骨质疏松性骨折与相关基因多态性研究进展

张奎 刘洋 马煜 王文己*

1. 兰州大学第一临床医学院骨科，甘肃 兰州 730000 2. 南充佳美体检医院检验科，四川 南充 637000

骨质疏松(osteoporosis, OP)是一组全身性的骨骼疾病，其特征是骨量减少或(和)骨组织微结构破坏，因此导致骨密度(bone mineral density，BMD)下降、骨脆性增加。骨质疏松最严重后果是骨质疏松性骨折(osteoporotic fracture, OF),以髋部骨折最为严重。目前，我国60岁以上老龄人口估计有1.73亿，是世界上老年人绝对数量最多的国家。国家骨质疏松基金会(National Osteoporosis Foundation)指出，到2050年，若没能在足够大的国家和国际范围内采取适当的预防措施，全世界的髋骨骨折数目预计将在女性中增长240%，在男性在将增长310%。OF患者的治疗和护理，需要投入巨大的人力和物力，高昂的费用将造成家庭、社会沉重的经济负担。BMD测定仍是临床预测骨质疏松患者发生OF风险的“金标准”，BMD值的高低与OF发生的风险成正相关。双生子和家系遗传基因的研究有力证明了遗传因素对骨量有决定性作用，目前发现并报道了大量相关候选基因能影响BMD值，但对候选基因多态性位点研究结果不一。为此，研究者加大了研究的样本含量，同时还采取了优化检测技术、Meta分析、全基因组关联研究等方法，从而使研究结果的可信性也大大提高。本文将就目前几个基因多态性的研究进展予以综述。

1 维生素D受体基因

维生素D (vitamin D，VD)是重要的骨代谢调节激素之一，可调节骨钙的内环境稳定。维生素D受体(VDR)基因位于染色体12 q 13-14，由9个外显子和8个内含子组成。目前已知的VDR基因多态性包括Fok I、Bsm I、Apa I、Taq I、Tru9 I 等20 多种酶切位点多态性。研究较为深入的位点有Fok I、Bsm I、Apa I、Taq I 4种[1]。当Morrison 等[2]首次提出VDR基因多态性可以预测大约70% BMD，随后出现了大量关于VDR 基因多态性与 BMD 的相关性研究。FokI 多态性位点位于起始密码子区，是已知 VDR 基因中惟一改变氨基酸序列长度的位点[3]。 当FokI 位点的C/T发生突变时，致 VDR 基因翻译从第 2个密码子开始，这样翻译出的蛋白质所含氨基酸数目减少[4]。上述变化可能对其 mRNA 的表达与稳定性产生影响，从而引起该受体蛋白在数目或活力上的细小差异，当该差异通过对其调节基因的放大作用后， BMD 及相关代谢指标则发生较大差异[5]。

Ioannidis等[6]通过 Meta 分析3243 例绝经后的亚洲女性发现VDR基因 Fok I 多态性与腰椎 BMD降低有关。Cusack 等[7]在2006年对平均年龄为 11. 42 岁的242例丹麦女孩进行研究，可能受样本含量过少或年龄等影响，研究得出结论为 VDR 基因Fok I 多态性与 BMD 无关。朱敏嘉等[8]进行广西壮、汉族绝经后妇女研究发现 BB基因型人群的BMD 值最低，并且该型人群的 OF发生率较高。然而，王秀玲等[9]对哈尔滨地区绝经后妇女人群进行研究后认为VDR基因型分布以bb型、Bb型为主,但VDR基因BsmⅠ多态性与BMD之间没有相关性。Moran等[10]于2014年对210名西班牙健康绝经妇女研究后也得出了同样结论。

吴昌新等[11]对我国258名黎族老人进行研究得出，携带bb基因型患发生OF风险明显高于BB型和Bb型，Ff基因型是发生骨质疏松性骨折风险的相关基因。刑少姬等[12]对内蒙古地区汉族老年女性进行遗传学基因多态性基因频率分布研究，显示ff基因型在OP患者中占比明显高于正常组，老年女性Fok I多态性与OP相关。Wu等[13]的最近研究结果表明VDR基因ApaI多态性在OF风险中具有重要作用。而葛继荣等[14]对592 例绝经后女性的 Ward’s 三角区、股骨颈大转子及L2-4的BMD经行测定，并应用CAPs 技术检测 VDR 基因 Apa I 多态性，分析得出基因型与 BMD 的关系: AA、Aa、aa 3 种基因型在腰椎、股骨颈、大转子、Ward’s三角区 4个部位 BMD 均无显著性差异。

