专题笔谈│功能获得性基因突变与原发性免疫缺陷病

杨 军，何庭艳

中国实用儿科杂志 2017 Vol.32（7）：515-521

摘要

以常染色体隐性遗传（AR）和X-连锁隐性遗传 （XR）方式起病的原发性免疫缺陷病（PID） 多表现为功能丧失性突变（LOF），LOF造成相关免疫基因不表达或表达不足、表达产物功能完全丧失或明显降低进而引发PID。而以常染色体显性遗传（AD）方式起病的PID除可表现为LOF外，还可表现为功能获得性突变（GOF），GOF可造成相关免疫基因功能增强或异常活化，进而引起相关临床表现。目前已发现18种PID由GOF基因突变所致，其临床表型复杂，免疫学异质性明显，常以自身炎症或自身免疫为主要表现，伴或不伴其他经典PID的临床特征如反复感染、过敏、肿瘤等。

关键词

免疫缺陷；基因突变； 功能获得性突变； 功能丧失性突变

作者单位：深圳市儿童医院肾脏免疫科，广东 深圳 518038

通讯作者：杨军，电子信箱：[e-mail]

原发性免疫缺陷病（primary immunodeficiency disease，PID）临床特征主要包括感染、自身炎症及自身免疫、过敏、肿瘤等。截止2016年共发现的300余种PID中，以常染色体显性遗传（AD）方式起病的PID（AD-PID）约占60余种，其中40余种由功能丧失性突变（loss-of-function mutation，LOF）或称减功能突变所致（包括功能完全缺失、残余部分功能），18种由功能获得性突变（gain-of-function mutation，GOF）或称增功能突变所致（包括功能增强、获得新功能）。AD-PID多由基因错义突变所致，STAT1、STAT3、WAS、C3、CFB、CARD11基因的不同位点突变既可导致GOF，亦可表现LOF，从而分别引起具有完全不同临床表型的PID，如STAT1基因GOF遗传方式为AD，临床表型以慢性黏膜皮肤念珠菌病（CMC）为主，而LOF遗传方式为AD或常染色体隐性遗传（AR），临床表型为孟德尔遗传易感分枝杆菌病（MSMD）［1-2］；WAS基因GOF表现为X-连锁中性粒细胞缺乏症，而LOF表现为血小板减少-湿疹-免疫缺陷综合征（WAS）［3］。由于免疫基因GOF常导致相关基因功能增强或异常活化，临床表现常以自身炎症或自身免疫为突出表现，而反复感染、过敏、肿瘤等经典PID的临床表现少见，因此极易漏诊误诊［4］。本文将主要阐述18种以AD方式起病的基因GOF（AD-GOF）PID的临床表型、免疫学特点及相关发病机制研究进展。

1 以自身炎症为主要表现

以自身炎症为主要表现的AD-GOF的PID包括cryopyrin相关周期热综合征（CAPS），化脓性无菌性关节炎、坏疽性脓皮病、痤疮综合征（PAPA）及NLRC4相关的巨噬细胞活化综合征（NLRC4-MAS），上述疾病以早发的全身自身炎症为主要表现， 发病机制与炎症小体异常活化、 白介素（IL）-1合成释放增加有关， 抗IL-1治疗有效。亦有部分非炎症小体相关的自身炎症性疾病如Blau综合征、 非典型溶血尿毒综合征（aHUS）、 CARD14基因突变相关银屑病等， 虽然无严重的全身自身炎症， 但可累及皮肤、 关节等组织器官［4］。

CAPS典型症状为反复发热、 皮疹、 关节肿痛及结膜炎， 伴或不伴神经系统炎症反应， 根据临床表型不同又分为家族性寒冷相关自身炎症综合征（FCAS）、 Muckle-Wells综合征（MWS）和婴儿期起病的慢性神经皮肤关节综合征（CINCA或NOMID）。CINCA或NOMID患者起病早， 临床表现为慢性无菌性脑膜炎、 慢性炎性多关节炎、 脑萎缩、脑室扩张、 感音神经性耳聋、 慢性视神经乳头水肿伴视神经萎缩和视力下降，部分伴假性肿瘤样软骨增生肥大。CAPS因NLRP3基因GOF所致，NLRP3体细胞嵌合突变亦可导致CAPS。NLRP3是NOD样受体家族最重要的一个成员，其编码蛋白cryopyrin能够识别细胞内的病原体以及细胞自身产生的危险信号，与凋亡相关斑点样蛋白（ASC）形成了一个多蛋白复合体，即NLRP3炎症小体。活化的NLRP3炎症小体激活caspase-1并催化IL-1β原蛋白（pro-interleukin-1β）裂解， 释放出有活性的IL-1β， 导致炎性反应发生。cryopyrin核苷酸结合结构域（NBD）相关的基因突变可降低cAMP亲和力， 促进Ca2+释放及NLRP3 炎症小体形成， 进而促使IL-1β形成及释放， 持续加剧炎症反应。抗IL-1单抗已成为CAPS患者的一线治疗药物［5-6］。

