引用本文： 李倩, 卢震钰, 高笑宇, 孙德俊. nAChR基因多态性与肺癌及慢性阻塞性肺疾病的研究进展. 中国呼吸与危重监护杂志, 2023, 22(5): 363-369. doi: 10.7507/1671-6205.202205074 复制
慢性阻塞性肺疾病（简称慢阻肺）是一种常见的以不可逆性气流受限为特征的疾病，目前在全球死亡原因中居第四位[1]。而肺癌作为目前全球第一位恶性肿瘤，全球新发病例高达182万，占全部肿瘤的12.9%[2]。随着近年来全基因组相关分析的开展，越来越多的证据表明慢阻肺和肺癌的发病与易感基因及其单核苷酸基因多态性相关，开展基因多态性与疾病易感性的研究至关重要。烟碱乙酰胆碱受体（acetylcholine receptor，nAChR）广泛分布在神经元、感觉、代谢和免疫组织，其中包含米色脂肪细胞、上皮细胞、淋巴细胞和耳蜗毛细胞[3]。此外nAChR受体还在调节各种哺乳动物非神经元细胞中的上皮细胞生长、迁移、分化和炎症过程中起关键作用[4]。已有研究表明nAChR的单核苷酸多态性（single nucleotide polymorphism，SNP）突变与慢阻肺[5]和肺癌[6]密切相关，本文将以nAChR基因多态性与慢阻肺和肺癌的易感性研究进行综述。
1 nAChR与SNP
乙酰胆碱为胆碱能神经元分泌的主要神经递质，广泛存在于外周和中枢神经系统中[7]。乙酰胆碱受体主要包括毒蕈碱受体和烟碱受体。研究表明，nAChRs广泛参与肿瘤细胞的生长、凋亡、血栓形成和上皮细胞间质转化（epithelial-mesenchymal transition，EMT）等过程。nAChR是一个包含亚基的五聚体结构，每个亚基都包含一个N端胞外结构域和四个跨膜区域[8]。迄今为止，在哺乳动物中，已检测到九个α亚基（α1～α7，以及α9、α10）、四个β亚基（β1～β4）和一个δ亚基、γ亚基和ε亚基。这些nAChR亚基对应的编码基因分别是CHRNA1～CHRNA7，CHRNA9，CHRNA10，CHRNB1～CHRNB4，CHRNG，CHRND和CHRNE（图1）。nAChR亚基在呼吸道中广泛表达，研究表明大鼠气管上皮中，除α1外，所有哺乳动物的α亚基均已被鉴定[9]。在小鼠气管上皮中，已经发现α3、α4、α5、α7、α9、α10、β2和β4亚基，其中α3和α10亚基是所有α亚基中最丰富的，其次是α4和α7亚基[10]。通常情况下，nAChR显示出多种效果和特性，根据疾病的具体情况不同，在呼吸道不同细胞类型中进行选择性激活或抑制，在黏膜纤毛清除、炎症和感染以及气道疾病（如哮喘、慢阻肺和癌症）中发挥不同的作用[11-12]。例如α3β4 nAChR的激活可能有益于黏膜纤毛清除受损的疾病，如慢阻肺、哮喘甚至囊性纤维化等疾病的发生。而激活免疫细胞中的α9α10 nAChR或肺泡巨噬细胞和肺上皮细胞中的α7 nAChR可能有助于通过减少气道炎症来改善急性肺损伤、慢阻肺和哮喘的发生。同时抑制α5 nAChR，可减少非小细胞肺癌细胞或气道平滑肌细胞的细胞增殖[8]。总而言之，nAChR不同亚基的表达水平与呼吸系统疾病的发生具有相关性。
图1
不同nAChR亚基的编码与组装
人体中的nAChR主要分为2α3-3β4组合、2α3-α5-2β4组合、2α2-α5-2β2组合、5α7组合。同时编码这些蛋白的基因主要存在于20号染色体、1号染色体、15号染色体上。
nAChR的表达水平或编码蛋白往往受到基因多态性的影响。一般认为，两个随机选定的基因组个体包含大约0.1%的差异或变异。个体间DNA变异的最简单形式是一个核苷酸替换另一个核苷酸。这种变化被称为单核苷酸多态性（single nucleotide polymorphism，SNP）。到目前为止，已经绘制了超过300万个SNP。其中50%的SNP发生在非编码区，25%的突变为错义突变，而剩下的25%是沉默（无义）突变。根据不同的突变位置SNP可以影响基因表达[13]、RNA剪切[14]和启动子区域甲基化[15]。有研究表明nAChR的SNP多态性与吸烟行为相关，并且可能影响慢性阻塞性疾病以及肺癌的发生和发展。
2 nAChR SNP与呼吸系统疾病
2.1 nAChR基因多态性与慢阻肺的研究
