骨质疏松致病候选基因研究进展

　　骨质疏松症是发病率高、死亡率高、保健费用消耗大的最常见的骨代谢疾病。据估计，半数以上的妇女和大约三分之一的男性在其生存期内会发生骨质疏松性骨折［1］。随着人类社会的日益老龄化，寻找更有效的方法逆转骨质疏松患者的骨量丢失成为热门课题。自从1994年Morisson等首次提出用维生素D受体等位基因预测骨密度以来，各国学者又相继发现了另外一些候选基因。现就基因在骨质疏松病因学中的重要性以及候选基因研究成果应用于临床骨质疏松和预防的进展综述如下。

　　一、骨质疏松致病候选基因

　　1．维生素D受体(Vitamin D receptor, VDR)：VDR等位基因位于人类第12号染色体。其中限制酶BsmⅠ、ApaⅠ、TaqⅠ和FoKⅠ的基因多态性已被证明与骨量有关［2，3］。最近在VDR基因第2外显子发现的另一个多态性，因为能产生比正常VDR受体少三个以上氨基酸，且功能也不尽相同的VDR蛋白。在影响骨密度方面，第2外显子多态性与更多特殊不同的基因型相联系［4］。但也有VDR多态性与骨量没有必然联系的报道［5］，而且VDR基因多态性的频度在种族之间也存在明显差异［6，7］。目前，维生素制剂对骨质疏松的有效性尚有争论，而VDR基因多态性在种族之间存在差异的事实，可能成为问题得以解决的钥匙。

　　2．雌激素受体(estrogen receptor,ER)：雌激素通过与雌激素核内特异性受体而起作用，ER基因的变异对其作用的发挥有巨大影响。缺失激素结合功能区的ER突变体，可激活c-Fos基因启动子，然后c-Fos 结合到AP1部位，影响基因的激活。Smith等［8］发现1例骨质疏松患者，其雌激素受体基因在第157位碱基由胞嘧啶(C)→胸腺嘧啶(T)，相应编码的氨基酸由精氨酸(Arg)突变为一个终止密码子(TGA)，导致基因转录的终止；Kobayashi等［9］证实ER基因多态性(PvuⅡ和XbaⅠ酶切)对应不同的骨密度值，PPxx基因型的骨密度较低，Px单纯型与妇女的低骨密度有关。Tsukamoto等［10］近年来又发现了ER-β基因的多态性，高度的杂合子(93%)使这个多态性成为基因研究中一个非常有用的标记。

　　相关的研究还发现 (-/-)PvuⅡ ER/bb VDR基因型妇女的BMD明显高于(-/-)PvuⅡ eR/BB VDR基因型的妇女［11］，AABBtt -ppXX基因型是骨质疏松的高危基因型［12］，把VDR基因和ER基因位点的变化联系起来。

　　3．白介素-6(IL-6)：IL-6对破骨类细胞有激活作用，并且与ES缺乏导致骨丢失的病因有关。IL-6基因定位于人类第7号染色体。研究发现ES防治骨质疏松是通过IL-6为中介起作用的。ES通过ER作用于IL-6基因启动子近端225bq序列，抑制IL-6基因的表达。此外，ES能调节gp130(信号传导子)的信号传导，从而改变细胞对IL-6的敏感性。Murray等［13］最近也发现C/F基因型妇女的BMD明显高于F/F基因型的妇女，认为IL-6基因多态性与BMD相关。

　　4．Ⅰ型胶原基因：Ⅰ型胶原基因是重要的候选基因，因为Ⅰ型胶原是骨的重要蛋白。其初级序列由重复的氨基酸序列甘氨酸-X-Y构成。其中编码A1链和A2链的基因分别简写为COLIA1和COLIA2。已有研究证实，COLIA117q21.31～22.05和COLIA2 7q22.1的基因突变导致骨成骨不全［14］。Spotila等［15］在1996年发现两种基因突变：一种为COLIA1的第27位碱基由鸟嘌呤(G)→胞嘧啶(C)，其编码的氨基酸由脯氨酸(Pro)变为丙氨酸(Ala)；另一种为COLIA2的第661位碱基由鸟嘌呤(G)→腺嘌呤(A)，相应的氨基酸由甘氨酸(Gly)变为丝氨酸(Ser)。随后Grant等［16］在COLIA1基因上发现了转录调节蛋白SpⅠ选择性结合位点多态性：在COLIA1基因第一内含子内有三个多态性位点，其中第三个多态位点结合于SpI结合模色，为由鸟嘌呤(G)→胸腺嘧啶(T)的突变。SpⅠ多态性位点G/T杂合子的BMD明显低于G/G纯合子，而T/T的BMD始终是低的。最近有报道PCR分析证实Ss基因型和ss基因型的妇女较容易发生骨折［17］。

