單核苷酸多態(tài)性與青少年特發(fā)性脊柱側凸的研究進展

趙云欣，孟繁媛，劉巍，吳會東，羅長良，李彬，敖麗娟，陳茉弦

（1）昆明醫(yī)科大學康復學院，云南 昆明 650500;2）開遠市人民醫(yī)院兒童保健科，云南 開遠 661600）

青少年特發(fā)性脊柱側凸（adolescent idiopathic scoliosis，AIS）是一種常見的且原因不明的三維脊柱畸形[1]。全世界范圍內AIS 發(fā)病率為1%～3%，并發(fā)現(xiàn)女性發(fā)病率顯著高于男性[1]?；疾€體往往因骨骼結構及形態(tài)異常導致背部疼痛，心肺功能受損，呼吸不暢甚至氣短，嚴重者會發(fā)生癱瘓[2]。目前關于AIS 的病因尚未明確，但有越來越多的研究揭示遺傳因素與AIS 的發(fā)生發(fā)展密切相關[1,3]。第三代基因組遺傳標記的單核苷酸多態(tài)性（single nucleotide polymorphisms，SNPs）成為了解AIS 發(fā)生、發(fā)展及其未來疾病預警、風險預測、臨床診斷、藥物開發(fā)和個體化用藥的重要分子基礎[4]。

SNPs 檢測手段及與疾病關聯(lián)分析方法多樣，可能會造成研究結論的不一致性；并且每個基因及其多態(tài)性更多的生物學功能也尚不明確。因此目前對AIS 遺傳基因學方面的研究處于理論階段，想要達到為臨床工作服務的目的，還有很長一段路要走。為了加速實現(xiàn)AIS 研究結論的臨床轉化，現(xiàn)就目前SNPs 與AIS 關系的研究進展綜述如下，其中SNPs 與AIS 易感性的關系研究納入表格，并對每一基因種類目前所面臨的問題提出未來研究方向的建議。

1 SNPs 與AIS 的相關性

1.1 雌激素受體（estrogen receptor，ESR）家族基因

流行病學調查顯示，女性AIS 的患病率約是男性的3倍[1]，因此眾多學者猜想雌激素及其受體可能是AIS 發(fā)生發(fā)展的重要因素[5]。雌激素受體1（estrogen receptor 1，ESR1）基因位于6q25 染色體上，包括8 個外顯子，大小約140 kb。多態(tài)性位點研究最多的rs9340799 和rs2234693，分別位于第2 個外顯子（啟動子區(qū)）上游351 bp 和1 397 bp。雌激素受體2（estrogen receptor 1，ESR2）基因位于14q23.2 染色體上，包括8 個外顯子和7 個內含子，全長約40 kb。多態(tài)性位點RsaI G＞A 和AluI A＞G 與AIS 的相關性研究尚未分析，位點AlwNI C＞T 研究較為常見。近年來，ESR基因多態(tài)性位點與AIS 易感性的關系研究，見表1。

表1 ESR 家族基因多態(tài)性與AIS 易感性的關系Tab.1 The relationship between ESR family gene polymorphism and susceptibility to AIS

1.1.1 ESR1 基因基因多態(tài)性與AIS 患者表型關系也成為學者們關注探究的熱點。Janusz等[6]在波蘭白種人群中發(fā)現(xiàn)ESR1 基因（rs9340799 和rs2234693）多態(tài)性不影響AIS 患者的曲線嚴重程度，同時在緩慢進展、快速進展或非進展的AIS中，也未發(fā)現(xiàn)ESR1（rs9340799 和rs2234693）等位基因及其基因型的統(tǒng)計學差異。與一項在日本人群中的研究結論相同，Takahashi等[7]同樣發(fā)現(xiàn)ESR1 基因rs9340799 與AIS 患者的最大側彎Cobb 角沒有關聯(lián)。