VDR受体基因目前已经被认为是调控骨量的候选基因之一，但VDR基因多态性对BMD值影响在不同人群中的研究结果仍存在较大的争议[15]。这可能与性别、年龄、民族、受试人种、样本量、环境影响等多种因素相关。

2 雌激素受体基因

雌激素受体(estrogen receptor，ER)是配体依赖转录活性因子家族成员之一，ER受体基因有 8个外显子和 7个内含子，包括 ERα 和 ERβ 两种。其编码基因具有遗传多态性且可导致不同个体对骨质疏松性骨折具有不同易感性。它们在功能区域上存在着高度同源性，但随着骨龄增长和成骨细胞分化，其表达水平呈不同的变化趋势。当ERα在介导雌激素调节骨代谢的过程时，ERα与 ERβ 既相互存在关联又相互存在差异: ERα 存在时， ERβ 能让 ERα 的激活转录功能削弱; ERα不存在或丧失功能时，ERβ则可替代其部分功能[16]。

雌激素发挥其生物学作用主要是通过和ERα 结合。ERα基因位于人染色体6 q 24-27区带，全长140 kb。目前主要研究较多的是ERα内含子上的两个多态位点(Pvu II 和 Xba I)的基因多态性与OF的关联[17]。Jeedigunta等[18]对印度妇女研究显示 PP 和 XX 基因型个体的 BMD 较 pp 和 xx 低，西印度妇女 ER 基因多态性与 BMD 之间存在相关性。王秀玲等[19]则认为雌激素受体基因型仅与腰椎BMD有显著差异，且PvuⅡ多态性和VDR基因受体BSMⅠ多态性共同作用对BMD影响更大。Luo等[20]对1753例中国妇女进行研究发现， ERα基因多态性与绝经后妇女椎体骨折风险相关。Wang等[21]认为ERα基因Pvu II 多态性与BMD 存在相关性，但Xba I 多态性与股骨和腰椎 BMD 不存在相关性。而最近，汪曾荣等[22]经相关研究后得出的结论是雌激素受体基因 XX 位点的多态性对于老年女性髋部OF发生有一定的影响，且有相关的年龄分布差异。蒋尚群等[23]利用多因素分析法进行研究表明年龄因素、咖啡饮用量、Xba I的XX基因型是骨量减少的危险性因素。熊林等[24]则认为ERα基因XbaⅠ、PvuⅡ位点基因多态性与南昌地区绝经后妇女BMD无关。

ERβ基因位于染色体 14 q 23-24.1区带，全长约 60 kb。ERβ 在骨髓间质细胞、成骨细胞及破骨细胞均有表达。目前发现ERβ 基因有9个多态性位点(第5内含子的 CA 重复序列、T1421C、A566T、A1730G、A105G、C143T、G1082A、 T1100G及 T1057G)，但这些多态性位点的作用机制未能阐明[25]。目前关于ERβ基因多态性与骨密度的关系的相关报道较少。国外研究报道位于 ERβ 基因第五内含子中的(CA)n 多态性与绝经后妇女骨密度存在一定的相关性，其高重复数量(≥23)与低BMD相关，而在其他单核苷酸多态性 (single nucleotide polymorphism， SNP)位点(Rsa I，rs1256034，rs944460)并未发现与 BMD降低相关[26]。耿力等[27]对重庆地区的绝经后女性ERβ基因CA重复序列多态性及G1082A多态性研究显示，对骨密度起调节作用是ERβ基因第5内含子的(CA)n多态性，而ERβ基因第5外显子的G1082A多态性则没有。

3 Ⅰ型胶原基因

I 型胶原(collagen I，COL1)是骨基质的重要成分，体内分布最广、 数目最多。COL1 占胶原蛋白的 80%以上，由2 条 α1 链和 1 条 α2 链 组成，其编码的基因为 COL1A1 和 COL1A2，分别位于第 17 号 和 7 号染色体长臂，由 51 和 52个外显子构成。Ⅰ型胶原 Sp 1 位点基因多态性可能不是通过影响骨转换速率来调控 BMD 的，而是改变了与 Sp 1 转录因子的亲和力，从转录水平上改 变了 COL1A1 基因的表达，进而干扰了Ⅰ型胶原 αl 和 α2 链之间的平衡，致使Ⅰ型胶原结构改变，最终影响 BMD，增加骨脆性[28]。目前的研究主要集中于COL1A1基因的第一内含子Sp 1结合位点(+ 1245G/T)、启动子区Pcol1(-1663indelT)和Pcol2(- 1997G/T)位点。

