非創(chuàng)傷性股骨頭壞死基因多態(tài)性的研究進展

王元 王建忠

[摘要] 非創(chuàng)傷性股骨頭壞死（non-traumatic osteonecrosis of the femoral head， NONFH）的病因有很多種，但無論是哪種病理過程最終均會導致骨細胞的死亡。近年來有研究表明，非創(chuàng)傷性股骨頭壞死與遺傳易感因素有關。本文就血管內(nèi)皮活性、凝血異常、脂類代謝異常、細胞因子和膜聯(lián)蛋白家族相關熱點基因與非創(chuàng)傷股骨頭壞死關系的新進展做一簡要綜述，并對其研究前景進行展望。

[關鍵詞] 非創(chuàng)傷性股骨頭壞死；基因多態(tài)性；遺傳易感性；研究進展

[中圖分類號] R681.8 [文獻標識碼] A [文章編號] 1673-9701（2015）26-0157-04

Advances in research of gene polymorphisms in non-traumatic osteonecrosis of the femoral head

WANG Yuan1，2 WANG Jianzhong2

1.Inner Mongolia Medical University， Hohhot 010010， China； 2.Department of Orthopedics， the Second Affiliated Hospital of Inner Mongolia Medical University， Hohhot 010030， China

[Abstract] Non-traumatic osteonecrosis of the femoral head（ONFH） is a disease with multiple aetiologies with the death of osteocytes as the end stage of different pathological processes. Previous researches revealed that the non-traumatic osteonecrosis of femoral head associated with genetic susceptibility. The related research progresses were reviewed in this article to show the relationship vascular endothelial growth， coagulopathy， abnormal lipid metabolism， cytokine， annexins and susceptibility to non-traumatic ONFH. The article also discussed current problems and research prospect.

[Key words] Non-traumatic osteonecrosis of the femoral head； Genetic susceptibility； Gene polymorphisms； Advances in reseach

非創(chuàng)傷性股骨頭壞死（non-traumatic osteonecrosis of the femoral head，NONFH）是由于股骨頭前上后側(cè)血液供應中斷導致股骨頭關節(jié)軟骨進行性塌陷，以骨壞死為主要特征的退行性疾病。據(jù)可靠統(tǒng)計[1-2]，ONFH一般發(fā)生在30～50歲的青壯年，在中國，大約有500萬～750萬的股骨頭壞死（osteonecrosis of the femoral head， ONFH）的患者需要醫(yī)治，每年新增病例為15萬～20萬；在美國和歐洲，每年有10%ONFH的患者要行全髖關節(jié)置換術(shù)，而這也嚴重影響了患者的生活質(zhì)量。面對這一棘手問題，越來越多的學者從多個角度關注非創(chuàng)傷性ONFH相關的危險因素。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，激素的使用、大量飲酒、系統(tǒng)性紅斑狼瘡、血紅蛋白病、骨髓移植等均與非創(chuàng)傷性ONFH有關[3]。而在分子遺傳學領域，更多與非創(chuàng)傷性ONFH相關的易感基因被報道出來，證實了多種基因在非創(chuàng)傷性ONFH的發(fā)生發(fā)展中的作用，為早期治療和診斷提供了理論依據(jù)。該研究就基因多態(tài)性與非創(chuàng)傷性ONFH患者關系的新進展及其前景展望做如下綜述。

1 血管內(nèi)皮活性相關基因

血管內(nèi)皮活性相關基因作用于血管內(nèi)皮細胞使其分裂，促進血管內(nèi)皮，細胞分泌胰島素樣的生長因子，也能促進血管的生長和側(cè)支循環(huán)的建立，促進成骨細胞生長。

1.1 血管內(nèi)皮生長因子

血管內(nèi)皮生長因子（vascular endothelial growth factor，VEGF）是血管生成的重要調(diào)解者，而血管的生成是許多組織愈合、骨再生的重要生理過程，在血管內(nèi)皮細胞的遷移，增殖和滲透等方面均起著關鍵的作用，特別是骨的再生、軟骨形成和血管浸潤。除此之外，Radke等[4]發(fā)現(xiàn)VEGF在ON的水腫區(qū)與ON區(qū)之間高度表達，并加強了ON區(qū)和缺血區(qū)的血液流動。在ONFH方面的研究中，

