骨質疏松癥基因多態性的研究進展

張 帆 熊燕紅 韓 超 梁清洋 劉 佳 唐毓金

1.右江民族醫學院附屬醫院脊柱骨科，廣西百色 533000；2.右江民族醫學院附屬醫院婦科，廣西百色 533000

骨質疏松癥（osteoporosis，OP）是一種以骨量減少和骨微結構破壞為特征的系統性骨病，發病率已躍升至我國常見疾病的第5 位，同時診療OP 消耗了巨大的公共保健資源，2015 年我國因OP 骨折住院患者總費用約720 億元，預計2050 年將超過1600 億元[1]。遺傳變異對OP 發病機制很重要，而導致OP的一系列遺傳因素尚未完全闡明，因此需要對高危OP 譜系進行分析，發現可能導致疾病易感性的基因，進而減少OP的風險。本文主要討論相關基因和OP 之間已有的研究成果，探索通過基因型使用個性化藥物治療OP的可能。

1 維生素D 受體（vitamin D receptor，VDR）基因

維生素D 保持適宜水平是預防OP的基礎。VDR主要負責介導維生素D的生物活性，VDR 功能障礙會導致OP的發展。VDR 基因目前被認為是OP的致病基因之一，VDR 基因突變會改變礦物質的代謝，使骨密度（bone mineral density，BMD）降低。VDR 基因位于人類12號染色體，包含9 個外顯子和8 個內含子，其中對第Ⅶ個內含子中的ApaⅠ、BsmⅠ，以及第Ⅸ個內含子中的TaqⅠ、FokⅠ等酶切位點的研究較為明確。

研究發現[2]，ApaⅠ是控制OP 進展的重要因素。據報道[3]，OP 患者的ApaⅠ（Aa）和（aa）基因型頻率與健康對照組比較顯著增加，同時OP 患者中的ApaⅠ次要等位基因更為常見。但是，也有研究顯示ApaⅠ位點未對BMD 產生明顯影響。Meng 等[4]發現新疆地區絕經后漢族女性ApaⅠ與BMD 無顯著相關性。西班牙學者的一項研究得出[5]，ApaⅠrs7975232 多態性與西班牙絕經后OP 婦女的骨礦物質密度無關。葛繼榮等[6]指出，ApaⅠrs7975232和BsmⅠrs1544410 在我國人群OP 中未發現明顯相關性。基因對不同骨質的調節作用不同，TaqⅠ主要調節腰椎BMD，而對股骨頸的作用有限。Kow 等[7]發現，對照組TaqⅠCC 基因型出現較少，而單倍型GCC和AAT 可增加患OP的可能。FokⅠ位點在基因5c 端，該位點可以調控肽鏈的長度。王丹等[8]發現，FokⅠ可改善骨化三醇的抗OP 作用，FokⅠCC、CT 基因型的患者用藥后腰2～4 椎體BMD明顯增加。目前還需要探索更多的VDR 基因證據，以豐富OP的治療策略。

2 雌激素受體（estrogen receptor，ER）基因

雌激素與ER 結合后，可以作用于骨骼、生殖系統等部位。雌激素缺乏或與受體結合異常可引起OP。ER 分為α-ER、β-ER和G 蛋白偶聯ER1（G-protein coupled estrogen receptor 1，GPER1），其中α-ER、β-ER屬于核受體，GPER1 屬于膜受體。α-ER 基因位于人染色體6q24-27，β-ER 基因位于染色體14q23-24.1。ER 基因變異可以改變靶蛋白的構象，進而影響其生物學功能。同時有研究發現[9]，這些基因也可能是潛在的遺傳標記，有助于OP 發病機制的研究。

