張 帆 熊燕紅 韓 超 梁清洋 劉 佳 唐毓金
1.右江民族醫(yī)學(xué)院附屬醫(yī)院脊柱骨科,廣西百色 533000;2.右江民族醫(yī)學(xué)院附屬醫(yī)院婦科,廣西百色 533000
骨質(zhì)疏松癥(osteoporosis,OP)是一種以骨量減少和骨微結(jié)構(gòu)破壞為特征的系統(tǒng)性骨病,發(fā)病率已躍升至我國常見疾病的第5 位,同時(shí)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(fèi)用約720 億元,預(yù)計(jì)2050 年將超過1600 億元[1]。遺傳變異對(duì)OP 發(fā)病機(jī)制很重要,而導(dǎo)致OP的一系列遺傳因素尚未完全闡明,因此需要對(duì)高危OP 譜系進(jìn)行分析,發(fā)現(xiàn)可能導(dǎo)致疾病易感性的基因,進(jìn)而減少OP的風(fēng)險(xiǎn)。本文主要討論相關(guān)基因和OP 之間已有的研究成果,探索通過基因型使用個(gè)性化藥物治療OP的可能。
維生素D 保持適宜水平是預(yù)防OP的基礎(chǔ)。VDR主要負(fù)責(zé)介導(dǎo)維生素D的生物活性,VDR 功能障礙會(huì)導(dǎo)致OP的發(fā)展。VDR 基因目前被認(rèn)為是OP的致病基因之一,VDR 基因突變會(huì)改變礦物質(zhì)的代謝,使骨密度(bone mineral density,BMD)降低。VDR 基因位于人類12號(hào)染色體,包含9 個(gè)外顯子和8 個(gè)內(nèi)含子,其中對(duì)第Ⅶ個(gè)內(nèi)含子中的ApaⅠ、BsmⅠ,以及第Ⅸ個(gè)內(nèi)含子中的TaqⅠ、FokⅠ等酶切位點(diǎn)的研究較為明確。
研究發(fā)現(xiàn)[2],ApaⅠ是控制OP 進(jìn)展的重要因素。據(jù)報(bào)道[3],OP 患者的ApaⅠ(Aa)和(aa)基因型頻率與健康對(duì)照組比較顯著增加,同時(shí)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(diǎn)未對(duì)BMD 產(chǎn)生明顯影響。Meng 等[4]發(fā)現(xiàn)新疆地區(qū)絕經(jīng)后漢族女性ApaⅠ與BMD 無顯著相關(guān)性。西班牙學(xué)者的一項(xiàng)研究得出[5],ApaⅠrs7975232 多態(tài)性與西班牙絕經(jīng)后OP 婦女的骨礦物質(zhì)密度無關(guān)。葛繼榮等[6]指出,ApaⅠrs7975232和BsmⅠrs1544410 在我國人群OP 中未發(fā)現(xiàn)明顯相關(guān)性。基因?qū)Σ煌琴|(zhì)的調(diào)節(jié)作用不同,TaqⅠ主要調(diào)節(jié)腰椎BMD,而對(duì)股骨頸的作用有限。Kow 等[7]發(fā)現(xiàn),對(duì)照組TaqⅠCC 基因型出現(xiàn)較少,而單倍型GCC和AAT 可增加患OP的可能。FokⅠ位點(diǎn)在基因5c 端,該位點(diǎn)可以調(diào)控肽鏈的長(zhǎng)度。王丹等[8]發(fā)現(xiàn),F(xiàn)okⅠ可改善骨化三醇的抗OP 作用,F(xiàn)okⅠCC、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(jù),以豐富OP的治療策略。
雌激素與ER 結(jié)合后,可以作用于骨骼、生殖系統(tǒng)等部位。雌激素缺乏或與受體結(jié)合異??梢餙P。ER 分為α-ER、β-ER和G 蛋白偶聯(lián)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(gòu)象,進(jìn)而影響其生物學(xué)功能。同時(shí)有研究發(fā)現(xiàn)[9],這些基因也可能是潛在的遺傳標(biāo)記,有助于OP 發(fā)病機(jī)制的研究。