2008年，Kim等[5]首次報道了VEGF-634G/C的基因多態(tài)性增加了韓國人群激素性ONFH的易感性，低誘導的VEGF單體型增加了罹患ONFH的風險，高誘導的VEGF單體型減少了罹患ONFH的風險。2012年，Liu等[6]研究了220例非創(chuàng)傷性ONFH患者發(fā)現(xiàn)，VEGF-634G/C的基因多態(tài)性與中國人群非創(chuàng)傷ONFH同樣具有顯著的相關性。兩項研究表明，非創(chuàng)傷ONFH的中國人群和韓國人群在VEGF的基因多態(tài)性方面存在共同性，但兩者的樣本數(shù)量均過小，結(jié)果還需要大樣本量進行確認。

1.2 低氧誘導因子

低氧誘導因子（hypoxia-inducible factor-1α，HIF-1α）在骨的重建再生方面，以VEGF作為靶基因，與細胞存活、血管生成和創(chuàng)傷組織的愈合都有著直接的關系[7]。Hong等[8]選取460例ONFH韓國患者，其中包括酒精性ONFH 215例，先天型ONFH 186例，激素性ONFH 59例，在HIF-1α作用下的VEGFC基因提高了酒精性和先天型ONFH的風險，而激素性ONFH并沒有顯著性，是否與相對較少的樣本有關，需要進一步研究。Komatsu等[9]研究發(fā)現(xiàn)，VEGF與HIF-1α的基因多態(tài)性和ONFH有顯著的相關性。然后，基因間的相互作用是如何通過血管生成和低氧去影響ONFH并沒有表明，在以后的實驗中仍需要明確這個問題。

1.3 內(nèi)皮氮氧化合酶

內(nèi)皮氮氧化合酶（endothelial nitric oxide synthase，eNOS）合成一氧化氮（nitric oxide，NO），NO在維持體內(nèi)平衡、脈管系統(tǒng)和骨的轉(zhuǎn)化方面都有著重要的作用，并可以抑制血小板的活性、粘附和聚集[10]。在2006年，Koo等[11]首次報道了eNOS基因多態(tài)性與ONFH在韓國人群中具有顯著相關性，選取了103例非創(chuàng)傷性ONFH患者，包括先天型ONFH 50例、激素性ONFH 29例、酒精性ONFH 24例，結(jié)果發(fā)現(xiàn)非創(chuàng)傷患者的病例對照組中，4a等位基因的頻率明顯高于對照組，在先天性ONFH中，4a/b基因型的頻率明顯高于對照組。Gagala等[12]研究了68例ONFH波蘭患者，其中先天型ONFH 45例、繼發(fā)性ONFH 23例，結(jié)果顯示，在全部的ONFH病例對照中，4a等位基因的頻率明顯高于對照組，與在韓國人群中的研究結(jié)果是一致的。在亞組分析中，4a/b基因型的頻率在先天型ONFH，繼發(fā)性ONFH中均高于對照組。

2 凝血異常相關基因

1992年，Jones等[13]首次發(fā)現(xiàn)高凝血狀態(tài)是股骨頭壞死的一個致病因素，同時提出血管內(nèi)凝血這一中間機理是可能成為骨壞死發(fā)生的共同通路，血管內(nèi)凝血使骨內(nèi)纖維蛋白血栓形成和骨髓內(nèi)出血，從而導致非創(chuàng)傷性骨壞死。

