雌激素受體基因多態性與骨質疏松的關系

劉永飛(綜述),彭維杰(審校)

(1.江西護理職業技術學院藥學系,南昌330029;2.南昌大學醫學院科技處,南昌330006)

骨質疏松是一種以骨密度降低、骨量減少和骨組織顯微結構退化為特征的代謝紊亂性疾病,能導致骨脆性增加,增高骨折的風險性。骨密度(BMD)是描述骨特征和診斷骨質疏松的數量性狀,認為是最重要的預測骨質疏松性骨折的因子[1]。骨質疏松癥的發生主要取決于年輕時的骨量峰值及此后的骨丟失率,一般分為繼發性骨質疏松和原發性骨質疏松2種,前者病因明確,容易治療,后者病理機制尚不明確,治療困難。該病的發病率在世界常見病中已躍居第7位,成為影響老年人身體健康的嚴重問題。

骨質疏松在不同性別、年齡均有發生,以絕經后婦女居多。它受多種環境因素的影響,比如鈣的攝入、吸煙、飲酒、肥胖、運動等,但多數研究認為遺傳才是骨質疏松發生的決定性因素,它在骨質疏松的發生中占50%～70%[2]。隨著分子生物學的發展和對骨質疏松分子遺傳研究的深入,發現了眾多與骨質疏松有關的候選基因,常見的有維生素D受體(VDR)基因、雌激素受體(ER)基因、降鈣素受體基因、I型膠原、IL-6、TGF-β、IGF-1基因等[3-4]。ER作為雌激素作用的樞紐,被認為是決定骨質疏松危險性的重要候選基因。本文將綜述近年雌激素受體基因及其多態性與骨質疏松的相關研究。

1 ER結構與功能

ER屬于核受體超家族成員,是一類配體依賴性轉錄因子,位于胞質或胞核中,通過與雌激素結合發揮作用。ER主要包括ERα、ERβ 2種亞型,分別由2種基因編碼[5-6]。ERα主要分布于生殖系統、骨、乳腺等組織,以子宮表達水平最高。ERβ在卵巢、雄性生殖器官、中樞神經系統中有較高的表達,以卵巢表達水平最高。A.S.Chagin等[7]在動物實驗中發現,雌激素的作用被表現為ERα和ERβ作用的平衡。ERα通常起激活劑的作用,而ERβ常具有相反的作用,相當于它的拮抗物。而J.F.Couse等[8]研究還發現ERα基因被破壞后,ERβ基因的表達模式無明顯變化,說明雌激素的作用部分是由ERβ介導的,ERβ的基因調控方式可能以一種不直接依賴于ERα的方式進行。同時他發現ERβ蛋白的生物學功能的實現部分依賴于ERα的存在,ERα功能的丟失會導致ERβ活性的降低。

ERα和ERβ在成骨細胞和破骨細胞中均有發現。A.S.Chagin等[7]的研究認為,雌激素通過ER途徑直接調節成骨細胞的骨形成和破骨細胞的骨吸收,在骨質疏松發病中起重要作用。雌激素與ER結合,通過影響細胞周期誘導破骨細胞的凋亡,抑制破骨細胞前體形成細胞的募集和分化,抑制破骨細胞的活性,對成骨細胞的增殖、分化及其基質金屬蛋白的合成具有直接促進作用。雌激素還可通過強抗氧化作用防止骨量丟失。S.C.Schuit等[9]的研究結果表明ERα基因的遺傳突變決定絕經婦女的雌乙醇(E2)水平的高低,而絕經婦女的雌二醇(E2)水平在個體之間存在顯著差異,這種差異對于骨質疏松的發生具有重要的作用。而女性絕經后雌激素水平降低導致骨丟失加速是絕經后骨質疏松發病的主要原因。由此推測ER基因多態性與骨質疏松的發病危險性相關。

2 基因多態性

基因的多態性決定了遺傳個體間的差異性,要了解骨質疏松發生的差異就必須弄清與骨量及骨轉換有關的基因的多態性。基因多態性是指決定某一種蛋白質的基因編碼,在個體之間存在著差異(由于人類基因組DNA平均核苷酸多態性僅為0.08%,突變率相對較低,所以這種差異主要遺傳于上一代,而非個體本身基因突變所致),使得所合成的蛋白質在決定某一性狀時的作用大小存在區別。目前大致有3種基因多態性的基因分型方法:1)單核苷酸多態性(single nucleotide polymorphism,SNP),是由單個核苷酸改變而造成的多態性,常通過DNA測序或引物延伸實驗分析,根據序列中相同位置的不同堿基來分類,精確度較高。2)可變數目串聯重復多態性(variable number of tandem repeat,VNTR),根據基因調控區域的某一個或一組堿基對重復出現的頻率分類。包括微衛星多態性(重復單位較少,1～4 bp)和小衛星VNTR(重復單位9～65 bp)。根據重復的不同次數劃分等位基因型。3)限制性片段長度多態性(restriction fragment length polymorphism,RFLP)。根據某一限制性內切酶酶切后的基因片段長度分類,該方法簡便,如果將同一基因的多種內切酶RFLP結合進行分類,能進一步提高準確率。