　　5 ．胰岛素样生长因子(IGF-1)：可由骨细胞产生并以自分泌形式刺激成骨细胞的复制和骨基质的合成。其基因定位于人12号染色体q22和q24区。骨的IGF-1表达主要由IGF-1外显子1启动子调节。Reed等［18］发现原发性骨质疏松患者血浆IGF-1水平与成骨细胞活性指标密切相关，随后Zhang等［19］证实IGF-1在废用性骨质疏松中起主要作用。现在认为特发性骨质疏松患者血清低水平IGF-1，可能与IGF-1微卫星(192 bp)的特别位点纯合性有关［20］。同时，Miyao等［21］发现此序列数目的多少与骨密度有关，并且此序列可发生突变，认为血清中IGF-1水平受基因因素影响，特别是IGF-1基因结构位点突变的影响。

　　6．转移生长因子(TGF-β)：TGF-β是一族多功能细胞调节蛋白，对成骨细胞的分化生长起着重要作用。人类TGF-β1基因定位于19q13，富含GC和Ap2序列，基因水平的调节是通过Ap2启动子的激活来实现的。Kundsen等［22］在39例骨质疏松患者第五外显子上发现存在两种基因变异，其中3例患者第78位碱基由胞嘧啶(C)→胸腺嘧啶(T)，相应的氨基酸由苏氨酸(Ser)变为异亮氨酸(Ⅱe)；另3例患者第7位碱基丢失。最近，Yamada等［23］发现TGF-β1基因的一个由亮氨酸→脯氨酸的突变，导致CC基因型的腰椎骨密度明显高于TT和TC型，CC基因型腰椎的骨折率也低于TT和TC型，而且血清中TGF水平在CC型也高于TT和TC型。

　　7．人降钙素受体(CTR)：CTR基因定位于人第9号和第7号染色体。Masi等［24］用AluⅠ 限制性酶定位于CTR基因的一个多态性位点，发现其第463个氨基酸既可表达脯氨酸(CC基因型)又可为亮氨酸(TT基因型)，其中TT基因型的BMD明显低于CC基因型，随后他们用TaqⅠ限制性酶又发现tt基因型的腰椎BMD明显低于TT基因。而Dohi等和Taboulet等也分别发现了多态性（RR，Rr，rr）和（HH，Hh，hh），并且均与骨密度相关［25，26］。

　　8．甲状旁腺激素（PTH）：PTH具有加强骨细胞溶解钙、破骨细胞吸收骨、促进成骨细胞形成及矿化骨的作用。最近Hosoi等［27］发现PTH基因的BST b1限制性片段多态性和骨密度有关，Bb型人群腰椎骨密度明显低于BB型，且Bb型的骨代谢率也明显高于BB型，认为PTH基因多态性是低骨密度的又一敏感标记。

　　二、骨质疏松候选基因研究的临床应用

　　对骨质疏松的治疗目前尚无理想方法。几乎可以肯定，在早期处于特别危险状况下所丢失的大部分骨量，在以后常常不能再恢复。一旦骨质疏松合并骨折发生，就无足够有效的药物可以使骨质疏松的骨骼恢复原来的骨质量。因此，预防性治疗是处理骨质疏松性骨折的最可靠方式。骨质疏松候选基因研究的一个潜在应用是评估骨质疏松性骨折的危险性。如果能分离鉴定出预测低骨密度和骨质疏松性骨折的基因多态性，那么就以此作为筛选工具，鉴定高危人群以及作出是否有必要进行药物干涉，使患者在骨折前就能进行有效的预防性治疗。研究已显示食物中钙和维生素D的补充引起的骨量增多的反应部分依赖于维生素D受体基因多态性，不同的VDR基因型对维生素D和钙的反应不同。可以肯定多态性标记在候选基因的应用，能提供给患者适当的治疗方法的信息，以决定哪类患者最适用于哪种治疗方案，并检测各种药物治疗的有效性。目前，骨质疏松候选基因尚不能成熟的应用于骨质疏松的诊断，尚需在不同种族中大规模样本研究后，才能应用于临床。

　　三、展望

　　虽然对候选基因多态性是否是决定骨量和骨质疏松性骨折危险性方面最重要的因素，仍有争议，但基因在骨质疏松病因中的决定作用是毋庸质疑的。目前发现参与调控的基因有67个之多,但哪些基因起主要作用以及基因之间怎样相互作用尚不清楚。更难理解的是为什么这些等位基因有时存在，有时不存在，有时甚至是相反的结果。所以研究必须在大样本，或者是高骨量的年轻人，按照统一的标准，多中心协作进行。同时，骨质疏松是一个受遗传、饮食、吸烟、酒精摄入和运动等因素影响的复杂疾病，决定了研究遗传基因和环境因素之间相互作用会更加重要。进一步的研究会确定骨质疏松的直接病因；找出敏感的基因标记，预测骨质疏松的骨折危险性；寻找新的基因克隆分子，开发药物防止骨丢失和逆转骨质疏松。只有解决了这些问题才能找到有效的线索，将骨质疏松的 基因预防和带入一个全新的领域。

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