与胃癌高风险相关的白介素-1基因多态性

摘要：幽门杆菌感染与胃癌、十二指肠溃疡病状等多样性临床症状有一定关系。产生其多样性的原因目前还不清楚，但是从解剖学的角度来说，胃炎患者的病状及胃生理学上产生的某些反应的确是由幽门杆菌诱导引起的。少数胃窦胃炎患者，仍可保持正常或稍高一点的胃酸分泌，而大部分胃体胃炎患者容易产生胃酸过少和胃萎缩，从某种意义上说这正是胃癌的前兆。我们曾经报道过白介素-1基因簇多态性可能会增加白介素-1-β的产生，同时也就增加了由幽门杆菌诱发的使胃酸分泌减少及胃癌产生的几率。这其中两种多态性存在于接近完全的连锁不平衡中，其中之一是显著影响体外DNA -蛋白的交互作用的Ta-Ta Box多态性。白介素-1-β的生物学特性应该能够很好的解释与病变的联系，其生物活性同时也是前炎症因子和有效的胃酸分泌抑制剂。正因为宿主存在自身的各不相同遗传因素影响了白介素-1-β，也就决定了为什么有些患者会被幽门杆菌感染并发展为胃癌而有些却不会。

幽门杆菌曾感染过世界近一半的人口，也是世界第二大恶性肿瘤胃癌发病机理里很重要的一点。幽门杆菌致癌作用的机理还不清楚。这种感染几乎总是导致胃黏膜产生炎症，其炎症的分布和严重程度有很大的差异，也影响了临床的症状。胃窦胃炎患者可产生胃酸分泌过多和十二指肠溃疡病变。相反，分泌胃酸的胃体胃炎患者却导致胃酸分泌过少、胃萎缩的扩张和患胃肠癌症的可能。这些癌前变化对幽门杆菌的生长很不利，而且一些癌变在感染消失很长一段时间之后仍在增加。十二指肠溃疡和胃癌似乎是H p互相对立的感染结果，无法仅用细菌毒性的差异解释，这种毒素的损伤似乎在两种情况下有着同样的作用。一个可供选择的解释是宿主的遗传特性差异（与细菌合成环境因素结合）决定了对幽门杆菌诱导的免疫和炎症反应。幽门杆菌诱导的胃癌的关键因素是胃酸的分泌，HP诱导胃炎会受胃酸分泌的影响，反过来也影响胃酸的分泌，它也是一个影响因素，并且也受幽门杆菌胃癌病患者及其病原的影响。如果患者体内黏膜出现比较严重的炎症，就很难再继续分泌足够量的胃酸而最终发展到整个胃腺被损。此外，药物抑制胃酸分泌会导致Hp诱导的胃炎重新分布，减少胃窦炎症的强度增加胃体炎症强度并加重胃萎缩，抑制胃酸分泌的内源因素对胃体炎症和胃萎缩也有作用。

白介素-1（IL-1）基因簇完全在染色体2q，包含了3个相关基因，IL-1A，IL-1B和IL-RN，大小在430kb以内，他们分别编码炎症前期细胞因子IL-1A、Il-1B以及内源性受体的拮抗物IL-1ra。在幽门杆菌存在的条件下，IL-1B被上调，IL-1belta对HP感染引发和加重炎症起着非常重要的作用。IL-1belta也是胃酸分泌的有效抑制剂；在摩尔水平上，它的抑制效果高于质子泵抑制剂100多倍，比Ht拮抗剂的6000倍还要有效。IL-1B中三个双等位基因的多态性已被报道过，都是发生C-T碱基转变，从转录起始位点开始的-511，-31和+3954碱基对（bp）处。这些多态性对IL-1Belta产物 的功能影响存在一些有冲突的数据。在IL-1RN基因的第2内含子有一个86bp 5次串联重复等位基因（VNTR），其中，不多见的等位基因2（IL-1RN*2），与大范围的慢性感染和自动免疫系统疾病有关。IL-1RN*2在体外可增加的IL-1Belta产物，然而有关其对IL-1ra产物影响的一些数据是相反的。

