牙周炎相关基因多态性的研究进展

    牙周炎是由细菌、宿主和环境等多因素共同作用所引发的慢性炎症性疾病。细菌是牙周炎的始动因素，宿主易感性可影响牙周炎的发生发展。牙周炎被认为是一种复杂性疾病，是多基因作用的结果，这些致病基因称为易感基因。据估计，至少有65个易感基因可能与牙周炎的发生有关，但是易感基因的种类和数量可能会因研究人群的种族背景和疾病的表现形式而有所不同。
    目前，对牙周炎遗传易感性的研究结论主要来源于单核苷酸多态性（single nucleotide polymorphism，SNP） 分析研究、全基因组关联分析研究和后全基因组关联分析研究，本文针对上述研究手段所获得的牙周炎遗传易感性进行综述。
    1. SNP
    SNP主要是指在基因组DNA水平上由单个碱基对的变化所引起的核苷酸序列多态性，是人类可遗传的变异中最常见的一种。一般而言，SNP是指变异频率大于1%的单核苷酸变异。SNP分析是通过分析已知的单基因在疾病（病例） 和非疾病（对照） 个体的等位基因频率，从而将特定的SNP与疾病联系起来的一种研究方法。宿主在免疫应答过程中会产生多种细胞因子和趋化因子，在牙周炎的发生发展中起着重要作用。目前发现的大多数牙周炎相关SNP都与炎症过程有关，主要包括细胞因子、趋化因子、代谢调节因子以及与先天性和获得性免疫反应相关的蛋白等。
    1.1 白细胞介素（interleukin，IL）
    IL在牙周炎的炎症反应和组织破坏中起重要作用，与牙周炎炎症过程有关的几个IL基因的SNP已被广泛研究。有关IL-1的研究最为多见。IL-1是一种促炎细胞因子，由单核-巨噬细胞和树突状细胞等多种细胞分泌，在免疫调节中发挥重要作用。IL-1家族有3个主要成员：IL-1α、IL-1β和白细胞介素-1受体拮抗剂（interleukin-1 receptor antagonist，IL-1Ra）。IL-1编码基因位于2号染色体（2q13-21）。
    Kornmann等研究了IL-1与慢性牙周炎的关系，证明在非吸烟者中，IL-1α-889C/T和IL-1β+3953C/T等位基因的易感性与重度牙周炎明显相关。Laine等发现：牙周炎患者中IL-1β+3954、IL-1α-889C/T和IL-1Ra等位基因Ⅱ的检出率更高。2008年的一项荟萃分析显示：由IL-1α-889C/T和IL-1β+3953C/T等位基因组成的复合基因型与高加索人群的慢性牙周炎呈正相关。另一项荟萃分析显示：在亚洲人群和印度人群中，IL-1β+3954C/T基因型增加了慢性牙周炎的易感性。
    2017年，一项对2 174例慢性牙周炎患者和1 756例对照者进行的荟萃分析显示：IL-1α-889C/T SNP与慢性牙周炎的风险增加相关。虽然大多数对IL-1基因的研究都是针对慢性牙周炎进行的，但也有少数研究发现该基因的SNP与侵袭性牙周炎有关。Diehl 等在28 个美国黑人家庭中评估了IL-1α -889C/T和IL-1β+3954C/T的SNP，发现与广泛性侵袭性牙周炎呈正相关，而与局限性侵袭性牙周炎无关。
    另一项研究发现：上述2个SNP （IL-1α-889C/T和IL-1β+3954C/T） 与慢性牙周炎和侵袭性牙周炎均显著相关。然而，目前还未发现这些SNP在欧洲人群中与侵袭性牙周炎之间的关联。IL-4是一种通过支持B淋巴细胞介导的免疫反应和抑制巨噬细胞功能而参与炎症反应的细胞因子。编码基因位于5 号染色体（5q31.1）。Holla等发现： IL-4-590C/T、IL-4-33C/T 和IL-4-VNTR2的SNP与慢性牙周炎的风险增加有关。
