雌激素受體基因多態(tài)性與骨質(zhì)疏松的關(guān)系

劉永飛(綜述),彭維杰(審校)

(1.江西護(hù)理職業(yè)技術(shù)學(xué)院藥學(xué)系,南昌330029;2.南昌大學(xué)醫(yī)學(xué)院科技處,南昌330006)

骨質(zhì)疏松是一種以骨密度降低、骨量減少和骨組織顯微結(jié)構(gòu)退化為特征的代謝紊亂性疾病,能導(dǎo)致骨脆性增加,增高骨折的風(fēng)險(xiǎn)性。骨密度(BMD)是描述骨特征和診斷骨質(zhì)疏松的數(shù)量性狀,認(rèn)為是最重要的預(yù)測(cè)骨質(zhì)疏松性骨折的因子[1]。骨質(zhì)疏松癥的發(fā)生主要取決于年輕時(shí)的骨量峰值及此后的骨丟失率,一般分為繼發(fā)性骨質(zhì)疏松和原發(fā)性骨質(zhì)疏松2種,前者病因明確,容易治療,后者病理機(jī)制尚不明確,治療困難。該病的發(fā)病率在世界常見(jiàn)病中已躍居第7位,成為影響老年人身體健康的嚴(yán)重問(wèn)題。

骨質(zhì)疏松在不同性別、年齡均有發(fā)生,以絕經(jīng)后婦女居多。它受多種環(huán)境因素的影響,比如鈣的攝入、吸煙、飲酒、肥胖、運(yùn)動(dòng)等,但多數(shù)研究認(rèn)為遺傳才是骨質(zhì)疏松發(fā)生的決定性因素,它在骨質(zhì)疏松的發(fā)生中占50%～70%[2]。隨著分子生物學(xué)的發(fā)展和對(duì)骨質(zhì)疏松分子遺傳研究的深入,發(fā)現(xiàn)了眾多與骨質(zhì)疏松有關(guān)的候選基因,常見(jiàn)的有維生素D受體(VDR)基因、雌激素受體(ER)基因、降鈣素受體基因、I型膠原、IL-6、TGF-β、IGF-1基因等[3-4]。ER作為雌激素作用的樞紐,被認(rèn)為是決定骨質(zhì)疏松危險(xiǎn)性的重要候選基因。本文將綜述近年雌激素受體基因及其多態(tài)性與骨質(zhì)疏松的相關(guān)研究。

1 ER結(jié)構(gòu)與功能

ER屬于核受體超家族成員,是一類配體依賴性轉(zhuǎn)錄因子,位于胞質(zhì)或胞核中,通過(guò)與雌激素結(jié)合發(fā)揮作用。ER主要包括ERα、ERβ 2種亞型,分別由2種基因編碼[5-6]。ERα主要分布于生殖系統(tǒng)、骨、乳腺等組織,以子宮表達(dá)水平最高。ERβ在卵巢、雄性生殖器官、中樞神經(jīng)系統(tǒng)中有較高的表達(dá),以卵巢表達(dá)水平最高。A.S.Chagin等[7]在動(dòng)物實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn),雌激素的作用被表現(xiàn)為ERα和ERβ作用的平衡。ERα通常起激活劑的作用,而ERβ常具有相反的作用,相當(dāng)于它的拮抗物。而J.F.Couse等[8]研究還發(fā)現(xiàn)ERα基因被破壞后,ERβ基因的表達(dá)模式無(wú)明顯變化,說(shuō)明雌激素的作用部分是由ERβ介導(dǎo)的,ERβ的基因調(diào)控方式可能以一種不直接依賴于ERα的方式進(jìn)行。同時(shí)他發(fā)現(xiàn)ERβ蛋白的生物學(xué)功能的實(shí)現(xiàn)部分依賴于ERα的存在,ERα功能的丟失會(huì)導(dǎo)致ERβ活性的降低。

