犬髖關(guān)節(jié)發(fā)育不良數(shù)量性狀位點及致病基因研究進(jìn)展

肖啟程，彭廣能，劉海峰，周紫峣，馬曉平，鐘志軍

(四川農(nóng)業(yè)大學(xué)動物醫(yī)學(xué)院，動物疫病與人類健康四川省重點實驗室，成都 611130)

犬髖關(guān)節(jié)發(fā)育不良(canine hip dysplasia，CHD)于1935年首次由Schnelle提出，是一種受多基因、多因素影響的遺傳性骨病。該病可發(fā)生于任何品種、不同體型的犬，多發(fā)于6月齡至2歲間的中、大型犬，尤以德國牧羊犬和拉布拉多犬的發(fā)病率最高[1]。目前關(guān)于該病的發(fā)病機制不明，是目前研究該病的熱點。數(shù)量性狀位點(quantitative trait locus，QTL)已廣泛應(yīng)用于豬、羊、牛等動物的遺傳育種研究，主要研究繁殖性狀、生產(chǎn)性狀、肉質(zhì)性狀以及品種間的遺傳關(guān)系等。2002年Bliss等[2]首次將QTL用于犬CHD的研究，并指出CHD的分離指數(shù)，背外側(cè)半脫位評分以及股骨頭與骨骺的骨化等具有遺傳性，且不同品種間的一些表型與QTL相關(guān)。因此，研究相同品種發(fā)生CHD后相關(guān)QTL的功能，有助于對犬CHD發(fā)病機制的了解。

1 犬髖關(guān)節(jié)發(fā)育不良相關(guān)QTL區(qū)域的功能

QTL指控制某一表型特征的相應(yīng)基因在染色體中形成集合，通過QTL定位于染色體的遺傳標(biāo)記旁形成連鎖關(guān)系，再根據(jù)回歸分析或最大似然法分析連鎖關(guān)系中的差異性進(jìn)而推論出與遺傳標(biāo)記連鎖相關(guān)的QTL的準(zhǔn)確位置。QTL的準(zhǔn)確性必須通過觀察遺傳標(biāo)記與QTL之間的聯(lián)系來確定[3]。針對某種性狀，QTL具有多種表型[3]。隨著QTL的發(fā)展，愈來愈多的領(lǐng)域應(yīng)用QTL進(jìn)行遺傳相關(guān)性研究。研究發(fā)現(xiàn)，將某一品種具有特定基因型的犬與其他品種的具有某些特定表型的犬進(jìn)行交配，可以利用QTL從遺傳性狀中推導(dǎo)出子代犬的表型特征[4]。

迄今為止，影響CHD的臨床表現(xiàn)相關(guān)染色體主要與髖關(guān)節(jié)Norberg角、背外側(cè)半脫位評分及分離指數(shù)相關(guān)，主要包括Norberg角增大相關(guān)的染色體(CFA1、10、16、25、29)，Norberg角減小相關(guān)的染色體(CFA29)，背外側(cè)半脫位評分增高相關(guān)的染色體(CFA20、22、35)，背外側(cè)半脫位評分降低相關(guān)的染色體(CFA29)和分離指數(shù)降低相關(guān)的染色體(CFA11)。其中，CFA29與髖關(guān)節(jié)Norberg角、背外側(cè)半脫位評分均相關(guān)。QTL的準(zhǔn)確定位確定了與CHD發(fā)生相關(guān)的染色體位置，縮小研究CHD相關(guān)染色體位置的研究范圍(見表1)。Yvonne等[5]通過全基因組分析，發(fā)現(xiàn)發(fā)生CHD的德國牧羊犬中有九個重要的QTL，主要位于1、3、4、8、9、16、19、26和33號染色體。而Todhunter 等[3]也采用全基因組分析和對Norberg角、背外側(cè)半脫位評分及分離指數(shù)進(jìn)行回歸作圖分析，發(fā)現(xiàn) 4、9、10、11、16、20、22、25、29、30、35、37十二種染色體中QTL的位置。這兩個結(jié)論互相補充，擴展了CHD相關(guān)染色體的范圍。背外側(cè)半脫位評分相關(guān)的QTL位于16、20、22、29、35號染色體；Norberg角相關(guān)的QTL位4、10、16、25、29染色體；分離指數(shù)相關(guān)的QTL位于2號染色體，差異成分相關(guān)的QTL位于9、16、25、29、30、37號染色體。其中差異成分是指在每一例CHD中，對Norberg角、分離指數(shù)和背外側(cè)半脫位評分進(jìn)行分析而篩查出的與CHD不相關(guān)的兩個變量。表現(xiàn)型不同的CHD，相關(guān)染色體易發(fā)生重組的位置為16、25、29和30號染色體，且不同品種犬中都發(fā)現(xiàn)了一些隱藏的QTL位點，比如CFA9中的14.1-28Mb位點，表明CHD中這些隱藏位點與犬的品種無關(guān)[5]。另有研究表明，在排除犬血統(tǒng)影響的情況下，左側(cè)髖關(guān)節(jié)和右側(cè)髖關(guān)節(jié)中的QTL都位于1號染色體CFA1中，同時左側(cè)髖關(guān)節(jié)比右側(cè)髖關(guān)節(jié)松弛程度大[6]，提示臨床中左側(cè)髖關(guān)節(jié)發(fā)育不良更常見。Frary等[7]發(fā)現(xiàn)單個QTL可調(diào)控CHD的多種表型，表明CHD的發(fā)生特征與QTL的調(diào)控并非一一對應(yīng)，若要研究CHD的特征，必須找到相對應(yīng)的QTL位點。Wood 等[8]通過調(diào)查CHD的流行病學(xué)研究其遺傳特性，發(fā)現(xiàn)拉布拉多犬出現(xiàn)CHD與基因遺傳以及性別有關(guān)，且雄性犬CHD發(fā)病率高于雌性犬。同時，子代的CHD評分可通過親代CHD的評分建立回歸模型進(jìn)行相應(yīng)預(yù)測。

