GLCCI1基因多态性与吸入性糖皮质激素治疗慢性气道疾病疗效的研究进展

Research Progress of GLCCI1 Gene Polymorphism and the Efficacy of Inhaled Glucocorticoids in the Treatment of Chronic Airway Diseases

摘要: 支气管哮喘(哮喘)和慢性阻塞性肺疾病(慢阻肺)是临床上常见的慢性气道炎症性疾病，均可出现气流受限的病理生理学改变。吸入性糖皮质激素(ICS)在慢性气道疾病的治疗中发挥重要的抗炎作用。研究发现慢阻肺和哮喘患者对ICS的治疗反应存在个体差异。糖皮质激素诱导转录因子1基因(GLCCI1)是糖皮质激素生物合成通路上的一个诱导基因，其基因多态性能够影响这两类慢性气道疾病对ICS治疗的反应性。本文对近年关于GLCCI1基因多态性与ICS治疗哮喘和慢阻肺疗效的研究进展作一综述，旨在为ICS的精准治疗提供新思路。

Abstract: Bronchial asthma (asthma) and chronic obstructive pulmonary disease (COPD) are common clinical chronic airway inflammatory diseases, both of which can present pathophysiological changes of air-flow limitation. Inhaled corticosteroids (ICS) play an important anti-inflammatory role in the treat-ment of chronic airway disease. Studies have found individual differences in the response of COPD and asthma patients to ICS treatment. Glucocorticoid-inducible transcription factor 1 gene (GLCCI1) is an inducible gene in the glucocorticoid biosynthesis pathway, and its gene polymorphism can af-fect the responsiveness of these two types of chronic airway diseases to ICS therapy. This article re-views the recent research progress on GLCCI1 gene polymorphism and the efficacy of ICS in the treatment of asthma and COPD, aiming to provide new ideas for the precise treatment of ICS.

1. 引言

慢性阻塞性肺疾病(慢阻肺，Chronic obstructive pulmonary disease，COPD)和支气管哮喘(哮喘)是临床中常见的两类慢性气道疾病。我国≥20岁成人中哮喘和慢阻肺的患病率分别为4.2% [1] 和8.6% [2] {Huang, 2019 #65} {Huang, 2019 #65} {Huang, 2019 #64} {Huang, 2019 #65} {Wang, 2018 #37} 。哮喘作为一种多基因遗传性疾病，具有家族聚集倾向，有很高的遗传率 [3]；遗传易感性 [4] 同样参与了慢阻肺发病过程。近年来这两类疾病的患病率和死亡率呈上升趋势，已成为威胁公众健康的重要慢性疾病 [1] [4]。吸入性糖皮质激素(inhaled glucocorticoids, ICS)局部抗炎作用强，在哮喘和COPD两类慢性气道疾病的治疗中占据重要的地位，由于异质性，两类患者对ICS的治疗反应性不同 （[Vestbo, 2013 #82;Marzoratti, 2013 #81}} ，寻找ICS敏感的适宜人群一直是临床面临的难题。并且长期大剂量ICS治疗可能会导致口咽念珠菌病、声音嘶哑 [5]，肺炎 [6]、骨质疏松等 [7] 不良反应发生。因此，ICS用于慢性气道疾病患者的治疗时有必要进行个体化评估。哮喘的药物基因组学研究发现 [8]，糖皮质激素诱导转录因子1基因(glucocorticoid-induced transcript 1 gene, GLCCI1)与ICS治疗反应性相关。考虑到慢阻肺和哮喘均存在基因遗传学背景，因此有学者将GLCCI1基因多态性与ICS治疗反应之间的关联扩展到COPD，认为GLCCI1与ICS治疗慢阻肺疗效之间亦存在一定相关性。本文就目前国内外关于GLCCI1 rs37972、rs37973位点基因多态性与ICS治疗两类慢性气道疾病疗效的相关性作一综述。

2. GLCCI1的相关概述

2.1. GLCCI1的结构及功能

GLCCI1是糖皮质激素生物合成通路上的一个诱导基因，位于第7号染色体，大小为125,530 bp [9]，它是一种蛋白质编码基因，在肺组织细胞和免疫细胞中均有表达 [10]，糖皮质激素可诱导GLCCI1表达增加 [9]。研究发现，支气管哮喘患者在接受糖皮质激素治疗后，其体内GLCCI1表达显著增强 [11]。糖皮质激素可通过凋亡的方式抑制炎性细胞的炎性反应，而细胞凋亡是治疗慢性气道炎症的关键机制，该基因可能在糖皮质激素诱导细胞凋亡的早期发挥着重要作用 [12]。GLCCI1表达的降低可能会影响糖皮质激素对炎症细胞的凋亡作用，因此这就使作用于哮喘中的淋巴细胞和嗜酸粒细胞凋亡减少，从而导致ICS的疗效下降 [8]。