ERα和ERβ在成骨細(xì)胞和破骨細(xì)胞中均有發(fā)現(xiàn)。A.S.Chagin等[7]的研究認(rèn)為,雌激素通過(guò)ER途徑直接調(diào)節(jié)成骨細(xì)胞的骨形成和破骨細(xì)胞的骨吸收,在骨質(zhì)疏松發(fā)病中起重要作用。雌激素與ER結(jié)合,通過(guò)影響細(xì)胞周期誘導(dǎo)破骨細(xì)胞的凋亡,抑制破骨細(xì)胞前體形成細(xì)胞的募集和分化,抑制破骨細(xì)胞的活性,對(duì)成骨細(xì)胞的增殖、分化及其基質(zhì)金屬蛋白的合成具有直接促進(jìn)作用。雌激素還可通過(guò)強(qiáng)抗氧化作用防止骨量丟失。S.C.Schuit等[9]的研究結(jié)果表明ERα基因的遺傳突變決定絕經(jīng)婦女的雌乙醇(E2)水平的高低,而絕經(jīng)婦女的雌二醇(E2)水平在個(gè)體之間存在顯著差異,這種差異對(duì)于骨質(zhì)疏松的發(fā)生具有重要的作用。而女性絕經(jīng)后雌激素水平降低導(dǎo)致骨丟失加速是絕經(jīng)后骨質(zhì)疏松發(fā)病的主要原因。由此推測(cè)ER基因多態(tài)性與骨質(zhì)疏松的發(fā)病危險(xiǎn)性相關(guān)。

2 基因多態(tài)性

基因的多態(tài)性決定了遺傳個(gè)體間的差異性,要了解骨質(zhì)疏松發(fā)生的差異就必須弄清與骨量及骨轉(zhuǎn)換有關(guān)的基因的多態(tài)性?；蚨鄳B(tài)性是指決定某一種蛋白質(zhì)的基因編碼,在個(gè)體之間存在著差異(由于人類基因組DNA平均核苷酸多態(tài)性僅為0.08%,突變率相對(duì)較低,所以這種差異主要遺傳于上一代,而非個(gè)體本身基因突變所致),使得所合成的蛋白質(zhì)在決定某一性狀時(shí)的作用大小存在區(qū)別。目前大致有3種基因多態(tài)性的基因分型方法:1)單核苷酸多態(tài)性(single nucleotide polymorphism,SNP),是由單個(gè)核苷酸改變而造成的多態(tài)性,常通過(guò)DNA測(cè)序或引物延伸實(shí)驗(yàn)分析,根據(jù)序列中相同位置的不同堿基來(lái)分類,精確度較高。2)可變數(shù)目串聯(lián)重復(fù)多態(tài)性(variable number of tandem repeat,VNTR),根據(jù)基因調(diào)控區(qū)域的某一個(gè)或一組堿基對(duì)重復(fù)出現(xiàn)的頻率分類。包括微衛(wèi)星多態(tài)性(重復(fù)單位較少,1～4 bp)和小衛(wèi)星VNTR(重復(fù)單位9～65 bp)。根據(jù)重復(fù)的不同次數(shù)劃分等位基因型。3)限制性片段長(zhǎng)度多態(tài)性(restriction fragment length polymorphism,RFLP)。根據(jù)某一限制性內(nèi)切酶酶切后的基因片段長(zhǎng)度分類,該方法簡(jiǎn)便,如果將同一基因的多種內(nèi)切酶RFLP結(jié)合進(jìn)行分類,能進(jìn)一步提高準(zhǔn)確率。

由于骨密度的降低或骨量的減少以及各種骨代謝指標(biāo)與骨質(zhì)疏松的發(fā)病風(fēng)險(xiǎn)密切相關(guān),通過(guò)研究ER基因的多態(tài)性與BMD和骨代謝指標(biāo)的關(guān)系,就可以了解ER的多態(tài)性與骨質(zhì)疏松的關(guān)系。

