而不是藥動(dòng)學(xué)差異。雖然但至今尚無(wú)研究報(bào)道遺傳藥理學(xué)效應(yīng)對(duì)間質(zhì)性肺病的用藥影響，但隨著遺傳藥理學(xué)研究方法日益增多（例如，基因表達(dá)譜的應(yīng)用），使得遺傳因素預(yù)測(cè)藥物效應(yīng)成為可能。因此，本章我們主要描述呼吸系統(tǒng)藥物靶點(diǎn)的遺傳變異對(duì)伴氣道堵塞的哮喘和慢性阻塞性肺病藥物治療療效的影響。

哮喘是一種多基因疾病，其臨床表型是遺傳因素和環(huán)境因素共同作用的結(jié)果。連鎖分析結(jié)果表明，哮喘與人類第5，6，7，11和12號(hào)染色體的特異性區(qū)段密切相關(guān)。應(yīng)用候選基因相關(guān)性分析結(jié)果表明，多個(gè)基因與本病的發(fā)生或其嚴(yán)重程度有關(guān)（表6-1）。

表6-1　哮喘候選基因及染色體定位

1.β2腎上腺素受體多態(tài)性　β2腎上腺素受體是一種典型的G蛋白耦聯(lián)受體，由413個(gè)氨基酸組成，具有7個(gè)跨膜結(jié)構(gòu)域（transmembrane spanning domains），包括3個(gè)細(xì)胞外環(huán)，3個(gè)細(xì)胞內(nèi)環(huán)，1個(gè)氨基端和1個(gè)羧基端。編碼β2受體蛋白的基因位于人類第5號(hào)染色體長(zhǎng)臂，包含1 242個(gè)堿基，基因結(jié)構(gòu)中無(wú)內(nèi)含子。目前已鑒定了β2受體基因編碼區(qū)的9個(gè)位點(diǎn)發(fā)生的單堿基改變，但其中只有4個(gè)位點(diǎn)的突變導(dǎo)致所編的蛋白質(zhì)氨基酸序列的改變。這4個(gè)氨基酸改變的位點(diǎn)分別位于16位，27位，34位和164位。即在16位由精氨酸（Arg）變成甘氨酸（Gly），27位的谷氨酰胺（Gln）變?yōu)楣劝彼幔℅lu），第164位的蘇氨酸（Thr）變?yōu)楫惲涟彼幔↖le）和第34位的纈氨酸（Val）變?yōu)榧琢虬彼幔∕et）。

Arg16Gly多態(tài)性是由于β2受體基因編碼區(qū)第46位發(fā)生單堿基突變（A→G）。人群中突變型等位基因Gly16的發(fā)生頻率較高，Gly純合子可達(dá)58%。因?yàn)锳rg16Gly多態(tài)性發(fā)生在細(xì)胞膜外的氨基端，因此并不影響β2受體與G蛋白的結(jié)合以及下游的信號(hào)傳導(dǎo)，但Gly16型受體可促進(jìn)β2受體激動(dòng)藥所致的支氣管平滑肌細(xì)胞β2受體下調(diào)（圖6-1）。因?yàn)槿梭w內(nèi)始終存在β2受體激動(dòng)藥如兒茶酚胺類物質(zhì)，因此，攜帶Gly16的個(gè)體，其支氣管、血管等處平滑肌中膽堿能神經(jīng)可能占優(yōu)勢(shì)，從而出現(xiàn)較高的反應(yīng)性。研究表明，Arg16Gly多態(tài)性與哮喘的發(fā)病無(wú)關(guān)，但卻與夜間哮喘的發(fā)生密切相關(guān)。攜帶Gly16型β2受體的哮喘患者夜間哮喘的發(fā)生率比攜帶Arg16型受體的患者高6倍，而且對(duì)組胺的反應(yīng)程度明顯增加。

Gln27Glu多態(tài)性是由于β2受體基因編碼序列第79位發(fā)生單堿基突變（A→G）所致。這種多態(tài)性在人群中的也很普遍。Glu27純合子的發(fā)生率約為28%。與Arg16Gly多態(tài)性一樣，Gln27Glu多態(tài)性也是發(fā)生在β2受體細(xì)胞膜外的氨基端的多態(tài)性。因此，這種多態(tài)性也不影響β2受體激動(dòng)藥與受體的結(jié)合以及受體與G蛋白的偶合。Glu27可抑制β2受體激動(dòng)藥所致的支氣管平滑肌細(xì)胞β2受體脫敏和受體的下調(diào)（圖6-1），其具體作用機(jī)制目前尚不明確。Glu27型受體抵制激動(dòng)藥所致的β2受體下調(diào)可能通過(guò)改變?chǔ)?span title="pagenumber_ebook=99,pagenumber_book=99" class="subscript">2受體的降解而得以實(shí)現(xiàn)。研究表明，Glu27純合子患者對(duì)甲基膽堿（methacholine）的反應(yīng)性顯著下降，而在家族性哮喘患者中，Gln27型受體與血漿IgE水平的升高有關(guān)，且攜帶這種類型受體的兒童發(fā)病率增加，其具體機(jī)制不詳。單體型研究結(jié)果表明，Gly16/Gln27單體型在中度哮喘患者中比輕度哮喘患者中更常見(jiàn)，且這種單體型較容易出現(xiàn)支氣管的高反應(yīng)性。

