基于GWAS SNP rs1124674計(jì)算分析hsamiR-128在骨質(zhì)疏松癥中的功能和作用機(jī)制

劉新紅

（重慶第二師范學(xué)院 生物與化學(xué)工程學(xué)院，重慶 400067）

1 骨質(zhì)疏松癥

骨質(zhì)疏松癥（Osteoporosis，OP）是一種以骨量降低、骨組織微結(jié)構(gòu)退化、骨脆性增加為特征的常見復(fù)雜多基因疾病。隨著年齡的增加及身體激素的變化，人身體的骨量就會(huì)下降，當(dāng)骨量下降、骨脆性增加到一定程度，就會(huì)發(fā)生骨折，進(jìn)而發(fā)生骨質(zhì)疏松癥[1]。隨著我國老年人口比重的不斷增加，人口老齡化速度不斷加快，骨質(zhì)疏松癥發(fā)病率已經(jīng)處于明顯的上升趨勢。目前，我國有將近1億的中年婦女和約6 500萬的老年婦女，其中60歲以上的女性骨質(zhì)疏松癥患者比例高達(dá)40%。在骨折發(fā)生之前，通常無特殊的臨床表現(xiàn)，一旦發(fā)病，將給患者、家人及社會(huì)帶來巨大的影響。

目前，全世界公認(rèn)的診斷骨質(zhì)疏松癥標(biāo)準(zhǔn)是雙能X線吸收法（DXA），臨床上推薦的測量部位是腰椎1～4節(jié)、股骨頸和總髖部。T值=（測定值-同性別同種族正常成人骨峰值）/正常成人骨密度標(biāo)準(zhǔn)差。T值≥-1為正常，-2.5＜T值＜-1為骨量低下，T值≤-2.5則可認(rèn)定為骨質(zhì)疏松[2]。骨質(zhì)疏松癥是一種全身性骨病，根據(jù)發(fā)病機(jī)理及成因可分為兩大類型，分別是原發(fā)性O(shè)P和繼發(fā)性O(shè)P。原發(fā)性O(shè)P除特發(fā)性外，分為Ⅰ型和Ⅱ型，其中Ⅰ型為高轉(zhuǎn)換型，主要原因?yàn)榇菩约に厝狈?，又稱為絕經(jīng)后骨質(zhì)疏松；Ⅱ型為低轉(zhuǎn)換型，主要原因是年齡，又稱為老年性骨質(zhì)疏松；繼發(fā)性O(shè)P是繼發(fā)于長期用藥的不良反應(yīng)，如繼發(fā)于甲狀腺機(jī)能亢進(jìn)、糖尿病等疾病。

表1 SNP對(duì)miRNA靶標(biāo)結(jié)合的預(yù)測結(jié)果

2 全基因組關(guān)聯(lián)研究

隨著國際人類基因組單體型圖計(jì)劃（International Hap Map Project）[3]和千人基因組計(jì)劃（1000 Genomes Project）[4]的完成，全基因組關(guān)聯(lián)研究（Genome-wide association study, GWAS）——一項(xiàng)關(guān)于成千上萬個(gè)單核苷酸多態(tài)性（Single nucleotide polymorphism, SNP）與特定表型之間關(guān)聯(lián)性的測試，已經(jīng)成為發(fā)現(xiàn)復(fù)雜疾病發(fā)生相關(guān)基因和SNP的一種重要方法，并且取得了巨大的成就。2005年，《Science》雜志報(bào)道了第一篇關(guān)于GWAS研究——年齡相關(guān)性黃斑變性[5]，之后陸續(xù)出現(xiàn)了有關(guān)冠心病、肥胖、2型糖尿病、精神分裂癥等的研究報(bào)道[6]。

3 骨質(zhì)疏松癥SNP對(duì)miRNA結(jié)合的影響

蛋白質(zhì)編碼基因是人類遺傳疾病表型中主要的功能單位，盡管基因通過mRNA編碼蛋白是一個(gè)基本原則，但多年來研究者逐漸發(fā)現(xiàn)，相當(dāng)一部分多細(xì)胞動(dòng)物基因組轉(zhuǎn)錄物實(shí)際上是不編碼蛋白質(zhì)的功能性RNA分子[7]。目前為止，發(fā)現(xiàn)的非編碼RNA主要包括miRNA、lncRNA、circRNA，其中對(duì)miRNA的研究最多、最深入。MicroRNA（miRNA）是一類內(nèi)生的、長度為20～24個(gè)核苷酸的小RNA，其在細(xì)胞內(nèi)具有多種重要的調(diào)節(jié)作用。在多數(shù)情況下，miRNA可以通過與信使RNA的3'端非翻譯區(qū)（3'UTR）互補(bǔ)結(jié)合來抑制mRNA的翻譯或調(diào)節(jié)mRNA的穩(wěn)定性，處于miRNA結(jié)合區(qū)域的SNP將會(huì)影響miRNA與其結(jié)合的特異性。

