β2肾上腺素受体与哮喘研究的新进展
支气管哮喘发病机制极为复杂，一般认为它是一种以气道反应性增高为特征的气道炎症性疾病。同时研究显示遗传因素在支气管哮喘发生发展中起着重要的作用，β2肾上腺素受体(β2-adrenergic receptors,β2-AR)在哮喘发病中的作用的种种假说几乎延续一个世纪，近十多年来随着PCR技术问世，从分子水平研究β2肾上腺素受体与哮喘发病的关系已成为哮喘发病机制中最为活跃的领域之一。本文就β2肾上腺素受体遗传多态性与哮喘的关系作一简要综述。
1 β2-AR结构及功能
人类β2肾上腺素受体属G蛋白耦联受体超家族成员，是第一个被克隆的腺苷环化酶连接受体，含有413个氨基酸，组成7簇疏水基团为跨膜螺旋区，每个跨膜螺旋区由20～30个氨基酸组成，N-端在胞外，含有两个糖基化的天冬酰胺，C-端在胞内，为3个环状结构。其基因序列已被克隆、测序，定位于5q31-32，具有两个显著的特点：无内含子的基因和有两个高效的启动子。β2-AR与β2激动剂结合发挥作用，它的机制为：(1)β2-AR与β肾上腺素结合，通过支气管平滑肌细胞发挥快速的逆转支气管收缩效应，这与一系列的胞内反应相关，β2受体与特异性配基相互作用后，通过G蛋白作中继站耦联信息传递，激活腺苷环化酶(AC)，使支气管平滑肌细胞cAMP浓度增高，激活蛋白磷酸酶，使底物磷酸化，产生松弛平滑肌细胞效应。或β2-AR与β肾上腺素结合，不依赖cAMP，通过鸟苷酸结合蛋白活化(Gs→Gsa)，Gsa与细胞膜上的钾通道相互作用，而产生松弛平滑肌效应。(2)β2-AR有直接的防止支气管收缩作用，涉及到大量不同类型的气道细胞参与了此作用，这种机制还不甚清楚。
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2 β2-AR遗传多态性与哮喘
2.1 β2-AR遗传多态性鉴定：Reihsaus等首先从基因水平研究β2-AR遗传多态性与哮喘的关系，采用变温凝胶电泳(TGGE)及直接测序对56例正常人与51例哮喘患者作对照研究发现β2-AR基因存在9个点突变，其核酸位点分别为46、79、100、252、491、523、1053、1098和1239，其中4个突变点导致氨基酸16、27、134、164位改变，即Arg16→Gly,Gln27→Glu，Val34→Met，Thr164→Ile，且突变率与正常组人群无差异，第一次指出了β2-AR遗传多态性与哮喘存在一定的相关性，并指出β2-AR多态性在一部分哮喘患者发病机制中扮演一辅助角色。
2.2 β2-AR多态性体外功能研究：随着基因工程技术的发展，体外研究β2～AR遗传多态性对β2AR表型功能的影响成为可能。Green.S等用野生型β2-ARcDNA定点诱变及重组表达模拟β2-AR多态性到正常不表达β2-AR的中国仓鼠成纤维细胞(CHW，具有β2AR信号转导通路及其它相关成分)发现16、27位对β2激动剂下调节作用显著不同于野生型，Arg16→Gly多态性显示显著的下调作用，Arg16+Gln27→Glu27抑制这种下调作用，但Arg16→Gly+Gln27→Glu与Arg16→Gly下调作用相当。推测原因可能为除Glu型mRNA表达少量增加外，而其它型，野生型β2-ARmRNA表达并未改变，这种脱敏、减量调节为受体蛋白的降解作用引起，同时蛋白印迹(Western bots)显示，Glu27表达为非成熟形式，可能由于它的构象改变抑制了受体的降解作用。而变异体Ile164型则显示出功能不良，对腺苷环化酶的最大激活能力仅为野生型受体的50%，与激动剂的亲和力亦降低，且Ile164型受体本身与Gs耦联被抑制。
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2.3 转基因研究：第一例转基因研究，用人类Ile-164型及野生型β2-AR表达在鼠心脏心肌细胞膜上，同时用α肌球蛋白重链启动子获得靶目标的表达，结果Ile-164型功能不良，通过抑制受体与G蛋白耦联的腺苷环化酶活性，并削弱了受体介导的心脏功能，这种情况在体内自身稳定情况下或在疾病状态(如心功能衰竭)下，都可能发生，并有重要的病理生理结果，从而在动物模型中，证实了受体变异体的病理意义。
