遺傳基因與骨質(zhì)疏松癥

1、    遺傳基因與骨質(zhì)疏松癥        骨質(zhì)疏松癥是一種多因素性疾病。主要特征是單位體積骨量減少，骨脆性增加。影響骨量的因素可分為環(huán)境因素與遺傳因素兩種。環(huán)境因素包括營養(yǎng)、運(yùn)動及生活習(xí)慣等，是影響骨量的可控因素。近年來，隨著分子生物學(xué)技術(shù)的研究進(jìn)展，遺傳因素對骨量和骨質(zhì)疏松發(fā)病的影響，逐步引起人們的重視。家族性流行病學(xué)調(diào)查研究發(fā)現(xiàn)：雙親骨折史與子女的骨密度及家庭主要成員骨量之間存在明顯相關(guān)性，說明正常人群峰值骨量及骨密度受遺傳因素調(diào)控。國外學(xué)者Johnston曾指出，人群

2、骨量的差別20%歸于環(huán)境因素，80%歸于遺傳因素1。但骨量究竟由哪些遺傳基因決定，目前研究尚處于起步階段。 1VDR基因多態(tài)性與骨質(zhì)疏松癥Eisman等為了探討遺傳因素的影響，著眼于維生素D受體(VDR)的等位基因研究，取得了突破性的進(jìn)展。成骨細(xì)胞特異產(chǎn)生的骨鈣素是骨形成或骨轉(zhuǎn)換的指標(biāo)，其基因的啟動子內(nèi)存在維生素D的應(yīng)答成分1，25(OH)2D3-responsive element, VDRE。VDR等位基因位于人的第12對染色體，為43.2 kb，由9個外顯子構(gòu)成，其中限制性內(nèi)切酶Bsml與Apal的識別部位位于第8和9外顯子之間的內(nèi)含子內(nèi)，Taq1的識別部位位于第9外顯子內(nèi)。他們應(yīng)用So

3、uthern blot法，對由數(shù)種限制酶生成的健康成人染色體DNA中VDR等位基因堿基排列的不同而產(chǎn)生的多態(tài)性進(jìn)行了分析，并探討了血清骨鈣素水平的關(guān)系。其結(jié)果以Bsml表現(xiàn)的3個VDR基因多態(tài)性(BB、Bb,bb)和血清骨鈣素最為相關(guān)。人的基因(DNA)在細(xì)胞核中以染色體的形式存在，并世代相傳。表達(dá)遺傳信息的堿基排列經(jīng)過長時間會產(chǎn)生各種變化，產(chǎn)生遺傳的多樣性，這種變異在對個體表現(xiàn)型無影響的內(nèi)含子部分容易蓄積，大約以250500個堿基對有一個變異，多態(tài)性分析通常使用限制酶片段長度多態(tài)性(restriction fragment length polymorphism, RFLP)法。本法是用限制

4、酶切斷DNA上特異的堿基排列，以切斷后片段長度的多樣性來表達(dá)。VDR等位基因能被Bsml切斷的為隱性，用b表示，顯性則用B表示，各等位基因的組合產(chǎn)生了BB、Bb和bb三種多態(tài)性。同樣由Appal產(chǎn)生的多態(tài)性為AA、Aa和aa，由Taq1產(chǎn)生的多態(tài)性為TT、Tt和tt?；贐sml的VDR基因多態(tài)性與血清骨鈣素的相關(guān)，Morrison等對成人雙生子之間的VDR基因多態(tài)性與骨密度的關(guān)系進(jìn)行了探討2。在22對異卵雙生子的21對中，BB型比Bb或bb型、Bb型比bb型的骨密度顯著低下。以上結(jié)果揭示，在遺傳因素對骨密度的影響中，VDR基因可能占最大(75%)。他們采用了較大的樣本(311名健康女性，年齡

5、52.5±13.5歲)來驗(yàn)證VDR基因多態(tài)性與骨密度的關(guān)系。在VDR基因中內(nèi)含子內(nèi)存在的Bsml識別部位在內(nèi)的825bp用PCR擴(kuò)增后，利用RFLP法進(jìn)行了解析，白人女性多態(tài)性的頻率為BB 17%,Bb50%，bb33%。在對多態(tài)性和骨密度的關(guān)系進(jìn)行了分析后，得到了如下令人感興趣的結(jié)果。女性在絕經(jīng)前，BB型比bb型的骨密度低約10%。在成人女性達(dá)到骨折閾的年齡上，BB型比bb型提前10年以上。進(jìn)而以身長、體重、年齡、絕經(jīng)后年數(shù)、Bsml的基因型為變量進(jìn)行了回歸分析。以上結(jié)果提示骨密度分別與年齡、基因型、身長、體重及絕經(jīng)后年數(shù)等變量相關(guān)，其中具有b基因者的骨密度值較高。從此結(jié)果還可以看

