想調(diào)整研究方向，獲得學(xué)術(shù)研究突破口？想獲得論文選題思路，提高發(fā)文命中率？你需要了解學(xué)科發(fā)展態(tài)勢(shì)和未來(lái)走向！賽業(yè)生物專欄《Gene of the Week》每周二會(huì)根據(jù)熱點(diǎn)研究領(lǐng)域介紹一個(gè)基因，詳細(xì)為您介紹基因基本信息、研究概況和應(yīng)用背景等，助您保持學(xué)術(shù)研究敏銳度，提高科學(xué)研究效率，期待您的持續(xù)關(guān)注哦。今天我們要講的主角是BTK及其導(dǎo)致的原發(fā)性B細(xì)胞缺陷的典型代表疾病——X-連鎖無(wú)丙種球蛋白血癥。

BTK基因簡(jiǎn)介
BTK基因，英文全稱Bruton tyrosine kinase，編碼Bruton酪氨酸激酶。BTK屬于高度保守的非受體酪氨酸激酶TEC家族，也是B細(xì)胞受體（BCR）信號(hào)通路中的關(guān)鍵組成部分，參與B細(xì)胞的增殖、運(yùn)輸、趨化和黏附。BTK包含五個(gè)結(jié)構(gòu)域：與SRC激酶同源的SH2和SH3、催化結(jié)構(gòu)域、具有氨基末端的pleckstrin同源(PH)結(jié)構(gòu)域和富含脯氨酸的TEC同源(TH)結(jié)構(gòu)域。BCR復(fù)合物與二硫鍵連接的Igα-Igβ異二聚體非共價(jià)結(jié)合。在抗原與BCR結(jié)合后,SRC家族蛋白酪氨酸激酶LYN磷酸化Igα和Igβ免疫受體酪氨酸激活基序(ITAM),從而產(chǎn)生SYK的停靠位點(diǎn)，同時(shí)，LYN磷酸化BCR共受體CD19的細(xì)胞質(zhì)尾部中的酪氨酸殘基,這使得能夠結(jié)合和激活PI3K，PI3K通過(guò)PH結(jié)構(gòu)域相互作用將BTK從細(xì)胞質(zhì)吸引至細(xì)胞膜,同時(shí)SYK和LYN通過(guò)Y551的反式磷酸化完全激活BTK，活化的BTK將PLCy2磷酸化，以此分解PIP2為IP3和DAG，從而激活NFκB信號(hào)通路。BTK基因位于X染色體，該基因缺陷會(huì)引發(fā)X連鎖性丙種球蛋白血癥(XLA)。
 

圖1. BTK在信號(hào)級(jí)聯(lián)中的位置的示意圖^[1]

表1. BTK的基本信息

備注：標(biāo)有√的意為賽業(yè)紅鼠資源庫(kù)有該種保存狀態(tài)的小鼠

X-連鎖無(wú)丙種球蛋白血癥
XLA是最早發(fā)現(xiàn)的人類原發(fā)性免疫缺陷病，該病由Bruton1952年首次報(bào)道，為原發(fā)性免疫缺陷�。≒ID）發(fā)病率最高的類型之一，是一種常見(jiàn)于男性的抗體缺陷性疾病。據(jù)美國(guó)XLA患者登記處數(shù)據(jù)顯示，379000例活產(chǎn)嬰兒中約有1例。在B細(xì)胞分化成熟的發(fā)育早期，胞漿中的B細(xì)胞的信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)分子酪氨酸激酶（BTK）被磷酸化后可與G蛋白Src家族成員結(jié)合，參與細(xì)胞內(nèi)活化信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)。而XLA患兒由于B細(xì)胞的BTK基因突變，BTK基因編碼的BTK蛋白合成受阻，使B淋巴細(xì)胞發(fā)育停止在前B細(xì)胞階段，引起外周血成熟B細(xì)胞數(shù)目減少，免疫球蛋白IgG、IgA、IgM減少，從而使機(jī)體對(duì)外界的抵抗力降低，機(jī)體易感染各種病原菌。通過(guò)分析該疾病女性攜帶者的X染色體，發(fā)現(xiàn)X染色體的發(fā)育缺陷只存在于B細(xì)胞譜，并且表現(xiàn)出帶有突變BTK基因的 X 染色體的失活。因此，XLA 的女性攜帶者并不會(huì)出現(xiàn)免疫異常。XLA的患者常表現(xiàn)為患兒出生后4-12個(gè)月開(kāi)始發(fā)生反復(fù)、嚴(yán)重的細(xì)菌感染和血清免疫球蛋白顯著減少或測(cè)不出、外周血B淋巴細(xì)胞缺乏。
 

圖2. XLA診斷流程[2]