慢阻肺是一种由复杂的基因–环境相互作用引起的异质性疾病[16]，其常见的危险因素包括长期暴露于吸入的有毒气体或颗粒物（包括吸烟行为[17]、职业暴露[18]、家庭环境[19]等），并与多种宿主因素（包括遗传、早期肺发育和最大肺生长达到）相关[20]。吸烟作为慢阻肺最重要的危险因素之一，nAChR对慢阻肺的影响一方面体现在香烟中的尼古丁通过神经元烟碱乙酰胆碱受体作用于大脑所引起的香烟成瘾性[21]。例如CHRNA5-A3中的rs667282和rs3743073以及CHRNB3-A6中的 rs4950位点与吸烟慢阻肺患者成功戒烟显著相关[22]。另一方面遗传因素及易感基因位点多态性也是引起慢阻肺的重要因素。例如与细胞代谢相关的CYP1A1基因rs4646903位点[23]以及经典的炎症因子TNF-α基因–308位点[24]均被认为是慢阻肺的易感位点。同时多项研究表明nAChR的基因多态性也与慢阻肺的多项肺功能指标相关，包括第1秒用力呼气容积（forced expiratory volume in one second，FEV1）、一秒率［FEV1与用力肺活量（forced vital capacity，FVC）的比值，即FEV1/FVC］、FEV1占预计值百分比以及呼气峰值流量（peak expiratory flow，PEF）等。有研究显示，与慢阻肺相关的nAChR SNP位点主要集中在CHRNA3-CHRNA5-CHRNB4基因簇上，其中CHRNA3基因是最常见的易感基因，而CHRNA3中的rs1051730是重要的慢阻肺易感位点，在针对墨西哥[25]、蒙古[26]、中国[27]、丹麦[28]、美国[29]人群的研究中均表明rs1051730位点与慢阻肺的患病风险相关。研究表明CHRNA3的rs1051730位点主要与支气管舒张剂前后FEV1占预计值百分比和支气管舒张剂前后FEV1/FVC相关，最终使肺功能下降，慢阻肺严重程度增加[29]。除了rs1051730位点外，CHRNA3一些其他的SNP位点也是慢阻肺疾病的易感位点。例如在一项针对韩国人群的研究中，以队列研究的方式选取了219例慢阻肺受试者和305例对照受试者，对CHRNA3中的两个单核苷酸多态性位点rs660652和rs12910984进行基因分型，发现rs12910984与慢阻肺（P=0.049）密切相关，并与肺一氧化碳弥散率和肺一氧化碳弥散率与肺泡容量比值有显著关联，rs12910984的平均肺一氧化碳弥散率较低[30]。除了CHRNA3外，CHRNB4与CHRNA5也有部分SNP位点证明与慢阻肺的发生相关。Zhao等[31]报道了CHRNB4 rs56218866位点A>G突变增加了慢阻肺的风险，同时发现rs56218866 G和rs56218866 G的组合对非吸烟者发生慢阻肺的危险性也有显著增加（分别为P=0.006、0.002）。此外这项研究还表明nAChR SNP与慢阻肺发病年龄的相关性，发现携带CHRNB4的SNP rs56218866 A>G突变基因型的中国人群慢阻肺的发病年龄较其他基因型更早一些[31]。这说明nAChR是通过影响吸烟行为以及人群易感性这两方面影响慢阻肺疾病。另外，从病理生理方面进行分析，CHRNA5中的非同义单核苷酸多态性位点rs16969968会影响非吸烟携带者的鼻息肉，表现出气道上皮细胞重塑和炎症，当rs1696996突变时，会使暴露于猪胰弹性蛋白酶的肺气肿模型肺功能改变并且肺部氧化应激后显著放大。上皮细胞中靶向rs16969968的表达导致体内气道重塑，增加促炎细胞因子的产生。这项表研究表明rs16969968位点突变也是慢阻肺病变的潜在危险因素，其使肺对氧化应激和损伤的作用更加敏感[32]。总而言之，nAChR除了影响香烟成瘾性外，nAChR所引起的遗传因素也是慢阻肺疾病重要的危险因素，并且nAChR的单核苷酸突变与炎症反应和各项肺功能指标相关，研究nAChR SNP与慢阻肺疾病发病的关系，对于慢阻肺疾病的预测与治疗具有较高的潜力。
2.2 nAChR基因多态性与肺癌的研究
肺癌是我国死亡率最高的恶性肿瘤[33]。其中非小细胞肺癌（non-small cell lung cancer，NSCLC）占肺癌总数的85%～90%，且发病率呈逐年增高趋势[34]。肺癌是一种与吸烟行为密切相关的癌症，许多nAChR也参与人体烟草成瘾。但nAChR与肺癌的相关性是否只是反映了吸烟行为，尚需要进一步研究。在一项关于巴勒斯坦人群肺癌的研究中，发现CHRNA5和CHRNA3基因的rs16969968和rs1051730位点是肺癌的易感位点。病例中rs16969968-AA、rs16969968-GA与rs1051730-TT、rs1051730-CT基因型的频率显著高于对照组（P=0.001）。与野生型基因型相比，携带纯合或杂合基因型的rs16969968-AA、rs16969968-GA和rs1051730-T会增加肺癌的易感性［优势比（odds ratio，OR）分别为6.83、2.81和3.05］。在比较rs16969968和rs1051730位点与吸烟行为的关系后发现，吸烟者病例和吸烟者对照之间rs1051730基因型的分布差异具有统计学意义（P=0.015）。