Pcol1、Pcol2和Sp 1位点多态性之间存在很强的连锁不平衡性。尽管Pcol1、Pcol2和Sp 1的多态性各自对BMD有一定影响，但各单体型与BMD之间有更强和更一致的相关性。且单体型Pcol1、Pcol2可作为腰椎BMD的预测因子。1996年,Grant等[29]首先发现COLIA1基因Sp 1结合位点存在G/T突变，并将其基因型分为：SS型(GG型)；Ss型(GT型)；ss型(TT型)，并提出Sp 1结合位点多态性与BMD及OF相关。Ralston等[30]对20786例来自欧洲多个中心的人群对象进行系统分析研究发现：对于女性，椎体骨折概率与各基因型相关，携带ss基因的人群椎体骨折概率最高。Jin等[31]对24511名研究对象进行关于Sp 1基因多态性与骨质疏松症的相关Meta分析显示，COL1A1 基因Sp 1多态性与BMD减少和骨折风险的增加相关。 Singh等[32]报道印度西部绝经后妇女人群中Sp 1结合位点，Pcol2位点处的GT基因型是其他型等位基因发生骨质疏松的风险高3倍。杨国安等[33]对Ⅳ型胶原蛋白(COL4A2)基因多态性与女性骨密度的关系进行研究发现，COL4A2基因CC基因型是女性骨量流失和骨质疏松发病的独立危险因素

近来，宗强等[34]在进行一篇含32篇相关文献的系统评价报告中指出：Sp 1多态性与骨折危险性有关联，但在亚组分析中，仅在欧洲人群有类似结果；Sp 1多态性与骨密度降低有密切关系，但在亚组分析分析中，仅在欧洲和美洲人群中有类似结果。然而，Yu等[35]在确保没有偏倚的证据情况下得出，无论是白人或亚裔人口存在的COL1A1基因Pcol2多态性与骨质疏松症的风险之间并没有显著关联。同样Kurt-Sirin等研究也显示虽然ss型BMP低于SS和Ss，但经过严谨、科学的系统分析后得出COL1A1 基因Sp 1多态性与BMD减少和骨折风险无关。出现上述两者相反结论可能是研究对象的纳入标准不同所致。

4 亚甲基四氢叶酸还原酶受体

亚甲基四氢叶酸还原酶基因(methylenetetrahydrofolate reductase， MTHFR) 定位于染色体l p 36. 3，作为同型半胱氨酸(H cy)代谢复甲基化途径中的关键酶，可将还原型辅酶 I (NADPH) 相关的5，10-亚甲基四氢叶酸还原为5甲基四氢叶酸。MTHFR为同型半胱氨酸转变为蛋氨酸参与代谢提供甲基，此环节受阻可导致H cy在体内蓄积。MTHFR C677T 多态性是该基因上重要的单核苷酸变异，当C被 T 置 换，产生错义突变时，Hcy的复甲基化受阻，致血Hcy水平升高而增加骨折的风险[36]。

MTHFR C677T 等位基因频率在全球不同的民族和地区之间存在很大的变异[37]。该等位基因频率在加拿大因纽特人人群中是 0. 06，在西非人群中是 0. 09， 而中国人、白种人和日本人群的频率要高很多[38]。同时墨西哥人群的基因检测也证实了 MTHFR C677T 与引发骨质疏松具有遗传易感性[39]。有文献报道，欧洲人群的 C677T 等位基因频率地理分布是自北向南升高，相反，中国人群的TT 基因型自北向南减少[37]这说明在研究不同人群中该基因多态性的影响作用的重要性。在欧洲，以往进行相关研究显示 MTHFR C677T 多态性对丹麦人群发生OF存在遗传易感性，MTHFR T 等位基因携带(CT、TT 基因型) 与OF发病风险增加有关[40]。但近来，Saad等[41]的研究结果则提示埃及女性MTHFR基因多态性不能作为预测OF发生的遗传指标。在亚洲，Tongboonchoo等[42]对泰国女性进行相关研究结果表明MTHFR C677T多态性是OF发病的危险因子。陆莹等[43]以我国苏州地区女性人群为对象的研究显示，MTHFR T 等位基因女性携带者发生OF的风险与 CC 基因型相比呈显著性增加。李东华等[44]对既往相关资料进行系统分析得出，MTHFR C677T 基因多态性与绝经妇女股骨颈和椎骨骨密度存在相关性，且TT 基因型妇女具有较低的骨密度。但在对我国香港人群的研究结果则显示，MTHFR C677T 与OF发病风险无关[45]。近年来，郭志英等[37]在对蒙古族中老年人的研究显示，MTHFR C677T 基因多态性中CC 基因型是TT基因型携带者发生OF风险的2. 97倍，且认为MTHFR C677T 多态性在发生OF风险上起独立作用。