2.4 临床研究：位于染色体5q31的一组簇细胞因子基因与机体的特应性、IgE水平、气道高反应性及哮喘存在连锁性，有趣的是β2-AR基因也位于5号染色体这个区域，而与哮喘存在强连锁性的遗传标志微卫星多态区(D5S346)离β2-AR基因比离细胞因子基因区还要近。变态反应性疾病(包括哮喘)常表现为血清高IgE水平，并以此为特征。Dewar等用60例哮喘先证者家系的324名成员研究β2-AR遗传多态性与血清总IgE的关系，发现：Gln27型与logIgE值存在明显的相关性(p=0.009)，这与Postma报道的编码哮喘特应性、影响IgE水平的一簇细胞因子基因定位在5q31一致。Hopes等研究儿童哮喘也证实了Gln27型与血高IgE水平的相关性，变异型Glu27则与哮喘低发病率相关，并预测Gln27→Glu27在儿童哮喘表型与Th2类细胞因子簇基因在5q存在连锁不平衡性，但需进一步证实。
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考虑到β2-AR存在各种变异体表型，大胆推测，β2-AR基因多态性决定哮喘表型，Turki.等通过PEFR或病史定义夜间型哮喘和非夜间型哮喘，发现增加受体数目下调的Gly16等位基因在夜间型哮喘患者出现的频率显著高于非夜间型哮喘患者(p=0.007)，提示Gly16型β2-AR在哮喘表型中为一重要的遗传因子。Cooper等也证实了Gly16型的患者在激素依赖型夜间型哮喘患者的比数的25.5。
Hall IP等研究轻中度哮喘患者β2-AR多态性与对乙酰甲胆碱(Metchaloine)的气道高反应性相关性时发现Glu-27型纯合子的激发剂量PD20值是野生型Glu的4倍，而杂合子处于野生型与变异型纯合子之间，说明β2-AR遗传多态性与哮喘气道反应性相关。Holroyed等及同事在荷兰人群中进行cohort对照研究，也证实Gly16型与支气管高反应性具有强相关性。
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2.5 对β2激动剂的反应性：β2激动剂可舒张气道平滑肌，增加粘液纤毛清除功能，降低血管通透性，调节肥大细胞及嗜碱性粒细胞介质的释放，是缓解哮喘急性发作应用较为广泛的药物，但是长期、规律应用β2激动剂，不仅可导致β2-AR脱敏、减量调节，而且可增加哮喘发作次数，使患者死亡率增加。以前推测其原因为长期β2激动剂导致哮喘患者循环血中肾上腺素浓度增高所致并与β2AR自身抗体学说有关(β2AR自身抗体与β2AR结合，阻断β2激动剂或儿茶酚胺神经递质与之结合，使β2AR失去功能所致)，但都受到了质疑。随着β2AR多态性的鉴定，这些效应是否有β2-AR多态性引起，引起人们重视。OHe M等对日本4例哮喘先证者家系的58名成员进行研究，在该人群检出两个等位基因多态性(2.1kb和2.3kb)，无等位基因2.3kb(即为2.1kb的纯合子)的成员对β2激动剂反应不佳，同时发现在哮喘病例中无2.3kb等位基因的比例较高，作者认为β2-AR基因经Ban-I内切酶消化的RFLP与对β2激动剂的气道反应性及哮喘的发病率具有相关性。Martinez F D等[16]从哮喘儿童对舒喘灵的反应性入手，研究发现纯合子Arg-16型对舒喘灵的反应性为纯合子Gly16的5.3倍，为Arg16/Gly16的2.3倍，27位多态性与对舒喘灵的反应性则无相关性，并指出Arg-16与Gln-27存在连锁不平衡性，具有Arg16型的染色体97.8%者也表达出Gln27等位基因，说明β2-AR基因多态性与对β2激动剂的反应性存在相关性。
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Tans等用Formoterol(福莫特罗，长效β2-AR激动剂，24μg/日×4周)观察中重度哮喘患者同样发现：Gly16型者比Arg16更易于对支气管扩张剂产生脱敏效应，且Gly16型的脱敏效应超过Glu27型的保护作用。但也有与此相矛盾的报道，Hancox R J等长期规律应用干粉Fenoterol(酚丙喘定，400μg,qid×24周)β2-AR激动剂观察β2-AR多态性与气道反应性及对β2-AR激动剂的调节，则不存在相关性。长期、规律应用β2激动剂疗效不如按需吸入β2激动剂，其机制还不甚清楚，需进一步阐明。
3 结论与展望
变异型Gly16在气道高反应性，对β2激动剂产生失敏作用存在相关性，且与夜间型哮喘密切相关。而Glu27型与气道低反应性存在相关性，抑制β2激动剂产生的失敏作用，Gly16与Glu27相比时，Gly16的失敏促进作用远远超过Glu27抑制失敏作用。Ile164型则与削弱受体介导的心脏功能相关。Va134型突变率低，未进行功能研究。编码β2-AR、IL-4、IL-5、IL-13、LFN、调节因子和单核巨嗜细胞克隆刺激因子的基因都位于5q31，哮喘的发病机制可能不同程度地涉及这些细胞因子，研究β2-AR遗传多态性与哮喘的关系工作方兴未艾。对于以下的问题还需进一步研究：