    Chen等发现：中国人群中IL-4-1098G/T SNP与慢性牙周炎发生显著相关。而在荟萃分析中没有发现IL-4-590C/T、IL-4-33C/T和IL-4-VNTR2这3个SNP与牙周炎发生风险之间存在明显关联。在另一项荟萃分析中，虽然也得出以上IL-4基因多态性与牙周炎没有明显相关性的结论，但发现IL-4-33C/TSNP与侵袭性牙周易感性降低有关。IL-6是一种促炎细胞因子，与牙周炎的炎症过程和牙槽骨吸收有关。IL-6可由多种细胞分泌，编码基因位于7号染色体（7p21）。
    Zhao等发现：IL-6-576G/C的SNP是亚洲人群，尤其是中国人群牙周炎患者的危险因素。研究显示：高加索人群中IL-6-1480C/G和IL-6-6106A/T的SNP与局限性侵袭性牙周炎有明显关联，且IL-6的SNP与牙周炎呈中度相关。另一项荟萃分析显示：IL-6-174G/C多态性与牙周炎发病风险呈负相关。IL-8的作用是在炎症区域募集并激活中性粒细胞，与牙周炎的发病机制有关。编码基因位于4号染色体（4q13-q21）。
    在一项针对伊朗人群的研究中发现：IL-8-845T/C的基因多态性与牙周炎患病的风险呈正相关。另外一个针对12项研究进行的系统回顾和荟萃分析显示：IL-8-251A/T和IL-8-845T/C基因多态性可能与巴西人群慢性牙周炎的发生风险增加有关，而IL-8-251A/T等位基因可能是亚洲人群慢性牙周炎的危险因素。IL-10是一种抗炎细胞因子，由淋巴细胞、单核细胞和巨噬细胞分泌，编码基因位于1号染色体（1q31-32）。
    Claudino等发现：IL-10-592C/A基因多态性增加了慢性牙周炎的易感性。相关的荟萃分析显示：IL-10-592C/A的SNP与慢性牙周炎的风险增加有关。在高加索人群和拉丁人群中，该SNP和IL-10-819C/T均与慢性牙周炎风险增加相关，而IL-10-1082A/G的SNP与这两个人群的慢性牙周炎风险呈负相关。
    在一项针对巴西人群的研究中发现：IL-10-592C/A的SNP与侵袭性牙周炎呈正相关。在一项对2 714名牙周炎患者和2 372名对照者进行的荟萃分析中显示：IL-10-592C/A的SNP与高加索人群和亚洲人群的牙周炎易感性增加有关；此外，A等位基因、AA基因型、CC基因型可能与慢性牙周炎密切相关，而A等位基因、AA基因型可能与侵袭性牙周炎密切相关。
1.2 肿瘤坏死因子-α（tumor necrosis factor-α，TNF-α）
    TNF-α是一种促炎细胞因子，与牙周炎的发病机制密切相关。TNF-α主要由巨噬细胞分泌，编码基因位于6号染色体（6p21.3）。一项荟萃分析发现：在亚洲人群、巴西人群和土耳其人群中TNF-α-308G/A基因多态性与慢性牙周炎呈正相关。另一项在亚洲人群和高加索人群中进行的荟萃分析也表明：这一基因的SNP与侵袭性牙周炎呈正相关。还有一项荟萃分析表明：TNF-α-238G/A、TNF-α-308G/A多态性可能增加亚洲人群牙周炎的易感性。
1.3 Fc 受体（Fc gamma receptors，FcγRs）
    FcγRs主要在免疫细胞膜上表达，可连接特异性抗体和效应细胞，这样体液免疫和细胞免疫就能关联起来发挥作用。编码基因位于1号染色体，主要编码3 种受体CD16 （FcγRⅢ）、CD32（FcγRⅡ） 和CD64 （FcγRⅠ）。Saremi等发现：FcγR Ⅱ a-131R/H、FcγR Ⅲ a-158V/F、FcγR ⅢbNA1/NA2的基因多态性与慢性牙周炎和种植体周围炎有相关性，可能在这些疾病的发病机制中起一定作用。
    在一项针对高加索人群、亚洲人群和非洲人群的17项研究的荟萃分析显示：FcγRⅡa-131R/H和FcγRⅢa-158V/F基因多态性可能与高加索人牙周炎易感性增加有关，FcγRⅢbNA1/NA2基因多态性可能与侵袭性牙周炎易感性增加有关。
    1.4 Toll 样受体（Toll-like receptor，TLR）