吸烟者（26.6%）的rs1051730-T等位基因频率高于非吸烟者（18.3%）[35]。这表明nAChR可以通过影响吸烟行为影响肺癌的发生与发展。但是这并不代表nAChR仅通过影响吸烟行为参与肺癌的发生和发展。一项比较日本和欧美人群nAChR SNP与肺癌关系的研究中，发现肺癌潜在的易感位点rs8034191、rs16969968 和rs1051730的次要等位基因组成的单倍型在日本人群与肺癌风险显著相关［OR=2.3，95%可信区间（confidence interval，CI）1.5～3.7，P=0.00028］，但频率（P=0.013）远低于欧洲和美国人群（P值位于0.3～0.4），并且在吸烟者和非吸烟者以及所有组织学类型的肺癌中都观察到了这种关联，不过这些位点的突变虽然引起了更高的吸烟剂量但是没有统计学差异[36]。这表明nAChR SNP突变可能是通过吸烟行为和机体本身易感两方面影响肺癌的发生。这个观点也在一项针对汉族人群的研究中被证实，Sun等[37]发现CHRNA3-CHRNA5-CHRNB4基因簇rs6495309、rs1948和rs8040868是肺癌易感位点，SNP rs1948（C>T）与肺癌风险显著相关，同时这种相关性和吸烟行为无关。而SNP rs8060868在非吸烟人群和受试者（年龄≤60岁）中导致肺癌发生的风险更高。这表明SNP rs6495309（C>T）对不同人群肺癌发生的影响具有差异，而SNP rs6495309与吸烟行为的交互作用会增加肺癌的发生风险[37]。这些研究表明，nAChR SNP突变对于肺癌发病的影响一方面在于普遍的吸烟行为，同时个人的遗传因素也是重要的原因之一，其中位于CHRNA3-CHRNA5-CHRNB4基因簇上的rs1051730和rs16969968是最为常见的nAChR肺癌易感位点。
2.3 nAChR基因多态性同时影响肺癌和慢阻肺
吸烟是导致肺癌和慢阻肺发生的主要原因。研究表明与吸烟行为强关联的CHRNA3-CHRNA5-CHRNB4基因簇的SNP，同样与肺癌及慢阻肺显著相关[38]，在癌症及其他呼吸系统疾病发生时，nAChR广泛地参与细胞增殖、转移、血管生成、抗炎以及免疫调节过程[6]。上述的rs1051730和rs16969968位点除了单独作为慢阻肺与肺癌的易感位点外，有研究还同时比较了rs1051730和rs16969968位点对于慢阻肺和肺癌的影响。Pérez-Morales等[25]在墨西哥人群中进行研究，利用加性模型发现CHRNA3 rs1051730和CHRNA5 rs16969968单独存在显著的关联。在慢阻肺中，CHRNA3 rs1051730和CHRNA5 rs16969968多态性在共显性和加性模型中显示出显著的关联，即使调整了年龄和性别之后也是如此，表明了不同人群与肺癌和慢阻肺相关联[35]。但是这些研究也存在部分争议，有研究发现携带CHRNA5 rs16969968 突变的AA基因型在437例肺癌病例中占16%，在445例慢阻肺病例中占14%。对429例肺癌病例进行分类时，其中的AA基因型分别存在于19%的慢阻肺病例和11%的未患有慢阻肺病例中[39]。通过这项研究可得出：在过往的慢阻肺和肺癌与nAChR SNP的相关性研究中，部分肺癌患者同时也患有慢阻肺，即nAChR单核苷酸多态性与肺癌之间的关联可能部分被慢阻肺所混淆。这给出了一个提示：nAChR突变对慢阻肺的影响可能比肺癌要大。此外，CHRNA3 rs6495309T/C基因型及其等位基因与这两种疾病风险之间也均存在显著关联（均P=0.05）。rs6495309 CC基因型在隐性遗传模型下显著增加慢阻肺风险（OR=1.33；95%CI 1.10～1.60；P=0.003），携带rs6495309 CC基因型的个体患慢阻肺的危险性增加1.32倍。而rs6495309 CT/CC基因型与肺癌风险相关在显性遗传模型下（OR=1.51；95%CI 1.21～1.87；P=2.261024）显著增加，携带rs6495309 CT/CC基因型的个体患肺癌的危险性增加1.66倍[40]。在这里我们总结了nAChR SNP突变对肺癌或慢阻肺影响的研究[22, 25-32, 35-37, 39-48]（表1），总之nAChR（CHRNA3、CHRNA5、CHRNB4等）的SNP突变可能增加慢阻肺和肺癌发生的风险，并且对这两种疾病的影响程度存在差异。
表1
nACHR SNP所影响的疾病相关指标
3 SNP调节nAChR的潜在机制
3.1 启动子区域SNP对nAChR的调节机制