Krela-Ka'zmierczak 等[10]發(fā)現(xiàn),對(duì)197例克羅恩病(Crohn’s disease,CD)患者進(jìn)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(guān),可能預(yù)示女性CD 患者的ER基因與OP 存在一定相關(guān)性。伊朗一項(xiàng)研究指出[11],PvuⅡ多態(tài)性在所有3 種模型中對(duì)骨礦物質(zhì)含量(bone mineral content,BMC)的總體影響顯著,在XbaⅠ多態(tài)性中,具有AG 基因型的個(gè)體其腰椎BMD和腰椎骨礦物質(zhì)表觀密度更高,PvuⅡ和XbaⅠ多態(tài)性與兒童和青少年的BMC和BMD 變化有關(guān)。國內(nèi)研究[12]表明,在漢族女性中,α-ER的PvuⅡ多態(tài)性和β-ER的AluⅠ多態(tài)性可能會(huì)導(dǎo)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(diǎn)與絕經(jīng)后OP 密切相關(guān),該位點(diǎn)純合突變型BMD 高于純合野生型,但還需要更大的模型驗(yàn)證其相關(guān)性。
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(nèi)含量豐富。Ⅰ型膠原蛋白參與構(gòu)成細(xì)胞外基質(zhì),其作用從生物力學(xué)上講為支撐結(jié)締組織。Ⅰ型膠原蛋白在骨組織的數(shù)量、質(zhì)量改變中與OP的發(fā)生、發(fā)展、嚴(yán)重程度密切相關(guān)。Col-Ⅰ是由一個(gè)B 肽鏈和兩個(gè)A 肽鏈聚合組成的三螺旋結(jié)構(gòu)。B 肽鏈在開頭、中間或末尾位置,其蛋白質(zhì)識(shí)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?qū)儆诔晒腔?,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(guān)。同時(shí),Col-ⅠAl基因可能是心力衰竭的血漿生物標(biāo)志物,并與其進(jìn)展有關(guān)。國外研究[14]中,對(duì)6例成骨不全癥患者分析臨床表型和遺傳基礎(chǔ)后,發(fā)現(xiàn)Col-ⅠA1、Col-ⅠA2 基因的變異導(dǎo)致成骨不全癥的可能性很大,通過遺傳咨詢和產(chǎn)前診斷可能避免上述疾病的發(fā)生。一項(xiàng)實(shí)驗(yàn)[15]中,檢測(cè)OP 患者的Ⅰ型前膠原氨基端原肽和Ⅰ型膠原交聯(lián)羧基端肽等骨代謝相關(guān)標(biāo)志物,結(jié)果絕經(jīng)后婦女高血壓患者血清Ⅰ型膠原交聯(lián)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(jìn)一步增強(qiáng)破骨細(xì)胞的活性,增加炎癥因子的表達(dá),導(dǎo)致OP 加重。骨基質(zhì)形成和吸收的關(guān)鍵蛋白質(zhì)之間的具體機(jī)制還需要進(jìn)一步研究,Ⅰ型膠原蛋白與轉(zhuǎn)化生長(zhǎng)因子-β、胰島素樣生長(zhǎng)因子-1 等之間的效應(yīng)尚不清晰,因此探索這種關(guān)系可能有助于減緩OP。
TNF-α 最初因其能夠直接殺傷腫瘤細(xì)胞被命名。TNF-α 基因位于人類6號(hào)染色體,是一種關(guān)鍵的炎癥因子。臨床發(fā)現(xiàn)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(xì)胞的形成,加重激素誘導(dǎo)的股骨頭壞死,同時(shí)TNF-α 基因的特定等位基因與部分人群的絕經(jīng)后OP 易感性有關(guān),然而確切的分子機(jī)制仍然未知。
Kotrych 等[17]發(fā)現(xiàn),TNF-α 基因的多態(tài)性與BMD有關(guān),在突變模型下,TNF-α G308A的GG 基因型與OP的高風(fēng)險(xiǎn)相關(guān),與腰椎BMD 之間存在顯著相關(guān)性。TNF-αG308A 多態(tài)性可作為OP 潛在生物標(biāo)識(shí)。Jin 等[18]發(fā)現(xiàn),1288 名絕經(jīng)后婦女的TNF-α 基因型共有19 個(gè)與絕經(jīng)后OP和BMD 存在潛在關(guān)聯(lián)的多態(tài)性,多態(tài)性rs1800629 與漢族女性O(shè)P 高度相關(guān)。TNF-α基因和VDR 基因之間存在基因-基因聯(lián)合效應(yīng),Liao等[19]發(fā)現(xiàn),與單獨(dú)攜帶TNF-α rs1800629 GG 基因型的老年女性比較,同時(shí)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(xì)胞介素-6 基因發(fā)揮聯(lián)合作用,這需要更多測(cè)序來梳理基因之間的關(guān)系。
