非創(chuàng)傷性股骨頭壞死的基因多態(tài)性研究進(jìn)展

張恩景 廖文 蔡進(jìn)奎 金捷 李章華

武漢大學(xué)同仁醫(yī)院(武漢市第三醫(yī)院)，湖北 武漢 430060

非創(chuàng)傷性股骨頭壞死(non-traumatic osteonecrosis of femoral head，NONFH)是各種非創(chuàng)傷因素破壞了股骨頭的血供導(dǎo)致股骨頭缺血、壞死、塌陷，常導(dǎo)致嚴(yán)重髖關(guān)節(jié)功能障礙的一類疾病[1]。它的年發(fā)病率在歐洲為3/100000，在亞洲地區(qū)為29/100000[2]。該病多發(fā)于青壯年時期，男性多于女性，致殘率較高，影響患者生活質(zhì)量， NONFH已經(jīng)成為世界性的健康問題[3-5]。NONFH機(jī)制復(fù)雜，目前形成了骨質(zhì)疏松、脂肪代謝紊亂和血管內(nèi)凝血等多種學(xué)說，各學(xué)說均無法完全解釋NONFH的具體發(fā)病機(jī)制。但比較公認(rèn)的是，在脂肪代謝及其他骨內(nèi)代謝環(huán)境紊亂、血管內(nèi)血液高凝等多種因素作用下導(dǎo)致骨內(nèi)微循環(huán)障礙可引起NONFH。

由于人類基因組序列中多態(tài)性的類型、表型、發(fā)生頻率及在人群中的分布特點構(gòu)成了不同個體與群體對疾病的易感性、對藥物與環(huán)境因素不同反應(yīng)的遺傳學(xué)基礎(chǔ)?；虻亩鄳B(tài)性解釋了為什么人體對疾病和藥物的易感性、耐受性和疾病的癥狀存在個體差異，認(rèn)識和掌握基因多態(tài)性與疾病發(fā)生、發(fā)展關(guān)系，有助于人類更好地診斷和治療疾病。

基因多態(tài)性分析包括單核苷酸多態(tài)性和限制性片段長度多態(tài)性兩個方面。由于單核苷酸多態(tài)性(single nucleotide polymorphism，SNP)能夠充分反映個體間的遺傳差異，通過基因易感性分析，能夠確定NONFH易發(fā)人群，提醒他們改變生活和飲食習(xí)慣，預(yù)防NONFH發(fā)生。此外，SNP分析還有利于詮釋不同患者藥代學(xué)和藥效學(xué)的遺傳差異，協(xié)助醫(yī)生需要考慮到不同患者存在不同遺傳背景，從而制定個體化治療方案，施行個性化用藥。限制性片段長度多態(tài)性(restriction fragment length polymorphism，RFLP)分析是進(jìn)行基因定位的有力手段，對NONFH等遺傳性疾病的早期診斷也有良好的應(yīng)用價值。通過SNP和RFLP分析，人們發(fā)現(xiàn)NONFH患者往往伴隨凝血因子、一氧化氮合成酶、跨膜蛋白、載脂蛋白和胰島素樣因子的基因變異。這些基因是目前研究較多的NONFH易感基因，通過這些基因和NONFH的相關(guān)性研究，有助于NONFH治療效果的提高。

