非创伤性股骨头坏死的基因多态性研究进展

张恩景 廖文 蔡进奎 金捷 李章华

武汉大学同仁医院(武汉市第三医院)，湖北 武汉 430060

非创伤性股骨头坏死(non-traumatic osteonecrosis of femoral head，NONFH)是各种非创伤因素破坏了股骨头的血供导致股骨头缺血、坏死、塌陷，常导致严重髋关节功能障碍的一类疾病[1]。它的年发病率在欧洲为3/100000，在亚洲地区为29/100000[2]。该病多发于青壮年时期，男性多于女性，致残率较高，影响患者生活质量， NONFH已经成为世界性的健康问题[3-5]。NONFH机制复杂，目前形成了骨质疏松、脂肪代谢紊乱和血管内凝血等多种学说，各学说均无法完全解释NONFH的具体发病机制。但比较公认的是，在脂肪代谢及其他骨内代谢环境紊乱、血管内血液高凝等多种因素作用下导致骨内微循环障碍可引起NONFH。

由于人类基因组序列中多态性的类型、表型、发生频率及在人群中的分布特点构成了不同个体与群体对疾病的易感性、对药物与环境因素不同反应的遗传学基础。基因的多态性解释了为什么人体对疾病和药物的易感性、耐受性和疾病的症状存在个体差异，认识和掌握基因多态性与疾病发生、发展关系，有助于人类更好地诊断和治疗疾病。

基因多态性分析包括单核苷酸多态性和限制性片段长度多态性两个方面。由于单核苷酸多态性(single nucleotide polymorphism，SNP)能够充分反映个体间的遗传差异，通过基因易感性分析，能够确定NONFH易发人群，提醒他们改变生活和饮食习惯，预防NONFH发生。此外，SNP分析还有利于诠释不同患者药代学和药效学的遗传差异，协助医生需要考虑到不同患者存在不同遗传背景，从而制定个体化治疗方案，施行个性化用药。限制性片段长度多态性(restriction fragment length polymorphism，RFLP)分析是进行基因定位的有力手段，对NONFH等遗传性疾病的早期诊断也有良好的应用价值。通过SNP和RFLP分析，人们发现NONFH患者往往伴随凝血因子、一氧化氮合成酶、跨膜蛋白、载脂蛋白和胰岛素样因子的基因变异。这些基因是目前研究较多的NONFH易感基因，通过这些基因和NONFH的相关性研究，有助于NONFH治疗效果的提高。

1 凝血因子相关基因

机体凝血功能相关分子的基因多态性可用于股骨头缺血性坏死高危人群筛查，通过筛查它的多态性可为ONFH的早期诊断和治疗提供理论依据。纤溶酶原激活物抑制剂基因(plasminogen activator inhibitor-1，PAI-1)和亚甲基四氢叶酸还原酶基因(methylenetetrahydrofolatereductase，MTHFR)是目前研究最多的与凝血相关的2个主要基因。PAI-1能抑制内源性纤溶酶原激活物，维持纤维蛋白稳定、刺激纤维蛋白在血管壁沉积和促进平滑肌细胞增生，对于平衡纤溶和凝血系统发挥决定作用。PAI-1 水平升高是血液高凝状态的显著性标志。PAI-1 基因中4G/4G 基因型在ONFH患者中的比例远远大于正常对照组中的比例，4G/4G基因型突变引起的低纤溶酶原状态可能是ONFH发病的原因[6]。而陈研平等[7]通过Meta分析发现PAI-1基因4G/5G 多态性与NONFH的易感性增加有关。Gagala等[8]研究了68例NONFH波兰患者，其中特发性45例、继发性23例，并与100个健康人对照。结果显示，在波兰人群中血栓形成倾向不是NONFH发生的风险因子；而遗传性低纤溶状态与ONFH发生关系更为密切。Zhang等[9]认为PAI-1基因中rs2227631单核苷酸多态性与固醇类激素诱导的ONFH有关，这个基因的变异是该病发生关键因素。这些结果都进一步说明PAI-1基因多态性与ONFH发生具有相关性。