2.1 纖溶酶原激活物抑制劑基因

纖溶酶原激活物抑制劑基因（plasminogen activator inhibitor-1，PAI-1）在凝血和纖溶蛋白系統(tǒng)中發(fā)揮著重要的作用。Glueck 等[14]首次報道了PAI-1基因4G/4G的基因型在ONFH中的比例為41%，而在正常對照組中為20%。Kim等[15]選取206例NOFH韓國患者，包括先天型ONFH 98例、激素性ONFH 72例、酒精性ONFH 36例，結(jié)果顯示rs1799889的4G等位基因、rs2227631的A等位基因、和rs11178的C等位基因都會增加ONFH的患病風險。再進行亞組分析發(fā)現(xiàn)，rs2227631（A）and rs11178（C）會增加先天型ONFH的風險，rs1799889（4G）and rs11178（C）會增加酒精性ONFH的風險，這樣的結(jié)果也進一步說明PAI-1的多態(tài)性與ONFH具有相關性。Ferrari等[16]對228例腎移植術(shù)后26例患有ONFH的患者進行研究，結(jié)果示4G/4G基因型導致的低纖是腎移植后ONFH的重要發(fā)病原因，且在持續(xù)性的甲狀旁腺功能亢進和肥胖的患者更加明顯。因此，腎移植術(shù)后早期抗凝血的干預研究對于腎移植術(shù)后激素性ONFH的預防意義重大。

2.2 甲基四氫葉酸還原酶

甲基四氫葉酸還原酶（methylenetetrahydrofolate reductase，MTHFR）在同型半胱氨酸再次甲基化中有著重要的作用，高同型半胱氨酸血癥是血栓形成的獨立危險因素。Chang等[17]研究71例ONFH韓國患者，包括51例酒精性ONFH、18例先天型ONFH、1例激素性ONFH、1例減壓病ONFH，結(jié)果發(fā)現(xiàn)MTHFR C677T基因多態(tài)性與ONFH具有顯著的相關性，但是可能由于樣本量太小的原因，很難解釋本次實驗C/T雜合子與ONFH相關，T/T雜合子與ONFH卻不相關。隨后，Kim等[18]增大了樣本量，選取了443例韓國ONFH患者，基于無條件的邏輯回歸模型與單體型分析，均未發(fā)現(xiàn)MTHFR與ONFH具有顯著的相關性。MTHFR基因與ONFH的相關性需要進一步確認。

3 脂類代謝異常相關基因

脂類代謝紊亂是導致股骨頭壞死的重要機制，高脂血癥會影響股骨頭的微循環(huán)、骨內(nèi)微血栓的形成、血液凝集系統(tǒng)。激素作用下脂肪分解，血中游離脂肪酸增多，從而使血管內(nèi)皮受損，膠原暴露，激活內(nèi)源性凝血途徑，使纖維蛋白血小板血栓形成。載脂蛋白A（apolipoproteinA1，ApoA1）和載脂蛋白B（apolipoproteinB，ApoB）是脂代謝的重要蛋白。

3.1 載脂蛋白A1

載脂蛋白A1（apolipoprotein A1，Apo A1）是高密度脂蛋白的重要組成部分，通過調(diào)節(jié)酶，受體活性和甘油二酯/蛋白激酶通路，從而調(diào)節(jié)血漿中高密度脂蛋白代謝和膽固醇的轉(zhuǎn)運。ApoA1基因結(jié)構(gòu)改變會影響載脂蛋白A1分子結(jié)構(gòu)，及其釋放入血的含量。因此，也會引起血中高密度脂蛋白膽固醇的水平，一些脂質(zhì)紊亂相關的疾病很容易發(fā)生。ApoA1最重要的一個功能是將組織中多余的膽固醇與高密度脂蛋白膽固醇結(jié)合，反向運肝臟，從而表現(xiàn)為抗動脈粥樣硬化的作用[19]。Yin等[20]研究了429例ONFH中國患者，結(jié)果發(fā)現(xiàn)ApoAI的AA基因型的頻率在病例組中是50.1%，對照組為46.2%（P<0.001），GA基因型的頻率在病例組中是17.1%，對照組為31%（P<0.001），A等位基因的突變與ONFH有顯著的相關性。