3 ERα基因多態(tài)性與骨質(zhì)疏松

雖然人類患骨質(zhì)疏松癥的風(fēng)險(xiǎn)性與ER基因多態(tài)性的關(guān)系的觀點(diǎn)不一[10],但以往的研究多表明骨密度和骨轉(zhuǎn)換的變化與后者存在一定的關(guān)聯(lián)性[11-13]。認(rèn)為人類ERα基因是調(diào)節(jié)骨量、骨重建以及絕經(jīng)后骨丟失的重要候選基因。ERα基因位于6號(hào)染色體長(zhǎng)臂2區(qū)5帶,由595個(gè)氨基酸殘基組成,分子質(zhì)量約為66 kU,有5個(gè)結(jié)構(gòu)性功能域(A/B、C、D、E、F),長(zhǎng)度約為140 kb,包含8個(gè)外顯子和7個(gè)內(nèi)含子[10,14]。研究較多的與骨代謝表型有關(guān)的ERα基因多態(tài)性主要是位于1號(hào)內(nèi)含子的PvuⅡ(T397C)[15]和XbaⅠ(C351G)[16]限制性片段長(zhǎng)度多態(tài)性以及基因啟動(dòng)子區(qū)的(TA)n這一數(shù)目可變的順向重復(fù)多態(tài)性(微衛(wèi)星多態(tài)性)[17]。

3.1 PvuⅡ和XbaⅠRFLP

PvuⅡ和XbaⅠ限制性片段長(zhǎng)度多態(tài)性位于基因非功能區(qū)的內(nèi)含子中,可能受到50個(gè)堿基分隔的影響而呈現(xiàn)強(qiáng)烈的連鎖不平衡[18]。有研究顯示亞洲人群PP和(或)xx基因型與BMD呈正相關(guān)[19]。P.B.Rapuri等[20]沒(méi)有發(fā)現(xiàn)ERα基因多態(tài)性與BMD和其它骨代謝指標(biāo)的關(guān)系,但他們發(fā)現(xiàn)PP和XX基因型有較低的骨重建和低概率的骨丟失。國(guó)內(nèi)的研究結(jié)果也不一致。黃琪仁[21]發(fā)現(xiàn)上海絕經(jīng)后婦女的ERα的p等位基因型具有一定的骨量維持作用。安徽安慶地區(qū)卻發(fā)現(xiàn)絕經(jīng)后婦女XX基因型與腰椎的BMD呈顯著正相關(guān),但PvuⅡ和XbaⅠ單倍型與腰椎及股骨骨密度卻無(wú)顯著相關(guān)性[22],董杰[23]也發(fā)現(xiàn)武漢絕經(jīng)后婦女BMD與ERα得Px單倍型未顯示相關(guān)。一項(xiàng)對(duì)1994～2006年國(guó)內(nèi)研究資料數(shù)據(jù)的meta分析發(fā)現(xiàn),中國(guó)女性ERα PvuⅡ多態(tài)性與股骨頸BMD有弱的相關(guān)性,而XbaⅠ多態(tài)性與股骨頸和腰椎BMD無(wú)相關(guān)性[24]。最近,Y.Jeedigunta等[25]對(duì)西印度婦女ERα基因多態(tài)性與骨密度的相關(guān)性研究顯示PP和XX基因型個(gè)體的骨密度較pp和xx低,確認(rèn)了西印度婦女ER基因多態(tài)性與BMD之間存在相關(guān)性。

