绝经后骨质疏松部分相关基因的研究进展

蒋尚群，吴爱琴，余清

（温州医学院 环境与公共卫生学院，浙江 温州 325035）

绝经后骨质疏松部分相关基因的研究进展

蒋尚群，吴爱琴，余清

（温州医学院 环境与公共卫生学院，浙江 温州 325035）

骨质疏松，绝经后；基因；受体，雌激素；受体，骨化三醇；I型胶原；综述文献

R596.3

C

1000-2138（2011）06-0597-04

随着人口老龄化趋势的日益明显，绝经后骨质疏松症（postmenopausal osteoporosis，PMOP）已成为影响老年女性健康与生存质量的主要疾病之一。本症通常表现为骨量减少、骨微结构退变、骨强度降低、脆性增加而最终致骨折发生。PMOP常发生于绝经后5～10年，每年骨丢失率约为2%～10%，为高转换型骨质疏松症。PMOP为多基因共同作用所致的疾病，但其发生机制尚未完全明了。骨密度（bone mineral density，BMD）降低是导致骨质疏松及骨质疏松性骨折的直接原因，也是目前公认的诊断骨质疏松症的金标准。已有研究显示，雌激素受体（estrogen receptor，ER）、维生素D受体（vitamin D receptor，VDR）、I型胶原基因多态性与BMD间存在关联，现就此三个基因多态性与BMD及PMOP关系的最新研究进展综述如下。

1 ER基因

ER是一组位于细胞核内具有转录因子作用、能与小分子疏水配体结合的核受体超家族成员，雌激素主要通过ER发挥作用。1988年Eriksen等[1]在体外培养的成骨细胞上发现了ER的存在，揭示雌激素通过与ER结合对成骨细胞产生直接作用。同年Komm等[2]在蛋白水平与mRNA水平也证实了成骨细胞上ER的存在。ER有ERα和ERβ两种亚型，此两种亚型均包含A/B～F五个功能结构域（见图1），且在某些功能域上存在高度同源性，其中C区为DNA结合区域（DNA-binding domain，DBD），是ER基因中最为保守的一个区域，人体内的ERα与ERβ在此区的氨基酸同源性高达97%。此区包含两个锌指结构，使ER α和ERβ能与特异性DNA序列结合。E区为激素受体结合区（ligand-binding domain，LBD），ERα和ERβ在此区同源性高达59%，这表明α与β亚型识别和结合相似的雌激素反应元件，但两种亚型在E区的氨基酸组成不同，使得α亚型与β亚型具有不同的调节转录活性。

图1 人ER基因结构与功能

ERα和ERβ介导雌激素的作用不尽相同，当两亚型共存时，ERβ能通过形成异源二聚体来削弱ERα的激活转录功能，而在ERα丧失情况下，ERβ却可部分替代其功能。

1.1 ERα的基因多态性 ERα位于6号常染色体q24-27处，包括8个外显子和7个内含子，长约140 kb。1997年，Hoyland等[3]通过原位杂交技术证实ERα在人成骨细胞及破骨细胞均有表达。目前对ERα集中研究的基因多态性分别是位于第一内含子的PvuII与XbaI酶切多态性位点、位于启动子区域内的TA重复序列（VNTR TA）及位于第一外显子第87号的密码子GCG→GCC（均编码丙氨酸）。

Jeedigunta等[4]对印度南部地区绝经后妇女的研究表明，PvuII、XbaI多态性与BMD有关，p、x等位基因可能为PMOP的危险因素之一。该研究发现骨量减少组与PMOP组中的pp、xx基因型或p、x等位基因频率均高于正常对照组（P<0.01），而且带有pp、xx型的女性BMD和雌二醇水平均显著低于PP、XX型者（P<0.05）。Erdogan等[5]对126名48～63岁绝经女性的研究也证实PvuII基因多态性与BMD间存在关联，pp基因型与腰椎BMD下降有关，pp型者的腰椎BMD低于PP型者，然而此研究并未发现XbaI基因多态性与BMD有关联。Brodowska等[6]则认为携带XX、PP型的女性雌激素替代治疗（HRT）的效果较差，但未发现PvuII、XbaI基因多态性与脊椎BMD间存在关联性。Durusu等[7]对土耳其绝经女性的研究也发现ERα对BMD与PMOP均不产生影响。Gómez等[8]对墨西哥骨质疏松妇女VNTR TA与骨质疏松关系的研究显示VNTR TA与骨质疏松并无关联，检测位于第八外显子的G2014A单核苷酸多态性（SNPs）时却发现，G等位基因的杂合子或纯合子均与BMD有关联，带有G等位基因的妇女腰椎BMD较不带该等位基因者低，该研究认为G2014A基因多态性可能是PMOP的影响因素。国内有研究认为，ERα基因的PvuII、XbaI位点与BMD间存在相关[9-12]，但也有研究认为XbaI位点与BMD之间无关联[13]。