1.1.2 ESR2 基因ESR2 基因多態(tài)性與AIS 表型間的相關關系研究尚少。僅在2010年，一項在日本人群中的病例對照研究報道，ESR2（rs1256120）多態(tài)性與AIS 患者最大Cobb 角無相關性[7]。

綜上述問題，筆者未發(fā)現(xiàn)ESR 家族受體基因遺傳多態(tài)性和AIS 疾病風險具有相關性。筆者推測，可能是關聯(lián)研究所使用的關聯(lián)分析方法對研究結論造成了不可避免的誤差，也有可能是確無關聯(lián)。未來研究方向建議：（1）加大一次病例對照研究的樣本量，在不同人種AIS 患者中，針對ESR 家族受體基因的單個SNP 位點及其多個SNP位點用不同的關聯(lián)分析方法進行驗證；（2）ESR家族受體基因與AIS 疾病表型間的相關關系研究，繼續(xù)在更多人種群體中探索。

1.2 骨代謝基因

相關研究表明，AIS 患者存在包括骨密度降低等全身骨代謝異常的表現(xiàn)[9]。白介素6（interleukin 6，IL-6）基因位于7p21-24 染色體上，是由5 個外顯子組成，長度約為5 kb，啟動子區(qū)-174 位點多態(tài)性影響整個分子表達[10]。基質金屬蛋白酶3（Matrix metalloproteinase3，MMP-3）基因位于人染色體11q22.3，包含啟動子（約2.3 kb）、10 個外顯子及內含子結合處，啟動子區(qū)-1171 位點rs3025058 處是一常見的多態(tài)性區(qū)域[11]。近年來，關于骨代謝相關基因多態(tài)性與AIS 易感性關系的研究報道，見表2。

表2 骨代謝基因多態(tài)性與AIS 易感性的關系Tab.2 The relationship between bone metabolism-related gene polymorphisms and susceptibility to AIS

1.2.1 IL-6 基因基因多態(tài)性可能存在性別差異性，而使得AIS 疾病有著在女性人群中較高的發(fā)病率，且在一項研究中得到證實[12]。但Sui等[13]調查了在中國人群中IL-6 基因與AIS 發(fā)生是否具有性別差異性，發(fā)現(xiàn)SNP rs1800795 與AIS 的關聯(lián)性無性別偏倚。評估不同基因及其基因型個體對不同干預措施的反應差異，有望指導臨床的診療策略。高軍勝等[9]研究IL-6 基因啟動子區(qū)-174 位點與支具治療療效的相關性，發(fā)現(xiàn)攜帶G等位基因的患者在經(jīng)過支具治療后側彎角度依然容易進展。

1.2.2 MMP-3 基因同時，Sui等[13]報道還發(fā)現(xiàn)，MMP-3（rs3025058）多態(tài)性與發(fā)生AIS 無性別偏倚。

1.2.3 IL-6 和MMP-3 的協(xié)同效應IL-6 是感染免疫反應中的細胞因子之一，調節(jié)多種細胞的生長和分化，促進破骨細胞形成，參與骨代謝中的骨吸收過程[10]。MMP-3 是MMPs 家族中的重要成員之一，由MMP-3 基因編碼，成骨細胞和破骨細胞合成分泌，是一種高效的蛋白多糖降解酶，對胚胎發(fā)育、青春期和骨折愈合過程中的成骨及骨重塑起著調節(jié)作用[11]。研究者普遍認為，炎癥介質（如IL-6 或其他細胞因子）可能會干擾形態(tài)發(fā)生介質（如MMP-3）并改變正常發(fā)育，導致病理變化[14]。于是Aulisa等[15]和Mórocz等[14]分別在兩個不同種族（意大利人和馬扎爾族）的研究隊列中證實MMP-3（rs3025058 5A/5A）基因型與IL-6（-174）多態(tài)性是否具有協(xié)同關系，前者的5A/5A基因型與后者純合子（GG）組合是會對AIS 發(fā)生造成更高風險。近年來，Sobhan等[16]和周傳坤等[17]Meta 分析結果均顯示，這2 種基因在白種人中可能確實具有協(xié)同效應而增加了AIS 易感性。但需注意的是，在中國人群中，2 個基因可能是AIS 易感性的獨立風險因素。