2.2. GLCCI1基因多态性

基因多态性，亦称为遗传多态性，是指在一个生物群体中同时或经常存在2种或多种不连续的变异型或基因型或等位基因。通常被分为DNA片段长度多态性、DNA重复序列多态性和单核苷酸多态性(single nucleotide polymorphism, SNP) [13]。SNP主要为基因组水平上由单个核苷酸的变异所引起的DNA序列多态性，是个体中最普遍的遗传变异，被广泛应用于群体遗传学、疾病相关基因定位研究中，并在疾病的早期诊断、预防、治疗，指导临床用药等方面发挥重要的作用 [14] {Al-Romaih, 2011 #59} {Al-Romaih, 2011 #59} 。哮喘的药物基因组学对120个不同基因的500多个位点SNP的研究中发现 [8]，GLCCI1 rs37972、rs379739位点基因多态性与哮喘易感性及激素治疗反应均存在潜在关联。

3. GLCCI1基因多态性和哮喘

ICS是哮喘治疗的基石，但是ICS在哮喘中的治疗反应存在个体差异 [15]。研究显示 [16]，70%的遗传因素与哮喘患者吸入ICS后的治疗反应性相关，因此遗传基因的多态性在哮喘个体化治疗中的作用就显得尤为重要。鉴于此，近年来临床诊疗模式逐渐向精准医学过渡，其中药物基因组学 [17] 作为精准医学的一个分支，是指在用药前将基因变异或基因表达作为疾病的生物标记物，以确定哪些患者可能受益于或不受益于特定治疗，从而指导临床医师制定个体化用药方案。

3.1. GLCCI1 rs37972位点与哮喘

首个关于哮喘药物基因组学的全基因组关联分析研究(genome-wide association study, GWAS) [18] 发现，GLCCI1基因的多态性位点是影响哮喘患者对糖皮质激素治疗反应的决定性因素。该研究通过评估935例白种成人哮喘患者使用糖皮质激素治疗的疗效，发现GLCCI1 rs37972位点存在着野生纯合型(CC)、杂合型(CT)和突变纯合型(TT) 3种基因表型，其中CC基因型患者经ICS治疗后的第一秒用力呼气容积(forced expiratory volume in the first second expiration, FEV1)改善最明显，TT基因型患者改善最不明显。国内研究也得出了一致结论，许玉竹 [19] 等发现在我国汉族成人哮喘患者中也存在GLCCI1基因rs37972位点的多态性，其中CT和TT基因型哮喘患者接受ICS治疗6个月后，FEV1平均改善率显著低于CC基因型哮喘患者。除了肺功能明显改善外，临床症状方面，郝珉 [20] {郝珉, 2020 #32} {郝珉, 2020 #32} 在对吸入布地奈德治疗12周前后的102例5~14岁支气管哮喘患儿中发现，CC基因型患者哮喘控制测试(asthma control test, ACT)评分改善最为显著。

综上所述，经ICS治疗后，与野生纯合型基因(CC)相比，携带GLCCI1 rs37972的突变纯合型基因(TT)的哮喘患者对ICS治疗的反应较差，而野生杂合型基因(CT)反应居中。GLCCI1基因rs37972位点多态性与哮喘患者ICS治疗疗效间存在一定相关性。

3.2. GLCCI1 rs37973位点与哮喘

研究发现 [21]，GLCCI1 rs37972C/T和rs37973A/G存在明显的连锁不平衡(两位点不同基因座的等位基因之间非随机的关联)，rs37972和rs37973两位点基因突变均与GLCCI1表达减少相关 [22]。因此，GLCCI1 rs37973与哮喘患者ICS治疗疗效间亦存在一定的相关性。