SNP可能会改变编码的氨基酸（非同义）或沉默（同义）或仅出现在非编码区。具体而言，它们主要通过影响启动子活性（基因表达）、信使RNA（mRNA）构象（稳定性）以及mRNA和（或）蛋白质的亚细胞定位来发挥作用，最终导致疾病的发生。Lee等[48]研究了CHRNA3基因启动子中的rs6495309 C>T多态性。在406例慢阻肺患者和394名健康对照受试者组成的病例对照组中进行研究，发现与rs6495309 CC基因型相比，rs6495309 CT或TT基因型与慢阻肺风险显著降低相关（调整后的OR=0.69；95%CI 0.50～0.95；P=0.023）。在变异T等位基因的显性模型下，rs6495309 C>T对慢阻肺风险的影响在中度至极重度慢阻肺中比在轻度慢阻肺中更明显（同质性 P=0.024）[49]。从机制上讲，启动子区域SNP影响下游基因表达的常见方式是通过改变启动子区域的基因型而不是影响其他转录引起与启动子的结合，这种方式往往伴随着下游基因表达水平的降低甚至结合模式的功能丧失[50-51]，例如rs405是上呼吸道癌症的易感位点，当rs405发生G→C突变时，可以使转录因子MZF1以及RNA聚合酶与基因的结合不再紧密，从而使下游转录减弱（图2a）[52]。此外在一项关于前列腺癌发生的研究中发现，风险SNP区域是启动子和增强子活性的双功能区域，一方面启动子SNP突变会引起转录因子与启动子结合减少，而另一方面SNP的突变增强了启动子活性，进一步激活与前列腺癌进展相关的一组细胞周期基因，从而促进前列腺癌的生长和转移。具体来说rs11672691风险SNP区域是一个具有启动子和增强子活性的双功能调控元件，非风险等位基因倾向于较强的启动子活性来驱动PCAT19-Short的表达，而突变后的风险等位基因则倾向于较强的增强子活性，通过增强子–启动子的相互作用促进PCAT19-Long的表达（图2b）[53]。总而言之，启动子区域的SNP突变会影响下游基因的表达，并且与疾病的发生和发展具有相关性。
图2
各种位置的SNP通过不同方式影响基因表达
a. 启动子区域SNP突变通过影响转录因子与启动子区域结合的程度来影响下游基因启动活性。b. SNP突变使启动子活性变为增强子活性改变基因转录起始位点。c. 3'UTR区SNP突变改变miRNA的结合能力，影响基因转录水平调控。
3.2 3' UTR区域SNP对nAChR的调节机制
基因的3'UTR区可以参与mRNA 转录调控，如mRNA定位、mRNA稳定性和蛋白结构。例如，一项针对孟加拉国人群的吸烟状况的研究中，3'UTR区域CHRNA3 rs578776位点的突变与吸烟行为密切相关[54]。另一项研究则发现3'UTR在CHRNB2基因中也有重要的作用，3'UTR中的rs2072660，对尼古丁依赖的Fagerstrom测试评分有显著影响（P=0.010）[46]。一般来说，胞内3'UTR区域SNP位点对基因表达的影响主要是通过与miRNA结合来实现，它们可以创建或破坏结合位点，从而通过改变3'UTR区域与miRNA的亲和力来达到调节基因表达和蛋白质翻译的作用[55]。例如，miR-98-5p通过直接与mRNA的3'UTR结合来抑制nAChR α7的表达[56]。miRNA与3'UTR SNP位点特异性结合，使SNP位点所处的mRNA稳定性降低，在胞内被降解，从而影响基因的表达[57-58]。又比如，当c.3781位点A基因型变成C基因型时会影响上游转录因子家族成员3（upstream transcription factor family member 3，USF3）的表达（图2c）[59]。通常，miRNA相关的SNP需要几个要素才能在功能和病理上相关：SNP应该调节miRNA和mRNA之间的相互作用，miRNA和靶mRNA都应该在相关组织中表达，以及SNP与疾病之间的关系需要证明。总而言之，基因3'UTR区域SNP位点突变会通过与不同种miRNA结合的方式调节基因表达，研究miRNA、SNP与疾病之间的关系，对进一步阐述SNP在疾病中的作用方式至关重要。
4 展望
随着慢阻肺与肺癌的患病率及死亡率不断上升，造成巨大的社会经济负担，近年来国内外对慢阻肺和肺癌的科研和临床诊断越来越关注。神经元nAChR存在于大量神经细胞以及非神经元细胞类型中，除了引发香烟成瘾诱导疾病外，神经元nAChR还参与多种生理和病理生理过程如细胞分化、免疫调节、增殖和炎症反应等。研究nAChR SNP与相关呼吸系统疾病的关系，有利于进一步完善疾病易感性研究并筛选关键的风险位点。尽管nAChR SNP与肺癌及慢阻肺的研究还需要更多的临床研究来证实，但是整合更多临床信息和SNP等生物标志物相关性，可以深入研究慢阻肺与肺癌进展的分子机制，探索疾病新靶点，从而进一步完善相关疾病的预防和诊断，对实现个体化治疗具有意义。