綜上所述，IL-6 與MMP-3 基因是獨立發(fā)揮對AIS 的影響還是共同發(fā)揮作用尚沒有明確結論；兩者基因多態(tài)性與AIS 的發(fā)生、表型和支具治療效果間的關系研究，雖得到了一定的研究結論，但尚不明確。未來研究方向建議：（1）在中國人群中，擴大樣本量，分析兩基因是獨立風險因素還是共同發(fā)揮致病作用；（2）關于基因多態(tài)性與AIS表型的關系，也需要再進一步探討與性別、最大側彎Cobb 角、支具治療效果之間的關聯(lián)性；（3）基因的功能學研究可考慮從血液炎癥介質及形態(tài)發(fā)生介質的角度來驗證。

1.3 多種族易感基因

尋找全人類AIS 患者致病基因，做到更好預防與治療，成為眾多學者的最終研究目標，目前在不同種族人群中復制最成功且最具有相關性的代表性基因有2個，LBX1 和GPR126。人LBX1基因位于10q24.31，全長1 985 bp，包含2 個外顯子。與AIS 具有最顯著關聯(lián)性的多態(tài)性位點rs11190870 位于LBX1 上游7.5 bp 處。研究報道，ladybird homeobox 1（LBX1）蛋白表達于中樞神經(jīng)系統(tǒng)和骨骼肌系統(tǒng)，其通過調節(jié)肌肉前體細胞遷移以及脊髓感覺通路和體感功能，從而影響人體生長發(fā)育進程導致AIS[18]。GPR126 位于染色體6q24.1，包含144 348 bp 組成26 個外顯子。最顯著關聯(lián)的SNP 位于GPR126 基因的第二個內含子區(qū)域。該基因其編碼蛋白是粘附G 蛋白偶聯(lián)受體家族的孤兒受體，在人類軟骨、骨和椎間盤中表達[19]，研究發(fā)現(xiàn)其基因SNP 與人類身高生長有關[20-21]。近年來，兩基因及其多態(tài)性與AIS 的易感相關性研究見表3。綜述顯示，無論在單一種族的臨床對照研究，還是多種族的Meta 分析，發(fā)現(xiàn)LBX1 基因rs11190870 多態(tài)性與亞洲人和高加索人AIS 的易感性增加均有關。一致推測，LBX1（rs11190870）可能是黃種人和白種人AIS 發(fā)病的預測因子，但有待于在黑種人群和棕色人群中進行深入研究。近年來，有關LBX1 與GPR126基因的相關性研究見表3。

表3 多民族易感基因多態(tài)性與AIS 易感性的關系Tab.3 The relationship between multi-ethnic susceptibility gene polymorphisms and susceptibility to AIS

1.3.1 LBX1 基因除了廣泛深入的多種族易感性關聯(lián)研究，Li等[22]Meta 分析還發(fā)現(xiàn)，在亞洲人群中，SNP rs11190870 位點TT 和TC 基因型的Cobb 角大于CC 基因型的Cobb 角。但Man等[23]的臨床對照研究，未發(fā)現(xiàn)rs11190870 與Cobb 角嚴重程度的關系，但發(fā)現(xiàn)其與側彎表型右胸彎有密切關聯(lián)。因此，基因與臨床表型關系的研究，仍需到不同種族及擴大單一樣本量。有學者研究發(fā)現(xiàn)，在中國群體中，LBX1 基因rs1322331 位點可能通過減少LBX1-AS1 轉錄而增加患者對AIS的易感性[24]。但這一研究結論的支持證據(jù)尚不充分，了解基因與基因間的相互作用機制有待繼續(xù)研究。Grauers等[25]對重度IS 患者進行外顯子測序鑒定可能的新的風險變體，沒有在LBX1 基因5＇UTR、非編碼外顯子和啟動子區(qū)域發(fā)現(xiàn)任何變異。Nada等[26]在白種人AIS 患者的單倍型關聯(lián)分析顯示，TTAAGAAA 單倍型及其純合雙倍型與本研究重度組患者相關性最高，是風險最高的單倍型；單倍型CCGCAGGG 與對照組的相關性顯著，提示CCGCAGGG 可能是一種保護性單倍型。與Chettier等[27]研究結果一致，發(fā)現(xiàn)與臨床相關的兩個單倍型（TTA 和CCG）分別是AIS 群體的風險和保護性單倍型。這3 項臨床對照研究，均在白種人群中進行，考慮到其基因分布差異受種族因素影響，中國人群AIS 發(fā)病是否受其影響，需要另外分析研究。

