基因多态性与新生儿败血症的遗传易感性研究进展

Abstract

新生儿败血症是常见的感染性疾病，病情严重，病死率高。其发病机制复杂，缺乏特异性表现，培养阳性率低，早期诊断和个体化治疗仍然是临床医生面临的挑战。对双胞胎的流行病学研究表明，遗传因素与新生儿败血症存在关联。基因多态性与其易感性、病情发展和预后密切相关。该文就新生儿败血症相关的白细胞介素、肿瘤坏死因子、Toll样受体、NOD样受体、CD14、髓系细胞触发受体1、甘露糖结合凝集素和其他免疫蛋白基因多态性进行综述，以期促进该疾病的精准医疗。

新生儿败血症（neonatal sepsis, NS）全球发病率约每10万活产儿中2 824例，病死率约17.6%^［1］。NS定义为细菌、真菌感染所致全身炎症反应综合征，依据发病时间，分为早发型败血症（early-onset sepsis, EOS）和晚发型败血症（later-onset sepsis, LOS）^［2］。大型双胞胎流行病学研究显示遗传因素影响NS易感性，单核苷酸多态性（single nucleotide polymorphism, SNP）已成为NS发生发展的重要因素^［3-4］。涉及NS病理过程的关键生物分子，包括细胞因子如白细胞介素（interleukin, IL）、肿瘤坏死因子α（tumor necrosis factor-α, TNF-α）、病原识别成分如Toll样受体（Toll-like receptor, TLR）、髓系细胞触发受体1（triggering receptor expressed on myeloid cells-1, TREM-1），以及其他免疫蛋白如甘露糖结合凝集素（mannose-binding lectin, MBL）、杀菌通透性增加蛋白（bactericidal permeability increasing protein, BPI）、基质金属蛋白酶16（matrix metalloproteinase 16, MMP 16）、维生素D受体（vitamin D receptor, VDR）等。本文就NS相关遗传易感性研究综述如下。

1. 细胞因子相关基因

1.1. IL1B基因

IL-1β介导炎症损伤，参与细胞坏死性凋亡^［5-6］。IL1B基因启动子区rs1143627和rs16944完全连锁，rs1143627变异导致转录起始点上游的TATA盒破坏，从而影响基因表达^［7］。对471例早产儿的研究显示，rs16944 AA基因型是生后7 d内NS发生的危险因素，与NS死亡相关^［8］。内含子区rs1143643影响IL-1β水平^［9］。Allam等^［10］发现rs1143627的CC基因型和C等位基因是培养阳性EOS的易感因素。Mustarim等^［11］认为rs1143643与NS的发病率相关，但研究样本量小，结局未以OR值表示。一项关于299例意大利早产儿的队列研究发现，具有rs1143643 TT和CT基因型者NS风险显著增加^［12］。然而Abu-Maziad等^［13］的更大样本的研究和一项国内研究^［14］显示rs1143627和rs1143643与NS无关。IL1B基因多态性的研究可能受到不同特征新生儿人群、种族背景或样本量大小的影响。而且无活性的IL-1β前体需要通过炎症小体加工，成为活性因子后被释放^［15］，所以其活性还受炎症小体相关基因的影响。

1.2. IL6基因

IL-6促炎细胞因子在NS患儿中高水平表达且被认为与病情严重程度呈正相关^［6，16］。大多数研究仅涉及IL6基因启动子区rs1800795，部分未发现其与NS相关^{［8，12-13］}。一项极早产儿队列研究显示，GG基因型是NS的易感因素，调整混杂因素后结果依然显著^［17］。Allam等^［10］和Ahrens等^［18］两项研究结论与之相同，且Allam等^［10］发现G等位基因增加EOS感染风险，Ahrens等^［18］发现G等位基因增加了无抗生素预防的革兰氏阳性（Gram-positive, G⁺）菌感染以及多次培养阳性NS的风险，二者均显示GG基因型与高水平IL-6相关。但也有两项研究结论相反，认为C等位基因、CC基因型增加了培养阳性NS风险^［19-20］。IL-6水平、IL6基因型与疾病易感性三者之间的关系仍不明确，可能与IL6的分位数依赖性表达相关，即随着IL-6水平的不同，预计会产生不同程度的遗传效应^［21］。