6、出，與股骨頸相比，腰椎骨密度與基因型的相關(guān)更顯著。基因多態(tài)性與骨密度相關(guān)的機(jī)理尚未明了，目前認(rèn)為可能與VDR基因轉(zhuǎn)錄和mRNA的穩(wěn)定性有關(guān)，由Bsml產(chǎn)生的多態(tài)性是在內(nèi)含子內(nèi)，值得注意的是，上述RFLP解析所得到的基因型的不同，是正常范圍內(nèi)的變動，并不表示異?；蛲蛔儭＠^Morrison的報告之后，其他國家的學(xué)者紛紛進(jìn)行了研究，其中Yamagata3等首先報告了以102名日本女性為對象的結(jié)果，基因型的出現(xiàn)頻度分別為BB7%、Bb38%、bb55%，B基因的出現(xiàn)頻度明顯低于白人，但骨密度同樣呈現(xiàn)了BB<Bb<bb的趨勢。其他日本學(xué)者也曾報告了類似的結(jié)果。揭示了VDR基因多態(tài)性可能是超越

7、種族之上的影響骨密度的因素。但這種傾向在絕經(jīng)前女性更為明顯，提示月經(jīng)對骨密度的影響大于VDR基因。Gross采用限制性內(nèi)切酶FoKI對109名墨西哥美國白人絕經(jīng)后婦女的VDR等位基因進(jìn)行分析4。結(jié)果表明:ff基因型者(占該人群的15%)腰椎低BMD有12.8%，與FF基因型者(占該人群的37%)腰椎BMD比較有顯著性差異(P<0.01)，F(xiàn)f型(占該人群的48%)腰椎BMD居中。經(jīng)兩年追蹤觀察，ff型與FF型者股骨頸BMD分別下降4.7%和0.5%，ff型股骨BMD下降速度明顯高于FF型(P<0.05)。但前臂與腰椎BMD兩型無顯著性改變。不同基因型血清250HD3、1，25(OH

8、)2D3、PTH、BGP及尿PYr無明顯不同。認(rèn)為FoKI基因型與腰椎BMD的降低有明顯相關(guān)性，ff基因型者股骨骨丟失增加。Cooper綜合分析了27項(xiàng)研究，他得出的結(jié)論是：VDR-RFLP對BMD的影響不明顯，大約VDR的影響相當(dāng)于23年的骨量丟失造成的差異5。BB型在白人、黑人和亞洲人中分布的頻率分別為17.2%、4.8%和2.3%。髖部BMD，BB型平均低于bb型0.02 g/cm2,腰椎和橈骨遠(yuǎn)端BMD，BB型分別低于bb型0.03 g/cm2和0.01 g/cm2。但是另外一些學(xué)者的分析結(jié)果否定了上述的結(jié)論。Hustmyer等以美國白人為對象6，對86對同卵雙生及39對異卵雙生的成人

9、女性進(jìn)行了VDR基因多態(tài)性分析，同時則定了腰椎、股骨及前臂的骨密度，發(fā)現(xiàn)Bsml、Apal或Taq1的任何基因型與骨密度都無相關(guān)關(guān)系。也就是說，異卵雙生之間骨密度的差異不能用VDR基因多態(tài)性來解釋。瑞典學(xué)者M(jìn)elhus對70名絕經(jīng)后骨質(zhì)疏松癥患者及76名絕經(jīng)后骨密度高于骨折的女性進(jìn)行了VDR基因多態(tài)性分析后亦未發(fā)現(xiàn)基因型與骨密度之間的關(guān)系。日本也有骨質(zhì)疏松癥患者和正常小兒中各基因型的分布與骨密度無顯著相關(guān)的報告。我國學(xué)者也有類似的報道7。上述兩種截然相反的結(jié)果，提示骨量不是由單獨(dú)的基因，而是由多數(shù)的基因組調(diào)節(jié)的可能性。為得出正確的結(jié)論，必須采用較大的樣本量，對上述基因和其他可能影響骨量的多種基