1.3.2 GPR126 基因在對黃種人和高加索人的Meta分析研究中得到AIS易感性與SNP rs6570507有P＜2.95×10-20的顯著關聯(lián)[28]。但目前研究，尚缺少在黑色與棕色人種中的關聯(lián)分析，建議可以增加此類人種研究，增加基因多態(tài)性與不同人種間關系的豐富性。Kou等[19]研究結果報道日本人群個體發(fā)生AIS 與斑馬魚軀干縮短具有相同的易感等位基因，SNP rs6570507 與AIS 患者的相關性達到了P＜5×10-8的全基因組顯著閾值，推測GPR126 可能通過異常的脊柱發(fā)育及生長來影響AIS 易感性和身高。但仍需進一步在人類個體中尋找脊柱生長發(fā)育與SNP rs6570507 的關聯(lián)性。Man等[23]未發(fā)現(xiàn)GPR126 基因rs6570507 與中國人群AIS 曲線嚴重程度和進展有關。但該研究樣本量有限，為了進一步得出明確結論，需擴大樣本繼續(xù)重復這個試驗。

綜上所述，這兩個多民族易感基因的研究發(fā)展，是目前所有AIS 相關基因多態(tài)性中研究最為全面和廣泛的。值得關注的是，GPR126 基因中所發(fā)現(xiàn)的多態(tài)性位點處于該基因內含子處，而所可以保留下來的內含子功能可能通過某些機制導致脊柱側彎患者骨發(fā)育異常，需要深入探討此內含子變異的生物學功能。

1.4 女性特異性基因

以往研究發(fā)現(xiàn)，不同疾病間存在性別差異[31]，遺傳因素可能在不同性別間發(fā)揮的效應不同，如在冠狀動脈疾病、哮喘、風濕性關節(jié)炎和阿爾茲海默病中均有發(fā)現(xiàn)[32-34]。關于AIS，在中國人群中發(fā)現(xiàn)PAX1 基因增強位點與女性具有特異相關性[35]。最近，BOC 和SEC16B 基因被發(fā)現(xiàn)與中國女性AIS 具有特異性[12]。BOC 位于染色體3q13.2，是一種在骨細胞中接受1，25-二羥基維生素D3[1，25（OH）2D3]誘導，通過Hh 途徑發(fā)揮作用的共受體，來維持骨骼和礦物質代謝。維生素D的狀態(tài)受性別影響很大，它的缺乏與表現(xiàn)有明顯性別差異的骨質疏松或自身免疫性疾病有關[36]。SEC16B 位于染色體1q25.2，SEC16B 又稱亮氨酸轉錄調控因子2（LZTR2），編碼長鏈、短鏈蛋白，其高度表達于下丘腦，在相關蛋白轉運及輸出過程中發(fā)揮作用，調節(jié)人體攝食行為、心血管等多種生理功能[37]。PAX1 包括5 個外顯子，SNP rs6137473 位于基因下游20p11.22 染色體約100 kb 的區(qū)域，縮小至約1.5 kb 區(qū)域，該部位具有PAX1 基因的增強子活性。PAX1 基因編碼轉錄因子Pair Box 1，對正常胚胎椎間盤和脊柱發(fā)育發(fā)揮至關重要的作用[38]。其上述基因多態(tài)性與AIS 易感性關系，見表4 。