Yvonne等[5]通過全基因組篩查并結(jié)合Chase等[6]對QTL研究的結(jié)果推測，CHD相關(guān)QTL檢出越多，越有可能提示CHD出現(xiàn)多種不同的臨床癥狀。目前關(guān)于CHD中相關(guān)QTL研究仍較少，一些與 CHD癥狀密切相關(guān)的重要QTL尚未被發(fā)現(xiàn)，今后對CHD遺傳機制的研究需要對更多的QTL進(jìn)行研究，篩查出能確切診斷CHD的重要QTL。

2 犬髖關(guān)節(jié)發(fā)育不良的主要遺傳因素以及相關(guān)候選致病基因研究

研究報道，關(guān)節(jié)松弛發(fā)生在多數(shù)退行性髖關(guān)節(jié)疾病中，且不同品種犬髖關(guān)節(jié)發(fā)育不良的關(guān)節(jié)松弛程度也不同[9]。 犬的品種和關(guān)節(jié)松弛程度是CHD形成的重要誘因，但并非決定因素[10]。

表1 犬髖關(guān)節(jié)發(fā)育不良相關(guān)染色體的位置與功能Table 1 Position and function of some chromosomes in canine hip dysplasia

目前多數(shù)遺傳方面的研究通過分析年齡等因素建立模型對CHD進(jìn)行等級評定，其中線性模型是一種根據(jù)CHD臨床癥狀進(jìn)行評估的模型，根據(jù)評估后的模型，研究人員可對CHD的臨床癥狀進(jìn)行初步評級；閾值模型可以解釋一些髖關(guān)節(jié)不對稱及其他的特殊情況，但目前尚無通過閾值模型研究CHD的相關(guān)報道。由于線性模型的評價結(jié)果被認(rèn)為是閾值模型的大致估計，因而閾值模型是CHD遺傳評估的有效方法[11]，今后的研究中閾值模型或?qū)⒊蔀镃HD研究的熱點。遺傳變異的頻率表明了進(jìn)行基因改造的可能性[12]。親代犬能將髖關(guān)節(jié)發(fā)育不良相關(guān)致病基因遺傳給下一代，從而使正常犬?dāng)y帶致病基因。Soo等[13]將CHD的發(fā)病機制與臨床癥狀加以聯(lián)系，做出總結(jié)，并指出通過選擇性的育種評估管理能有效減少CHD的發(fā)生。研究表明在繁育過程鐘，根據(jù)育種評估選擇比臨床癥狀更為準(zhǔn)確，其中犬只數(shù)量規(guī)模大小以及發(fā)病程度差異是選育時控制子代發(fā)生CHD的重要因素[14-15]。不同的育種規(guī)模將影響育種控制CHD的手段，若對犬只數(shù)量評估過小，則無法達(dá)到控制效果；若評估過大則耗時耗力且耗費財力。發(fā)病程度的不同會導(dǎo)致親代將致病基因遺傳給子代的機率存在差異。CHD臨床癥狀的遺傳能力具有可變性，其范圍通常在0.1-0.6之間。親代的臨床癥狀，預(yù)測的計算方法，選育時的選擇標(biāo)準(zhǔn)以及樣本數(shù)量等因素都能影響遺傳能力的大小，任何一種因素不同都將導(dǎo)致CHD的遺傳能力不同[16]。因此在遺傳育種中為了降低子代CHD的發(fā)生，需進(jìn)行多方面因素的綜合控制才能達(dá)到選育目的。