近年来对SNPs的研究也逐渐开展，一项基于1012例汉族妇女的大样本研究发现ERα（rs9479055）SNPs可能对腰椎BMD的遗传调节发挥作用[14]。

1.2 ERβ的基因多态性 自ERβ发现以来，对ERβ与骨质疏松相关性的研究远不如ERα来得广泛和深入，研究存在的争议极大。

ERβ基因位于14号常染色体的q22-24处，包括7个内含子和8个外显子，由530个氨基酸残基组成，全长40 kb。与ERα相比，ERβ的肽链较短但氨基酸序列在DBD区与LBD区与ERα高度同源。ERβ在皮质骨与松质骨中均有存在，以松质骨占优势，而PMOP正是以松质骨骨量丢失为主，因此推测ERβ基因多态性在PMOP的发生与发展中可能起重要作用。

有关ERβ多态性的研究主要集中在第5内含子的CA重复序列多态性、5号外显子的RsaI（G1082A、rs1256049）及8号外显子3’非编码区的AluI(A1730G、rs4986938)等位点。

随着SNPs技术的发展，出现越来越多关于ERβ基因SNPs位点与BMD间的关联分析。有研究者检测到AluI的A1730G三种多态性，进行回归分析后显示AA纯合子、绝经年龄是影响腰椎BMD下降的危险因素，表明BMD可能受AluI多态性影响[15]。Harslof等[16]研究显示AluI G等位基因是增加骨折发生风险的危险因素，AluI A等位基因与rs1256031的T等位基因联合单倍型可以增加腰椎BMD，减少脊椎骨折发生的风险。国内对ERβSNPs的研究表明G1082A、A1730G SNPs均对BMD起调节作用，G1082A出现的r等位基因与绝经女性的腰椎低BMD有关，A1730G SNP出现的a等位基因是股骨颈BMD减少的独立危险因素[17]。

ERβ另一个SNP位点是位于第五外显子的T1057G，目前国内外对T1057G SNP研究尚少。国内对140例绝经女性的检测未发现该SNP存在，国人是否缺失T1057G SNP尚待进一步验证[17]。王金堂等[18]还发现rs7154455、rs960070 SNPs对骨质疏松性骨折有影响，ERβ单体域GGT、CCT与髋部骨折存在关联，ERβ可能影响髋部骨折的发病率。

2 VDR基因

VDR是编码维生素D3的细胞核激素受体，调节钙、磷代谢与骨骼矿化，其功能突变决定骨代谢与骨密度，因此，对VDR多态性的研究近年来备受瞩目。

VDR基因位于第12号染色体13区段，基因全长43.2 kb，由9个外显子组成。已发现的4个多态性位点分别为内切酶BsmI、TaqI、ApaI与ForI。

在对321名波兰绝经后女性的研究认为VDR基因多态性与BMD之间存在负相关，研究显示TaqITT基因型在PMOP组以及低骨量组中占显著性优势，推测T等位基因可能为PMOP的危险因素，该研究未发现BsmI多态性与BMD有关[19]。Dundar等[20]的研究也提示ApaIaa型可能是腰椎BMD减少和骨质疏松的危险因素。而另一研究则发现BsmIBb型在PMOP组中占显著性优势（P=0.02），可能对PMOP产生影响，同时其还发现AaBb联合型者发生PMOP的风险是其他型者的5倍（P=0.005）[7]。然而，国内对福州地区和蒙古族妇女的研究均显示ApaI、TaqI与BMD间无关联，不能作为预测PMOP的遗传标志[21-23]。Brodowska等[6]也表明BsmI基因多态性与脊椎BMD无关联，但却发现Bb型者HRT的效果低于其他型者。