由于骨密度的降低或骨量的減少以及各種骨代謝指標與骨質疏松的發病風險密切相關,通過研究ER基因的多態性與BMD和骨代謝指標的關系,就可以了解ER的多態性與骨質疏松的關系。

3 ERα基因多態性與骨質疏松

雖然人類患骨質疏松癥的風險性與ER基因多態性的關系的觀點不一[10],但以往的研究多表明骨密度和骨轉換的變化與后者存在一定的關聯性[11-13]。認為人類ERα基因是調節骨量、骨重建以及絕經后骨丟失的重要候選基因。ERα基因位于6號染色體長臂2區5帶,由595個氨基酸殘基組成,分子質量約為66 kU,有5個結構性功能域(A/B、C、D、E、F),長度約為140 kb,包含8個外顯子和7個內含子[10,14]。研究較多的與骨代謝表型有關的ERα基因多態性主要是位于1號內含子的PvuⅡ(T397C)[15]和XbaⅠ(C351G)[16]限制性片段長度多態性以及基因啟動子區的(TA)n這一數目可變的順向重復多態性(微衛星多態性)[17]。

3.1 PvuⅡ和XbaⅠRFLP

PvuⅡ和XbaⅠ限制性片段長度多態性位于基因非功能區的內含子中,可能受到50個堿基分隔的影響而呈現強烈的連鎖不平衡[18]。有研究顯示亞洲人群PP和(或)xx基因型與BMD呈正相關[19]。P.B.Rapuri等[20]沒有發現ERα基因多態性與BMD和其它骨代謝指標的關系,但他們發現PP和XX基因型有較低的骨重建和低概率的骨丟失。國內的研究結果也不一致。黃琪仁[21]發現上海絕經后婦女的ERα的p等位基因型具有一定的骨量維持作用。安徽安慶地區卻發現絕經后婦女XX基因型與腰椎的BMD呈顯著正相關,但PvuⅡ和XbaⅠ單倍型與腰椎及股骨骨密度卻無顯著相關性[22],董杰[23]也發現武漢絕經后婦女BMD與ERα得Px單倍型未顯示相關。一項對1994～2006年國內研究資料數據的meta分析發現,中國女性ERα PvuⅡ多態性與股骨頸BMD有弱的相關性,而XbaⅠ多態性與股骨頸和腰椎BMD無相關性[24]。最近,Y.Jeedigunta等[25]對西印度婦女ERα基因多態性與骨密度的相關性研究顯示PP和XX基因型個體的骨密度較pp和xx低,確認了西印度婦女ER基因多態性與BMD之間存在相關性。

3.2 ERα短串聯重復多態性

TA串聯重復序列(TA)n位于距離第一內含子1 174個堿基對處。自從1995年M.Sano等[17]在對144名日本絕經后婦女的研究中發現ERα基因TA重復多態性與骨密度可能存在一定得關聯性之后,又有多個項目對這一關聯性進行了研究,但結果并不一致。另有多項研究發現與TA串聯重復數多的人群相比重復次數少的人群骨密度更低[18,26-27],而H.Y.Chen等[28]發現中國絕經后婦女低TA串聯重復數者(≤15)較重復次數多者(≥20)骨密度更高。同時O.M.Albagha等[13]的研究又認為TA串聯重復與BMD不存在關聯性。C.H.Yim等[29]在對284名韓國絕經后婦女不同TA串聯重復對雌激素替代治療反應性的進行研究,雖然認為他們之間存在聯系,卻未達到顯著相關,并且骨質疏松組、骨質減少組、正常骨密度組間的TA串聯重復次數沒有顯著差別。D.Kastelan等[30]對一組21～35歲的男性進行了研究,發現TA重復次數為19和21的等位基因型與極低腰脊柱和股轉子BMD相關。根據這些實際研究推測,ERα(TA)n與骨質疏松的發生存在聯系,但僅是一個較弱的相關因子,可能還需要和其他多態性位點或遺傳因素配合才能作為骨質疏松的候選基因位點。新近一項針對中國南方婦女的大樣本研究還發現ERα第5外顯子的5'剪接位點下游(CA)n重復多態性也與骨代謝相關[31]。CA串聯重復數少的等位基因型具有較低的骨密度,增加了骨丟失和骨折的風險。