利益冲突：本文不涉及任何利益冲突。
慢性阻塞性肺疾病（简称慢阻肺）是一种常见的以不可逆性气流受限为特征的疾病，目前在全球死亡原因中居第四位[1]。而肺癌作为目前全球第一位恶性肿瘤，全球新发病例高达182万，占全部肿瘤的12.9%[2]。随着近年来全基因组相关分析的开展，越来越多的证据表明慢阻肺和肺癌的发病与易感基因及其单核苷酸基因多态性相关，开展基因多态性与疾病易感性的研究至关重要。烟碱乙酰胆碱受体（acetylcholine receptor，nAChR）广泛分布在神经元、感觉、代谢和免疫组织，其中包含米色脂肪细胞、上皮细胞、淋巴细胞和耳蜗毛细胞[3]。此外nAChR受体还在调节各种哺乳动物非神经元细胞中的上皮细胞生长、迁移、分化和炎症过程中起关键作用[4]。已有研究表明nAChR的单核苷酸多态性（single nucleotide polymorphism，SNP）突变与慢阻肺[5]和肺癌[6]密切相关，本文将以nAChR基因多态性与慢阻肺和肺癌的易感性研究进行综述。
1 nAChR与SNP
乙酰胆碱为胆碱能神经元分泌的主要神经递质，广泛存在于外周和中枢神经系统中[7]。乙酰胆碱受体主要包括毒蕈碱受体和烟碱受体。研究表明，nAChRs广泛参与肿瘤细胞的生长、凋亡、血栓形成和上皮细胞间质转化（epithelial-mesenchymal transition，EMT）等过程。nAChR是一个包含亚基的五聚体结构，每个亚基都包含一个N端胞外结构域和四个跨膜区域[8]。迄今为止，在哺乳动物中，已检测到九个α亚基（α1～α7，以及α9、α10）、四个β亚基（β1～β4）和一个δ亚基、γ亚基和ε亚基。这些nAChR亚基对应的编码基因分别是CHRNA1～CHRNA7，CHRNA9，CHRNA10，CHRNB1～CHRNB4，CHRNG，CHRND和CHRNE（图1）。nAChR亚基在呼吸道中广泛表达，研究表明大鼠气管上皮中，除α1外，所有哺乳动物的α亚基均已被鉴定[9]。在小鼠气管上皮中，已经发现α3、α4、α5、α7、α9、α10、β2和β4亚基，其中α3和α10亚基是所有α亚基中最丰富的，其次是α4和α7亚基[10]。通常情况下，nAChR显示出多种效果和特性，根据疾病的具体情况不同，在呼吸道不同细胞类型中进行选择性激活或抑制，在黏膜纤毛清除、炎症和感染以及气道疾病（如哮喘、慢阻肺和癌症）中发挥不同的作用[11-12]。例如α3β4 nAChR的激活可能有益于黏膜纤毛清除受损的疾病，如慢阻肺、哮喘甚至囊性纤维化等疾病的发生。而激活免疫细胞中的α9α10 nAChR或肺泡巨噬细胞和肺上皮细胞中的α7 nAChR可能有助于通过减少气道炎症来改善急性肺损伤、慢阻肺和哮喘的发生。同时抑制α5 nAChR，可减少非小细胞肺癌细胞或气道平滑肌细胞的细胞增殖[8]。总而言之，nAChR不同亚基的表达水平与呼吸系统疾病的发生具有相关性。
图1
不同nAChR亚基的编码与组装
人体中的nAChR主要分为2α3-3β4组合、2α3-α5-2β4组合、2α2-α5-2β2组合、5α7组合。同时编码这些蛋白的基因主要存在于20号染色体、1号染色体、15号染色体上。
nAChR的表达水平或编码蛋白往往受到基因多态性的影响。一般认为，两个随机选定的基因组个体包含大约0.1%的差异或变异。个体间DNA变异的最简单形式是一个核苷酸替换另一个核苷酸。这种变化被称为单核苷酸多态性（single nucleotide polymorphism，SNP）。到目前为止，已经绘制了超过300万个SNP。其中50%的SNP发生在非编码区，25%的突变为错义突变，而剩下的25%是沉默（无义）突变。根据不同的突变位置SNP可以影响基因表达[13]、RNA剪切[14]和启动子区域甲基化[15]。有研究表明nAChR的SNP多态性与吸烟行为相关，并且可能影响慢性阻塞性疾病以及肺癌的发生和发展。
2 nAChR SNP与呼吸系统疾病
2.1 nAChR基因多态性与慢阻肺的研究