1 凝血因子相關(guān)基因

機(jī)體凝血功能相關(guān)分子的基因多態(tài)性可用于股骨頭缺血性壞死高危人群篩查，通過篩查它的多態(tài)性可為ONFH的早期診斷和治療提供理論依據(jù)。纖溶酶原激活物抑制劑基因(plasminogen activator inhibitor-1，PAI-1)和亞甲基四氫葉酸還原酶基因(methylenetetrahydrofolatereductase，MTHFR)是目前研究最多的與凝血相關(guān)的2個主要基因。PAI-1能抑制內(nèi)源性纖溶酶原激活物，維持纖維蛋白穩(wěn)定、刺激纖維蛋白在血管壁沉積和促進(jìn)平滑肌細(xì)胞增生，對于平衡纖溶和凝血系統(tǒng)發(fā)揮決定作用。PAI-1 水平升高是血液高凝狀態(tài)的顯著性標(biāo)志。PAI-1 基因中4G/4G 基因型在ONFH患者中的比例遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于正常對照組中的比例，4G/4G基因型突變引起的低纖溶酶原狀態(tài)可能是ONFH發(fā)病的原因[6]。而陳研平等[7]通過Meta分析發(fā)現(xiàn)PAI-1基因4G/5G 多態(tài)性與NONFH的易感性增加有關(guān)。Gagala等[8]研究了68例NONFH波蘭患者，其中特發(fā)性45例、繼發(fā)性23例，并與100個健康人對照。結(jié)果顯示，在波蘭人群中血栓形成傾向不是NONFH發(fā)生的風(fēng)險因子；而遺傳性低纖溶狀態(tài)與ONFH發(fā)生關(guān)系更為密切。Zhang等[9]認(rèn)為PAI-1基因中rs2227631單核苷酸多態(tài)性與固醇類激素誘導(dǎo)的ONFH有關(guān)，這個基因的變異是該病發(fā)生關(guān)鍵因素。這些結(jié)果都進(jìn)一步說明PAI-1基因多態(tài)性與ONFH發(fā)生具有相關(guān)性。

MTHFR是產(chǎn)生高同型半胱氨酸的前體，它大大增加了血栓形成的風(fēng)險，ONFH患者往往伴隨MTHFR基因變異，MTHFR基因中rs1801133存在多態(tài)性[10]。然而也有學(xué)者[11]認(rèn)為MTHFR基因rs1801133的單核苷酸多態(tài)性與NONFH發(fā)生并無內(nèi)在聯(lián)系。對MTHFR基因中C677T多態(tài)性的研究也存在不同的觀點，Kim等[12]選取了更大的樣本，運用無條件的邏輯回歸模型與單倍型分析，沒有發(fā)現(xiàn)二者的相關(guān)性。Kim和Chang的研究結(jié)果存在差異，說明多態(tài)性與地域、種族、樣本量大小相關(guān)。

2 一氧化氮合成酶相關(guān)基因

血管內(nèi)皮細(xì)胞一氧化氮合成酶(endothelial nitric oxide synthase，eNOS)是合成一氧化氮(NO)的關(guān)鍵酶。eNOS基因缺陷可增加血小板聚集，降低內(nèi)皮細(xì)胞運動，使血管發(fā)生受損，降低骨的再生能力[13,14]。Koo等[15]在 2006 年首次報道了韓國人中eNOS基因多態(tài)性與ONFH發(fā)生存在密切關(guān)系。他們選取103例NONFH患者，包括50例特發(fā)性、29例激素性和24例酒精性NONFH患者，并與103個健康人對照，結(jié)果發(fā)現(xiàn)4 a等位基因出現(xiàn)頻率明顯高于對照組，在特發(fā)性NONFH中，4 a/b基因型出現(xiàn)頻率明顯高于對照組。Zheng[16]領(lǐng)導(dǎo)的課題組發(fā)現(xiàn)eNOS因多態(tài)性是NONFH發(fā)生的風(fēng)險因素，其內(nèi)含子4中的27 bp重復(fù)序列多態(tài)性及外顯子7中G894T多態(tài)性都能抑制內(nèi)皮型eNOS活性，可誘發(fā)特發(fā)性NONFH。Zhao等[17]研究也證實了上述結(jié)論。Wang等[18]建議提高誘導(dǎo)型一氧化氮合成酶(inducible nitric oxide synthase，iNOS)的表達(dá)，能誘導(dǎo)ONFH患者骨細(xì)胞凋亡，抑制ONFH病情惡化。Song等[19]針對亞洲人群比較其eNOS基因中關(guān)鍵序列4b/a、G894T和T786C多態(tài)性，通過Meta分析表明，4b/a多態(tài)性與特發(fā)性和繼發(fā)性NONFH有關(guān)，而G894T和T786C多態(tài)性與NONFH的發(fā)生關(guān)聯(lián)性較小。由于已有研究的樣本量均不夠大，所以尚不能得出eNOS基因多態(tài)性和NONFH發(fā)生存在必然關(guān)聯(lián)。