3 I型胶原基因

I型胶原蛋白作为骨有机质的主要成分，约占骨基质蛋白的80%～90%，由两条α1多肽链与一条α2多肽链组成三螺旋结构，分别由I型胶原a1基因（collagen type I alpha 1 gene，COL1A1）与I型胶原a2基因（collagen type I alpha 2 gene，COL1A2）编码相应的α链，当这些编码区发生突变时可导致骨形成不全而影响BMD。

研究表明位于COL1A1 5’端的三个多态性位点：即启动子区域的-1997G/T、 -1663indelT及第一内含子的+1245G/T与BMD及PMOP有关[24-25]。国内学者研究发现在-1997G/T转换中，正常人群以GT基因型为主，骨质疏松患者以GG基因型为主，但对+1245G/T与BMD之间的关联却持否定态度，认为两者不存在关联性[26]。然而，国外研究者从骨生物力学的角度证实三个多态性位点联合单倍型能影响骨核心材料的密度、抗屈强度及韧性，更有一种正常人群中罕见的单倍型T-del-G在髋骨骨折的人群中分布频率较高，为正常人群的400倍，因此提出该单倍型可作为筛检诊断的标志指标之一[27]。研究者通过凝胶迁移、染色质免疫沉淀等实验方法对上述多态性位点进行功能检测后发现，-1663indelT多态性周围的区域为一种成骨分化所需的复杂蛋白质复合物，其含有与促成骨细胞凋亡相关的转录因子（Nmp4及Osterix）的功能，-1663indelT等位基因与此复合物有较强的亲和力，而第一内含子中的Sp1结合位点能使Nmp4发生募集反应。更进一步研究显示骨质疏松相关单倍型G-del-T对RNA聚合酶II有较强亲和力，其转录是普通的G-Ins-G单倍型的两倍，这些结论推测，由于COL1A1的转录增强致使a1链生成增加，引起a1链与a2链比例失衡，通过对BMD的部分独立机制作用，对骨矿形成与骨强度产生不利影响，从而减少骨质量，诱发骨质疏松[28]。

关于COL1A1中转录因子Sp1结合位点SNPs的研究也是近年来国内外研究的热点，对白种绝经妇女研究表明Sp1 SNP是诱发脆性骨折的危险因素，与骨质疏松的发生关系密切[29]，而有些研究则得出否定结论[5]。在对中国相关人群COL1A1基因Sp1结合位点的多态性分析时未发现G/T突变，基因型均为野生纯合子SS型，即不存在COL1A1多态性与骨质疏松的关联，提示COL1A1多态性可能存在人种间差异[30]。

4 总结

骨质疏松症是危害绝经后女性骨健康及生存质量的重要复杂疾病之一，但是并非绝经后均发生此病，其形成过程受遗传、人种、地域、饮食、环境、运动等诸多因素的影响。由于研究规模、测量仪器等方面的差异，导致众多研究结论间存在分歧，致使研究结论在外延推测时受到限制。因此，若不能有效校正易感因素的干扰、进行必要的标准化，是很难准确地评价候选基因与骨量变异间的真实对等关系。

在诸多相关研究中，多基因不同位点共同作用对骨质疏松的发生发展起到决定性影响的结论是肯定的，但主要集中在基因多态性与骨密度之间是否具有相关性上，对骨质疏松发病机制的相关研究较少，而ER、VDR和I型胶原基因与体内其他理化因子的交互作用也尚未明确，且各个研究结果不尽相同，甚至存在着截然相反的结论，在该领域还有许多未知方向等待研究者进行探索。

综上所述，未来有关绝经后骨质疏松相关基因的研究方向可能侧重于将基因-基因、基因-环境因素间的协同作用纳入其中，这将有助于人们更加真实地理解候选基因的不同作用机制，以期探讨PMOP更有价值的标志性诊断依据，为临床工作中开展早期诊断与干预提供有效帮助。

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2011-06-03

温州市科技局科研基金资助项目（Y20060109）；温州市鹿城区科技局科研基金资助项目（S080113）。

蒋尚群（1986-），女，浙江杭州人，硕士生。

余清，教授，硕士生导师，Email:yuqing@wzmc.edu.cn。

丁敏娇）

·病例分析·