Genetic Polymorphisms of the $\beta_2$-Adrenergic Receptor in the Severity of Bronchial Asthma

기관지 천식 환자에서 천식 증상의 정도에 따른 $\beta_2$ 교감신경 수용체의 유전자 다형성

Background: Genetic and environmental factors are known to affect the incidence and severity of asthma. Stimulation of $\beta_2$-Adrenergic Receptor ($\beta_2$AR) results in smooth muscle relaxation, leading to decrease in resistance of airflow. The gene encoding the $\beta_2$AR has recently been seguenced. The $\beta_2$AR genotype at the polymorphic loci of codons 16, 27, 34, and 164 was known to cause changes in the amino acids. The relationships between the structure of the $\beta_2$AR and its functions are being elucidated. Purpose : The gene encoding the $\beta_2$AR was carried out to assess the frequency of polymorphisms in bronchial asthma, to determine wheather these polymorphisms have any relation to the severity, or nocturnal symptoms in bronchial asthma. Methods: The subjects studied were 103 patients with bronchial asthma, which consisted of 30 mild episodic, 32 mild persistent, 17 moderate, and 24 severe asthma patients. The polymorphisms of the $\beta_2$AR gene were detected by mutated allele specific amplification (MASA) method at the codons 16,27,34, and 164. Results: The most frequent polymorphism was arginine 16 to glycine. The other two polymorphisms, valine 34 to methionine and glutamine 27 to glutamic acid occured in 11 and 6 patients respectively. The polymorphism of threonine 164 to isoleucine was not found in our enrolled patients. The homozygous polymorphism of $\beta_2$AR gene was found in only arginine 16 to glycine (12.6%). The heterozygous polymorphisms of $\beta_2$AR gene were in arginine 16 to glycine, valine 34 to methionine, and glutamine 27 to glutamic acid, as 65.1 %,10.7%, and 5.8% respectively in asthma patients. The presence of agrginine 16 to glycine heterozygous or/and homozygous polymorphism was associated in severe asthma (p=0.015), but there was no association between the other three polymorphisms and the severity of asthma. The frequency of the $\beta_2$AR gene polymorphisms was no relation in nocturnal asthma as compared with non-nocturnal asthma. Conclusion: The arginine 16 to glycine polymorphism of the $\beta_2$AR gene is the most frequently found in asthma patients and association with severe asthma. But there was no association between the polymorphism of the $\beta_2$AR gene and nocturnal asthma.

서 론: $\beta_2$ 교감신경 수용체 유전자에는 여러 종류의 다형성(polymorphism)가 존재하며, 천식 환자에서 $\beta_2$ 교감신경 수용체의 대표적인 변이는 $\beta_2$ 교감신경 수용체의 아미노산이 대치된 부분으로 Arg16-Gly, Gln27-Glu, Val34-Met 및 Thr164-Ile 등인 것으로 알려져 있다. 지속적인 $\beta_2$ 교감신경 유도체의 자극에 대하여 세포표면으로 부터 세포내의 전달과정이 둔화되어 점차 세포전달이 없어질 수도 있는 desensitization 또는 수용체와 수가 감소하는 downregulation이 존재하는 것으로 알려져 있다. 천식환자에서 $\beta_2$ 교감신경 수용체의 desensitization 또는 downregulation 뿐만 아니라 천식 표현형과 $\beta_2$ 교감신경 수용체 유전자 다형성의 상관 관계에 대한 연구가 이루어지고 있으나 논란이 많다. 이에 본 연구는 기관지 천식환자에서 $\beta_2$ 교감신경 수용체의 가장 흔한 16, 27, 34 및 164 의 아미노산에 해당하는 유전자의 다형성을 MASA (Mutated Allele Specific Amplification)법으로 시행하여 각각의 다형성의 발생 빈도와 천식의 심한 정도와 연관이 있는 가를 확인하였다. 대상 및 방법: 대상 환자는 천식 환자 103명이었으며, 이중 남자는 54명, 여자는 49명으로 평균 연령은 46.6세 (19~80세)였고 이환 기간은 4.7년이었다. 대상 환자는 경미하고 간헐적 증상을 보인 30명, 지속적인 경미한 천식 환자는 32명으로 경미한 천식은 모두 62명이었으며, 중등증의 천식 증상은 17명 및 중종의 천식증상을 보인 환자는 24명이었다. 이중 1년 중에 6개월 이상 전신적 스테로이드를 투여하는 환자는 39명이었으며, 투약 중에도 야간 발작이나 야간 기침이 발생되었던 환자는 44명이었다. 대상 환자로부터 10cc의 전혈구를 체취 하여 분리된 림파구에서 분리된 DNA를 이용하여 MASA 방법으로 $\beta_2$ 교감신경 수용체 16번, 27번, 34번 및 164번째 아미노산의 다형성을 검색하였고, 천식의 심한 정도 따른 $\beta_2$ 교감신경 수용체 유전자의 다형성의 분포와 야간 천식의 발작이나 증상의 유무에 따른 $\beta_2$ 교감신경 수용체 유전자의 다형성의 분포를 확인하였다. 결 과: 16 번째 Arginine이 Glycine으로 변이는 heterozygous 변이가 67명, homozygous 변이가 13명으로 heterozygous 변이가 65.1%로 가장 많았다. 27번째 Glutamine이 Glutamate로 변이는 heterozygous만 11명으로 10.7%였으며, 34번째 Valine이 Methionine으로 변이를 일으키는 100번째 핵산의 경우도 heterozygous만 6명으로 5.8%였다. 27 번째와 34번째 아미노산의 변이를 일으키는 homozygous 변이와 164번째 아미노산의 변이는 대상 환자 중에는 없었다. 천식 증상의 심한 정도를 경종 및 중등증, 중중으로 2 구분하여 $\beta_2$ 교감신경 수용체 다형성의 발생빈도를 관찰한 결과 중증의 천식환자에서 16번째 아미노산의 변이의 빈도는 많았으나 (p=0.015), 27번, 34번 및 164번째의 아미노산의 변이는 천식 증상의 정도와는 연관성이 없었다. 야간 천식 증상의 유무에 따른 $\beta_2$ 교감신경 수용체 다형성은 16, 27, 34 및 164번째 아미노산의 핵산의 변이와 연관성이 없었다. 결 론: 이상의 결과로 기관지 천식 환자에서 $\beta_2$ 교감신경 수용체 다형성은 Arg 16, Gln 27 및 Val 34의 변이가 존재하고, Arg 16이 가장 많았으며, Thr 164는 없었다. 기관지 천식 환자에서 증상이 심한 중증 천식은 $\beta_2$ 교감 신경 수용체의 다형성중 Arg 16의 변이는 중증 천식과 연관성이 있었다. 그러나 야간 천식 발작이나 증상과 $\beta_2$ 교감신경 수용체 다형성은 서로 상관이 없었다.