骨质疏松症基因多态性的研究进展

张 帆 熊燕红 韩 超 梁清洋 刘 佳 唐毓金

1.右江民族医学院附属医院脊柱骨科，广西百色 533000；2.右江民族医学院附属医院妇科，广西百色 533000

骨质疏松症（osteoporosis，OP）是一种以骨量减少和骨微结构破坏为特征的系统性骨病，发病率已跃升至我国常见疾病的第5 位，同时诊疗OP 消耗了巨大的公共保健资源，2015 年我国因OP 骨折住院患者总费用约720 亿元，预计2050 年将超过1600 亿元[1]。遗传变异对OP 发病机制很重要，而导致OP的一系列遗传因素尚未完全阐明，因此需要对高危OP 谱系进行分析，发现可能导致疾病易感性的基因，进而减少OP的风险。本文主要讨论相关基因和OP 之间已有的研究成果，探索通过基因型使用个性化药物治疗OP的可能。

1 维生素D 受体（vitamin D receptor，VDR）基因

维生素D 保持适宜水平是预防OP的基础。VDR主要负责介导维生素D的生物活性，VDR 功能障碍会导致OP的发展。VDR 基因目前被认为是OP的致病基因之一，VDR 基因突变会改变矿物质的代谢，使骨密度（bone mineral density，BMD）降低。VDR 基因位于人类12号染色体，包含9 个外显子和8 个内含子，其中对第Ⅶ个内含子中的ApaⅠ、BsmⅠ，以及第Ⅸ个内含子中的TaqⅠ、FokⅠ等酶切位点的研究较为明确。

研究发现[2]，ApaⅠ是控制OP 进展的重要因素。据报道[3]，OP 患者的ApaⅠ（Aa）和（aa）基因型频率与健康对照组比较显著增加，同时OP 患者中的ApaⅠ次要等位基因更为常见。但是，也有研究显示ApaⅠ位点未对BMD 产生明显影响。Meng 等[4]发现新疆地区绝经后汉族女性ApaⅠ与BMD 无显著相关性。西班牙学者的一项研究得出[5]，ApaⅠrs7975232 多态性与西班牙绝经后OP 妇女的骨矿物质密度无关。葛继荣等[6]指出，ApaⅠrs7975232和BsmⅠrs1544410 在我国人群OP 中未发现明显相关性。基因对不同骨质的调节作用不同，TaqⅠ主要调节腰椎BMD，而对股骨颈的作用有限。Kow 等[7]发现，对照组TaqⅠCC 基因型出现较少，而单倍型GCC和AAT 可增加患OP的可能。FokⅠ位点在基因5c 端，该位点可以调控肽链的长度。王丹等[8]发现，FokⅠ可改善骨化三醇的抗OP 作用，FokⅠCC、CT 基因型的患者用药后腰2～4 椎体BMD明显增加。目前还需要探索更多的VDR 基因证据，以丰富OP的治疗策略。

2 雌激素受体（estrogen receptor，ER）基因

雌激素与ER 结合后，可以作用于骨骼、生殖系统等部位。雌激素缺乏或与受体结合异常可引起OP。ER 分为α-ER、β-ER和G 蛋白偶联ER1（G-protein coupled estrogen receptor 1，GPER1），其中α-ER、β-ER属于核受体，GPER1 属于膜受体。α-ER 基因位于人染色体6q24-27，β-ER 基因位于染色体14q23-24.1。ER 基因变异可以改变靶蛋白的构象，进而影响其生物学功能。同时有研究发现[9]，这些基因也可能是潜在的遗传标记，有助于OP 发病机制的研究。

Krela-Ka＇zmierczak 等[10]发现，对197例克罗恩病（Crohn’s disease，CD）患者进行ER 基因分型和单倍型分析得出，ER 基因PvuⅡ和XbaⅠTA（px）单倍型与股骨颈T 值降低有关，可能预示女性CD 患者的ER基因与OP 存在一定相关性。伊朗一项研究指出[11]，PvuⅡ多态性在所有3 种模型中对骨矿物质含量（bone mineral content，BMC）的总体影响显著，在XbaⅠ多态性中，具有AG 基因型的个体其腰椎BMD和腰椎骨矿物质表观密度更高，PvuⅡ和XbaⅠ多态性与儿童和青少年的BMC和BMD 变化有关。国内研究[12]表明，在汉族女性中，α-ER的PvuⅡ多态性和β-ER的AluⅠ多态性可能会导致OP，携带其等位基因的人患病的概率更高。陈娟等[13]指出，rs3844508 位点与绝经后OP 密切相关，该位点纯合突变型BMD 高于纯合野生型，但还需要更大的模型验证其相关性。

3 Ⅰ型胶原基因（collagenⅠ，Col-Ⅰ）

Ⅰ型胶原蛋白也称胶原蛋白Ⅰ，属于胶原蛋白大家族，在人体内含量丰富。Ⅰ型胶原蛋白参与构成细胞外基质，其作用从生物力学上讲为支撑结缔组织。Ⅰ型胶原蛋白在骨组织的数量、质量改变中与OP的发生、发展、严重程度密切相关。Col-Ⅰ是由一个B 肽链和两个A 肽链聚合组成的三螺旋结构。B 肽链在开头、中间或末尾位置，其蛋白质识别特性不同。