3.2 ERα短串聯(lián)重復(fù)多態(tài)性

TA串聯(lián)重復(fù)序列(TA)n位于距離第一內(nèi)含子1 174個(gè)堿基對(duì)處。自從1995年M.Sano等[17]在對(duì)144名日本絕經(jīng)后婦女的研究中發(fā)現(xiàn)ERα基因TA重復(fù)多態(tài)性與骨密度可能存在一定得關(guān)聯(lián)性之后,又有多個(gè)項(xiàng)目對(duì)這一關(guān)聯(lián)性進(jìn)行了研究,但結(jié)果并不一致。另有多項(xiàng)研究發(fā)現(xiàn)與TA串聯(lián)重復(fù)數(shù)多的人群相比重復(fù)次數(shù)少的人群骨密度更低[18,26-27],而H.Y.Chen等[28]發(fā)現(xiàn)中國(guó)絕經(jīng)后婦女低TA串聯(lián)重復(fù)數(shù)者(≤15)較重復(fù)次數(shù)多者(≥20)骨密度更高。同時(shí)O.M.Albagha等[13]的研究又認(rèn)為TA串聯(lián)重復(fù)與BMD不存在關(guān)聯(lián)性。C.H.Yim等[29]在對(duì)284名韓國(guó)絕經(jīng)后婦女不同TA串聯(lián)重復(fù)對(duì)雌激素替代治療反應(yīng)性的進(jìn)行研究,雖然認(rèn)為他們之間存在聯(lián)系,卻未達(dá)到顯著相關(guān),并且骨質(zhì)疏松組、骨質(zhì)減少組、正常骨密度組間的TA串聯(lián)重復(fù)次數(shù)沒(méi)有顯著差別。D.Kastelan等[30]對(duì)一組21～35歲的男性進(jìn)行了研究,發(fā)現(xiàn)TA重復(fù)次數(shù)為19和21的等位基因型與極低腰脊柱和股轉(zhuǎn)子BMD相關(guān)。根據(jù)這些實(shí)際研究推測(cè),ERα(TA)n與骨質(zhì)疏松的發(fā)生存在聯(lián)系,但僅是一個(gè)較弱的相關(guān)因子,可能還需要和其他多態(tài)性位點(diǎn)或遺傳因素配合才能作為骨質(zhì)疏松的候選基因位點(diǎn)。新近一項(xiàng)針對(duì)中國(guó)南方婦女的大樣本研究還發(fā)現(xiàn)ERα第5外顯子的5'剪接位點(diǎn)下游(CA)n重復(fù)多態(tài)性也與骨代謝相關(guān)[31]。CA串聯(lián)重復(fù)數(shù)少的等位基因型具有較低的骨密度,增加了骨丟失和骨折的風(fēng)險(xiǎn)。

幾年前,由8個(gè)歐洲國(guó)家組成的的一個(gè)調(diào)查組利用了19 000個(gè)樣本,試圖說(shuō)明三個(gè)多態(tài)性位點(diǎn)與骨質(zhì)疏松間的確切關(guān)系,遺憾的是,除了發(fā)現(xiàn)XbaⅠ位點(diǎn)缺失與低骨折風(fēng)險(xiǎn)有聯(lián)系外,其他兩個(gè)多態(tài)性位點(diǎn)均為發(fā)現(xiàn)與骨質(zhì)疏松相關(guān)。盡管如此,絕大部分研究結(jié)果均確認(rèn)了他們之間的聯(lián)系,結(jié)果的偏差可能僅是由于人種、地區(qū)、生活方式的影響所致[32]。

4 ERβ基因多態(tài)性與骨質(zhì)疏松

ERβ基因多態(tài)性與骨質(zhì)疏松的相關(guān)性報(bào)道較少。ERβ基因位于染色體14q23-24.1,約43 kb,由8個(gè)外顯子組成。國(guó)外研究報(bào)道,位于ERβ基因第五內(nèi)含子中的(CA)n多態(tài)性與絕經(jīng)后婦女骨密度有一定的相關(guān)性,高CA重復(fù)數(shù)量(≥23)與最低的BMD相關(guān),而在其他單核苷酸多態(tài)性位點(diǎn)(RsaI,rs1256034,rs944460)并未發(fā)現(xiàn)與骨密度存在相關(guān)性[33-34]。L.Geng等[35]也發(fā)現(xiàn)高CA重復(fù)數(shù)量等位基因型與中國(guó)漢族絕經(jīng)后婦女股骨頸和L2-4 BMD降低有關(guān)。骨組織中ERβ所介導(dǎo)的功能目前還知之甚少。近年來(lái)還發(fā)現(xiàn)在不同ERβA1uⅠ和ERβcx Tsp509Ⅰ基因多態(tài)性的絕經(jīng)后婦女,其心血管炎性指標(biāo)對(duì)異黃酮反應(yīng)性不一致[36]。但二者與骨代謝的關(guān)系尚未見(jiàn)報(bào)道。