在哮喘患儿病例研究中，丁颖 [23] 等发现GLCCI1基因rs37973位点均存在着野生纯合型(AA)、杂合型(AG)和突变纯合型(GG) 3种多态性，分布无显著差异。患儿经过ICS12周的治疗后，AA型的患儿对ICS治疗的反应性较好，具体体现在β受体激动剂使用时间更少、升级治疗的比例更低及FEV1的改善率更为显著。Hu [24] 等研究发现与健康儿童相比，哮喘儿童GLCCI1mRNA表达减少，而在使用ICS治疗12周后GLCCI1mRNA表达增加；在FEV1及第1秒用力呼气容积占预计值百分比(forced expiratory volume in one second as percentage of predicted volume, FEV1%pred)等肺功能指标中，AA基因型患儿改善最为显著。以上结论在朱双桂 [25] 以及日本学者的研究 [22] 中均得到证实。在嗜酸性粒细胞占比方面，李晓辉 [26] 等发现哮喘患儿经ICS治疗后，AA型组嗜酸性粒细胞百分比高于AG型组、GG型组，且3组患者FEV1、FEV1%pre高于治疗前，并且AA型组FEV1、FEV1%pred改变量大于AG型组、GG型组。在症状改善方面，3组支气管哮喘症状积分(日间和夜间)低于治疗前。

在成人哮喘的研究中，同样也发现了相同的结论。邱玉明 [27] 等对153例成人哮喘患者的研究中发现，患者存在GLCCI1基因rs37973位点多态性现象，其中GG型患者经ICS治疗后FEV1%pred降低较为明显，AA基因型哮喘患者ICS治疗后肺功能改善情况优于AG、GG基因型哮喘患者。王星翘 （[王星翘, 2017 #40}} [28] 等人发现在肺功能改善最为显著的AA型患者中，不良反应发生率也得到了有效控制。周淑新 [22] 发现，接受ICS治疗的GG型患者FEV1平均增加仅是接受相同治疗AA型患者的1/3，且发生不良风险明显要高{OR = 2.36, 95% CI (1.27, 4.41)}。

在中国的不同民族中，李静 [29] 等通过对新疆地区152例哮喘患者使用ICS的治疗反应中发现，GLCCI1 rs37973各基因型中AA基因型汉族患者明显多于维族患者，而AG基因型维族患者明显多于汉族患者(P < 0.05)，GG基因型在汉族与维族患者中分布相近(P > 0.05)。GLCCI1 AA型、AG型与GG型患者治疗后的FEV1、一秒率(forced expiratory volume in the first second/forced vital capacity, FEV1/FVC)、呼气峰流速(Peak expiratory flow, PEF)均较治疗前明显升高(P < 0.05)，而GG型与AA型/AG型相比，ICS治疗后的用力肺活量(forced vital capacity, FVC)与治疗前变化相近，无明显改变。此外通过对研究人群GLCCI1各相同基因型的维汉患者ICS治疗后肺功能指标的比较发现，GLCCI1 AA型、AG型与GG型的汉族与维族患者经治疗后的各项肺功能指标变化无明显差别(P > 0.05)。

综上所述，GLCCI1基因rs37973位点各基因型在我国汉族和维族分布特点不同。经过ICS治疗后，成人与儿童哮喘患者GLCCI1 rs37973位点各基因型的治疗效果均存在差异，其中基因型表现为野生纯合基因型(AA)的患者相比其他两型患者在肺功能和临床症状得到了显著的改善，且不良反应发生更少。

4. COPD与基因多态性

COPD也是一种具有异质性的慢性气道疾病。药物基因组学的开展有助于COPD患者的个体化治疗，实现真正的精准医学。

国际慢阻肺遗传学联盟最新研究发现 [30] 82个与COPD相关的基因位点，其中α尼古丁乙酰胆碱受体、刺猬因子相互作用蛋白(HHIP)等基因与肺功能变化相关，而某些基因如编码基质金属蛋白酶-12 (MMP12)、谷胱甘肽S-转移酶(GST)的基因的多态性与COPD遗传易感性相关。α-1抗胰蛋白酶缺乏症(AAT deficiency, AATD) [31] 的诊断和治疗作为COPD个体化治疗的范例，证明了COPD药物基因组学的临床应用，可谓真正实现了COPD的精准治疗——研究发现 [32]，严重的AATD患者基因表型通常为ZZ型，此型患者可从每周60 mg/kg剂量静脉注射人血AAT蛋白的强化疗法中获益，基因表型为MZ的患者则并不适用强化治疗。不过，AATD患者在我国极为罕见，因此对临床指导意义并不大。目前除外α-1抗胰蛋白酶缺乏症(AATD)作为COPD药物基因组学唯一充分应用，仍没有足够的证据证明COPD药物基因组学的临床应用。

遗传易感性、异常的炎症反应等众多因素参与COPD发病过程 [4]，控制慢性炎症是治疗COPD的关键环节。然而以ICS治疗COPD疗效存在明显的个体差异。GLCCI1基因多态性用于评估ICS治疗反应已在哮喘中得到了深入研究，哮喘与COPD均有基因基础和环境因素作用的背景。有学者 [33] [34] 将GLCCI1基因多态性与哮喘患者ICS治疗疗效之间的关系扩展到COPD，认为GLCCI1基因多态性在COPD患者ICS治疗疗效中可能同样发挥重要作用。