    TLR是一种跨膜糖蛋白，是参与非特异性免疫的一类重要蛋白分子，也是连接非特异性免疫和特异性免疫的桥梁。Sellers等发现：TLR4-299G/A的SNP可以降低患牙周炎的风险。荟萃分析发现：在亚洲人中，TLR-2-ntron1 （rs1898830）G/A和TLR-2-2285G/A是牙周炎的保护性因素。一项在青少年中进行的研究发现：TLR1-T80R（rs5743611）、TLR7-3’UTR（rs3853839） 和TLR8-Promoter （rs3764879） 对牙周炎具有保护作用，而TLR4-3’UTR （rs7873784） 则是牙周炎的危险因素。
    1.5 甲酰肽受体（formyl-peptide receptors，FPRs）
    FPRs是一类G蛋白偶联受体，能够识别病原物质和宿主配体，通过介导炎症细胞的趋化作用和促进炎症介质释放，从而在炎症反应中发挥重要作用。Zhang等对FPR1基因单核苷酸多态性进行了研究，结果发现FPR1-306C/T的SNP与土耳其人群侵袭性牙周炎的发生呈正相关性，FPR1-348C/T的SNP与巴西人侵袭性牙周炎的发生呈正相关。另一项研究指出：FPR1-348C/T的SNP与美国黑人侵袭性牙周炎发生率增高相关。
    1.6 维生素D受体（vitamin D receptor，VDR）
    VDR参与骨代谢和免疫反应，其Taq Ⅰ、BsmⅠ、FokⅠ、ApaⅠ基因多态性被认为与牙周炎的易感性有关。Guo等发现：VDR-ApaⅠaa基因型可降低中国北方人群患牙周炎的风险。Torrungruang等发现：携带VDR-FokⅠCC+CT基因型会加重个体牙周炎的严重程度。一项荟萃分析显示：VDR-BsmⅠ和VDR-FokⅠ基因多态性与牙周炎之间存在联系；VDR-FokⅠ基因多态性与侵袭性牙周炎相关，而在高加索人群中，VDRTaqⅠ基因多态性与牙周炎之间存在联系。
    1.7 基质金属蛋白酶（matrix metalloproteinases，MMPs）
    MMPs是调节细胞基质组成的内肽酶家族，与牙周炎的发病机制有关。Ding等经荟萃分析发现：MMP-3-1171 （5A/6A） 的SNP与亚洲人群慢性牙周炎和侵袭性牙周炎风险降低有关。Hsiao等发现： MMP-2-790T/G、MMP-9-1562C/T 和TIMP-2-418G/C与中国台湾人群牙周炎风险相关。Heikkinen等发现：MMP-3-362G/A、MMP-3-45G/A与芬兰青少年的早期牙周炎有关。
    荟萃分析表明：MMP-9-753C/T基因多态性与牙周炎风险呈负相关，MMP-3-117（5A/6A）和MMP-8-799C/T基因多态性与牙周炎风险呈正相关，而MMP-2-753C/T基因多态性与牙周炎风险无明显相关性。SNP分析研究主要基于易感基因参与牙周炎的发生并且存在功能性改变的假说。尽管大量牙周炎可能的易感位点已被广泛报道，但由于各项研究样本量局限、牙周炎疾病表型定义不一致、种族背景异质性、统计效能较低、基因鉴定分型技术参差不齐等原因，SNP分析研究中发现的易感基因位点未能得到充分的验证。
    2.全基因组关联分析研究
    全基因组关联分析研究（genome wide association study）是对多个个体在全基因组范围遗传变异的多态性进行检测，获得基因型，从而在群体水平将基因型与表型进行统计学分析，根据统计量筛选出最有可能影响该性状的遗传变异（标记），挖掘与表型变异相关的基因。