5 雌激素受體基因多態(tài)性與激素替代治療

在雌激素替代治療(HRT)方面,Ongphiphadhanakul B.等[37]對(duì)泰國(guó)絕經(jīng)后婦女應(yīng)用結(jié)合馬雌激素(CEE)0.625 mg·d-1治療1年后,各基因型腰椎BMD均增加;應(yīng)用CEE 0.3 mg·d-1,PP、Pp基因型腰椎BMD明顯增加,pp基因型則無(wú)變化;而各種ER基因型的股骨頸BMD在2種CEE劑量下均無(wú)變化。從而推測(cè)ER基因多態(tài)性可能影響絕經(jīng)后婦女骨骼對(duì)雌激素的反應(yīng),而這種影響又與骨骼部位的不同有關(guān)。前文提及的P.B.Rapuri等[20]還發(fā)現(xiàn)PP和XX基因型的老齡絕經(jīng)后婦女對(duì)雌激素替代治療的骨反應(yīng)性強(qiáng)于pp和xx型。N.Kobayashi等[38]對(duì)286名絕經(jīng)后日本婦女進(jìn)行雌激素替代治療1年后發(fā)現(xiàn),PP基因型者腰椎骨密度增高較Pp及pp基因型明顯。這些研究說(shuō)明ER基因多態(tài)性與骨質(zhì)疏松雌激素替代治療的反應(yīng)性密切相關(guān),對(duì)這一關(guān)系的研究,將為骨質(zhì)疏松的個(gè)體化治療提供重要的理論依據(jù)。

6 基因間及基因與環(huán)境相互作用對(duì)骨質(zhì)疏松的影響

如前所述,骨質(zhì)疏松是一種多因素多基因疾病,受多個(gè)基因的調(diào)控,且基因的表達(dá)受環(huán)境因素、個(gè)體的具體因素等影響。A.Perez等[39]對(duì)176名阿根廷絕經(jīng)后婦女基因多態(tài)性和臨床與骨密度關(guān)系研究的結(jié)果顯示,年齡、體質(zhì)量、身高都與骨質(zhì)疏松相關(guān),卻未雌激素受體基因多態(tài)性(PvuⅡ和XbaⅠ位點(diǎn))與骨密度之間存在聯(lián)系,而當(dāng)他們將ER和VDR基因多態(tài)性相結(jié)合進(jìn)行分析后發(fā)現(xiàn)BBPp型具有最高的股骨頸BMD,bbxx基因型則顯示最低的股骨頸BMD。M.Willing等[40]也發(fā)現(xiàn)PPBB型與其他基因型比較在所有骨骼部位均顯示最高的股骨頸BMD。其它地區(qū)的基因聯(lián)合研究也都得到了相似的結(jié)果,反映了在骨質(zhì)疏松的發(fā)病機(jī)理中多基因影響因素的復(fù)雜性。

7 展望

目前骨質(zhì)疏松的候選基因還在篩選確認(rèn)階段,對(duì)基因多態(tài)性與骨質(zhì)疏松的研究也僅處于相關(guān)性的層面,而且受國(guó)家、地區(qū)、種族、樣本量以及其他環(huán)境因素的影響,研究結(jié)果并不一致。因此,將來(lái)對(duì)骨質(zhì)疏松候選基因多態(tài)性的研究必須充分考慮環(huán)境與基因以及基因與基因間的相互作用,采取更為合理、有效的統(tǒng)計(jì)學(xué)方法。相信隨著對(duì)骨質(zhì)疏松候選基因研究的深入,骨質(zhì)疏松病因的明確,候選基因多態(tài)性對(duì)基因功能的影響機(jī)制的闡明,對(duì)骨質(zhì)疏松和骨量減少的準(zhǔn)確預(yù)測(cè)將成為可能,為骨質(zhì)疏松的治療提供新的思路。

隨著老齡化時(shí)代的到來(lái),骨質(zhì)疏松的發(fā)病率逐漸上升,而且不少研究也顯示雌激素受體基因多態(tài)性與男性甚至青少年的骨質(zhì)疏松和骨代謝具有相關(guān)性。對(duì)該疾病的研究將受到更廣泛的關(guān)注。

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