Ⅰ型胶原α1 链蛋白基因（Col-ⅠA1）、Ⅰ型胶原α2 链蛋白基因（Col-ⅠA2）均位于7q21.3-q22。Col-Ⅰ基因属于成骨基因，大约共有200 种可能突变，大部分基因突变与OP 或成骨不全相关。同时，Col-ⅠAl基因可能是心力衰竭的血浆生物标志物，并与其进展有关。国外研究[14]中，对6例成骨不全症患者分析临床表型和遗传基础后，发现Col-ⅠA1、Col-ⅠA2 基因的变异导致成骨不全症的可能性很大，通过遗传咨询和产前诊断可能避免上述疾病的发生。一项实验[15]中，检测OP 患者的Ⅰ型前胶原氨基端原肽和Ⅰ型胶原交联羧基端肽等骨代谢相关标志物，结果绝经后妇女高血压患者血清Ⅰ型胶原交联羧基端肽水平升高，与炎症因子同向改变。另外，高血压还可以进一步增强破骨细胞的活性，增加炎症因子的表达，导致OP 加重。骨基质形成和吸收的关键蛋白质之间的具体机制还需要进一步研究，Ⅰ型胶原蛋白与转化生长因子-β、胰岛素样生长因子-1 等之间的效应尚不清晰，因此探索这种关系可能有助于减缓OP。

4 肿瘤坏死因子-α（tumor necrosis factor-α，TNF-α）基因

TNF-α 最初因其能够直接杀伤肿瘤细胞被命名。TNF-α 基因位于人类6号染色体，是一种关键的炎症因子。临床发现OP 患者血清TNF-α 水平随病情加重而增高，研究表明[16]，TNF-α 可以增加破骨细胞的形成，加重激素诱导的股骨头坏死，同时TNF-α 基因的特定等位基因与部分人群的绝经后OP 易感性有关，然而确切的分子机制仍然未知。

Kotrych 等[17]发现，TNF-α 基因的多态性与BMD有关，在突变模型下，TNF-α G308A的GG 基因型与OP的高风险相关，与腰椎BMD 之间存在显著相关性。TNF-αG308A 多态性可作为OP 潜在生物标识。Jin 等[18]发现，1288 名绝经后妇女的TNF-α 基因型共有19 个与绝经后OP和BMD 存在潜在关联的多态性，多态性rs1800629 与汉族女性OP 高度相关。TNF-α基因和VDR 基因之间存在基因-基因联合效应，Liao等[19]发现，与单独携带TNF-α rs1800629 GG 基因型的老年女性比较，同时携带VDR rs3782905的CG/CC基因型的人OP 患病率明显增加。有研究表明[20]，TNF-α基因也可以和白细胞介素-6 基因发挥联合作用，这需要更多测序来梳理基因之间的关系。

5 Gremlin-2 基因

Gremlin-2 是一种调节骨形态发生蛋白（bone morphogenetic protein，BMP）的因子，可以拮抗BMP 而影响骨骼生长。已有研究[21]证实Gremlin-2 在心脏祖细胞分化中具有修复作用，其在脂肪组织中的含量与年龄正相关。骨骼中Gremlin-2 主要抑制骨髓间充质干细胞，负向调控其分化为成骨细胞。Gremlin-2 基因位于人类染色体1q43，属于转化生长因子-β 大家族，能够阻断BMP2和BMP4的配体信号传导，诱发OP。

Feng 等[22]将310例OP 患者进行PCR、Sanger 测序，得出Gremlin-2 基因rs4454537 多态性与绝经后OP的风险增加有关，rs4454537 多态性与BMD 具有明显相关性，该基因降低了OP 患者的BMD。为证实Gremlin-2 基因多态性在骨稳态维持中发挥作用，需要进一步分析其基因型分布。研究得出[23]，对rs4454537的TT、TC和CC 基因型进行频率分析，得出TC 基因型是OP 女性中最常见的基因型，具有CC 基因型的个体Gremlin-2表达更高，而TT 基因型可能是抑制OP进展的保护性基因。

6 护骨因子（osteoprotegerin，OPG）基因

OPG 属于肿瘤坏死因子受体成员，是一种分泌性跨膜糖蛋白。杨青苗[24]发现，血管内OPG 含量与炎症因子表达、细胞凋亡和免疫反应相关，OPG 在心血管相关疾病中占据重要位置。实验发现[25]，OPG 可以调节破骨细胞功能，起抑制性作用。OPG 基因是位于人类8号染色体上的一个单拷贝基因簇q23-24，包含5 个外显子，4 个常见的多态性位点rs2073618、rs3134069、rs3134070和rs3102735。

国内研究[26]中发现4 种常见的OPG 基因多态型，A163G 基因型的AA 个体的全髋BMD 高于AG 个体，G1181C 基因型的GG 受试者的腰椎BMD 低于CC 或GC 个体，OPG A163G、G1181C和T950G 可能影响老年女性的BMD。序列分析[27]提示，在OPG 基因中，一个位点的错义突变就可造成精氨酸改变为谷氨酰胺，类似蛋白质翻译的改变导致蛋白表达的异常。OPG 基因多态性和VDR 基因多态性的相互作用及与OP 风险的关系是目前研究热门。Wu 等[28]发现，采用单核苷酸多态性检测、SHEsis 软件评估后，得出VDR rs2228570和OPG rs3102735 及两者相互作用都可能造成OP 风险增加。

7 小结

OP 会导致BMD 低和骨结构恶化，从而增加骨折风险。目前尚无可根治OP的药物，传统抗OP 药物[29]可以调节骨骼的新陈代谢，提高骨骼质量，延缓骨骼衰老，但可能导致新的骨形成缺陷和潜在的副作用。新的基因多态性，如Klotho 基因多态性[30]、内皮型一氧化氮合酶基因多态性[31]等不断地被发现，基因多态性可以有效地预测药物效果和提供个体化用药。总的来说，应用基因多态性是一种有前途的减轻OP的手段，同时也可能是其他代谢性骨疾病的潜在治疗方法。