    目前通过全基因组关联分析研究发现的与牙周炎风险相关的基因主要包括糖基转移酶6结构1（glycosyltransferase6 domain 1，GLT6D1）、防御素α1α3 （defensin alpha 1 and alpha 3，DEFA1A3）、唾液酸结合Ig 样凝集素5 （recombinant sialic acid binding Iglike lectin 5，SIGLEC5）、神经肽（Neuropeptide Y，NPY）、血小板因子4/血小板碱性蛋白/趋化因子配体5 （genes platelet factor 4/pro-platelet basic protein/chemokine ligand 5，PF4/PPBP/CXCL5）、INK4基因座中反义非编码RNA （antisense noncoding RNAin the INK4 locus，ANRIL）、纤溶酶原（plasminogen，PLG）、黑素瘤缺乏因子2（absent in melanoma2，AIM2） 等。
    2.1 GLT6D1
    GLT6D1由白细胞分泌，在先天反应、T淋巴细胞发育和功能以及TLR信号转导中发挥作用。Schaefer等对438名侵袭性牙周炎患者和1 320名对照者进行了关于牙周炎的全基因组关联分析，发现GLT6D1 （rs1537415）的G等位基因在牙周炎病例中的发生率更高。在苏丹的撒哈拉以南人群中，Hashim等发现GLT6D1 （rs1537415） 与侵袭性牙周炎之间存在相关性，证实了早期在非洲人群的全基因组研究的结果。
    2.2 DEFA1A3 和SIGLEC5
    DEFA1A3属于聚集在8号染色体上的α防御素家族，在吞噬细胞介导的宿主防御细菌、真菌和病毒方面发挥作用。SIGLEC5在免疫细胞中表达并充当酪氨酸磷酸酶的抑制剂。2017年的一项全基因组关联分析显示：SIGLEC5和DEFA1A3与慢性牙周炎和侵袭性牙周炎均有相关性。在关于全基因组关联分析的荟萃分析中发现：SIGLEC5与牙周炎和牙齿松动的风险增加相关。一项针对中国牙周炎患者进行的候选基因研究证实：Ninein蛋白（rs12883458）和SIGLEC5 （rs4284742）的SNP与牙周炎有关。此外，SIGLEC5还与牙周炎患者探诊出血、探诊深度和临床附着丧失严重程度有相关性。
    2.3 NPY
    NPY具有抗炎和抗菌作用，以及调节骨代谢的作用。与牙周感染部位相比，NPY在牙龈健康部位的水平较高。一项在德国进行的全基因组关联分析中，评估了329名侵袭性牙周炎患者和983名对照者NPY的基因多态性，并对不同亚组进行了验证研究，发现神经肽与侵袭性牙周炎有关。另外在一项针对巴西人群中的研究发现：NPY的SNP与中度或重度牙周炎的易感性相关。
    2.4 PF4/PPBP/CXCL5
    PF4由活化的血小板α颗粒释放，参与血小板聚集。PPBP是一种血小板源性生长因子，是中性粒细胞强有力的趋化和激活剂，可刺激多种细胞过程，包括纤溶酶原激活剂的形成和分泌。CXCL5可以促进血管和结缔组织形成。在一项对来自欧洲的651例侵袭性牙周炎和4 001例对照人群进行的全基因组关联分析研究发现：PF4/PPBP/CXCL5 （rs1595009）基因簇和尿苷二磷酸葡萄糖醛酸基转移酶家族2成员A1复合位点（rs146712414）与侵袭性牙周炎有关。这一关联在欧洲裔美国人群和德国人群的独立队列中得到了验证。
    2.5 ANRIL
    ANRIL是一种非编码RNA，与心血管疾病有关，影响细胞增殖和衰老。一项在德国进行的全基因组关联分析研究显示：ANRIL （rs1333048）的SNP与侵袭性牙周炎有关。这一结果在另外两项研究中得到了验证，ANRIL基因多态性与不同人群的牙周炎有关。
    2.6 PLG
    PLG是纤溶酶的无活性前体，属于丝氨酸蛋白酶。作为纤溶系统的核心，PLG对于评估多种疾病具有重要的意义。在牙周炎患者的牙龈、龈沟液、血清和唾液中都观察到PLG。对土耳其84例慢性牙周炎患者和105例对照者的研究发现：尽管组织型纤溶酶原激活剂和纤溶酶原激活剂抑制物-1基因型与慢性牙周炎无关，但纤溶酶原激活抑制物-1基因与非吸烟者患慢性牙周炎的易感性降低有关。