Krela-Ka＇zmierczak 等[10]發現，對197例克羅恩病（Crohn’s disease，CD）患者進行ER 基因分型和單倍型分析得出，ER 基因PvuⅡ和XbaⅠTA（px）單倍型與股骨頸T 值降低有關，可能預示女性CD 患者的ER基因與OP 存在一定相關性。伊朗一項研究指出[11]，PvuⅡ多態性在所有3 種模型中對骨礦物質含量（bone mineral content，BMC）的總體影響顯著，在XbaⅠ多態性中，具有AG 基因型的個體其腰椎BMD和腰椎骨礦物質表觀密度更高，PvuⅡ和XbaⅠ多態性與兒童和青少年的BMC和BMD 變化有關。國內研究[12]表明，在漢族女性中，α-ER的PvuⅡ多態性和β-ER的AluⅠ多態性可能會導致OP，攜帶其等位基因的人患病的概率更高。陳娟等[13]指出，rs3844508 位點與絕經后OP 密切相關，該位點純合突變型BMD 高于純合野生型，但還需要更大的模型驗證其相關性。

3 Ⅰ型膠原基因（collagenⅠ，Col-Ⅰ）

Ⅰ型膠原蛋白也稱膠原蛋白Ⅰ，屬于膠原蛋白大家族，在人體內含量豐富。Ⅰ型膠原蛋白參與構成細胞外基質，其作用從生物力學上講為支撐結締組織。Ⅰ型膠原蛋白在骨組織的數量、質量改變中與OP的發生、發展、嚴重程度密切相關。Col-Ⅰ是由一個B 肽鏈和兩個A 肽鏈聚合組成的三螺旋結構。B 肽鏈在開頭、中間或末尾位置，其蛋白質識別特性不同。

Ⅰ型膠原α1 鏈蛋白基因（Col-ⅠA1）、Ⅰ型膠原α2 鏈蛋白基因（Col-ⅠA2）均位于7q21.3-q22。Col-Ⅰ基因屬于成骨基因，大約共有200 種可能突變，大部分基因突變與OP 或成骨不全相關。同時，Col-ⅠAl基因可能是心力衰竭的血漿生物標志物，并與其進展有關。國外研究[14]中，對6例成骨不全癥患者分析臨床表型和遺傳基礎后，發現Col-ⅠA1、Col-ⅠA2 基因的變異導致成骨不全癥的可能性很大，通過遺傳咨詢和產前診斷可能避免上述疾病的發生。一項實驗[15]中，檢測OP 患者的Ⅰ型前膠原氨基端原肽和Ⅰ型膠原交聯羧基端肽等骨代謝相關標志物，結果絕經后婦女高血壓患者血清Ⅰ型膠原交聯羧基端肽水平升高，與炎癥因子同向改變。另外，高血壓還可以進一步增強破骨細胞的活性，增加炎癥因子的表達，導致OP 加重。骨基質形成和吸收的關鍵蛋白質之間的具體機制還需要進一步研究，Ⅰ型膠原蛋白與轉化生長因子-β、胰島素樣生長因子-1 等之間的效應尚不清晰，因此探索這種關系可能有助于減緩OP。

4 腫瘤壞死因子-α（tumor necrosis factor-α，TNF-α）基因

TNF-α 最初因其能夠直接殺傷腫瘤細胞被命名。TNF-α 基因位于人類6號染色體，是一種關鍵的炎癥因子。臨床發現OP 患者血清TNF-α 水平隨病情加重而增高，研究表明[16]，TNF-α 可以增加破骨細胞的形成，加重激素誘導的股骨頭壞死，同時TNF-α 基因的特定等位基因與部分人群的絕經后OP 易感性有關，然而確切的分子機制仍然未知。