10、因作出慎重的分析。2雌激素受體基因多態(tài)性與骨質(zhì)疏松癥婦女絕經(jīng)后骨質(zhì)疏松發(fā)病率顯著高于男性。我國學(xué)者徐尚志報道我國60歲以上男性與女性骨質(zhì)疏松發(fā)病率分別為13.9%和58%，吳青等報道分別為13.4%和41%。女性絕經(jīng)后雌激素水平降低導(dǎo)致骨丟失加速是發(fā)病的主要原因，其詳細(xì)機(jī)制尚未完全闡明。人類成骨細(xì)胞及破骨細(xì)胞均存在雌激素受體，雌激素可與該受體結(jié)合直接調(diào)節(jié)成骨細(xì)胞和破骨細(xì)胞的功能。如抑制破骨細(xì)胞溶酶體酶的活性，促使成骨細(xì)胞產(chǎn)生細(xì)胞素：白細(xì)胞介素及腫瘤壞死因子等。由此推測雌激素受體基因多態(tài)性有可能與女性骨質(zhì)疏松發(fā)病危險性有關(guān)，可能是影響骨量的遺傳因素之一。1996年日本學(xué)者Kobayashi分析2

11、38例絕經(jīng)后健康婦女(66.3±0.6歲)雌激素受體等位基因PVuII和XbaI限制性酶切片段多態(tài)性與骨量的關(guān)系，發(fā)現(xiàn)研究對象腰椎及全身骨密度呈如下趨勢：PP<Pp<pp，XX>Xx>xx,單純PPxx型婦女骨密度明顯低于其他基因型8。推測雌激素受體基因多態(tài)性有可能會影響雌激素受體的表達(dá)及功能。這一發(fā)現(xiàn)引起了各國學(xué)者的廣泛關(guān)注，在骨質(zhì)疏松發(fā)病遺傳因素的研究領(lǐng)域展示了新的角度，又掀起了新的研究熱潮。1997年在美國召開的第十九屆骨礦研究會議(ASBMR)上，有十幾位學(xué)者紛紛報道了有關(guān)雌激素受體基因多態(tài)性與骨密度及骨質(zhì)疏松發(fā)病關(guān)系的研究結(jié)果。美國學(xué)者Nelson分

12、析了絕經(jīng)后黑人(n=20)和白人婦女(n=18)(38±5歲)的ER基因型和全身BMD關(guān)系。發(fā)現(xiàn)pp型個體骨密度較低，而PPXx、PPxx及PpXX型骨密度較高。其中黑人55%有高BMD-ER基因型，而白人僅11%有，表明ER等位基因分布與種族有關(guān)，也許這是引起不同種族間骨密度差異的原因之一。丹麥學(xué)者Langdahl9等對292名椎體骨折的骨質(zhì)疏松患者和同年齡對照組ER基因多態(tài)性分析結(jié)果表明，兩組人群XbaI分布相似，而PVuII分布兩組間差異顯著(骨質(zhì)疏松患者PP型17.7%，Pp型37.1%，pp型45.2%；對照PP型29.2%，Pp45.9%，pp型24.6%)，pp及ppx

13、x基因型在骨質(zhì)疏松癥患者過度表達(dá)。芬蘭學(xué)者M(jìn)ahonen報告對44名未用HRT治療絕經(jīng)后婦女(50.5±1.9歲)測定腰椎(LS)及股骨(FM)BMD及ERRELPS。結(jié)果發(fā)現(xiàn)：人群ERRELPs分布頻率為：PP型20.5%，Pp型43.2%，pp型36.4%，ER_RELPS多態(tài)性與絕經(jīng)后婦女LS及FM的BMD有明顯相關(guān)性。但與日本學(xué)者Kobayashi報道的趨勢相反，LS-BMD和FM-BMD的值：基因型PP>Pp>pp。意大利學(xué)者Gennari等測定144名正常絕經(jīng)后婦女、106名骨量減少者及176名患骨質(zhì)疏松癥患者(平均年齡57.7±0.4歲)腰椎和股骨

14、頭BMD與VDRRELPs及ERRELPs的關(guān)系。結(jié)果表明aabbTT基因型腰椎BMD(0.87 g/cm2)明顯高于AABBtt基因型(0.76 g/cm2)，P<0.02，ER的各種基因型的BMD無明顯差異，但PP基因型BMD有高于pp型的趨勢。兩種基因型聯(lián)合考慮，aabbTT-ppxx基因型BMD(0.97 g/cm2)明顯高于AABBtt-PPXX基因型(0.71 g/cm2),P<0.05，說明VD-AABBtt基因型合并ERPPXX基因型發(fā)生骨質(zhì)疏松的危險性比較高。非常有意義的是，日本學(xué)者Hosoi10的報道，觀察了為期一年的86名絕經(jīng)后骨質(zhì)疏松患者與正常對照骨密度的變