    另外一项全基因组关联分析研究纳入了德国1 419名慢性牙周炎患者和4 562名对照者，以及德国-荷兰人群851名侵袭性牙周炎患者和6 836 名对照者，发现PLG 下游基因（rs4252120） 与侵袭性牙周炎和慢性牙周炎相关，该基因座也与成骨细胞中PLG的表达有相关性。
    2.7 AIM2
    AIM2是人类AIM2基因编码的一种蛋白，是干扰素诱导蛋白16（interferon-inducible protein 16，IFI16） /干扰素诱导蛋白202 （interferon-inducible protein 202，IFI202） 家族的一员，是一种炎症小体，可以促进炎症细胞因子释放以启动免疫和修复反应。Marchesan等在一项全基因组关联分析中发现IFI16和AIM2的SNP与牙周微生物和牙周炎严重程度相关。
    另有研究表明：AIM2是牙周炎的易感基因，在牙周组织中的表达可影响牙周炎的发生风险。尽管全基因组关联分析研究为探索牙周炎的遗传易感性提供了全新的视角和线索，也发现了一些新的基因位点，但发现的SNP仅占复杂性状遗传变异的一小部分，这些遗传位点也只能解释少量遗传信息，还有大量遗传信息有待挖掘。
    3.后全基因组关联分析研究
    后全基因组关联分析研究是在全基因组关联研究的基础上，利用各种统计学方法或者生物信息学方法深入挖掘数据信息，从而探索牙周炎背后的遗传学机制。后全基因组关联分析主要包括交互作用分析、蛋白质的相互作用、表达数量性状基因位点和孟德尔随机化研究等。通过后全基因组关联分析研究，目前发现NUAK1（NUAKfamily kinase 1）、SIGLEC5、DEFA1A3、MTND1P5（MTND1 pseudogene 5）、SHISA9 （shisa family member 9） 等基因多态性与牙周炎易感性相关。
    3.1 交互作用分析
    目前，与牙周炎相关的大量遗传因素尚未被发现，但基因-环境的相互作用可以影响牙周炎遗传变异的效应。在没有其他影响因素，如吸烟、肥胖的情况下，遗传因素在牙周炎易感性中起更大的作用。Divaris等进行的全基因组关联研究发现：NUAK1 （12q23.3） 遗传变异与吸烟因素之间存在相互作用，可以影响中度牙周炎的发病风险。
    Yoshihara等对322名日本绝经后女性进行研究，发现β3肾上腺素能受体基因型和过氧化物酶体增殖物活化受体γ基因型不是牙周炎的独立危险因素，但是这两个基因型与肥胖之间存在环境-基因相互作用，从而影响牙周炎的发生。目前已有越来越多的人认识到基因-环境的相互作用在复杂性疾病中发挥的重要作用，基因-环境的相互作用分析将是发现牙周炎遗传因素的有效途径之一。
    3.2 蛋白质-蛋白质的相互作用（protein-protein interaction，PPI）
    PPI是指2个蛋白质分子之间相互作用的关系。全基因组关联分析研究数据结合PPI的网络分析是一种新兴技术，在许多生物过程和疾病防治研究中发挥着重要的作用。Botelho等进行了牙周炎的PPI网络分析研究，发现了牙周炎与帕金森病之间的PPI 网络， SMURF2 （smad ubiquitination regulatory factor-2） 和PARK2 （parkin 2）、IGF2R（insulin-like growth factor 2 receptor） 和HLA-DOA（HLA class Ⅱ histocompatibility antigen， DO αchain）、ABCA1 （ATP-binding cassette sub-family A member 1） 和APOE （apolipoprotein E）、SEMA5A（semaphorin 5A） 和THSD4 （thrombospondin type 1 domain containing protein 4）、HLA-DOA和HLA-DRA （HLA class Ⅱ histocompatibility antigen，DR α chain） 之间存在蛋白质间的相互作用。这些结论有望为后续的帕金森病和牙周炎之间的研究提供新思路。