3.1 β2-AR多态性是否为其它疾病的发病因素，如与COPD有关，需进一步研究。
3.2 由于β2-AR多态性可改变对β2激动剂的反应性，是否有其它受体遗传多态性参与了对β2激动剂个体之间的反应性不同。
总之，随着分子技术的发展，筛选和检测β2-AR遗传多态性，可对哮喘的防治用药提供理论依据。, 百拇医药
1 β2-AR结构及功能
人类β2肾上腺素受体属G蛋白耦联受体超家族成员，是第一个被克隆的腺苷环化酶连接受体，含有413个氨基酸，组成7簇疏水基团为跨膜螺旋区，每个跨膜螺旋区由20～30个氨基酸组成，N-端在胞外，含有两个糖基化的天冬酰胺，C-端在胞内，为3个环状结构。其基因序列已被克隆、测序，定位于5q31-32，具有两个显著的特点：无内含子的基因和有两个高效的启动子。β2-AR与β2激动剂结合发挥作用，它的机制为：(1)β2-AR与β肾上腺素结合，通过支气管平滑肌细胞发挥快速的逆转支气管收缩效应，这与一系列的胞内反应相关，β2受体与特异性配基相互作用后，通过G蛋白作中继站耦联信息传递，激活腺苷环化酶(AC)，使支气管平滑肌细胞cAMP浓度增高，激活蛋白磷酸酶，使底物磷酸化，产生松弛平滑肌细胞效应。或β2-AR与β肾上腺素结合，不依赖cAMP，通过鸟苷酸结合蛋白活化(Gs→Gsa)，Gsa与细胞膜上的钾通道相互作用，而产生松弛平滑肌效应。(2)β2-AR有直接的防止支气管收缩作用，涉及到大量不同类型的气道细胞参与了此作用，这种机制还不甚清楚。
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2.1 β2-AR遗传多态性鉴定：Reihsaus等首先从基因水平研究β2-AR遗传多态性与哮喘的关系，采用变温凝胶电泳(TGGE)及直接测序对56例正常人与51例哮喘患者作对照研究发现β2-AR基因存在9个点突变，其核酸位点分别为46、79、100、252、491、523、1053、1098和1239，其中4个突变点导致氨基酸16、27、134、164位改变，即Arg16→Gly,Gln27→Glu，Val34→Met，Thr164→Ile，且突变率与正常组人群无差异，第一次指出了β2-AR遗传多态性与哮喘存在一定的相关性，并指出β2-AR多态性在一部分哮喘患者发病机制中扮演一辅助角色。
2.2 β2-AR多态性体外功能研究：随着基因工程技术的发展，体外研究β2～AR遗传多态性对β2AR表型功能的影响成为可能。Green.S等用野生型β2-ARcDNA定点诱变及重组表达模拟β2-AR多态性到正常不表达β2-AR的中国仓鼠成纤维细胞(CHW，具有β2AR信号转导通路及其它相关成分)发现16、27位对β2激动剂下调节作用显著不同于野生型，Arg16→Gly多态性显示显著的下调作用，Arg16+Gln27→Glu27抑制这种下调作用，但Arg16→Gly+Gln27→Glu与Arg16→Gly下调作用相当。推测原因可能为除Glu型mRNA表达少量增加外，而其它型，野生型β2-ARmRNA表达并未改变，这种脱敏、减量调节为受体蛋白的降解作用引起，同时蛋白印迹(Western bots)显示，Glu27表达为非成熟形式，可能由于它的构象改变抑制了受体的降解作用。而变异体Ile164型则显示出功能不良，对腺苷环化酶的最大激活能力仅为野生型受体的50%，与激动剂的亲和力亦降低，且Ile164型受体本身与Gs耦联被抑制。
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2.3 转基因研究：第一例转基因研究，用人类Ile-164型及野生型β2-AR表达在鼠心脏心肌细胞膜上，同时用α肌球蛋白重链启动子获得靶目标的表达，结果Ile-164型功能不良，通过抑制受体与G蛋白耦联的腺苷环化酶活性，并削弱了受体介导的心脏功能，这种情况在体内自身稳定情况下或在疾病状态(如心功能衰竭)下，都可能发生，并有重要的病理生理结果，从而在动物模型中，证实了受体变异体的病理意义。