1.3. CXCL8基因

IL-8由上皮和巨噬细胞产生，具有招募、激活中性粒细胞从而调节炎症反应和促进血管生成的能力^［6，22］。编码基因CXCL8中研究最广的是启动子区rs4073，其影响脂多糖（lipopolysaccharide, LPS）刺激时IL-8水平，从而在感染疾病中起重要作用^［23］。国内研究显示TT基因型增加NS风险^［23］。Esposito等^［12］发现在早产儿中AT基因型加重了NS的发展，而Abu-Maziad等^［13］针对更大规模的早产儿群体研究未发现二者间的联系。IL-8相关基因多态性研究较少且结论不一。

1.4. IL10基因

IL-10通过抑制抗原呈递，抑制促炎因子释放等发挥抗炎作用^［6，24］。IL10基因启动子区rs1800896、rs1800871和rs1800872连锁不平衡，组成3种单倍型GCC、ACC和ATA，分别与高中低水平IL-10相关^［19］。关于293例极低出生体重（very low birth weight, VLBW）早产儿的队列研究显示，rs1800896 A等位基因与LOS发病风险增高相关^［19］。Abu-Maziad等^［13］发现，rs1800896与NS相关，但在调整胎龄后关联性消失，亚组分析显示A等位基因与革兰氏阴性（Gram-negative, G^-）菌感染相关。Esposito等^［12］研究未发现rs1800896与NS相关。国内研究也显示rs1800872、rs1800896与NS易感性无关^［25］。IL10与NS关联研究需关注其连锁不平衡和单倍型。

1.5. TNF基因

TNF-α是由单核、巨噬细胞分泌的促炎因子，可快速启动宿主防御，对抗多种病原^［6］。TNF-α表达水平与NS危重程度呈正相关^［26］。对TNF基因研究最广泛的rs1800629位于转录起始位点上游。一项关于471例早产儿的研究显示，A等位基因与TNF-α高表达相关且增加NS发生风险^［27］。另一项关于173例机械通气的VLBW早产儿的研究显示，A等位基因增加NS死亡风险^［28］。相反的是，Allam等^［10］认为GG基因型和G等位基因增加EOS感染风险，A等位基因与低水平TNF-α相关。

2. 模式识别受体相关基因

2.1. TLR2、TLR4、TLR5基因

TLR是Ⅰ型跨膜糖蛋白，可识别多种病原成分以及内源性配体^［29］。与足月儿相比，早产儿脐带血中的TLR相关基因显著下调^［30］。其多态性与感染和炎性疾病有关^［31-33］。

TLR2与TLR1或TLR6组成异源二聚体，识别G⁺菌肽聚糖和磷壁酸^［29］。TLR2基因非同义变异rs121917864和rs5743708与TLR2信号转导受损相关^［34］。rs121917864在非洲和亚洲人群中常见，在白种人中几乎不存在。NS相关的TLR2 SNP还包括同义变异rs3804099和rs3804100。Abu-Maziad等^［13］研究显示，rs3804099多态性与NS相关，rs3804099、rs3804100等位基因和单倍型与G⁺菌感染相关，但以胎龄分层分析后，以上关联均消失。一项无分层的国内研究显示rs3804099位点TT基因型是NS易感的独立危险因素^［35］。另一国内研究不支持rs5743708、rs3804099与NS相关^［36］。鉴于既往研究认为TLR2基因多态性与种族、胎龄密切相关，分层分析有利于揭示其与NS之间的本质联系。

TLR4可识别G^-菌的LPS和真菌的甘露聚糖^{［29，37］}。TLR4基因中错义变异rs4986790、rs4986791可改变LPS识别域结构，降低TLR4表达和LPS诱导的细胞因子反应，增加G^-菌感染易感性^{［29，37］}。TLR4水平升高与NS患儿肝功能、心肌受损相关^［38］。Sampath等^［37］多中心研究证实rs4986790单独或和rs4986791共同存在与VLBW早产儿的G^-菌感染有关。一项最新荟萃分析认为rs4986791与培养阳性NS有关^［39］。不过以上结论并未得到其他研究者的支持。Sampath等^［37］发现，与TLR4协作调节下游信号的IL-1受体相关蛋白激酶1的rs1059703 CT基因型与G^-菌感染较少有关。因此，还应注意TLR4通路中其他基因可能具有的协同作用。