MiRNA SNP(v2.0) （http://bioinfo.life.hust.edu.cn/miRNASNP2/）是一個(gè)研究SNP與miRNA互作的數(shù)據(jù)庫，借助此網(wǎng)站可以縮小候選SNP的范圍，為后續(xù)研究提供極大便利。通過miRNA SNP計(jì)算分析骨質(zhì)疏松癥SNP對(duì)miRNA結(jié)合的影響，發(fā)現(xiàn)rs798949(A/C/T)、rs798943(A/G)、rs1026364(A/G/T)、rs4988291(A/G)、rs798902(C/T)、rs1124674(A/C)、rs6932603(C/T)、rs6932260(C/T)、rs3757322(G/T)、rs3734806(A/G)、rs784288(A/G)這11個(gè) SNP可以影響miRNA的靶標(biāo)結(jié)合效應(yīng)，見表1。

4 ESR1基因在骨生物學(xué)中的作用

雌激素受體（ESR）基因包括ESR1和ESR2，雌激素在細(xì)胞分化和骨骼形成中起著重要作用，雌激素主要是通過與ESR1相結(jié)合來發(fā)揮作用，ESR1基因位于6q25～27，含有8個(gè)外顯子[8]。ESR1基因上的PvuⅡ和XbaⅠ多態(tài)位于內(nèi)含子1上，它們與骨質(zhì)疏松癥及BMD的研究偏多，但研究結(jié)果也存在不一致的現(xiàn)象。2007年關(guān)于上述兩個(gè)多態(tài)的meta分析[9]研究表明，PvuⅡ與股骨頸BMD之間有弱相關(guān)現(xiàn)象，XbaⅠ多態(tài)位點(diǎn)與BMD的關(guān)聯(lián)不顯著。Mondockova V等[10]通過對(duì)343位絕經(jīng)后婦女樣本進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，發(fā)現(xiàn)ESR1基因上rs9340799單核苷酸多態(tài)性可以導(dǎo)致骨密度的降低，實(shí)驗(yàn)證明ESR1基因降低骨質(zhì)疏松癥治療的康復(fù)效率。Qiu C等[11]通過meta分析發(fā)現(xiàn)ESR1基因上rs2941741、rs3020333、rs7455208三個(gè)SNP與骨密度顯著相關(guān)。轉(zhuǎn)錄因子ESR1（ERα）在人類成骨細(xì)胞、破骨細(xì)胞和骨細(xì)胞中表達(dá)，ESR1的遺傳變異位點(diǎn)與骨質(zhì)疏松癥的相關(guān)性在歐洲和東亞人群中得到重復(fù)驗(yàn)證。通過預(yù)測發(fā)現(xiàn)，rs1124674（A/C）可以差異結(jié)合miR-128-1，miRBase（http://www.mirbase.org/）堿基序列對(duì)比也支持這一預(yù)測結(jié)果，這為后續(xù)進(jìn)一步研究ESR1的功能，探究骨質(zhì)疏松癥的發(fā)生機(jī)理提供了新的思路。

5 總結(jié)與展望

人類基因組計(jì)劃與單體型計(jì)劃的完成使得SNP成為除限制性片段長度多態(tài)性（RFLP）和微衛(wèi)星標(biāo)記（STR）外的第三代遺傳標(biāo)記。SNP分布廣泛、數(shù)量眾多，是基因組中最常見的遺傳變異，占已知多態(tài)90%以上；并且大多數(shù)SNP為單個(gè)堿基的突變，易于快速分型和篩查，SNP位點(diǎn)在查找復(fù)雜疾病易感位點(diǎn)中發(fā)揮重要作用。通過相關(guān)軟件可快速查找到SNP差異集合的miRNA，并通過miRNA與靶標(biāo)基因的互作，揭示靶標(biāo)基因在骨質(zhì)疏松癥發(fā)生過程中的作用。目前的挑戰(zhàn)就是進(jìn)一步研究這些SNP與miRNA的具體功能。