原發(fā)性膝骨關(guān)節(jié)炎易感基因多態(tài)性位點(diǎn)的系統(tǒng)綜述

羅盛飛，胡志波，王寧華，閔紅巍，張德儉，劉克敏

1.天津醫(yī)科大學(xué)第二醫(yī)院，天津市 300211；2.天津醫(yī)科大學(xué)，天津市 300134；3.北京大學(xué)第一醫(yī)院，北京市 100034；4.中國(guó)康復(fù)研究中心北京博愛醫(yī)院，北京市 100068；5.首都醫(yī)科大學(xué)康復(fù)醫(yī)學(xué)院，北京市 100068

0 引言

原發(fā)性膝骨關(guān)節(jié)炎(primary knee osteoarthritis,PKO)是一種復(fù)雜的、多因素介導(dǎo)的關(guān)節(jié)疾病，它的特點(diǎn)是滑膜炎、關(guān)節(jié)囊增厚、關(guān)節(jié)軟骨逐步退化、關(guān)節(jié)間隙變窄、骨贅形成和軟骨下硬化，進(jìn)而表現(xiàn)為慢性關(guān)節(jié)疼痛和功能喪失[1]。研究表明遺傳異常與PKO的發(fā)病有關(guān)[2]。每個(gè)等位基因都是危險(xiǎn)因素，它們既可能相互獨(dú)立，也可能相互作用[3]。了解PKO 的易感基因，有助于明確PKO 目的基因新的通路[4]。本研究擬對(duì)已發(fā)表的有關(guān)PKO易感基因相關(guān)研究進(jìn)行綜述。

1 資料與方法

1.1 一般資料

檢索PubMed、Web of Science、中國(guó)知網(wǎng)、萬方數(shù)據(jù)庫(kù)、中國(guó)生物醫(yī)學(xué)文獻(xiàn)數(shù)據(jù)庫(kù)從建庫(kù)至2020 年12 月有關(guān)PKO 遺傳易感性與基因多態(tài)性的相關(guān)文獻(xiàn)。英文檢索詞：primary knee osteoarthritis、genetic sus‐ceptibility 和single nucleotide polymorphism。中文檢索詞：原發(fā)性膝骨關(guān)節(jié)炎、多態(tài)性、單核苷酸和基因。

納入標(biāo)準(zhǔn)：①研究對(duì)象為PKO患者；②研究?jī)?nèi)容為關(guān)于PKO易感基因多態(tài)性位點(diǎn)的病例對(duì)照研究；③語(yǔ)言為中文或英文。

排除標(biāo)準(zhǔn)：①無摘要或不能獲取全文；②會(huì)議摘要、評(píng)論等；③動(dòng)物研究。

1.2 文獻(xiàn)篩選與資料提取

由兩名研究人員獨(dú)立進(jìn)行文獻(xiàn)篩選和數(shù)據(jù)提取，提取內(nèi)容包括作者、發(fā)表時(shí)間、國(guó)家及地區(qū)、基因多態(tài)性位點(diǎn)位置及名稱、危險(xiǎn)等位基因頻率或基因型頻率等。

2 結(jié)果

2.1 文獻(xiàn)

最終納入42 篇人類PKO 易感基因相關(guān)文獻(xiàn)。見圖1。

圖1 篩選流程

2.2 炎癥因子等位基因

2.2.1 腫瘤壞死因子α(tumor necrosis factor-α,TNF-α)

TNF-α 與PKO 的發(fā)生發(fā)展密切相關(guān)，關(guān)節(jié)液中TNF-α的水平隨著PKO 嚴(yán)重程度的增加而升高。目前對(duì)TNF-α 基因多態(tài)性的研究主要集中在啟動(dòng)子區(qū)域上游的一些位點(diǎn)，例如-238、-308 和-1037 等。其中-308位點(diǎn)的基因多態(tài)性G/A 發(fā)現(xiàn)最早[5]。見表1。Abdel等[6]通過420 例埃及女性病例對(duì)照研究顯示，PKO 患者中TNF-α-G308A 基因型GG、AG 和AA 的百分比分別為85.7%、11.9%和2.4%，對(duì)照組分別為54.7%、39.1%和6.2%，受試者的GG 基因型和G 等位基因的頻率顯著高于對(duì)照組。Singh 等[7]發(fā)現(xiàn)PKO 患者TNFαG308A 基因型GG、GA 和AA 的百分比分別為73.2%、18.2%和8.6%，對(duì)照組分別為56.1%、29.5%和14.4%。