2.4 临床研究：位于染色体5q31的一组簇细胞因子基因与机体的特应性、IgE水平、气道高反应性及哮喘存在连锁性，有趣的是β2-AR基因也位于5号染色体这个区域，而与哮喘存在强连锁性的遗传标志微卫星多态区(D5S346)离β2-AR基因比离细胞因子基因区还要近。变态反应性疾病(包括哮喘)常表现为血清高IgE水平，并以此为特征。Dewar等用60例哮喘先证者家系的324名成员研究β2-AR遗传多态性与血清总IgE的关系，发现：Gln27型与logIgE值存在明显的相关性(p=0.009)，这与Postma报道的编码哮喘特应性、影响IgE水平的一簇细胞因子基因定位在5q31一致。Hopes等研究儿童哮喘也证实了Gln27型与血高IgE水平的相关性，变异型Glu27则与哮喘低发病率相关，并预测Gln27→Glu27在儿童哮喘表型与Th2类细胞因子簇基因在5q存在连锁不平衡性，但需进一步证实。
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Hall IP等研究轻中度哮喘患者β2-AR多态性与对乙酰甲胆碱(Metchaloine)的气道高反应性相关性时发现Glu-27型纯合子的激发剂量PD20值是野生型Glu的4倍，而杂合子处于野生型与变异型纯合子之间，说明β2-AR遗传多态性与哮喘气道反应性相关。Holroyed等及同事在荷兰人群中进行cohort对照研究，也证实Gly16型与支气管高反应性具有强相关性。
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2.5 对β2激动剂的反应性：β2激动剂可舒张气道平滑肌，增加粘液纤毛清除功能，降低血管通透性，调节肥大细胞及嗜碱性粒细胞介质的释放，是缓解哮喘急性发作应用较为广泛的药物，但是长期、规律应用β2激动剂，不仅可导致β2-AR脱敏、减量调节，而且可增加哮喘发作次数，使患者死亡率增加。以前推测其原因为长期β2激动剂导致哮喘患者循环血中肾上腺素浓度增高所致并与β2AR自身抗体学说有关(β2AR自身抗体与β2AR结合，阻断β2激动剂或儿茶酚胺神经递质与之结合，使β2AR失去功能所致)，但都受到了质疑。随着β2AR多态性的鉴定，这些效应是否有β2-AR多态性引起，引起人们重视。OHe M等对日本4例哮喘先证者家系的58名成员进行研究，在该人群检出两个等位基因多态性(2.1kb和2.3kb)，无等位基因2.3kb(即为2.1kb的纯合子)的成员对β2激动剂反应不佳，同时发现在哮喘病例中无2.3kb等位基因的比例较高，作者认为β2-AR基因经Ban-I内切酶消化的RFLP与对β2激动剂的气道反应性及哮喘的发病率具有相关性。Martinez F D等[16]从哮喘儿童对舒喘灵的反应性入手，研究发现纯合子Arg-16型对舒喘灵的反应性为纯合子Gly16的5.3倍，为Arg16/Gly16的2.3倍，27位多态性与对舒喘灵的反应性则无相关性，并指出Arg-16与Gln-27存在连锁不平衡性，具有Arg16型的染色体97.8%者也表达出Gln27等位基因，说明β2-AR基因多态性与对β2激动剂的反应性存在相关性。
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Tans等用Formoterol(福莫特罗，长效β2-AR激动剂，24μg/日×4周)观察中重度哮喘患者同样发现：Gly16型者比Arg16更易于对支气管扩张剂产生脱敏效应，且Gly16型的脱敏效应超过Glu27型的保护作用。但也有与此相矛盾的报道，Hancox R J等长期规律应用干粉Fenoterol(酚丙喘定，400μg,qid×24周)β2-AR激动剂观察β2-AR多态性与气道反应性及对β2-AR激动剂的调节，则不存在相关性。长期、规律应用β2激动剂疗效不如按需吸入β2激动剂，其机制还不甚清楚，需进一步阐明。
3 结论与展望
变异型Gly16在气道高反应性，对β2激动剂产生失敏作用存在相关性，且与夜间型哮喘密切相关。而Glu27型与气道低反应性存在相关性，抑制β2激动剂产生的失敏作用，Gly16与Glu27相比时，Gly16的失敏促进作用远远超过Glu27抑制失敏作用。Ile164型则与削弱受体介导的心脏功能相关。Va134型突变率低，未进行功能研究。编码β2-AR、IL-4、IL-5、IL-13、LFN、调节因子和单核巨嗜细胞克隆刺激因子的基因都位于5q31，哮喘的发病机制可能不同程度地涉及这些细胞因子，研究β2-AR遗传多态性与哮喘的关系工作方兴未艾。对于以下的问题还需进一步研究：
3.1 β2-AR多态性是否为其它疾病的发病因素，如与COPD有关，需进一步研究。
3.2 由于β2-AR多态性可改变对β2激动剂的反应性，是否有其它受体遗传多态性参与了对β2激动剂个体之间的反应性不同。
总之，随着分子技术的发展，筛选和检测β2-AR遗传多态性，可对哮喘的防治用药提供理论依据。, 百拇医药