MTHFR是产生高同型半胱氨酸的前体，它大大增加了血栓形成的风险，ONFH患者往往伴随MTHFR基因变异，MTHFR基因中rs1801133存在多态性[10]。然而也有学者[11]认为MTHFR基因rs1801133的单核苷酸多态性与NONFH发生并无内在联系。对MTHFR基因中C677T多态性的研究也存在不同的观点，Kim等[12]选取了更大的样本，运用无条件的逻辑回归模型与单倍型分析，没有发现二者的相关性。Kim和Chang的研究结果存在差异，说明多态性与地域、种族、样本量大小相关。

2 一氧化氮合成酶相关基因

血管内皮细胞一氧化氮合成酶(endothelial nitric oxide synthase，eNOS)是合成一氧化氮(NO)的关键酶。eNOS基因缺陷可增加血小板聚集，降低内皮细胞运动，使血管发生受损，降低骨的再生能力[13,14]。Koo等[15]在 2006 年首次报道了韩国人中eNOS基因多态性与ONFH发生存在密切关系。他们选取103例NONFH患者，包括50例特发性、29例激素性和24例酒精性NONFH患者，并与103个健康人对照，结果发现4 a等位基因出现频率明显高于对照组，在特发性NONFH中，4 a/b基因型出现频率明显高于对照组。Zheng[16]领导的课题组发现eNOS因多态性是NONFH发生的风险因素，其内含子4中的27 bp重复序列多态性及外显子7中G894T多态性都能抑制内皮型eNOS活性，可诱发特发性NONFH。Zhao等[17]研究也证实了上述结论。Wang等[18]建议提高诱导型一氧化氮合成酶(inducible nitric oxide synthase，iNOS)的表达，能诱导ONFH患者骨细胞凋亡，抑制ONFH病情恶化。Song等[19]针对亚洲人群比较其eNOS基因中关键序列4b/a、G894T和T786C多态性，通过Meta分析表明，4b/a多态性与特发性和继发性NONFH有关，而G894T和T786C多态性与NONFH的发生关联性较小。由于已有研究的样本量均不够大，所以尚不能得出eNOS基因多态性和NONFH发生存在必然关联。

3 跨膜蛋白相关基因

P-糖蛋白(p-glycoprotein， P-gp)是一种膜转运蛋白，在药物吸收和分布中起重要作用，P-gp又称多重耐药基因(multidrug-resistant transporter-1，MDR1)，能把底物从胞内排到到细胞外[20]。被ABCB1基因编码，且具有多个SNP位点。它使细胞内药物泵出细胞外，降低了细胞内的药物浓度，使细胞产生耐药性。

大量服用激素增大股骨头缺血性坏死的风险，但个体对激素的敏感性也有显著差异。针对日本136例接受肾移植术病人的调查[21]获悉，P-糖蛋白在这些病人当中活性较高，某些特殊组织细胞内激素的浓度偏低，其中30例发生股骨头缺血性坏死病人的多重耐药基因ABCB1第26位外显子的C3435T和第21位外显子的G2677T/A基因多态性比例非常低，3435T和3435C等位基因分别与2677T和26HG等位基因存在不平衡联接。C3435T和G2677T/A基因多态性是诊断激素相关性股骨头缺血性坏死的重要指标。

Fan等[22]研究了来自中国的662个样本，分析MDR1基因中C1236T、G2677T/A和C3435T的SNP，发现C3435T的SNP与中国人群中NONFH的发生有关，其他两者与NONFH发病无关。Zhang等[23]研究也认同C1236T的多态性与NONFH发生不相关，而C3435T的SNP与NONFH相关联。Bai[24]和Qiao[25]各自独立的实验都证实了ABCB1基因的rs1045642多态性对NONFH起保护作用；rs2032582 多态性也被Bai等认为是NONFH保护因子。