PAPA 临床表现为化脓性坏疽、 囊性痤疮、 化脓性无菌性关节炎， 由PSTPIP1（也称为CD2BP1）基因突变所致。PSTPIP1蛋白是一种在髓样细胞中表达的细胞骨架衔接蛋白， 通过其卷曲螺旋结构域与PTPN12（一种Tyr磷酸酶）、WASP、 c-Abl和FasL相互作用； PSTPIP1还可以结合同源三聚体pyrin（也称为MEFV）， 募集ASC单体， 形成活化焦磷酸酶， 促进IL-1β前体转化为IL-1β。PSTPIP1基因GOF导致PSTPIP1蛋白过度磷酸化， 大大增加对pyrin的亲和力， 导致pyrin持续活化［7］。

NRLC4基因突变患者临床表现为巨噬细胞活化综合征（NRLC4-MAS）和早发的炎症性肠病（IBD）。NRLC4-MAS组织学和免疫学特征类似于噬血细胞综合征（HLH），活化的淋巴细胞和巨噬细胞大量浸润内脏器官，引起严重的早发性自身炎症反应，表现为发热、肝脾肿大、血细胞减少，部分累及中枢神经系统。NLRC4是NOD样受体家族中的一员，主要识别细菌的鞭毛蛋白和Ⅲ型分泌系统的成分。NLRC4在正常情况下通过自抑制作用处于静息状态，当病原体成分进入细胞内时，被NLRC4识别从而使其活化，活化的NLRC4发生自身多聚化，形成炎症小体，激活蛋白酶caspase-1。caspase-1蛋白酶作用于IL-1β原蛋白和IL-18原蛋白，生成有活性的IL-1β和IL-18发挥免疫效应。NRLC4基因GOF患者机体持续性分泌IL-1β和IL-18，从而导致一系列严重自身炎症性疾病，抗IL-1治疗有效［8-9］。

Blau综合征主要临床特点为非干酪样坏死性肉芽肿，表现为关节炎、皮炎和葡萄膜炎三联征，由NOD2或CARD15基因突变所致［13-14］。NOD2是细胞质蛋白，含NOD和富含亮氨酸重复结构域（NACHT）， 主要表达于髓样细胞、 角质细胞、 肠、肺和口腔上皮细胞。NOD2通过NACHT识别细菌胞壁酰二肽，与RIPK2形成“淋巴结样”小体，导致NF-κB和AP-1信号通路活化， 诱导促炎细胞因子合成和分泌。NOD2基因GOF可导致细菌胞壁酰二肽与NACHT结合后应答强化，NF-κB活化增加［10-11］。

aHUS主要临床特征为微血管病性溶血性贫血，血小板减少症和急性肾衰竭，其发病与补体系统异常激活相关。补体系统可通过经典途径、替代途径及MBL途径激活，而补体抑制因子则发挥重要的负反馈调节作用。补体C3和促补体途径激活因子CFB基因GOF，补体途径抑制因子CFH、MCP、CFI、THBD和CFHR1基因LOF，均可导致C3-CFB复合物持续活化，最终导致aHUS；而C3、CFB基因LOF可导致C3-CFB复合物失活，临床表现为病原易感性增加而非aHUS［12-13］。

牛皮癣是以原发性皮肤损害为主的全身炎症性疾病，近期发现可由CARD14单基因突变所致。CARD14编码的CARD蛋白含有卷曲螺旋结构域，可与支架蛋白BCL10和MALT相互作用。CARD14基因确切功能尚不明确，但其基因GOF影响CARD蛋白的卷曲螺旋结构域，导致NF-κB过度活化，促进未刺激角化细胞中CCL20、IL-8、SOD2和IL-36-γ表达增加［14-15］，目前CARD14基因GOF临床病变仅局限于皮肤的具体机制尚不明确，同时不排除CARD14基因突变外的其他潜在致病机制。