3 跨膜蛋白相關(guān)基因

P-糖蛋白(p-glycoprotein， P-gp)是一種膜轉(zhuǎn)運蛋白，在藥物吸收和分布中起重要作用，P-gp又稱多重耐藥基因(multidrug-resistant transporter-1，MDR1)，能把底物從胞內(nèi)排到到細(xì)胞外[20]。被ABCB1基因編碼，且具有多個SNP位點。它使細(xì)胞內(nèi)藥物泵出細(xì)胞外，降低了細(xì)胞內(nèi)的藥物濃度，使細(xì)胞產(chǎn)生耐藥性。

大量服用激素增大股骨頭缺血性壞死的風(fēng)險，但個體對激素的敏感性也有顯著差異。針對日本136例接受腎移植術(shù)病人的調(diào)查[21]獲悉，P-糖蛋白在這些病人當(dāng)中活性較高，某些特殊組織細(xì)胞內(nèi)激素的濃度偏低，其中30例發(fā)生股骨頭缺血性壞死病人的多重耐藥基因ABCB1第26位外顯子的C3435T和第21位外顯子的G2677T/A基因多態(tài)性比例非常低，3435T和3435C等位基因分別與2677T和26HG等位基因存在不平衡聯(lián)接。C3435T和G2677T/A基因多態(tài)性是診斷激素相關(guān)性股骨頭缺血性壞死的重要指標(biāo)。

Fan等[22]研究了來自中國的662個樣本，分析MDR1基因中C1236T、G2677T/A和C3435T的SNP，發(fā)現(xiàn)C3435T的SNP與中國人群中NONFH的發(fā)生有關(guān)，其他兩者與NONFH發(fā)病無關(guān)。Zhang等[23]研究也認(rèn)同C1236T的多態(tài)性與NONFH發(fā)生不相關(guān)，而C3435T的SNP與NONFH相關(guān)聯(lián)。Bai[24]和Qiao[25]各自獨立的實驗都證實了ABCB1基因的rs1045642多態(tài)性對NONFH起保護(hù)作用；rs2032582 多態(tài)性也被Bai等認(rèn)為是NONFH保護(hù)因子。

4 載脂蛋白相關(guān)基因

脂類代謝紊亂易引發(fā)NONFH，不合理服用糖皮質(zhì)激素引起體內(nèi)血脂升高，脂肪分解加快，血中游離脂肪酸濃度高。高脂血癥會使血液粘度增加，甘油三酯和膽固醇在血管內(nèi)堆積，導(dǎo)致血管內(nèi)缺血，引起微循環(huán)障礙，最終形成NONFH。載脂蛋白A和載脂蛋白B作為脂類代謝的重要蛋白，其基因多態(tài)性也與NONFH發(fā)生相關(guān)。Liu等[26]發(fā)現(xiàn)Apo A1啟動子-75 bp位點的G/A突變可能是ONFH的易感因素之一。Hirata[27]研究表明發(fā)生股骨頭缺血性壞死患者中ApoB的C7623T基因多態(tài)性和ApoB/ApoAl概率較高，而ApoB的G12 619 A基因多態(tài)性與ApoAl的G75 A和C83T基因多態(tài)性以及Lp(a)的基因多態(tài)性均與NONFH的發(fā)生沒有聯(lián)系。以往研究發(fā)現(xiàn)[28]，NONFH伴隨脂質(zhì)代謝異常，血脂濃度偏高，與長期酗酒[29]和服用激素有關(guān)。服用降血脂藥物可對長期服用激素藥物的NONFH患者提供保護(hù)作用。