3.2 載脂蛋白B

載脂蛋白B（apolipoprotein B，Apo B）是膽固醇、極低密度脂蛋白、中密度脂蛋白的組成成分、低密度脂蛋白的結(jié)構(gòu)蛋白。Apo B最主要的功能是聯(lián)合膽固醇形成低密度脂蛋白，識別低密度脂蛋白受體，在脂質(zhì)轉(zhuǎn)運和代謝方面有著重要作用[20]。Hirata等[21]研究158例日本腎移植患者，其中有34例被診斷為腎移植后激素性ONFH，ApoB基因的7623TT或CT基因型在激素性ONFH的頻率明顯高于對照組（P=0.033），同時也發(fā)現(xiàn)在病例組中ApoB/ApoA1的高比值與ONFH有著顯著的正相關（P=0.045）。但在C7623T位點T的等位基因突變，病例組中的6例發(fā)展為ONFH，7例并沒有發(fā)展為ONFH。在沒有T等位基因突變的情況下，病例組的27例發(fā)展為ONFH，115例卻沒有。這樣的結(jié)果可能與多樣基因、環(huán)境的共同作用相關，除了C7623T位點的突變，還有其他位點或者基因有著協(xié)同作用，此次研究還沒有發(fā)現(xiàn)。

4 細胞因子相關基因

細胞因子（cytokines）是具有生長、分化和激活分泌過剩的功能蛋白，且可以調(diào)控免疫應答和免疫細胞。同時會根據(jù)細胞來源、靶點和進行免疫應答的特殊階段發(fā)揮不同功能[22]。Samara等[23]選取了112例希臘ONFH患者，IL-1α的CT基因型頻率在病例組為51.8%；TNF-a的GA基因型頻率在病例組為10.8%；IL-10的GG基因型頻率在病例組為16.2%，三者結(jié)果均高于對照組。IL-1α，TGF-β，IL-10和TNF-a與ONFH同樣具有相關性。Cytokines在為ONFH的預后和治療方面也提供了有效安全的指導。

5 膜聯(lián)蛋白家族相關基因

膜聯(lián)蛋白家族（Annexins，ANXs）通過鈣依賴方式結(jié)合磷脂為特征的一種蛋白家族，在體外實驗中表明ANXs有著不同的生理學功能，包括信號的傳導、細胞凋亡、抑制血栓凝集和抑制磷脂酶A2[24]。Kim等[25]研究443例ONFH韓國患者與ANXs家族基因52個位點之間的相關性，結(jié)果發(fā)現(xiàn)在多種模型下，ANXA6基因的rs9324679，rs9324677，rs10037814和rs11960458與ONFH具有顯著性的關聯(lián)（P的范圍：0.0007～0.049，比值比：0.63～1.72）。在單體型分析中也發(fā)現(xiàn)與ONFH相關的危險因素（P的范圍：0.0005～0.049，比值比：0.44～1.76）。雖然本實驗的樣本量不大，但此結(jié)果有助于從新的角度對ONFH早期階段和高危個體進行評估，進而早期干預防治病情惡化。

6 展望

非創(chuàng)傷性ONFH的發(fā)病機制目前還不清楚，需要新的研究思路和方法進行探索。近年來，基因多態(tài)性與非創(chuàng)傷性ONFH之間的關系越來越得到認可，為解釋ONFH的病因，病理方面及其疾病的早期診斷提供了新的思路。ONFH是一種復雜疾病，由多種因素共同作用的結(jié)果，僅憑單純運用某一種方式去解釋病因，顯然是不全面的。不是所有長期飲酒者、應用激素或是具有易感基因型的人都會患股骨頭壞死，遺傳因素和環(huán)境之間的交互作用也是患病重要方面?；蚨鄳B(tài)性與疾病相關性研究需要在大規(guī)模樣本，不同民族和不同地域中不斷確認提高結(jié)果的準確性，為進一步了解ONFH發(fā)病機理，早期診斷和早期治療提供依據(jù)。盡管還存在不足，但我們有理由相信，隨著科研水平的提高，醫(yī)療技術(shù)的優(yōu)化，在不遠的將來，基因多態(tài)性在ONFH領域會帶來更多新的啟示。

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（收稿日期：2015-07-16）