2 以自身免疫为主要表现

婴儿期发病的多系统自身免疫性疾病（infantile-onset multisystem autoimmune disease ，ADMIO）临床表现包括血液系统自身免疫现象、胰岛素依赖性糖尿病（抗胰岛自身抗体阳性）、自身免疫性肠病和乳糜泻（对食物谷蛋白过敏）等，由STAT3基因GOF所致，部分临床特征与自身免疫淋巴增生综合征（ALPS）、X连锁多内分泌腺病肠病伴免疫失调综合征（IPEX）和IPEX样疾病类似［16］。多种细胞因子如IL-6、IL-11、IL-27、IL-31、IL-10、IL-22、IFN-α/β、LIF和TGF-β等均通过由JAK激酶介导及酪氨酸磷酸化激活STAT3，导致STAT3二聚化及转运至细胞核，促进下游基因转录表达［17］。ADMIO患者因STAT3基因GOF影响SH2结构域内的保守残基的表达，导致磷酸化非依赖性STAT3活性增加，患者主要表现为多种自身免疫性疾病，临床异质性明显而感染症状不严重。影响STAT3相同结构域的基因LOF则可导致高IgE综合征，该病主要表现为血清IgE水平增高、反复葡萄球菌和假丝酵母菌感染等［18］。

NF-κB相关B细胞增殖和T细胞失能性疾病（B cell expansion with NF-kB and T cell anergy，BENTA）是一种新近发现的遗传性B淋巴细胞增殖性疾病，临床特征包括多克隆B淋巴细胞增殖、脾肿大和淋巴结病，随年龄增长可出现慢性淋巴细胞性白血病（B-CLL）、淋巴瘤或自身免疫现象（自身抗体阳性）、反复感染；免疫学特点包括未成熟过渡型B细胞（CD10+ CD24hi CD38hi）和成熟初始克隆性B细胞（IgM+IgD+）数量增多，IgM、IgG和IgA降低。BENTA由CARD11基因GOF所致，遗传方式为AD［19］。CARD11编码淋巴细胞胞质蛋白，该蛋白与支架蛋白BCL10和MALT1相互作用形成“BCM”复合物，进而活化下游信号（包括c-Jun、NF-κB及mTOR信号通路）。CARD11蛋白通过激活BCR或TCR介导信号传导发挥作用，CARD11基因突变主要影响卷曲螺旋结构域，CARD11基因GOF导致其编码蛋白自发聚集，并与T、B细胞中BCL10和MALT1形成活性信号簇，导致持续性NF-κB信号通路激活，最终引起B细胞多克隆增殖和T细胞失能；而CARD11基因LOF（遗传方式为AR）则导致功能性T细胞缺失，临床表现为联合免疫缺陷病［20-21］。弥漫性大B细胞淋巴瘤患者亦检测到体细胞CARD11基因GOF及NF-κB持续性活化［22］。有趣的是，CARD11基因LOF可导致T、B细胞增殖障碍（T、B细胞数量正常），而CARD11基因GOF仅导致B细胞多克隆增殖， 而T细胞增殖正常。

3 自身炎症伴自身免疫

Ⅰ型干扰素过度活化可导致Ⅰ型干扰素病（type Ⅰ interferonopathies），包括Aicardi-Goutieres综合征（AGS）、脊椎软骨发育不良伴免疫失调综合征（SPENCD）、婴儿期起病的STING相关血管炎（SAVI）及ADA2缺陷。AGS是最早发现的Ⅰ型干扰素病，根据不同的基因突变又分AGS 1～7型，主要临床特征为脑萎缩、脑白质营养不良、颅内钙化、脑脊液慢性淋巴细胞增多和IFN-α持续增高等神经系统自身炎症病变，伴选择性IgA缺乏，部分患者可出现红斑狼疮样病变［23］。其中AGS7型系由IFIH1基因GOF所致。IFIH1编码病毒dsRNA中间体细胞质传感器MDA5，dsRNA及衔接子MAVS激活MDA5，通过TBK1和IKKs激活IRF3和NF-κB，诱导Ⅰ型IFN抗病毒相关基因表达。IFIH1基因GOF主要影响其解旋酶结构域，使之与dsRNA结合更紧密，增加MDA5寡聚物的稳定性，导致Ⅰ型IFN抗病毒相关基因过度表达［24］。动物实验发现IFIH1基因GOF杂合小鼠也可出现自身免疫现象，包括狼疮肾炎、抗核抗体和抗dsDNA抗体阳性。尽管IFIH1蛋白普遍表达于各器官组织，但IFIH1基因突变患儿临床表型主要累及颅脑，其具体机制尚不明确。目前1例患者报道有荨麻疹样症状，3例（3/8）患者表现为系统性自身免疫现象。其他基因突变（如TREX、AGS1型）则可同时表现为AGS和系统性红斑狼疮［25］。

