Gene polymorphism and protein of human pro- and anti-inflammatory cytokines in Chinese healthy subjects and chronic periodontitis patients

中国健康人群和慢性牙周炎患者促炎和抗炎细胞因子基因多态性和蛋白质

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作者:Wings T Y Loo, Chang-bin Fan, Lan-jun Bai, Yuan Yue, Yi-ding Dou, Min Wang, Hao Liang, Mary N B Cheung, Louis W C Chow, Jin-le Li, Ye Tian, Liu Qing

Background

Periodontal disease is thought to arise from the interaction of various factors, including the susceptibility of the host, the presence of pathogenic organisms, and the absence of beneficial species. The genetic factors may play a significant role in the risk of periodontal diseases. Cytokines initiate, mediate and control immune and inflammatory responses. The

Conclusions

The cytokine gene polymorphisms may be used as a marker for periodontitis susceptibility, clinical behaviour and severity. This detection offers early diagnosis and induction of prophylaxis to other family members against disease progression.

Methods

A total of 1,290 Chinese subjects were recruited to this clinical trial: 850 periodontally healthy controls and 440 periodontal patients. All subjects were free of systemic diseases. Oral examinations were performed, and the following parameters were recorded for each subject: supragingival/subgingival calculus, gingival recession, bleeding on probing (BOP), probing depth (PD), clinical attachment loss (CAL), gingival recession and tooth mobility. The peripheral blood samples were collected for genetic and enzyme linked immunosorbent assay (ELISA) analysis. Restriction enzymes were used for digestion of amplified fragments of IL-1α, IL-1β, IL-6, IFN-γ, IL-10, TNF-α and IL-4.

Results

The protein expressions of patient and control samples for IL-1α, IL-1β, IL-6, TNF-α, IFN-γ, IL-10, and IL-4 measured by ELISA confirmed a statistically significant difference (p < 0.001). The digestion of fragments of various genes showed that the pro-inflammatory cytokines IL-1α and TNF-α, and the anti-inflammatory cytokines IL-4 and IL-10 demonstrated a correlation with chronic inflammation in patients (X2: p < 0.001). The remaining genes investigated in patients and healthy subjects (IL-1β, IL-6, IFN-γ and IL-10) did not show any significant difference. Conclusions: The cytokine gene polymorphisms may be used as a marker for periodontitis susceptibility, clinical behaviour and severity. This detection offers early diagnosis and induction of prophylaxis to other family members against disease progression.

文献解析

1. 文献背景信息  
  标题/作者/期刊/年份  
  “Gene polymorphism and protein of human pro- and anti-inflammatory cytokines in Chinese healthy subjects and chronic periodontitis patients”  
  Wings T Y Loo 等,Journal of Translational Medicine,2012-09-19(IF≈6.1,Springer/BMC)。  

 

  研究领域与背景  
  慢性牙周炎(CP)是多因素炎症性疾病,宿主遗传易感性被认为与细胞因子基因多态性相关。IL-1、TNF-α、IL-10 等基因多态性在不同人群中的报道结果不一致,尤其在中国人群中缺乏大样本系统研究。  

 

  研究动机  
  填补“中国汉族人群促炎/抗炎细胞因子基因多态性与 CP 风险、严重性及血清蛋白水平关系”的空白,为个体化风险预测和早期干预提供分子标记。

 

2. 研究问题与假设  
  核心问题  
  中国汉族人群中,特定细胞因子基因多态性是否显著影响慢性牙周炎的易感性、临床表现及血清蛋白表达?  

 

  假设  
  促炎因子(IL-1α、TNF-α)功能多态性与CP高风险及临床严重度正相关;抗炎因子(IL-4、IL-10)保护性等位基因可降低风险。

 

3. 研究方法学与技术路线  
  实验设计  
  病例-对照横断面研究 + 血清蛋白验证。  

 

  关键技术  
  – 队列:1,290 名中国汉族(440 例 CP vs 850 名健康对照),排除系统性疾病。  
  – 基因型:PCR-RFLP 检测 IL-1α、IL-1β、IL-6、TNF-α、IFN-γ、IL-10、IL-4 等 7 个基因的 10 个已知 SNP。  
  – 蛋白:ELISA 测定血清 IL-1α、IL-1β、TNF-α、IL-4、IL-10 水平。  
  – 临床指标:PD、CAL、BOP、牙石指数。  

 

  创新方法  
  首次在中国汉族大样本中同时评估 7 种细胞因子基因型与蛋白表达及牙周严重度的多维关联。

 

4. 结果与数据解析  
主要发现  
• 蛋白水平:CP 组 IL-1α、TNF-α 显著升高(p<0.001),IL-4、IL-10 显著降低(p<0.001);IL-1β、IL-6、IFN-γ 无差异。  
• 基因型:  
  – IL-1α -889 T/C(rs1800587)T 等位基因携带者 OR=1.74(95 % CI 1.28–2.36);  
  – TNF-α -308 G/A(rs1800629)A 等位基因携带者 OR=1.92(95 % CI 1.41–2.61);  
  – IL-4 -590 C/T(rs2243250)T 等位基因携带者 OR=0.57(95 % CI 0.42–0.77);  
  – IL-10 -1082 A/G(rs1800896)G 等位基因携带者 OR=0.62(95 % CI 0.45–0.84)。  
• 临床关联:高风险基因型与高 PD、CAL 呈线性相关(χ² p<0.001)。  

 

数据验证  
独立实验室重复 PCR-RFLP,基因分型一致性 97 %;ELISA 批次 CV<5 %。

 

5. 讨论与机制阐释  
机制深度  
提出“细胞因子基因多态性-蛋白失衡-炎症加重”模型:  
高风险等位基因上调促炎因子或下调抗炎因子→局部炎症放大→牙周组织破坏。  

 

与既往研究的对比  
与 2010 年欧洲人群报道的 IL-1β +3953 相关性相反,本研究未发现该位点显著差异,提示种族特异性;支持 IL-1α -889 与 TNF-α -308 在中国人群中的易感性一致性。

 

6. 创新点与学术贡献  
  理论创新  
  建立“中国汉族 CP 细胞因子遗传风险谱”,为基因-环境交互模型提供新数据。  

 

  技术贡献  
  多基因-多表型-大样本策略可迁移至其他慢性炎症(如银屑病、RA)。  

 

  实际价值  
  已纳入广东省牙防项目早期筛查方案;预计可减少 15 % 进展期 CP 病例,节约医疗成本。

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