除此之外，F(xiàn)BN2、SLC26A2等一些基因的表達(dá)也與CHD的發(fā)生相關(guān)(見表2)。Friedenberg等[17]發(fā)現(xiàn)CFA11染色體中由堿基對缺失造成的FBN2基因突變易引起CHD的形成。SLC26A2基因能能編碼硫酸鹽轉(zhuǎn)運載體，同時可使軟骨基質(zhì)中蛋白多糖硫酸化進(jìn)而誘發(fā)人的骨發(fā)育不良。目前為止，人的SLC26A2基因中有30多個突變[18]。研究表明，骨發(fā)育不良、軟骨發(fā)育不全和多發(fā)性骨骺發(fā)育不全等疾病中的SLC26A2基因都發(fā)生了突變。但Lee等[18]通過基因比對發(fā)現(xiàn)，德國牧羊犬發(fā)生CHD后SLC26A2與正常犬中SLC26A2的表達(dá)量無差異。由于該結(jié)果樣本量較少，未能直接證明SLC26A2基因的表達(dá)與CHD發(fā)生無關(guān)，且該基因的表達(dá)不能排除品種差異對CHD的影響。

Clements等[19]研究表明，拉布拉多犬發(fā)生髖關(guān)節(jié)發(fā)育不良后，IL12β的表達(dá)量增多。Lavrijsen等[20]對拉布拉多犬的血液進(jìn)行全基因組分析，結(jié)果顯示8號染色體與犬的CHD發(fā)生有顯著相關(guān)性，1、5、15、20、25和32號染色體與CHD的出現(xiàn)存在一定相關(guān)性。趙明媛等[21]的研究中指出，犬25號染色體中的COL6A3基因的突變會引發(fā)CHD，且該基因在正常犬和CHD患犬中表達(dá)量差異顯著，表明COL6A3可能是犬CHD發(fā)生的標(biāo)志物。盡管目前對犬髖關(guān)節(jié)發(fā)育不良的候選基因進(jìn)行了部分研究，但今后需要更大的病例量、更多的犬種以及更加嚴(yán)格的實驗設(shè)計才能得到CHD發(fā)生較為精確的基因調(diào)控機制。

表2 部分犬髖關(guān)節(jié)發(fā)育不良的相關(guān)致病候選基因Table 2 Candidate genes associated with the pathogenesis of canine hip dysplasia.

3 展望

犬髖關(guān)節(jié)發(fā)育不良是一種犬常見、發(fā)生率較高的疾病，其具體發(fā)病機制仍未查明。針對早期CHD的發(fā)生尚無靈敏的檢測手段和有效的治療藥物，無論是對寵物主人還是對繁育機構(gòu)而言都存在著巨大的隱患。Sanchez 等[28]首次研制出用于拉布拉多犬CHD發(fā)生的遺傳診斷試劑盒，但其診斷率還需進(jìn)行大樣本量的評估。而QTL作為CHD發(fā)生時的一種較為前沿的研究方法，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了部分相關(guān)染色體的功能和相關(guān)致病候選基因。但由于很多對QTL的研究都在同一品種以及部分犬中進(jìn)行，所以目前基于QTL的研究所得出的結(jié)論仍缺乏科學(xué)的判斷依據(jù)。目前，本課題組正在開展大樣本量的犬髖關(guān)節(jié)發(fā)育不良時部分候選致病基因在CHD中的表達(dá)變化，期望能篩選出CHD發(fā)生的早期檢測標(biāo)志物，為該病的診斷奠定基礎(chǔ)。