表1 TNF-α-G308A基因多態(tài)性與PKO的關(guān)聯(lián)性研究

2.2.2 白細(xì)胞介素(interleukin,IL)

PKO 患者關(guān)節(jié)液中，IL-16、IL-17 等炎性因子表達(dá)水平均明顯升高[8]。IL-16 作為促炎細(xì)胞因子，其功能包括化學(xué)吸引和調(diào)節(jié)T 細(xì)胞活化[9]，IL-16 基因位于染色體15q26.3上，最初翻譯成由631個(gè)氨基酸組成的前體蛋白，被caspase-3 切割形成含有121 個(gè)氨基酸的活性C 端結(jié)構(gòu)域[10]。IL-16 是啟動(dòng)CD4生物活性所需的CD4特異性配體。Luo 等[11]在漢族人群中研究發(fā)現(xiàn)IL-16 基因多態(tài)性與原發(fā)性PKO 相關(guān)。此外，IL-17 作為促炎細(xì)胞因子，可以觸發(fā)間充質(zhì)和骨髓細(xì)胞釋放趨化因子、細(xì)胞因子、抗菌肽和基質(zhì)金屬蛋白酶[12]。IL-17在滑膜組織中表達(dá)，并且可以通過誘導(dǎo)軟骨細(xì)胞釋放趨化因子來促進(jìn)軟骨分解和滑膜浸潤(rùn)，并通過核因子kappa B 激活增加軟骨中一氧化氮的產(chǎn)生[13]。Bai 等[14]發(fā)現(xiàn)PKO 患者血清中IL-17 的水平增加并且與PKO 嚴(yán)重性呈正相關(guān)。張培莉等[15]發(fā)現(xiàn)IL-17 不僅是與PKO相關(guān)的生物標(biāo)志物，也是介導(dǎo)和推動(dòng)PKO進(jìn)展的關(guān)鍵因素。見表2。

表2 IL-17基因多態(tài)性與PKO的關(guān)聯(lián)性研究

2.3 Toll樣受體(Toll-like receptors,TLR)

TLR 能夠特異性識(shí)別病原相關(guān)分子模式，不同的病原相關(guān)分子模式與TLR胞外區(qū)域結(jié)合后，通過一系列信號(hào)傳導(dǎo)通路，協(xié)同誘導(dǎo)炎癥因子基因表達(dá)，引起機(jī)體天然免疫應(yīng)答反應(yīng)[16]。TLR2編碼基因定位于4號(hào)染色體4q32 區(qū)。研究表明，PKO 的炎癥過程中涉及TLR 的參與和通過軟骨和其他關(guān)節(jié)組織的細(xì)胞外基質(zhì)的降解產(chǎn)物激活補(bǔ)體級(jí)聯(lián)反應(yīng)[17]。Chen 等[18]發(fā)現(xiàn)緩激肽B2 受體(BDKRB2) +9/-9 基因多態(tài)性通過p38、JNK1/2 和ERK1/2 依賴的TLR-2 的表達(dá)影響PKO 促炎細(xì)胞因子水平。Yang 等[19]發(fā)現(xiàn)漢族TLR-3(rs3775296)基因多態(tài)性與PKO 相關(guān)。TLR-9 配體對(duì)TLR-9 的刺激能觸發(fā)所有TLR共有的信號(hào)通路，導(dǎo)致促炎細(xì)胞因子的產(chǎn)生[20]。這些促炎細(xì)胞因子與PKO 中的軟骨降解呈正相關(guān)[21]。Zheng 等[22]發(fā)現(xiàn)TLR-9 基因與PKO 易感性呈正相關(guān)。Balbaloglu 等[23]發(fā)現(xiàn)在土耳其人群中TLR-9 T-1486C 基因多態(tài)性與晚期PKO 存在相關(guān)性。見表3。