为了确定这些多态性对幽门杆菌感染的不同结果是否真正重要，我们研究了它们对胃的健康生理学。我们早先已经报道了在苏格兰西部，一群胃癌患者的第一代直系亲属（149人次），大多患有与幽门杆菌感染有关的胃酸分泌过少。（定义为胃泌素刺激的胃酸峰值输出小于15mmol/h）。胃癌亲属(GCR)中的103人次（69%）被幽门杆菌感染，其中45人有胃酸分泌过少和胃萎缩的现象，58人胃酸分泌正常或稍高。在苏格兰西部地区随机选择100名新生人口作为对照人群。我们还对波兰华沙的有DNA样品的393名胃癌患者和430名对照人群进行了病例对照，我们因此能够确定IL-1B的基因型是否与低胃酸分泌和胃萎缩有关，以及是否相同的基因型会增加胃癌的几率。这些研究结果最后被Institutional Review Boards,Ethics Committees of the US National Cancer Istitute, University of Glasgow Hospitals NHS Trust,the M.Sklodowska-Curie Memorial Cancer Centre（华沙）等权威机构审核和并证实。

在苏格兰和波兰对照人群中，IL-1B和IL-1RN各等位基因是符合Hardy-Weinberg平衡定律, X2值无显著性。基因簇里的各基因位点存在着显著的连锁不平衡。IL-1B-31和IL-1B-511之间的连锁不平衡几乎全部合并对照组迟99.5%的是推测的单型(即IL-B-31/IL-1B-511)不是T-T就是C-C也存在（表1）。在刚才提到的两个地区的人群中, IL-1B-31和IL-1RN很强的连锁不平衡性(d≈0.5)。然而,IL-1B-31和IL-1B+3954之间连锁不平衡在两地有所不同，苏地区对照组趋势更明显,而波地区相对弱一些(D'=-0.16)。而两地区对照人群中均未发现IL-1B+3954和IL-1RN之间存在连锁不平衡。
在GCR与对照人群或者是已被或未被幽门杆菌感染的人群之间,他们的IL-1各基因型频率并没有显著差别（表2）。不过，在被感染的GCR人群中，低胃酸分泌者具有显著高的IL-1RN*2等位基因、IL-1B-31和IL-1B-511的T-T单型频率，与胃酸分泌正常或稍高的GCR相比有很明显的差异。IL-1B-31T等位基因具有9.1%（95%CI2.2-37）的调整优势率，在纯合子和杂合子之间只有微小差别。IL-1RN*2纯和子也会增加胃酸分泌减少的几率，尽管与IL-1RN*2杂合子相比不明显。在包括这两个因素的逻辑回归模型中，IL-1B-31T+和IL-1RN*2/*2的优势率的估计值分别是7.5和2.1。IL-1B+3954基因型与胃酸分泌过少的现象没有相关性。

这些等位基因与胃癌之间有着近似的关系。IL-1B-31T携带者患胃癌的优势率率为1.9，纯和子和杂合子没有明显不同（表3）。此外，IL-1RN*2的纯合子会增加胃癌的风险，杂合子却不会。在逻辑回归模型中，IL-1B-31T+和IL-1RN*2/*2的优势率分别是1.6和2.9。IL-1B+3954T纯合子对胃癌似乎有抵抗作用，尽管这种影响还未能达到统计学的意义。

IL-1B-31T+和IL-1RN*2/*2被评估的效果与胃癌患者的年龄、性别、组织学类型和解剖位置等无关（数据未显示）。而且，其他报道的可能增加胃癌风险的因素，如烟草和酒精的摄取、ABO血型及有胃癌家族史，对这一评估没有影响（数据未显示）。

和没有IL-1B-31T拷贝和有至少一个IL-1RN等位基因拷贝的相比，IL-1B-31T/IL-1RN*2单型会有更大的胃癌风险。22%的患者胃有这种单一型（和对照组的8%相比），或者是纯合子形式，或者是IL-1B-31C/IL-1RN*2，优势率为4.4，在 IL-1B-31T缺乏的情况下，纯合型IL-1RN*2的优势率略高5.3，虽然因为两个位点之间的连接是不平衡的，这一基因型的组合不太常见。相反，不多于一个IL-1RN*2拷贝的IL-1B-31T+的优势只有1.7。虽然如此，因为它的影响都是在纯合体和杂合体中观察到的，IL-1B-31T等位基因还是占了比IL-1RN*2等位基因胃癌病例更大的比例，尽管它们的频率相当。人群中胃癌患者中IL-1B-31T的比例是31%， IL-1RN*2的比例是18%。合并考虑因IL-1等位基因引起的胃癌事例发病比例可占38%。