5 胰島素樣因子的相關(guān)基因

胰島素樣生長因子-1(insulin-like growth factors，IGF1)，跟胰島素在結(jié)構(gòu)上類似，主要在肝細(xì)胞中合成，是骨代謝的主要參與者，能有效地促進(jìn)骨細(xì)胞的有絲分裂和軟骨細(xì)胞功能分化、增殖及其基質(zhì)的形成，促進(jìn)骨生長與修復(fù)[30]。Maimoun等[31]報道IGF1基因中的rs2946834 和IGFBP3 中的rs924140多態(tài)性都能增加NONFH發(fā)生風(fēng)險。IGF1跟糖尿病關(guān)系密切，糖尿病患者的IGF1的水平偏低，股骨頭壞死也是其典型的并發(fā)癥，因此考察NONFH與糖尿病以及胰島素基因多態(tài)性之間的聯(lián)系也有助于了解糖尿病性NONFH發(fā)病的病因。

6 SOX9基因

SOX9基因是SOX基因家族的一個重要成員，調(diào)節(jié)軟骨形成和軟骨細(xì)胞的增殖和發(fā)育，在哺乳動物性別決定和軟骨生成中起著關(guān)鍵的調(diào)控作用。

Zhang等[32]選擇了中國北方的182個NONFH病人，并與179個健康者做對照，發(fā)現(xiàn)這些病人中的SOX9蛋白表達(dá)量明顯比正常人低，SOX9基因表達(dá)多態(tài)性與ONFH發(fā)生有顯著關(guān)系，據(jù)此他們推測SOX9基因是治療ONFH潛在的靶點。Zhang等[33]在NONFH動物模型中發(fā)現(xiàn)，在HIF- 1α通過促進(jìn)SOX9表達(dá)，加快NONFH軟骨代謝，闡明SOX9基因在HIF-1α信號通路中的作用，或許能洞悉SOX9基因在NONFH病因?qū)W中的角色。

以往的研究也表明[34]，SOX9在ONFH發(fā)展過程中能促進(jìn)軟骨修復(fù)，SOX蛋白缺失可能會破壞骨形成機(jī)制，進(jìn)一步探索SOX9基因與其他生物分子或環(huán)境因素的相互作用，追溯SOX9基因變異的根源有助于認(rèn)識SOX9基因與ONFH發(fā)生之間的聯(lián)系。

7 展望

綜上所述，NONFH是一類多基因相關(guān)疾病，與環(huán)境因素密切相關(guān)，發(fā)病機(jī)制復(fù)雜。目前ONFH基因多態(tài)性的研究已有較大進(jìn)展，但仍需要進(jìn)一步發(fā)展和完善高通量多態(tài)性評價的實驗平臺，并對篩選的大樣本和多種族及多地域相關(guān)多態(tài)性進(jìn)行深入研究。當(dāng)前的基因多態(tài)性研究應(yīng)該緊密結(jié)合臨床，根據(jù)ONFH的病理生理特征，尋找候選基因，分析其多態(tài)性與癥狀之間的聯(lián)系，為從分子水平認(rèn)識它的臨床表型本質(zhì)奠定基礎(chǔ)，也為進(jìn)一步了解ONFH發(fā)病機(jī)理提供依據(jù)。代謝組學(xué)的蓬勃發(fā)展有希望實現(xiàn)對ONFH的早期診斷，能從血清中尋找并發(fā)現(xiàn)有價值的特異性標(biāo)志物作為ONFH診斷標(biāo)準(zhǔn)[35]。通過基因組、蛋白組和轉(zhuǎn)錄組等技術(shù)，對于大樣本人群與ONFH進(jìn)行生物標(biāo)記物的分析與鑒定、驗證與應(yīng)用，從而精確尋找ONFH的原因和治療靶點，并有助于指導(dǎo)NONFH藥物的設(shè)計和發(fā)現(xiàn)以及提高疾病診治與預(yù)防的效果，也有助于實現(xiàn)對患者進(jìn)行個體化精準(zhǔn)治療。