幾年前,由8個歐洲國家組成的的一個調查組利用了19 000個樣本,試圖說明三個多態性位點與骨質疏松間的確切關系,遺憾的是,除了發現XbaⅠ位點缺失與低骨折風險有聯系外,其他兩個多態性位點均為發現與骨質疏松相關。盡管如此,絕大部分研究結果均確認了他們之間的聯系,結果的偏差可能僅是由于人種、地區、生活方式的影響所致[32]。

4 ERβ基因多態性與骨質疏松

ERβ基因多態性與骨質疏松的相關性報道較少。ERβ基因位于染色體14q23-24.1,約43 kb,由8個外顯子組成。國外研究報道,位于ERβ基因第五內含子中的(CA)n多態性與絕經后婦女骨密度有一定的相關性,高CA重復數量(≥23)與最低的BMD相關,而在其他單核苷酸多態性位點(RsaI,rs1256034,rs944460)并未發現與骨密度存在相關性[33-34]。L.Geng等[35]也發現高CA重復數量等位基因型與中國漢族絕經后婦女股骨頸和L2-4 BMD降低有關。骨組織中ERβ所介導的功能目前還知之甚少。近年來還發現在不同ERβA1uⅠ和ERβcx Tsp509Ⅰ基因多態性的絕經后婦女,其心血管炎性指標對異黃酮反應性不一致[36]。但二者與骨代謝的關系尚未見報道。

5 雌激素受體基因多態性與激素替代治療

在雌激素替代治療(HRT)方面,Ongphiphadhanakul B.等[37]對泰國絕經后婦女應用結合馬雌激素(CEE)0.625 mg·d-1治療1年后,各基因型腰椎BMD均增加;應用CEE 0.3 mg·d-1,PP、Pp基因型腰椎BMD明顯增加,pp基因型則無變化;而各種ER基因型的股骨頸BMD在2種CEE劑量下均無變化。從而推測ER基因多態性可能影響絕經后婦女骨骼對雌激素的反應,而這種影響又與骨骼部位的不同有關。前文提及的P.B.Rapuri等[20]還發現PP和XX基因型的老齡絕經后婦女對雌激素替代治療的骨反應性強于pp和xx型。N.Kobayashi等[38]對286名絕經后日本婦女進行雌激素替代治療1年后發現,PP基因型者腰椎骨密度增高較Pp及pp基因型明顯。這些研究說明ER基因多態性與骨質疏松雌激素替代治療的反應性密切相關,對這一關系的研究,將為骨質疏松的個體化治療提供重要的理論依據。

6 基因間及基因與環境相互作用對骨質疏松的影響

如前所述,骨質疏松是一種多因素多基因疾病,受多個基因的調控,且基因的表達受環境因素、個體的具體因素等影響。A.Perez等[39]對176名阿根廷絕經后婦女基因多態性和臨床與骨密度關系研究的結果顯示,年齡、體質量、身高都與骨質疏松相關,卻未雌激素受體基因多態性(PvuⅡ和XbaⅠ位點)與骨密度之間存在聯系,而當他們將ER和VDR基因多態性相結合進行分析后發現BBPp型具有最高的股骨頸BMD,bbxx基因型則顯示最低的股骨頸BMD。M.Willing等[40]也發現PPBB型與其他基因型比較在所有骨骼部位均顯示最高的股骨頸BMD。其它地區的基因聯合研究也都得到了相似的結果,反映了在骨質疏松的發病機理中多基因影響因素的復雜性。

7 展望

目前骨質疏松的候選基因還在篩選確認階段,對基因多態性與骨質疏松的研究也僅處于相關性的層面,而且受國家、地區、種族、樣本量以及其他環境因素的影響,研究結果并不一致。因此,將來對骨質疏松候選基因多態性的研究必須充分考慮環境與基因以及基因與基因間的相互作用,采取更為合理、有效的統計學方法。相信隨著對骨質疏松候選基因研究的深入,骨質疏松病因的明確,候選基因多態性對基因功能的影響機制的闡明,對骨質疏松和骨量減少的準確預測將成為可能,為骨質疏松的治療提供新的思路。

隨著老齡化時代的到來,骨質疏松的發病率逐漸上升,而且不少研究也顯示雌激素受體基因多態性與男性甚至青少年的骨質疏松和骨代謝具有相關性。對該疾病的研究將受到更廣泛的關注。

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