SAVI主要表现为全身炎症伴外周血管炎和肺部病变，晚期可出现严重肺纤维化及狼疮样改变，由TMEM173基因GOF所致［26-28］。TMEM173基因编码的STING蛋白是一种细胞质DNA传感器，在环磷酸鸟苷-环磷酸腺苷（cGAMP）存在的情况下，STING蛋白与IRF3和TBK1结合，导致Ⅰ型IFN免疫反应活化。TMEM173 GOF影响STING二聚化结构域，增加其同源二聚体稳定性，导致IFN-β过度表达，并促进IFN-依赖性基因表达增加及STAT家族成员（STAT1、STAT3、STAT5和STAT6）磷酸化［27，29］。部分SAVI患者外周血抗磷脂抗体阳性，提示血管病变可能与内皮细胞自身炎症或自身免疫相关［4］。IFIH1和STING分别编码病毒dsRNA和DNA细胞质传感器，却导致AGS和SAVI两种组织特异性完全不同的疾病，其潜在发病机制尚须进一步研究。

4 自身免疫或自身炎症伴感染

PLCG2基因编码磷脂酶Cγ2（PLCγ2），仅表达于髓样及淋巴样细胞，包括单核细胞、树突细胞、B和NK细胞。在FcR、BCR或TCR受体激活后，PLCγ2磷酸化，导致磷脂酰肌醇4，5-二磷酸（PIP2）催化成肌醇1，4，5-二磷酸（IP3）和二酰基甘油（DAG）。PLCG2基因GOF可导致两种临床表型不同的疾病，分别为PLAID （PLCγ2 associated antibody deficiency and immune dysregulation）和APLAID（autoinflammation and PLCγ2 associated antibody deficiency and immune dysregulation）。PLAID和APLAID共同临床特征为均有抗体缺陷（低IgM、IgA血症），外周转换记忆B细胞（IgM- IgD- CD27+）数量降低，NK细胞功能异常，易导致反复窦肺感染。不同之处在于：PLAID以过敏（冷因性荨麻疹或过敏性荨麻疹）及自身免疫（抗核抗体阳性，自身免疫性甲状腺炎及大疱性皮肤病变）为主，而APLAID则以关节炎症、眼部炎症和IBD等系统性自身炎症为主要表现，其潜在发病机制尚待进一步深入研究［30-32］。

5 感染伴或不伴自身免疫

先天性外胚层发育不良伴免疫缺陷综合征（EDA-ID）、CMC、PI3K-δ活化综合征（APDS）及疣、低丙种球蛋白血症、感染、先天性骨髓粒细胞缺乏综合征（WHIM syndrome）均以不同程度的感染为主要临床特征，伴或不伴自身免疫现象，相关免疫基因GOF是导致这些PID的根本原因。

EDA-ID主要临床特征包括外胚层发育不良伴联合免疫缺陷，由NFKBIA增功能基因突变所致［33］。NFKBIA编码IκBα蛋白，该蛋白与NF-κB二聚体结合并将其保留于细胞质，阻止NF-κB易位到细胞核，进而抑制NF-κB信号通路激活。在免疫因子刺激情况下，IKK复合物作用于IκBα，致其丝氨酸（Ser）残基磷酸化，磷酸化的IκBα构象改变进而暴露NF-κB的NLS结构，使NF-κB易位到细胞核。NFKBIA基因GOF影响IκBα丝氨酸残基的表达，突变型IκBα蛋白缺少丝氨酸残基，与NF-κB结合后无法正常解离，影响NF-κB易位到细胞核，从而抑制NF-κB信号通络功能。NFKBIA基因GOF与NEMO/IKBKG基因LOF临床表型类似，但T细胞缺陷相关临床表型更为显著，还具有髓系和淋巴系免疫缺陷伴造血系统外的临床表现，提示NF-κB信号通路累及多器官系统组织［4，34］。