圖6-1　β2受體基因遺傳多態(tài)性對(duì)人類支氣管平滑肌細(xì)胞β2受體下調(diào)的影響引自Liggett（1997）

2.細(xì)胞因子（Cytokines）基因多態(tài)性　哮喘的發(fā)生與人類染色體的5q31–33和第12號(hào)染色體有關(guān)，染色體的這些位點(diǎn)主要編碼多種與炎癥有關(guān)的細(xì)胞因子，如2型T輔助細(xì)胞（TH2）分泌的細(xì)胞因子（包括IL-3，IL-4，IL-5，IL-9和IL-13）和干擾素γ等。哮喘患者支氣管—肺泡洗出液和呼吸道組織中TH2細(xì)胞因子的含量增加。這些細(xì)胞因子功能上互相交錯(cuò)，通過(guò)各種機(jī)制參與哮喘的炎癥和呼吸道阻塞的病理過(guò)程。

（1）IL-4（interleukins 4，IL4）啟動(dòng)子及α受體多態(tài)性：　IL-4通過(guò)促進(jìn)Ig E的分泌，上調(diào)效應(yīng)細(xì)胞Ig E受體的表達(dá)；誘導(dǎo)黏液素基因表達(dá)，促進(jìn)黏液的分泌；促進(jìn)TH0淋巴細(xì)胞向TH2淋巴細(xì)胞分化等多種病理機(jī)制，參與哮喘的炎癥過(guò)程。人類IL-4基因定位于5q31-33的細(xì)胞因子簇內(nèi)。該基因的啟動(dòng)子區(qū)的-603位和-588位堿基間存在一個(gè)反式回文結(jié)構(gòu)（GGAGAA），該序列可被轉(zhuǎn)錄因子NFAT-1識(shí)別。當(dāng)IL-4基因轉(zhuǎn)錄起始位點(diǎn)上游第-590位堿基發(fā)生C到T的突變時(shí)，可在NFAT-1識(shí)別序列的鄰近區(qū)域產(chǎn)生一個(gè)新的可被類似ets識(shí)別的序列TTCC，后者可穩(wěn)定NFAT-1識(shí)別序列。因此，IL-4基因的C-590A多態(tài)性可導(dǎo)致體內(nèi)IL-4活性增加。在家族性哮喘患者中，C-590A多態(tài)性被認(rèn)為與總IgE升高有關(guān)。IL-4受體α亞單位（IL-4Rα）參與IL-4復(fù)合物的形成，同時(shí)又是IL-13 受體的α鏈，參與IL-4和IL-13的信號(hào)傳導(dǎo)過(guò)程。人類IL-4Rα基因位于16p。目前已經(jīng)鑒定了該基因編碼序列的十多種單核苷酸多態(tài)性。最近的研究發(fā)現(xiàn)這些突變的等位基因可通過(guò)改變IL-4和IL-13的信號(hào)傳導(dǎo)而參與哮喘的發(fā)生和發(fā)展（圖6-2）。

圖6-2　白種人哮喘患者中1s最大呼氣量（FEV1）人口密度分布與IL-4啟動(dòng)子遺傳多態(tài)性關(guān)系 ?。垡訠urcharcl（1999）］

（2）IL-10基因多態(tài)性：IL-10可抑制多種細(xì)胞因子和其他與免疫反應(yīng)有關(guān)的分子的合成，同時(shí)促進(jìn)細(xì)胞和體液免疫。哮喘患者支氣管肺泡洗液中IL-10下降。IL-10基因定位于人類第1號(hào)染色體上。IL-10基因轉(zhuǎn)錄起始部位上游的-571可發(fā)生單堿基突變（C-571A）。病例對(duì)照研究結(jié)果表明，IL-10基因的這種多態(tài)性與總IgE有關(guān)。A型等位基因攜帶者IL-10基因啟動(dòng)子的強(qiáng)度降低，與野生型純合子相比較，在IFN-α的刺激下外周血單核細(xì)胞IL-10的合成顯著降低，從而使突變純合子容易出現(xiàn)炎癥所致的哮喘持續(xù)狀態(tài)。IL-10基因多態(tài)性是影響哮喘并發(fā)呼吸道炎癥以及炎癥嚴(yán)重程度的重要分子遺傳學(xué)機(jī)制。