慢阻肺是一种由复杂的基因–环境相互作用引起的异质性疾病[16]，其常见的危险因素包括长期暴露于吸入的有毒气体或颗粒物（包括吸烟行为[17]、职业暴露[18]、家庭环境[19]等），并与多种宿主因素（包括遗传、早期肺发育和最大肺生长达到）相关[20]。吸烟作为慢阻肺最重要的危险因素之一，nAChR对慢阻肺的影响一方面体现在香烟中的尼古丁通过神经元烟碱乙酰胆碱受体作用于大脑所引起的香烟成瘾性[21]。例如CHRNA5-A3中的rs667282和rs3743073以及CHRNB3-A6中的 rs4950位点与吸烟慢阻肺患者成功戒烟显著相关[22]。另一方面遗传因素及易感基因位点多态性也是引起慢阻肺的重要因素。例如与细胞代谢相关的CYP1A1基因rs4646903位点[23]以及经典的炎症因子TNF-α基因–308位点[24]均被认为是慢阻肺的易感位点。同时多项研究表明nAChR的基因多态性也与慢阻肺的多项肺功能指标相关，包括第1秒用力呼气容积（forced expiratory volume in one second，FEV1）、一秒率［FEV1与用力肺活量（forced vital capacity，FVC）的比值，即FEV1/FVC］、FEV1占预计值百分比以及呼气峰值流量（peak expiratory flow，PEF）等。有研究显示，与慢阻肺相关的nAChR SNP位点主要集中在CHRNA3-CHRNA5-CHRNB4基因簇上，其中CHRNA3基因是最常见的易感基因，而CHRNA3中的rs1051730是重要的慢阻肺易感位点，在针对墨西哥[25]、蒙古[26]、中国[27]、丹麦[28]、美国[29]人群的研究中均表明rs1051730位点与慢阻肺的患病风险相关。研究表明CHRNA3的rs1051730位点主要与支气管舒张剂前后FEV1占预计值百分比和支气管舒张剂前后FEV1/FVC相关，最终使肺功能下降，慢阻肺严重程度增加[29]。除了rs1051730位点外，CHRNA3一些其他的SNP位点也是慢阻肺疾病的易感位点。例如在一项针对韩国人群的研究中，以队列研究的方式选取了219例慢阻肺受试者和305例对照受试者，对CHRNA3中的两个单核苷酸多态性位点rs660652和rs12910984进行基因分型，发现rs12910984与慢阻肺（P=0.049）密切相关，并与肺一氧化碳弥散率和肺一氧化碳弥散率与肺泡容量比值有显著关联，rs12910984的平均肺一氧化碳弥散率较低[30]。除了CHRNA3外，CHRNB4与CHRNA5也有部分SNP位点证明与慢阻肺的发生相关。Zhao等[31]报道了CHRNB4 rs56218866位点A>G突变增加了慢阻肺的风险，同时发现rs56218866 G和rs56218866 G的组合对非吸烟者发生慢阻肺的危险性也有显著增加（分别为P=0.006、0.002）。此外这项研究还表明nAChR SNP与慢阻肺发病年龄的相关性，发现携带CHRNB4的SNP rs56218866 A>G突变基因型的中国人群慢阻肺的发病年龄较其他基因型更早一些[31]。这说明nAChR是通过影响吸烟行为以及人群易感性这两方面影响慢阻肺疾病。另外，从病理生理方面进行分析，CHRNA5中的非同义单核苷酸多态性位点rs16969968会影响非吸烟携带者的鼻息肉，表现出气道上皮细胞重塑和炎症，当rs1696996突变时，会使暴露于猪胰弹性蛋白酶的肺气肿模型肺功能改变并且肺部氧化应激后显著放大。上皮细胞中靶向rs16969968的表达导致体内气道重塑，增加促炎细胞因子的产生。这项表研究表明rs16969968位点突变也是慢阻肺病变的潜在危险因素，其使肺对氧化应激和损伤的作用更加敏感[32]。总而言之，nAChR除了影响香烟成瘾性外，nAChR所引起的遗传因素也是慢阻肺疾病重要的危险因素，并且nAChR的单核苷酸突变与炎症反应和各项肺功能指标相关，研究nAChR SNP与慢阻肺疾病发病的关系，对于慢阻肺疾病的预测与治疗具有较高的潜力。
2.2 nAChR基因多态性与肺癌的研究
肺癌是我国死亡率最高的恶性肿瘤[33]。其中非小细胞肺癌（non-small cell lung cancer，NSCLC）占肺癌总数的85%～90%，且发病率呈逐年增高趋势[34]。肺癌是一种与吸烟行为密切相关的癌症，许多nAChR也参与人体烟草成瘾。但nAChR与肺癌的相关性是否只是反映了吸烟行为，尚需要进一步研究。在一项关于巴勒斯坦人群肺癌的研究中，发现CHRNA5和CHRNA3基因的rs16969968和rs1051730位点是肺癌的易感位点。病例中rs16969968-AA、rs16969968-GA与rs1051730-TT、rs1051730-CT基因型的频率显著高于对照组（P=0.001）。与野生型基因型相比，携带纯合或杂合基因型的rs16969968-AA、rs16969968-GA和rs1051730-T会增加肺癌的易感性［优势比（odds ratio，OR）分别为6.83、2.81和3.05］。在比较rs16969968和rs1051730位点与吸烟行为的关系后发现，吸烟者病例和吸烟者对照之间rs1051730基因型的分布差异具有统计学意义（P=0.015）。吸烟者（26.6%）的rs1051730-T等位基因频率高于非吸烟者（18.3%）[35]。