4 载脂蛋白相关基因

脂类代谢紊乱易引发NONFH，不合理服用糖皮质激素引起体内血脂升高，脂肪分解加快，血中游离脂肪酸浓度高。高脂血症会使血液粘度增加，甘油三酯和胆固醇在血管内堆积，导致血管内缺血，引起微循环障碍，最终形成NONFH。载脂蛋白A和载脂蛋白B作为脂类代谢的重要蛋白，其基因多态性也与NONFH发生相关。Liu等[26]发现Apo A1启动子-75 bp位点的G/A突变可能是ONFH的易感因素之一。Hirata[27]研究表明发生股骨头缺血性坏死患者中ApoB的C7623T基因多态性和ApoB/ApoAl概率较高，而ApoB的G12 619 A基因多态性与ApoAl的G75 A和C83T基因多态性以及Lp(a)的基因多态性均与NONFH的发生没有联系。以往研究发现[28]，NONFH伴随脂质代谢异常，血脂浓度偏高，与长期酗酒[29]和服用激素有关。服用降血脂药物可对长期服用激素药物的NONFH患者提供保护作用。

5 胰岛素样因子的相关基因

胰岛素样生长因子-1(insulin-like growth factors，IGF1)，跟胰岛素在结构上类似，主要在肝细胞中合成，是骨代谢的主要参与者，能有效地促进骨细胞的有丝分裂和软骨细胞功能分化、增殖及其基质的形成，促进骨生长与修复[30]。Maimoun等[31]报道IGF1基因中的rs2946834 和IGFBP3 中的rs924140多态性都能增加NONFH发生风险。IGF1跟糖尿病关系密切，糖尿病患者的IGF1的水平偏低，股骨头坏死也是其典型的并发症，因此考察NONFH与糖尿病以及胰岛素基因多态性之间的联系也有助于了解糖尿病性NONFH发病的病因。

6 SOX9基因

SOX9基因是SOX基因家族的一个重要成员，调节软骨形成和软骨细胞的增殖和发育，在哺乳动物性别决定和软骨生成中起着关键的调控作用。

Zhang等[32]选择了中国北方的182个NONFH病人，并与179个健康者做对照，发现这些病人中的SOX9蛋白表达量明显比正常人低，SOX9基因表达多态性与ONFH发生有显著关系，据此他们推测SOX9基因是治疗ONFH潜在的靶点。Zhang等[33]在NONFH动物模型中发现，在HIF- 1α通过促进SOX9表达，加快NONFH软骨代谢，阐明SOX9基因在HIF-1α信号通路中的作用，或许能洞悉SOX9基因在NONFH病因学中的角色。

以往的研究也表明[34]，SOX9在ONFH发展过程中能促进软骨修复，SOX蛋白缺失可能会破坏骨形成机制，进一步探索SOX9基因与其他生物分子或环境因素的相互作用，追溯SOX9基因变异的根源有助于认识SOX9基因与ONFH发生之间的联系。

7 展望

综上所述，NONFH是一类多基因相关疾病，与环境因素密切相关，发病机制复杂。目前ONFH基因多态性的研究已有较大进展，但仍需要进一步发展和完善高通量多态性评价的实验平台，并对筛选的大样本和多种族及多地域相关多态性进行深入研究。当前的基因多态性研究应该紧密结合临床，根据ONFH的病理生理特征，寻找候选基因，分析其多态性与症状之间的联系，为从分子水平认识它的临床表型本质奠定基础，也为进一步了解ONFH发病机理提供依据。代谢组学的蓬勃发展有希望实现对ONFH的早期诊断，能从血清中寻找并发现有价值的特异性标志物作为ONFH诊断标准[35]。通过基因组、蛋白组和转录组等技术，对于大样本人群与ONFH进行生物标记物的分析与鉴定、验证与应用，从而精确寻找ONFH的原因和治疗靶点，并有助于指导NONFH药物的设计和发现以及提高疾病诊治与预防的效果，也有助于实现对患者进行个体化精准治疗。