IL-1B-31多态性包括了IL-1B启动子中的TATA序列。为了研究IL-1B-31突变对IL-1B的影响，我们使用电泳分子迁移的方法来评定他们在体外的DNA结合活性。合成的IL-1B-31位等位基因特异的寡核苷酸与在从无刺激的人单核细胞和被脂多糖（LPS）激活的单核细胞中抽提出来的核蛋白一起保温。LPS的刺激诱导了在IL-1B-31T寡核苷酸上DNA结合复合物能力增加了五倍（图5）。作为对比，LPS无法诱导在IL-1B-31C寡核苷酸上复合物1的形成。再者，复合物1的形成在被放射性同位素做过标记的IL-IL-1B-31T上由于与未加标记的IL-1B31T而不是IL-1B-31C寡核苷酸的竞争导致了被封闭。这些结果说明了复合物1中一个或者更多的蛋白（大概是转录因子）或许无法与带有C-碱基的IL-1B-31等位基因形成转录合成的复合体。在与之平行相关的实验过程中，IL-1B-511等位基因寡核苷酸在结合的活性方面并没有多大的差别（数据未显示），证明了IL-1B-511作为TATA box多态性不稳定连锁的媒介。从这些结果和先前已经出版的关于IL-1B-511的功能数据材料来看，胃酸分泌过少和胃癌应该是与能增强IL-1β产量的IL-1B-31和IL-1RN的等位基因有一定关系的。

这里，我们证明了IL-1位点炎症前期基因型（IL-1B-31T+和IL-1RN*2/2）会增加由幽门杆菌感染所致的慢性胃酸分泌过少和胃癌的可能性，推测是因为改变了胃里IL-1β的水平。高浓度的IL-1β的炎症前期作用可能会促进清除胃体中的幽门杆菌，伴随胃酸分泌的抑制作用可能会加速被幽门杆菌诱导的炎症从胃窦到整个胃体的扩散。这个功能性的抑制最初是可逆的但是细胞腔壁的逐渐被破坏甚至可以导致不可逆的胃酸分泌过少的病状。胃酸分泌量过少的话可能会因为细菌毒素的累计和炎症付产物的正常稀释排出而加重胃黏膜的损坏程度。炎症反应产生的活性氧和氮氧化物类是诱导有机体突变的物质，而胃酸分泌过少导致其他细菌感染增加了亚硝基复合物高致癌物质的产生。
幽门杆菌诱导的胃酸分泌过少还能显著的减少胃分泌物的维他命C的水平，进一步促进了亚硝基复合物的形成。发炎的黏膜里细胞转化导致的基因毒素持续攻击增加了DNA损伤的机会。因此，增加IL-1β产物的基因型可能更有助于抑制由幽门杆菌感染导致的胃酸分泌过少和器官萎缩的几率和产生胃癌的风险。

我们的发现是目前被广泛接受的多阶段胃癌模式的一个很好补充，并且对幽门杆菌病原学提供了新的视点。我们已经发现并指出了IL-1基因簇上的两个胃癌及其前体易感位点。这些位点影响疾病过程的早期阶段并且以被幽门杆菌感染为前提。癌症的演化受宿主的遗传体系的其他成分、饮食及环境因素的影响。至少在高加索人群里，IL-1B-31T/IL-1RN*2构成的炎症前期单一型处于一种很强的连锁不平衡。我们认为这个连锁不平衡反映了IL-1B对抗因环境因素改变形成的陈旧性选择性压力。然而炎症前期基因型或许更先于宿主对一些变化产生反应，因幽门杆菌感染出现的大量的IL-1B产物可能会加重胃黏膜损伤并促使最后的肿瘤形成。

（Nature 2000; 404:398-402 ）

作者： Emad M. El-Omar etal
Department of Medicine and Therapeutics, Aberdeen University,
Polwarth Building, Foresterhill, Aberdeen AB25 2ZD,UK


赵彧 译，朱滨 审校
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