这表明nAChR可以通过影响吸烟行为影响肺癌的发生与发展。但是这并不代表nAChR仅通过影响吸烟行为参与肺癌的发生和发展。一项比较日本和欧美人群nAChR SNP与肺癌关系的研究中，发现肺癌潜在的易感位点rs8034191、rs16969968 和rs1051730的次要等位基因组成的单倍型在日本人群与肺癌风险显著相关［OR=2.3，95%可信区间（confidence interval，CI）1.5～3.7，P=0.00028］，但频率（P=0.013）远低于欧洲和美国人群（P值位于0.3～0.4），并且在吸烟者和非吸烟者以及所有组织学类型的肺癌中都观察到了这种关联，不过这些位点的突变虽然引起了更高的吸烟剂量但是没有统计学差异[36]。这表明nAChR SNP突变可能是通过吸烟行为和机体本身易感两方面影响肺癌的发生。这个观点也在一项针对汉族人群的研究中被证实，Sun等[37]发现CHRNA3-CHRNA5-CHRNB4基因簇rs6495309、rs1948和rs8040868是肺癌易感位点，SNP rs1948（C>T）与肺癌风险显著相关，同时这种相关性和吸烟行为无关。而SNP rs8060868在非吸烟人群和受试者（年龄≤60岁）中导致肺癌发生的风险更高。这表明SNP rs6495309（C>T）对不同人群肺癌发生的影响具有差异，而SNP rs6495309与吸烟行为的交互作用会增加肺癌的发生风险[37]。这些研究表明，nAChR SNP突变对于肺癌发病的影响一方面在于普遍的吸烟行为，同时个人的遗传因素也是重要的原因之一，其中位于CHRNA3-CHRNA5-CHRNB4基因簇上的rs1051730和rs16969968是最为常见的nAChR肺癌易感位点。
2.3 nAChR基因多态性同时影响肺癌和慢阻肺
吸烟是导致肺癌和慢阻肺发生的主要原因。研究表明与吸烟行为强关联的CHRNA3-CHRNA5-CHRNB4基因簇的SNP，同样与肺癌及慢阻肺显著相关[38]，在癌症及其他呼吸系统疾病发生时，nAChR广泛地参与细胞增殖、转移、血管生成、抗炎以及免疫调节过程[6]。上述的rs1051730和rs16969968位点除了单独作为慢阻肺与肺癌的易感位点外，有研究还同时比较了rs1051730和rs16969968位点对于慢阻肺和肺癌的影响。Pérez-Morales等[25]在墨西哥人群中进行研究，利用加性模型发现CHRNA3 rs1051730和CHRNA5 rs16969968单独存在显著的关联。在慢阻肺中，CHRNA3 rs1051730和CHRNA5 rs16969968多态性在共显性和加性模型中显示出显著的关联，即使调整了年龄和性别之后也是如此，表明了不同人群与肺癌和慢阻肺相关联[35]。但是这些研究也存在部分争议，有研究发现携带CHRNA5 rs16969968 突变的AA基因型在437例肺癌病例中占16%，在445例慢阻肺病例中占14%。对429例肺癌病例进行分类时，其中的AA基因型分别存在于19%的慢阻肺病例和11%的未患有慢阻肺病例中[39]。通过这项研究可得出：在过往的慢阻肺和肺癌与nAChR SNP的相关性研究中，部分肺癌患者同时也患有慢阻肺，即nAChR单核苷酸多态性与肺癌之间的关联可能部分被慢阻肺所混淆。这给出了一个提示：nAChR突变对慢阻肺的影响可能比肺癌要大。此外，CHRNA3 rs6495309T/C基因型及其等位基因与这两种疾病风险之间也均存在显著关联（均P=0.05）。rs6495309 CC基因型在隐性遗传模型下显著增加慢阻肺风险（OR=1.33；95%CI 1.10～1.60；P=0.003），携带rs6495309 CC基因型的个体患慢阻肺的危险性增加1.32倍。而rs6495309 CT/CC基因型与肺癌风险相关在显性遗传模型下（OR=1.51；95%CI 1.21～1.87；P=2.261024）显著增加，携带rs6495309 CT/CC基因型的个体患肺癌的危险性增加1.66倍[40]。在这里我们总结了nAChR SNP突变对肺癌或慢阻肺影响的研究[22, 25-32, 35-37, 39-48]（表1），总之nAChR（CHRNA3、CHRNA5、CHRNB4等）的SNP突变可能增加慢阻肺和肺癌发生的风险，并且对这两种疾病的影响程度存在差异。
表1
nACHR SNP所影响的疾病相关指标
3 SNP调节nAChR的潜在机制
3.1 启动子区域SNP对nAChR的调节机制