Gremlin-2 是一種調(diào)節(jié)骨形態(tài)發(fā)生蛋白(bone morphogenetic protein,BMP)的因子,可以拮抗BMP 而影響骨骼生長(zhǎng)。已有研究[21]證實(shí)Gremlin-2 在心臟祖細(xì)胞分化中具有修復(fù)作用,其在脂肪組織中的含量與年齡正相關(guān)。骨骼中Gremlin-2 主要抑制骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞,負(fù)向調(diào)控其分化為成骨細(xì)胞。Gremlin-2 基因位于人類染色體1q43,屬于轉(zhuǎn)化生長(zhǎng)因子-β 大家族,能夠阻斷BMP2和BMP4的配體信號(hào)傳導(dǎo),誘發(fā)OP。
Feng 等[22]將310例OP 患者進(jìn)行PCR、Sanger 測(cè)序,得出Gremlin-2 基因rs4454537 多態(tài)性與絕經(jīng)后OP的風(fēng)險(xiǎn)增加有關(guān),rs4454537 多態(tài)性與BMD 具有明顯相關(guān)性,該基因降低了OP 患者的BMD。為證實(shí)Gremlin-2 基因多態(tài)性在骨穩(wěn)態(tài)維持中發(fā)揮作用,需要進(jìn)一步分析其基因型分布。研究得出[23],對(duì)rs4454537的TT、TC和CC 基因型進(jìn)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(gè)體Gremlin-2表達(dá)更高,而TT 基因型可能是抑制OP進(jìn)展的保護(hù)性基因。
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(fā)現(xiàn),血管內(nèi)OPG 含量與炎癥因子表達(dá)、細(xì)胞凋亡和免疫反應(yīng)相關(guān),OPG 在心血管相關(guān)疾病中占據(jù)重要位置。實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)[25],OPG 可以調(diào)節(jié)破骨細(xì)胞功能,起抑制性作用。OPG 基因是位于人類8號(hào)染色體上的一個(gè)單拷貝基因簇q23-24,包含5 個(gè)外顯子,4 個(gè)常見的多態(tài)性位點(diǎn)rs2073618、rs3134069、rs3134070和rs3102735。
國內(nèi)研究[26]中發(fā)現(xiàn)4 種常見的OPG 基因多態(tài)型,A163G 基因型的AA 個(gè)體的全髖BMD 高于AG 個(gè)體,G1181C 基因型的GG 受試者的腰椎BMD 低于CC 或GC 個(gè)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(gè)位點(diǎn)的錯(cuò)義突變就可造成精氨酸改變?yōu)楣劝滨0?,類似蛋白質(zhì)翻譯的改變導(dǎo)致蛋白表達(dá)的異常。OPG 基因多態(tài)性和VDR 基因多態(tài)性的相互作用及與OP 風(fēng)險(xiǎn)的關(guān)系是目前研究熱門。Wu 等[28]發(fā)現(xiàn),采用單核苷酸多態(tài)性檢測(cè)、SHEsis 軟件評(píng)估后,得出VDR rs2228570和OPG rs3102735 及兩者相互作用都可能造成OP 風(fēng)險(xiǎn)增加。
OP 會(huì)導(dǎo)致BMD 低和骨結(jié)構(gòu)惡化,從而增加骨折風(fēng)險(xiǎn)。目前尚無可根治OP的藥物,傳統(tǒng)抗OP 藥物[29]可以調(diào)節(jié)骨骼的新陳代謝,提高骨骼質(zhì)量,延緩骨骼衰老,但可能導(dǎo)致新的骨形成缺陷和潛在的副作用。新的基因多態(tài)性,如Klotho 基因多態(tài)性[30]、內(nèi)皮型一氧化氮合酶基因多態(tài)性[31]等不斷地被發(fā)現(xiàn),基因多態(tài)性可以有效地預(yù)測(cè)藥物效果和提供個(gè)體化用藥??偟膩碚f,應(yīng)用基因多態(tài)性是一種有前途的減輕OP的手段,同時(shí)也可能是其他代謝性骨疾病的潛在治療方法。