TLR5主要识别病原体膜成分，如鞭毛蛋白^{［29，36］}。TLR5基因外显子区rs5744168为无义变异，导致整个跨膜结构域和细胞质信号尾部缺失，功能丧失^［31］。但有研究认为，rs5744168变异在某些人群中高达23%，表明功能被其他基因部分补偿，即TLR5存在功能冗余^［40］。多态性研究也显示rs5744168与NS之间无关联^［37］。Abu-Maziad等^［13］发现另一内含子区rs5744105未调整胎龄时与NS相关。但国内研究不支持该关联^［36］。

2.2. NOD1、NOD2基因

NOD样受体是一类胞内模式识别受体，其中研究广泛的NOD1和NOD2具有不同的免疫活性，主要通过识别细菌胞壁肽聚糖的不同降解成分参与宿主免疫反应^［41］。除了病原相关分子模式外，损伤相关分子模式、炎症信号也可作为NOD的配体，激活NF-κB、MAPK下游信号通路，增加促炎因子和趋化因子分泌^［41］。一项关于764例早产儿的队列研究显示，NOD1 rs6958571与白种人和超低出生体重婴儿的G⁺菌感染相关^［42］。一项前瞻性研究发现NOD2 3020insC具有临界意义（P=0.052），可能与培养阳性NS存在关联^［18］。

2.3. CD14基因

吞噬细胞上的CD14与LPS结合蛋白一起激活先天宿主防御。绝大多数研究者并未发现CD14基因rs2569190与NS易感关联^{［11，18，43］}。而Baier等^［19］针对不同种族机械通气VLBW新生儿的研究显示，CD14基因rs2569190的TT基因型可能与美国非裔新生儿多次血培养阳性相关。Esposito等^［12］认为CD14基因rs2569190是重症NS的危险因素，与既往荟萃分析显示rs2569190在重症脓毒症和不良结局患者中更常见结果相同^［44］。

2.4. TREM1基因

TREM-1是近年发现的新型模式识别受体，既可独立触发下游炎症级联反应，也可与TLR信号协同作用放大炎症效应，与多种感染、炎症性疾病的发生发展密切相关^［45-46］。Xiao等^［47］发现TREM1基因rs2234246位点T等位基因是培养阳性NS的风险因素，调整混杂因素后风险仍为1.38倍，同时发现NS组血清TREM-1水平升高与rs2234246相关。国内研究也显示NS患儿血清TREM-1水平异常增高与疾病存在相关性^［48］。

3. 其他免疫蛋白相关基因

3.1. MBL2基因

MBL是肝脏产生的先天免疫蛋白，可以激活补体并促进调理吞噬^［49］。MBL2基因中外显子1的rs1800450、rs1800451和rs5030737（统称为A/O型），以及启动子区的rs11003125、rs7096206和rs7095891连锁不平衡，组合产生多种单倍型，MBL水平不同^［49］。MBL2基因分型与血清MBL水平、胎龄相关^［50］。最新荟萃分析显示以上位点仅rs1800450与NS相关，但依据胎龄分层分析后该关联性消失且各项研究结果差异较大^［49］。有研究认为突变型早产儿G^-菌感染相关的LOS发生率较高^［51］；有研究发现T等位基因增加NS风险^［52］；有研究认为突变型与NS，尤其是EOS有关^［53］。一项关于6 878例VLBW早产儿的队列研究显示，调整胎龄后外显子1为OO型的新生儿G^-菌感染风险增加^［50］。Xue等^［54］发现启动子区中rs7096206与MBL表达水平相关且可能是NS的易感因素。其他研究未显示MBL2多态性与NS存在关联。总之，由于MBL2潜在的发育调控且位点间连锁不平衡，调整胎龄和单倍型分析至关重要。