WHIM综合征临床特征包括疣、低丙种球蛋白血症，先天性骨髓粒细胞缺乏，对乳头状瘤病毒、细菌、非典型分枝杆菌易感，易发生恶性肿瘤（EBV相关T、B细胞淋巴瘤），由CXCR4基因GOF所致［35］。CXCR4基因编码趋化因子受体CXCR4，在白细胞和其他细胞中广泛表达，趋化因子基质细胞衍生因子-1（SDF-1/CXCL12）是其特异性配体。CXCR4与CXCL12结合后发生构象变化，并通过异源三聚体Gαβ-γ-蛋白复合物激活信号传导；同时CXCR4 C末端Ser残基磷酸化，与β-arrestins结合并触发受体内吞，防止信号通路持续活化。目前发现WHIM大多由CXCR4 C末端无义突变所致，CXCR4 GOF导致CXCR4磷酸化障碍，促使信号转导增强［36］。近期研究显示CXCR4抑制剂可逆转异种移植模型小鼠骨髓粒细胞缺乏［37］。

CMC主要表现为复发性或持续性的白色念珠菌皮肤黏膜感染，可由STAT1基因GOF所致。CMC同时对疱疹病毒、隐孢子菌、组织胞浆菌及葡萄球菌易染，半数以上患者伴自身免疫性甲状腺炎［1-2］，部分STAT1基因GOF患者可出现IPEX样综合征，表现为多腺体炎症（甲状腺炎、糖尿病）、反复感染（窦肺感染、血源性感染）、伴或不伴皮肤黏膜念珠菌病。STAT1含卷曲螺旋结构域和DNA结合结构域，普遍表达于造血细胞、淋巴结和平滑肌，JAKs与细胞因子（IFNα/β/γ，IFN-λ，IL-27，IL-6和IL-21）结合，可活化STAT1信号通路。STAT1基因GOF影响卷曲螺旋结构域和DNA结合结构域，导致p-STAT1去磷酸化障碍，p-STAT1驱动的靶基因转录增强，结果导致IL-10下降，IL-17+ T细胞发育和功能障碍，Tfh细胞过表达IFN-γ和PD-1，出现类似IL-17F、IL-17RA和ACT1基因突变的临床表型［1，38］；而STAT1基因LOF则降低STAT1磷酸化水平，IFN-α/β、IFN-γ、IFN-λ和IL-27免疫应答受损，导致出现MSMD和病毒感染。

APDS临床特征包括复发性窦肺感染、高IgM血症、淋巴增殖及肿瘤易感、T细胞免疫应答异常及B细胞数量减少，对EB病毒易感，极少部分患者可出现原发性硬化性胆管炎，由PIK3CD基因GOF所致［39］。PIK3CD编码磷脂酰肌醇-3-激酶（PI3Kδ）亚基p110δ，该亚基只在造血祖细胞和衍生的造血细胞中表达。p110δ亚基与调节亚基（p85α，p55α，p55β或p85β）形成异二聚体脂质激酶，进而磷酸化PIP2，产生磷脂酰肌醇3，4，5-三磷酸（PIP3）的催化亚基。生长因子和细胞因子可刺激p110δ产生PIP3，其反过来激活AKT（p-AKT）、PDK1和mTOR。体外实验显示PIK3CD GOF导致TCR刺激后PIP3增多，增加p-AKT水平。PIK3CD基因c.3061 G＞A（E1021K）点突变是PIK3CD热点突变，也是GOF突变的典型代表。研究发现，E1021K p110δ较野生型p110δ而言，具有更高的细胞膜的亲和力及与调节亚基p85α的结合力，导致PI3K-AKT-mTOR信号通路过度激活，出现肝脾淋巴结肿大等淋巴增殖表现。APDS患者抗原特异性抗体亲和力下降，特别是对荚膜细菌抗体IgG2水平低下，其潜在机制可能与记忆性B细胞减少相关；APDS患者亦存在初始T细胞减少及衰老效应T细胞增加［40］。

以AD-GOF方式起病的PID临床表型和免疫学改变异质性极强，可分别出现以自身炎症、自身免疫、反复感染、过敏或肿瘤为主要特点的不同综合征。加强对AD-GOF的PID关注，有助于提高疑难罕见PID的诊治水平。同一基因同时发生GOF和LOF的潜在免疫学机制亦提示定量调节在维持机体免疫平衡中发挥重要作用。

参考文献 (略)

（2017-04-10收稿）