5 降钙素受体

人类降钙素受体(calcitonin receptor，CTR) 基因位于7号染色体长臂 21.3 区，分子质量约为 8～9 kb。 CTR 基因多态性位点位于核苷酸序列 1377 bp，若该位点上C 突变为T，则导致其编码的相应蛋白质氨基酸残基由脯氨酸(CCG)变为亮氨酸(CTG)，从而使得CTR 分子的二级结构发生改变，进而影响到CTR 与配体的结合及其信号传导通路，并影响机体对降钙素的反应[46]。研究发现 CTR 基因有多达 11个多态性位点，其中有 10个位点存在 SNP 突变，其中两个 SNP位于基因编码区内，而这其中一个位点存在氨基酸的突变。

目前已证实其核苷酸序列 1377 处的突变为C/T，从而致 CTR 基因产生 TT、TC 和 CC 基因型。栾军伟等[47]对山东半岛地区人群进行研究并将年龄和体质量指数进行校正后发现女性CC基因型较CT基因型在Ward’s三角区BMD高。而Bandres 等[48]报道西班牙高加索族妇女显示 CC 型(9. 7%)、CT 型(46. 3%)、TT 型(44%)，其分布频率与亚洲人明显不同。赵云芳等[49]首次用中西医结合的方法将中医辨证与CTR基因多态性联合起来研究，发现CTR基因多态性及中医证型分类与骨密度存在相关性。认为CTR基因多态性联合中医证型有助于临床筛选影响不同类型人群BMD的因素。

最近，Xu等[50]的研究结果显示CTR基因核苷酸序列1377 b p处多态性在中国新疆汉族和维吾尔族的原发性骨质疏松症患者之间的BMD值未发现差异，认为CTR基因多态性可能不是影响BMD值的重要因素。但CTR核苷酸序列1377 b p多态性则存在民族间差异。

6 其他相关基因

随着对骨质疏松症及骨质疏松性骨折遗传机制研究关注，目前已经涉及的相关基因多达百余种，除上述研究基因外还有转化生长因子-β(TGF-β1)基因、细胞色素P 450基因、内皮型一氧化氮合酶(eNOS)受体基因、 碱性成纤维生长因子(bFGF)基因、护骨素基因等成为研究重点。但其大多数都处在初步认识阶段，对于具体的发病机制还有待进一步探索。

虽然2011年之前对载脂蛋白E(apolipoprotein E，Apo E)多态性研究较多，但查阅大量文献发现近年来相关研究较少，可能由于该基因受动脉粥样硬化等[51]其他疾病的影响，该研究方向没有取得新的进展。近年来也发现了大量新的相关基因，中国汉族绝经后女性群体(研究样本为骨质疏松症1032例，健康人群2089例)中大麻素受体2(CNR2)基因多态性与BMD值存在关联性[52]。Oishi等[53]新近提出免疫相关基因IL-6和IL17F基因多态性与BMD显著相关。这些新发现极大的丰富了OP遗传学内容，也为其进一步研究提供了新的思考方向。

7 小结与展望

至今已发现并报道了大量与发生OF危险的相关候选基因。但大多数候选基因仍还处在筛选确认阶段，同时也多处于相关性的层面，而且受国家、地区、种族、环境以及样本量的影响，研究结果并不一致。对于复杂的基因遗传病，分析单个基因多态性与发生OF的关系则缺乏科学性，应结合所处不同的国家、地区、种族、环境条件下进行多个基因间的内在联系的联合研究，采取更为合理、有效的统计学方法，以期得到较为科学、全面的结论。近年来随着精准医疗概念的提出与发展，这些在不同的国家、地区、种族、环境条件下所得出的科学、全面的结论有望为发生OP的遗传机制研究及OF的防治提供继续深入探索的方向，即在得到地区差异化的结论基础上更深入的研究，谋求找到清晰的在特定地区人群中存在的遗传机制。相信随着对不同人群差异化的研究进一步的进行，人们对OP发病机制有更进一步的认识，这有助于提早预防OF的发生，为不同人群开展新的诊疗思路和开发新的靶向药物提供一定的基础。