3.2. BPI基因

BPI常见于中性粒细胞的嗜氮颗粒，是脱颗粒释放的单链阳离子蛋白^［55］。与LPS高度保守的脂质A区域结合，介导G^-菌的膜损伤并中和LPS的内毒素活性，减弱炎症反应^［55］。Ederer等^［55］发现BPI基因rs4358188变异型增加中和LPS的效率。然而有研究认为与G^-菌感染时BPI的抗炎作用不同，BPI可能增强G⁺菌感染时免疫反应^［56］。Esposito等^［12］研究显示，rs4358188 AG基因型与早产儿总体NS风险降低有关，另一位点rs1341023 CC、CT基因型增加G^-菌感染的NS风险。这一发现符合rs4358188变异增加LPS中和效率的结论。然而，其他研究如Abu-Maziad等^［13］和Mustarim等^［11］并未发现rs4358188与NS存在关联。因此，鉴于BPI在G⁺菌与G^-菌感染之间的功能差异，BPI基因多态性对NS的影响尚需进一步的机制研究，以及依据菌群分层分析。

3.3. MMP16基因

MMP16属于MMP蛋白酶家族的胶原酶，可以切割Ⅰ~Ⅳ型和Ⅺ型纤维胶原蛋白，降解细胞外基质^［55-58］。MMP已被证明在免疫调节中发挥重要生物学作用，且与其降解能力无关^［57］。目前MMP16遗传变异与感染性疾病的易感性研究很少。Esposito等^［12］研究显示rs2664349 GG基因型与早产儿NS，尤其是培养阳性NS风险显著相关。而Mustarim等^［11］关于60例早产儿的队列研究未发现二者之间的关联。除了SNP外，DNA甲基化、组蛋白修饰和非编码RNA等表观遗传机制也影响MMP16基因表达^［58］。对于MMP的遗传相关研究应注意表观遗传的潜在共同影响。

3.4. VDR基因

维生素D除了维持钙稳态和影响骨矿化，还有免疫调节、抗菌和抗炎特性。维生素D缺乏与儿童脓毒症、NS显著相关^［59-60］。而VDR几乎存在于所有免疫细胞中，介导维生素D的细胞作用，VDR基因多态性可能影响维生素D免疫调节功能。一项关于300例足月儿的病例对照研究发现，NS组维生素D水平明显低于对照组，VDR 基因rs739837 G等位基因是培养阳性NS的危险因素，但与预后无关^［47］。Tayel等^［61］探索了80对母婴的维生素D水平、VDR基因多态性与培养阳性EOS的关系，发现病例组母婴维生素D水平显著降低，足月儿rs2228570的TT基因型和T等位基因可增加EOS风险，母婴rs731236与EOS均无任何关联。VDR基因多态性研究在新生儿开展并不广泛，尚缺乏关联证据。

2003—2023年期间NS基因多态性研究文献复习汇总见表1。

表1.