15、化，其中26例骨質(zhì)疏松患者接受一年雌激素治療(0.3125 mg/d)。發(fā)現(xiàn)ER-pp型骨密度年變化率為(-1.60±0.67)%，而ER-PP型骨密度年變化率為(0.317±0.71)%，兩者間差異顯著。并且雌激素治療ER-Pp和pp基因型患者骨密度顯著提高，而PP型患者骨密度提高療效不明顯，這可能與上述兩者骨密度年變化率不同有關(guān)。提示我們對女性絕經(jīng)后骨質(zhì)疏松癥的治療，雌激素療法并不是對每位患者都有效，療效與雌激素基因型有關(guān)。上述研究對象都是絕經(jīng)后婦女，美國學(xué)者Sowers觀察了356名絕經(jīng)前及圍絕經(jīng)期婦女腰椎及全身BMD與ER-RELPs的關(guān)系。發(fā)現(xiàn)雌激素受體XbaI與

16、PVuII基因型皆與骨密度明顯相關(guān)(P<0.01)，說明ER基因型與女性峰值骨密度及絕經(jīng)前后骨密度的維持有關(guān)。但也有一些相反意見的報道。韓國學(xué)者Kohan的報告研究對象為絕經(jīng)前健康婦女(n=99,年齡28.6±0.8歲)與絕經(jīng)后女性骨質(zhì)疏松患者(n=134,年齡為6069歲)，發(fā)現(xiàn)骨代謝生代指標(biāo)，股骨及腰椎BMD與ER等位基因之間皆無明顯相關(guān)性。英國學(xué)者Keen對129名絕經(jīng)前的婦女(年齡為47.3±2.1歲)和104名絕經(jīng)后婦女(絕經(jīng)5年之內(nèi)，年齡為53.3±3.5歲)的腰椎和股骨BMD經(jīng)追蹤4年觀察，未見ERPvuII與BMD有明顯的相關(guān)性。丹麥學(xué)者Jo

17、rgensen同樣發(fā)現(xiàn)絕經(jīng)后婦女不同ER基因型股骨骨密度無明顯差異。另外日本學(xué)者Tokita未發(fā)現(xiàn)絕經(jīng)前女性ER基因型與骨密度有相關(guān)關(guān)系11。綜上所述，近兩年雌激素受體基因與骨質(zhì)疏松發(fā)病關(guān)系的研究尚處于起步階段，大部分研究對象為絕經(jīng)后婦女，極少數(shù)研究對象為絕經(jīng)前婦女。研究結(jié)果存在兩種截然相反的意見，這可能與樣本量的大小及研究對象的選取有關(guān)。陽性報道的研究基本認(rèn)為ERPvuII基因型與骨密度有關(guān)，骨密度值ER基因型PP>Pp>pp，pp基因型在骨質(zhì)疏松患者過度表達(dá)，并且發(fā)現(xiàn)雌激素受體等位基因的人群分布有種族差異性。我國目前這方面的研究尚屬空白，急需開展一些研究工作 。原發(fā)性骨質(zhì)疏松癥

18、預(yù)防重于治療。遺傳因素的研究將為從遺傳角度早期篩查骨質(zhì)疏松的高危人群，及在臨床進(jìn)行基因診斷和治療提供必要的理論依據(jù)。3其他基因I型膠原的基因突變引起的骨形成不全曾有許多報告。最近有報告指出，在輕度骨形成不全的患者，此基因的突變與骨質(zhì)疏松的早期發(fā)病有關(guān)。此外，TGF-基因異常在骨質(zhì)疏松患者的低骨密度組多見，以及I型膠原的基因多形性與骨質(zhì)疏松的發(fā)病有關(guān)亦有報告。Tomout等最近對青春前期墨西哥美國女孩(n=109)進(jìn)行的股骨BMD與VDRI型d1膠原(ColLAI)基因多態(tài)性的研究12。結(jié)果表明：VDR的aa和bb基因型比AA和BB基因型女孩股骨皮質(zhì)BMD要高3%，松質(zhì)骨BMD要高8%10。同時

19、發(fā)現(xiàn)股骨松質(zhì)骨BMD與I型膠原(CoILAI)基因多態(tài)性之間有關(guān)聯(lián)。Ss和ss基因型女孩腰椎松質(zhì)骨BMD比SS基因型分別低6.7%和49.4%。但股骨皮質(zhì)骨與CoILAI基因型之間無關(guān)聯(lián)。而VDR及CoILAI基因型對骨量的大小無影響。Cauley等研究了載脂蛋白等位基因與骨質(zhì)疏松性骨折患者骨量丟失率之間的相關(guān)關(guān)系13。他們對1 750名脆性骨折婦女(平均年齡71歲)進(jìn)行了7.7年隨訪，共計發(fā)生臨床骨折466次，其中髖部骨折60次，腰椎骨折62次，腕部骨折85次。載脂蛋白等位基因(APOE)的分布頻率為：APOE2為8.3%,APOE3O為83.1%，APOE4為8.6%。其中有APOE4基因型的有271