Kotrych 等[17]發現，TNF-α 基因的多態性與BMD有關，在突變模型下，TNF-α G308A的GG 基因型與OP的高風險相關，與腰椎BMD 之間存在顯著相關性。TNF-αG308A 多態性可作為OP 潛在生物標識。Jin 等[18]發現，1288 名絕經后婦女的TNF-α 基因型共有19 個與絕經后OP和BMD 存在潛在關聯的多態性，多態性rs1800629 與漢族女性OP 高度相關。TNF-α基因和VDR 基因之間存在基因-基因聯合效應，Liao等[19]發現，與單獨攜帶TNF-α rs1800629 GG 基因型的老年女性比較，同時攜帶VDR rs3782905的CG/CC基因型的人OP 患病率明顯增加。有研究表明[20]，TNF-α基因也可以和白細胞介素-6 基因發揮聯合作用，這需要更多測序來梳理基因之間的關系。

5 Gremlin-2 基因

Gremlin-2 是一種調節骨形態發生蛋白（bone morphogenetic protein，BMP）的因子，可以拮抗BMP 而影響骨骼生長。已有研究[21]證實Gremlin-2 在心臟祖細胞分化中具有修復作用，其在脂肪組織中的含量與年齡正相關。骨骼中Gremlin-2 主要抑制骨髓間充質干細胞，負向調控其分化為成骨細胞。Gremlin-2 基因位于人類染色體1q43，屬于轉化生長因子-β 大家族，能夠阻斷BMP2和BMP4的配體信號傳導，誘發OP。

Feng 等[22]將310例OP 患者進行PCR、Sanger 測序，得出Gremlin-2 基因rs4454537 多態性與絕經后OP的風險增加有關，rs4454537 多態性與BMD 具有明顯相關性，該基因降低了OP 患者的BMD。為證實Gremlin-2 基因多態性在骨穩態維持中發揮作用，需要進一步分析其基因型分布。研究得出[23]，對rs4454537的TT、TC和CC 基因型進行頻率分析，得出TC 基因型是OP 女性中最常見的基因型，具有CC 基因型的個體Gremlin-2表達更高，而TT 基因型可能是抑制OP進展的保護性基因。

6 護骨因子（osteoprotegerin，OPG）基因

OPG 屬于腫瘤壞死因子受體成員，是一種分泌性跨膜糖蛋白。楊青苗[24]發現，血管內OPG 含量與炎癥因子表達、細胞凋亡和免疫反應相關，OPG 在心血管相關疾病中占據重要位置。實驗發現[25]，OPG 可以調節破骨細胞功能，起抑制性作用。OPG 基因是位于人類8號染色體上的一個單拷貝基因簇q23-24，包含5 個外顯子，4 個常見的多態性位點rs2073618、rs3134069、rs3134070和rs3102735。

國內研究[26]中發現4 種常見的OPG 基因多態型，A163G 基因型的AA 個體的全髖BMD 高于AG 個體，G1181C 基因型的GG 受試者的腰椎BMD 低于CC 或GC 個體，OPG A163G、G1181C和T950G 可能影響老年女性的BMD。序列分析[27]提示，在OPG 基因中，一個位點的錯義突變就可造成精氨酸改變為谷氨酰胺，類似蛋白質翻譯的改變導致蛋白表達的異常。OPG 基因多態性和VDR 基因多態性的相互作用及與OP 風險的關系是目前研究熱門。Wu 等[28]發現，采用單核苷酸多態性檢測、SHEsis 軟件評估后，得出VDR rs2228570和OPG rs3102735 及兩者相互作用都可能造成OP 風險增加。

7 小結

OP 會導致BMD 低和骨結構惡化，從而增加骨折風險。目前尚無可根治OP的藥物，傳統抗OP 藥物[29]可以調節骨骼的新陳代謝，提高骨骼質量，延緩骨骼衰老，但可能導致新的骨形成缺陷和潛在的副作用。新的基因多態性，如Klotho 基因多態性[30]、內皮型一氧化氮合酶基因多態性[31]等不斷地被發現，基因多態性可以有效地預測藥物效果和提供個體化用藥。總的來說，應用基因多態性是一種有前途的減輕OP的手段，同時也可能是其他代謝性骨疾病的潛在治療方法。