表3 TLR-9基因多態(tài)性與PKO的關(guān)聯(lián)性研究

2.4 轉(zhuǎn)錄因子

配對(duì)樣同源域轉(zhuǎn)錄因子1 配對(duì)樣同源域轉(zhuǎn)錄因子1 (paired-like homeodomain transcription factor 1,PITX1)是一種蛋白質(zhì)編碼基因，位于人類五號(hào)染色體5q31.1 上，其通過結(jié)合基因啟動(dòng)子激活其轉(zhuǎn)錄的序列。PITX 家族包含三個(gè)相關(guān)成員：PITX1、PITX2 和PITX3。三個(gè)PITX因子都作為單體與TAATCC序列結(jié)合，引起轉(zhuǎn)錄激活[24]。膝、髖骨關(guān)節(jié)炎患者中關(guān)節(jié)軟骨細(xì)胞中的抑制素的異常積累會(huì)引發(fā)PITX1 的表達(dá)缺失[25]。有研究報(bào)道僅在正常受試者的關(guān)節(jié)軟骨細(xì)胞中檢測(cè)出PITX1，在骨關(guān)節(jié)炎軟骨細(xì)胞中幾乎檢測(cè)不到PITX1[26]。Fan 等[27]發(fā)現(xiàn)漢族PITX1 基因多態(tài)性與原發(fā)性PKO相關(guān)。

2.5 肥胖相關(guān)基因

2.5.1 酮戊二酸依賴性雙加氧酶(alpha-ketoglutarate de‐pendent dioxygenase,FTO)

FTO 與肥胖風(fēng)險(xiǎn)密切相關(guān)。FTO 基因位于染色體16q12.2 上，該基因突變會(huì)導(dǎo)致生長(zhǎng)遲緩、發(fā)育遲緩和面部畸形。FTO 編碼的蛋白質(zhì)可能作為DNA 脫甲基酶起作用。一項(xiàng)關(guān)于全基因組關(guān)聯(lián)研究表明FTO 基因變異與關(guān)節(jié)炎風(fēng)險(xiǎn)密切相關(guān)[28]。Pellicelli 等[29]進(jìn)行孟德爾隨機(jī)化研究發(fā)現(xiàn)，F(xiàn)TO 基因變異對(duì)骨關(guān)節(jié)炎風(fēng)險(xiǎn)增加的影響是通過體質(zhì)量指數(shù)介導(dǎo)的。

2.5.2 瘦素

瘦素在能量穩(wěn)態(tài)調(diào)節(jié)中起主要作用。循環(huán)中的瘦素與大腦中的瘦素受體結(jié)合，激活下游信號(hào)通路，抑制進(jìn)食并促進(jìn)能量消耗。這種蛋白質(zhì)還具有多種內(nèi)分泌功能，參與調(diào)節(jié)免疫和炎癥反應(yīng)、造血、血管生成、繁殖、骨形成和傷口愈合。該基因及其調(diào)控區(qū)域的突變會(huì)導(dǎo)致人類患者出現(xiàn)嚴(yán)重的肥胖癥和伴有性腺功能減退癥的病態(tài)肥胖癥。瘦素可以通過參與炎癥反應(yīng)從而在骨關(guān)節(jié)炎的發(fā)生發(fā)展過程中起重要作用[30]。Min 等[31]在漢族人群中進(jìn)行病例對(duì)照研究(148 例PKO患者，101 例對(duì)照)，根據(jù)凱爾格倫和勞倫斯分類，使用受影響膝關(guān)節(jié)的平片評(píng)估疾病的嚴(yán)重程度，對(duì)瘦素同PKO 的相關(guān)性進(jìn)行研究，結(jié)果發(fā)現(xiàn)PKO 患者血清瘦素顯著升高，并且存在內(nèi)部相關(guān)性。瘦素對(duì)PKO的發(fā)生具有顯著的診斷價(jià)值。因此針對(duì)瘦素的治療可能成為PKO潛在的治療方式。

2.6 骨相關(guān)基因

2.6.1 骨橋蛋白

骨橋蛋白是一種由300 個(gè)氨基酸組成的多功能磷蛋白，在關(guān)節(jié)炎的進(jìn)展中起著關(guān)鍵作用[32]。骨橋蛋白也是調(diào)節(jié)軟骨退化的關(guān)鍵因素[33]。Borgonio-Cuadra等[33]發(fā)現(xiàn)在墨西哥人群中骨橋蛋白基因多態(tài)性與PKO沒有相關(guān)性。

2.6.2 基質(zhì)Gla蛋白(matrix Gla protein,MGP)