4.1. GLCCI1 rs37972位点与COPD

van den Berge等 [33] 观察了63名荷兰COPD患者GLCCI1 rs37972多态性(CC/TT/CT)在ICS治疗反应中的作用。发现在吸入氟替卡松与沙美特罗联合治疗后，携带野生纯合型基因(CC)的中重度患者的FEV1改善情况优于野生纯合型基因(TT)患者(3.7% ± 4.9% vs −1.7% ± 6.9%, P = 0.02)，这一结论同GLCCI1基因多态性与哮喘的研究结论相一致，提示GLCCI1基因多态性亦与ICS治疗COPD反应性关系密切。因此，以GLCCI1基因多态性评估哮喘患者ICS治疗的疗效可能同样适用于COPD人群。迄今为止，大多数COPD的药物基因组学研究都是在欧洲人群中进行的，在我国缺乏相关临床研究，但是COPD是一个全球性的问题，未来应在我国人群中开展大量研究。

4.2. GLCCI1 rs37973位点与COPD

Lei Yuan [34] 等的研究中对204名中国稳定期COPD患者GLCCI1 rs37973进行了基因分型(AA/AG/GG)，在吸入丙酸氟替卡松/沙美特罗组合治疗24周后，通过对肺功能变化的影响，发现携带GG基因型患者的FEV1及FEV1%pred改善明显劣于AA或AG基因型的患者，GLCCI1 rs37973的GG基因型可能与中国COPD患者ICS疗效下降有关。与之前的哮喘研究一致，Lei Yuan [36] 等认为GLCCI1基因rs37973多态性有可能成为中国COPD患者ICS治疗反应的新遗传预测因子。目前对能够预测COPD ICS治疗反应性的生物学标志物知之甚少，但此研究为COPD的个体化治疗提供了新的思路，GLCCI1基因多态性作为一个潜在的生物学标志物，还需要更多的临床研究去验证。

5. 小结与展望

COPD和哮喘都是气道阻塞性疾病，二者存在相似的炎症背景。COPD对ICS的反应通常不如哮喘，这可能部分是由于涉及COPD (中性粒细胞、巨噬细胞)和哮喘(嗜酸细胞)的关键炎症细胞存在明显差异造成的。GLCCI1基因位点多态性与ICS治疗哮喘疗效存在差异，然而，其与ICS治疗COPD疗效的相关性尚缺乏更多证据支持，因此需要进行大规模、多种族以及多中心的前瞻性研究，以得出更可靠的结论。

嗜酸性粒细胞(eosinophils, EOS)作为关键的炎症细胞，在慢性气道疾病中发挥着重要作用。以往认为慢阻肺的炎症细胞主要包括CD8⁺ T细胞、中性粒细胞及巨噬细胞。但近期研究表明，高达40%的COPD患者同样存在嗜酸性粒细胞炎症 [35] [36]，因此，以EOS升高为特征的EOS型COPD是一种重要的COPD表型 [37]。GOLD2021 (慢性阻塞性肺疾病全球倡议，global initiative for chronic Obstructive Lung Disease) [4] 将血EOS ≥ 300/μL作为ICS治疗的指征，但也强调将此值视为一个估计值，而非能够预测患者不同治疗获益的精确阈值，因此以EOS作为使用ICS的指征受到限制。由此可见，以EOS作为生物标志物来指导ICS的治疗具有不可或缺的作用，但是由于疾病的异质性，COPD患者根据EOS使用ICS的疗效仍存在个体差异，难以满足临床医生对ICS治疗疗效精准判断的需求。GLCCI1基因多态性则是在个体基因变异的层次上来证明遗传因素对ICS治疗疗效的影响，在COPD的个体化治疗管理中具有积极的作用。基于此，在临床工作中将EOS与GLCCI1基因多态性相结合起来，慢性气道疾病的个体化治疗是目前不断追求的目标和方向。GLCCI1基因多态性作为一种新型的生物标记物，将为寻找适宜ICS治疗的特异性人群以及ICS的精准用药提供更多的参考意见。

基金项目

西安市“科技+”行动计划——医学研究项目(20YXYJ0001(6))；西安市创新能力强基计划——医学研究项目(21YXYJ0070)。

NOTES

^*第一作者。

^#通讯作者Email: [e-mail]