    3.3 表达数量性状基因位点分析（expression quantitative trait，eQTL） 研究
    eQTL是指染色体上一些能特定调控mRNA和蛋白质表达水平的区域，用来表示mRNA或者蛋白质的表达水平量与数量性状的成比例关系。eQTL分析研究就是把基因表达作为一种性状，研究遗传突变与基因表达的相关性，可以更全面地分析出与疾病有关的基因结果，找到在全基因组关联分析研究中遗漏的信息。
    Li等采用Sherlock贝叶斯统计框架，系统地整合了近5年牙周炎全基因组关联分析研究和血液eQTL数据，分析鉴定出10个可能影响牙周炎表达的基因，分别为MT1L（metallothionein 1L）（rs7403881）、SIGLEC5 （rs-12459542）、SIGLEC14 （rs12459542）、S100钙结合蛋白A12 （recombinant S100 calcium binding，S100A12）（rs6680386）、三结构域家族33 （tripartite motif-containing 33，TRIM33）（rs10489524）、HIST1H3E （transient over expression lysate of histone cluster 1，H3e）（rs11962642）、AIM2 （rs281-4770）、FASTKD2 （FAST kinase domains 2）（rs-7593959）、PKN1 （protein kinase N1）（rs104169-04）、WDR37 （WD repeat domain 37）（rs10508-204）。eQTL研究为牙周炎的潜在风险基因提供了新的认识，能够更全面地识别当前研究遗漏的基因，但是这些鉴定出来的基因需要通过功能研究进行后续验证。
    3.4 孟德尔随机化研究
    孟德尔随机化是利用遗传变异作为工具变量，推测暴露因素与结局之间因果关系的一种遗传流行病学研究设计方法。Czesnikiewicz-Guzik等采用两样本孟德尔随机分析探讨了牙周炎和高血压之间的因果关系，通过分析75万人的4个牙周炎易感基因位点（SIGLEC5、DEFA1A3、MTND1P5和SHISA9），证实了牙周炎相关的SNP和血压表型之间存在明显相关性；进一步的随机干预试验证实牙周状况的改善与24 h内的收缩压、舒张压和内皮功能改善相关。随着研究的深入，研究结果一致性越高，研究结果的可信度也越高，牙周炎与全身疾病之间的关系也将得到充分认识。
    4.小结
    牙周炎是多因素慢性感染性疾病，涉及细菌和宿主之间复杂的动态交互作用。SNP会导致牙周炎的表型差异，在个体对疾病的敏感性、疾病的进展和治疗的反应中具有重要作用。迄今为止，经SNP分析发现IL、TNF-α、FcγRs、TLR、FPRs、VDR、MMPs的SNP与牙周炎遗传易感性相关，全基因组关联分析发现GLT6D1、DEFA1A、NPY、PF4/PPBP/CXCL5、ANRIL、PLG、AIM2等基因位点是牙周炎的易感基因，后全基因组关联分析进一步挖掘出NUAK1、SIGLEC5、DEFA1A3、MTND1P5、SHISA9等基因多态性与牙周炎的易感性相关。
    上述研究尚存在样本量不足、种族背景差异、偏倚因素控制等局限性。随着高通量多组学技术的进步和大数据时代的到来，基因检测有望作为精准医疗的重要手段，为牙周炎的防治提供新的思路。