SNP可能会改变编码的氨基酸（非同义）或沉默（同义）或仅出现在非编码区。具体而言，它们主要通过影响启动子活性（基因表达）、信使RNA（mRNA）构象（稳定性）以及mRNA和（或）蛋白质的亚细胞定位来发挥作用，最终导致疾病的发生。Lee等[48]研究了CHRNA3基因启动子中的rs6495309 C>T多态性。在406例慢阻肺患者和394名健康对照受试者组成的病例对照组中进行研究，发现与rs6495309 CC基因型相比，rs6495309 CT或TT基因型与慢阻肺风险显著降低相关（调整后的OR=0.69；95%CI 0.50～0.95；P=0.023）。在变异T等位基因的显性模型下，rs6495309 C>T对慢阻肺风险的影响在中度至极重度慢阻肺中比在轻度慢阻肺中更明显（同质性 P=0.024）[49]。从机制上讲，启动子区域SNP影响下游基因表达的常见方式是通过改变启动子区域的基因型而不是影响其他转录引起与启动子的结合，这种方式往往伴随着下游基因表达水平的降低甚至结合模式的功能丧失[50-51]，例如rs405是上呼吸道癌症的易感位点，当rs405发生G→C突变时，可以使转录因子MZF1以及RNA聚合酶与基因的结合不再紧密，从而使下游转录减弱（图2a）[52]。此外在一项关于前列腺癌发生的研究中发现，风险SNP区域是启动子和增强子活性的双功能区域，一方面启动子SNP突变会引起转录因子与启动子结合减少，而另一方面SNP的突变增强了启动子活性，进一步激活与前列腺癌进展相关的一组细胞周期基因，从而促进前列腺癌的生长和转移。具体来说rs11672691风险SNP区域是一个具有启动子和增强子活性的双功能调控元件，非风险等位基因倾向于较强的启动子活性来驱动PCAT19-Short的表达，而突变后的风险等位基因则倾向于较强的增强子活性，通过增强子–启动子的相互作用促进PCAT19-Long的表达（图2b）[53]。总而言之，启动子区域的SNP突变会影响下游基因的表达，并且与疾病的发生和发展具有相关性。
图2
各种位置的SNP通过不同方式影响基因表达
a. 启动子区域SNP突变通过影响转录因子与启动子区域结合的程度来影响下游基因启动活性。b. SNP突变使启动子活性变为增强子活性改变基因转录起始位点。c. 3'UTR区SNP突变改变miRNA的结合能力，影响基因转录水平调控。
3.2 3' UTR区域SNP对nAChR的调节机制
基因的3'UTR区可以参与mRNA 转录调控，如mRNA定位、mRNA稳定性和蛋白结构。例如，一项针对孟加拉国人群的吸烟状况的研究中，3'UTR区域CHRNA3 rs578776位点的突变与吸烟行为密切相关[54]。另一项研究则发现3'UTR在CHRNB2基因中也有重要的作用，3'UTR中的rs2072660，对尼古丁依赖的Fagerstrom测试评分有显著影响（P=0.010）[46]。一般来说，胞内3'UTR区域SNP位点对基因表达的影响主要是通过与miRNA结合来实现，它们可以创建或破坏结合位点，从而通过改变3'UTR区域与miRNA的亲和力来达到调节基因表达和蛋白质翻译的作用[55]。例如，miR-98-5p通过直接与mRNA的3'UTR结合来抑制nAChR α7的表达[56]。miRNA与3'UTR SNP位点特异性结合，使SNP位点所处的mRNA稳定性降低，在胞内被降解，从而影响基因的表达[57-58]。又比如，当c.3781位点A基因型变成C基因型时会影响上游转录因子家族成员3（upstream transcription factor family member 3，USF3）的表达（图2c）[59]。通常，miRNA相关的SNP需要几个要素才能在功能和病理上相关：SNP应该调节miRNA和mRNA之间的相互作用，miRNA和靶mRNA都应该在相关组织中表达，以及SNP与疾病之间的关系需要证明。总而言之，基因3'UTR区域SNP位点突变会通过与不同种miRNA结合的方式调节基因表达，研究miRNA、SNP与疾病之间的关系，对进一步阐述SNP在疾病中的作用方式至关重要。
4 展望
随着慢阻肺与肺癌的患病率及死亡率不断上升，造成巨大的社会经济负担，近年来国内外对慢阻肺和肺癌的科研和临床诊断越来越关注。神经元nAChR存在于大量神经细胞以及非神经元细胞类型中，除了引发香烟成瘾诱导疾病外，神经元nAChR还参与多种生理和病理生理过程如细胞分化、免疫调节、增殖和炎症反应等。研究nAChR SNP与相关呼吸系统疾病的关系，有利于进一步完善疾病易感性研究并筛选关键的风险位点。尽管nAChR SNP与肺癌及慢阻肺的研究还需要更多的临床研究来证实，但是整合更多临床信息和SNP等生物标志物相关性，可以深入研究慢阻肺与肺癌进展的分子机制，探索疾病新靶点，从而进一步完善相关疾病的预防和诊断，对实现个体化治疗具有意义。
利益冲突：本文不涉及任何利益冲突。