NS基因多态性研究文献复习汇总（2003—2023年）

文献	基因	位点	重要结果
赵晓芬等2023[25]	IL10	rs1800872 rs1800896	未发现任何关联
徐征等2023[35]	TLR2	rs3804099*	TT基因型增加NS发生风险
Xiao等2022[47]	VDR	rs739837*	rs739837 G等位基因、rs2234246 T等位基因均增加NS发生风险
	TREM1	rs2234246*
Varljen等2020[8]	IL1B	rs16944*#	AA基因型增加生后7 d内NS发生和死亡风险
赵晓芬等2020[14]	IL1B	rs1143627 rs1143643	未发现任何关联
赵晓芬等2020[23]	CXCL8	rs4073*	TT基因型增加NS发生风险
Dogan等2020[51]	MBL2	rs1800450†	突变型早产儿的G-菌LOS发病率较高
Varljen等2019[27]	IL6	rs1800795	rs1800629多态性增加NS发生风险
	TNF	rs1800629*
Mustarim等2019[11]	IL1B	rs1143643*	rs1143643多态性存在组间差异
	CD14	rs2569190
	BPI	rs4358188
	MMP16	rs2664349
Tayel等2018[61]	VDR	rs2228570* rs731236	rs2228570 TT基因型和T等位基因增加EOS风险
Hartz等2017[50]	MBL2	外显子1基因多态性†	调整胎龄后OO型新生儿G-菌感染风险增加
Xue等2017[54]	MBL2	rs7096206* rs7095891	rs7096206多态性增加NS发生风险
王晓蕾等2015[36]	TLR2	rs5743708 rs3804099	未发现任何关联
	TLR5	rs5744105
Allam等2015[10]	IL1B	rs1143627*	rs1143627 CC基因型和C等位基因、rs1800795 G等位基因、rs1800629 GG基因型和G等位基因增加EOS风险
	IL6	rs1800795*
	TNF	rs1800629*
Esposito等2014[12]	IL1B	rs1143643*	rs1143643 TT和CT基因型、rs2664349 GG基因型增加NS风险；rs4073 AT基因型和rs2569190 GG基因型增加重症NS风险；rs4358188 AG基因型降低总NS风险；rs1341023 CC、CT基因型增加G-菌感染风险
	CXCL8	rs4073#
	CD14	rs2569190#
	BPI	rs4358188* rs1341023†
	MMP16	rs2664349*
Sampath等2013[37]	TLR2	rs5743708	rs4986790单独或/和rs4986791共同存在增加VLBW早产儿G-菌感染风险
	TLR4	rs4986790† rs4986791†
	TLR5	rs5744168
Özkan等2012[52]	MBL2	rs1800450*	T等位基因增加NS风险
Koroglu等2010[53]	MBL2	rs1800450*	突变型增加NS、EOS风险
Abu-Maziad等2010[13]	TLR2	rs3804099*† rs3804100†	rs3804099、rs5744105与NS相关；rs3804099、rs3804100与G+菌感染相关；rs1800896与G-菌感染相关
	TLR5	rs5744105*
	IL10	rs1800896*†
Reiman等2008[20]	IL6	rs1800795*	CC基因型增加培养阳性NS风险
Baier等2006[19]	IL6	rs1800795*	rs1800795 C等位基因增加培养阳性NS风险
	IL10	rs1800896*	rs1800896 A等位基因增加LOS风险
	CD14	rs2569190§	rs2569190 TT基因型与美国非裔新生儿NS多次培养阳性相关
Hedberg等2004[28]	TNF	rs1800629#	A等位基因增加NS死亡风险
Ahrens等2004[18]	IL6	rs1800795*†§	rs1800795 G等位基因增加总体NS、无抗生素预防的G+菌感染及多次培养阳性NS风险
	TLR4	rs4986790
	NOD2	3020insC
	CD14	rs2569190
	MBL2	rs1800450 rs1800451 rs5030737
Harding等2003[17]	IL6	rs1800795*	GG基因型增加培养阳性NS风险

注：［NS］新生儿败血症；［LOS］晚发型败血症；［EOS］早发型败血症；［VLBW］极低出生体重。^*NS易感性相关；^#NS严重程度或所致死亡相关；^†G^-菌或G⁺菌易感性相关；^§NS多次培养阳性相关。

4. 结语

NS的发生发展涉及多种免疫功能、细胞因子、信号蛋白通路，越来越多的研究在探索其遗传易感因素。虽然目前受种族、胎龄、出生体重、诊断标准不同和样本量不足等因素的影响，各研究间的结果存在明显异质性，但依然为基因和疾病之间的内在联系提供了进一步解释，有助于分层管理和及时诊断，促进将来个体化精准治疗的实现。而针对研究中的问题，通过人群特征分层以及荟萃分析方法修正差异，同时进行大样本、高质量的研究依然是未来努力的方向。

基金资助

天津市教委科研计划项目（2022YGYB12）；天津市科技计划项目（21JCYBJC00370）；天津市医学重点学科（专科）建 设项目（TJYXZDXK-040A）。

利益冲突声明

所有作者声明不存在利益冲突关系。

作者贡献

高静负责文章撰写、修改；舒剑波负责文章审阅、修改；刘洋负责选题、文章审阅。