XLA相關(guān)小鼠模型
1995年，Khan教授通過(guò)使小鼠胚胎干細(xì)胞產(chǎn)生基因突變，從而使BTK的PH結(jié)構(gòu)域和激酶結(jié)構(gòu)域無(wú)法表達(dá)。這兩種突變都會(huì)阻斷BTK蛋白的表達(dá)，并導(dǎo)致成熟的B細(xì)胞數(shù)量減少[3]。此后有關(guān)研究XLA的動(dòng)物模型都是通過(guò)同樣的或類似的方式獲得。BTK 缺陷小鼠無(wú)法對(duì)T細(xì)胞非依賴性II型抗原做出反應(yīng)，當(dāng)使用T細(xì)胞非依賴性抗原刺激時(shí)，與正常小鼠相比，BTK 缺陷小鼠血清特異性抗體IgM 和 IgG3 水平顯著降低。由于BTK缺陷小鼠的抗體形成減少和 IL-10 產(chǎn)生減少，導(dǎo)致Th2反應(yīng)降低，因此在BTK缺陷小鼠中，絲蟲(chóng)感染率大大提高。此外，BTK缺陷小鼠對(duì)某些能被天然抗體中和的細(xì)菌產(chǎn)物（如LPS）不敏感，因此，易發(fā)生感染性休克。然而B(niǎo)TK 缺陷小鼠對(duì)流感病毒感染具有正常的免疫反應(yīng)。
 

圖3. BTK -/-小鼠脾臟組織B細(xì)胞缺陷

XLA的治療
XLA患者終生且完全依賴抗生素和靜脈內(nèi)或皮下免疫球蛋白替代療法。當(dāng)維持足夠的Ig治療時(shí)，患者可保持健康。為了開(kāi)發(fā)可治愈XLA中缺陷的B細(xì)胞的療法，一些實(shí)驗(yàn)室已經(jīng)證明了在XLA小鼠模型中使用慢病毒載體來(lái)糾正BTK表達(dá)的可行性[4]。然而，BTK的過(guò)度表達(dá)及BTK信號(hào)傳導(dǎo)通路的異常激活會(huì)發(fā)出啟動(dòng)B細(xì)胞惡性生長(zhǎng)的信號(hào)，從而導(dǎo)致B細(xì)胞惡性腫瘤。正因如此，BTK抑制劑在治療慢性淋巴細(xì)胞白血�。–LL）、小淋巴細(xì)胞淋巴瘤（SLL）、套細(xì)胞淋巴瘤(MCL)等疾病中作用顯著。與其他原發(fā)性免疫缺陷疾病不同，基于干細(xì)胞的基因療法目前對(duì)于治療XLA弊大于利，尚未進(jìn)入 XLA 的臨床治療。

小結(jié)
BTK屬于高度保守的非受體酪氨酸激酶 TEC家族，也是B細(xì)胞受體（BCR）信號(hào)通路中的關(guān)鍵組成部分，BTK基因突變將會(huì)導(dǎo)致BTK蛋白合成受阻，使B淋巴細(xì)胞發(fā)育停止在前B細(xì)胞階段，從而引起免疫缺陷疾病，如XLA，而B(niǎo)TK的過(guò)表達(dá)或BTK信號(hào)通路異常激活也會(huì)導(dǎo)致B細(xì)胞異常增殖，從而導(dǎo)致B細(xì)胞惡性腫瘤。目前針對(duì)XLA患者的治療主要為免疫球蛋白替代療法，而其高昂的價(jià)格也增加了患者和社會(huì)的負(fù)擔(dān)。從理論層面來(lái)講，糾正BTK的表達(dá)可以治療XLA，而抑制BTK異�；罨�可以減少腫瘤的發(fā)生，然而在臨床實(shí)踐中，糾正BTK的表達(dá)并不能很好的緩解病人癥狀，并且還會(huì)增加患者罹患腫瘤和其他副作用的可能。如何有效的糾正BTK在XLA患者的表達(dá)，并減少副作用，仍然值得深入探討和研究。
 

參考文獻(xiàn)：

1. Crofford LJ, Nyhoff LE, Sheehan JH, Kendall PL. The role of Bruton's tyrosine kinase in autoimmunity and implications for therapy. Expert Rev Clin Immunol. 2016 Jul;12(7):763-73. doi: 10.1586/1744666X.2016.1152888. Epub 2016 Mar 4. PMID: 26864273; PMCID: PMC5070917.

2. X連鎖無(wú)丙種球蛋白血癥診療指南（2019版）

3. Khan WN, Alt FW, Gerstein RM, Malynn BA, Larsson I, Rathbun G, Davidson L, Müller S, Kantor AB, Herzenberg LA, et al. Defective B cell development and function in Btk-deficient mice. Immunity. 1995 Sep;3(3):283-99. doi: 10.1016/1074-7613(95)90114-0. PMID: 7552994.

4. Yu PW, Tabuchi RS, Kato RM, Astrakhan A, Humblet-Baron S, Kipp K, Chae K, Ellmeier W, Witte ON, Rawlings DJ. Sustained correction of B-cell development and function in a murine model of X-linked agammaglobulinemia (XLA) using retroviral-mediated gene transfer. Blood. 2004 Sep 1;104(5):1281-90. doi: 10.1182/blood-2003-09-3044. Epub 2004 May 13. PMID: 15142874.