MGP 基因編碼骨鈣素/基質(zhì)Gla 蛋白質(zhì)家族的成員。編碼的維生素K 依賴性蛋白由軟骨細(xì)胞和血管平滑肌細(xì)胞分泌，作為異位組織鈣化的生理抑制劑。MGP 在軟骨中的表達(dá)特別高[34]。Hui 等[35]發(fā)現(xiàn)在中國(guó)漢族人群中MGP 基因多態(tài)性增加了PKO 風(fēng)險(xiǎn)。Bor‐gonio-Cuadra 等[32]發(fā)現(xiàn)在墨西哥人群中MGP 基因多態(tài)性與PKO 不相關(guān)。這表明不同人種之間MGP 基因多態(tài)性不同。

2.6.3 骨形態(tài)發(fā)生蛋白5 (bone morphogenetic protein 5,BMP5)

BPM5 在骨骼和軟骨發(fā)育中發(fā)揮作用[36]。BMP7和BMP9 是迄今為止研究最廣泛的BMPs[37]。BMP5 基因的G等位基因變異與中國(guó)漢族人群的PKO易感性顯著相關(guān)[38]。Liang 等[39]發(fā)現(xiàn)在漢族人群中BMP5 基因多態(tài)性與PKO存在相關(guān)性。

2.6.4 軟骨寡聚基質(zhì)蛋白(cartilage oligomeric matrix protein,COMP)

COMP 基因可能在骨關(guān)節(jié)炎的發(fā)病機(jī)制中發(fā)揮作用。在原代軟骨細(xì)胞和轉(zhuǎn)化細(xì)胞中有效抑制細(xì)胞凋亡。通過阻斷caspase-3的激活和誘導(dǎo)凋亡抑制蛋白存活蛋白家族(BIRC3、BIRC2、BIRC5 和XIAP)來抑制細(xì)胞凋亡。COMP 是軟骨的重要非膠原成分，約占關(guān)節(jié)組織濕重的1%[40]。膝關(guān)節(jié)損傷患者退化的軟骨、滑液和血清中可以檢測(cè)到COMP 的水解蛋白片段[41]，因此，COMP 被認(rèn)為是軟骨退化的標(biāo)志物[42]。Mishra等[43]發(fā)現(xiàn)北印度人群中COMP 基因多態(tài)性與膝關(guān)節(jié)炎的發(fā)病有關(guān)。

3 討論

PKO 在中老年人群中患病率較高且嚴(yán)重影響患者生活質(zhì)量。本研究系統(tǒng)分析與PKO的發(fā)生發(fā)展有關(guān)的基因位點(diǎn)，為PKO的遺傳易感性研究提供循證依據(jù)。

TNF-α 與PKO 的病情程度密切相關(guān)。關(guān)節(jié)液中TNF-α的水平隨著PKO 嚴(yán)重程度的增加而升高。系統(tǒng)綜述發(fā)現(xiàn)TNF-α 多態(tài)性位點(diǎn)可能為PKO 的危險(xiǎn)因素，攜帶該位點(diǎn)的人群患PKO的風(fēng)險(xiǎn)較高。系統(tǒng)綜述發(fā)現(xiàn)IL-17 的功能多態(tài)性與PKO 的患病風(fēng)險(xiǎn)顯著相關(guān)。血清中IL-17 水平與PKO 的風(fēng)險(xiǎn)增加顯著相關(guān)。不同的PAMP 與TLR 胞外區(qū)域結(jié)合后，通過一系列信號(hào)傳導(dǎo)通路，協(xié)同誘導(dǎo)炎癥因子基因的表達(dá)，引起機(jī)體天然免疫應(yīng)答反應(yīng)。TLR-9基因多態(tài)性與PKO 風(fēng)險(xiǎn)增加相關(guān)，尤其是在年齡≥55歲中老年人群中。

綜上所述，TNF-α、IL-17、TLR-9 等基因多態(tài)性位點(diǎn)與PKO易感性有關(guān)。未來可通過設(shè)計(jì)嚴(yán)密、樣本量大、種族多樣化的研究進(jìn)一步驗(yàn)證PKO的基因多態(tài)性，為減少PKO的發(fā)生、改善患者的生活質(zhì)量提供理論和實(shí)證支持。

利益沖突聲明：所有作者聲明不存在利益沖突。