表4 女性特異性基因多態(tài)性與AIS 易感性的關系Tab.4 The relationship between female-specific gene polymorphisms and susceptibility to AIS

1.4.1 BOC 基因除了DNA 序列的多態(tài)性研究，其相關基因表達也得到學者關注。Dai等[12]研究還發(fā)現(xiàn)，BOC 基因mRNA 的表達水平低于正常對照組0.81倍，且在女性AIS 患者中，BOC 基因mRNA 水平與骨礦物質含量呈正相關，提示其可能通過調節(jié)骨代謝在女性AIS 發(fā)病過程中發(fā)揮作用。

1.4.2 SEC16B 基因Dai等[12]研究結果顯示，女性AIS 患者近端椎椎旁肌肉組織中SEC16B 基因的mRNA 表達水平低于正常對照組0.72倍，且與Cobb 角度數(shù)成負相關。

1.4.3 PAX1 基因PAX1 基因中除了具有性別二態(tài)性位點以外，Xu等[39]研究結果顯示，PAX1 基因的2 個多態(tài)性位點（rs6137473 和rs169311）與AIS 發(fā)病風險增加顯著相關，攜帶G 或A 等位基因的個體發(fā)生 AIS 的風險增加。Liu等[40]發(fā)現(xiàn)PAX1 的其他SNP（rs6137473 和rs17861031）與AIS 臨床不同表型之間存在關聯(lián)。分析前人研究，發(fā)現(xiàn)關于多態(tài)性位點rs6137473 導致AIS 發(fā)病風險機制的結論尚不一致，為了進一步明確結論，需要進一步探索。

綜上研究調查，多個具有性別二態(tài)性位點的基因已得到一個研究隊列驗證，但得到關于多態(tài)性位點rs6137473 導致AIS 發(fā)病風險的機制結論。未來研究方向建議：（1）在中國人群不同種族中探索位點PAX1 rs6137473 與AIS 的關聯(lián)性及其性別差異；（2）明確rs6137473 導致AIS 的發(fā)病機制，是單純基因多態(tài)性導致，還是性別差異性亦或者協(xié)同作用；（3）進一步發(fā)現(xiàn)女性特異性基因致AIS發(fā)生的通路機制及引起AIS 表型差異性的功能表達。

2 SNPs 的臨床應用

利用所發(fā)現(xiàn)的基因位點構建疾病預測模型，預防疾病的發(fā)病風險已見于多篇報道。如2015年，Yin等[42]使用14 個銀屑病易感基因構建的遺傳預測模型，預測精度達到88%。這為提前識別復雜疾病易感個體提供了臨床診斷輔助手段，并盡早進行干預。除此以外，許多疾病相關的生物學途徑被發(fā)現(xiàn)，為疾病的臨床治療提供更多的生物靶標，使藥物發(fā)揮更顯著更具有特異性的療效。如抗骨質疏松癥藥物，在目前臨床獲批的8 類藥物中有5 種得到遺傳數(shù)據(jù)支持[43]。另外，除了藥物的特異性療效外，臨床上藥物對個體的不良反應也被關注。一項藥物基因組學研究發(fā)現(xiàn)，麻風患者經(jīng)過氨苯砜治療后，HLA-B*13:01 個體是引起超敏反應綜合征的風險因素[44]。這些研究成果告訴我們，深入全面地研究易感基因多態(tài)性與AIS的關系，最終可以實現(xiàn)易感基因的臨床轉化。

3 中國多民族人群AIS 的相關研究

中國是一個多民族國家，具有豐富的遺傳多樣性資源，這些群體在遺傳病種類及疾病的易感性方面呈現(xiàn)出較大的差異[45-46]。研究發(fā)現(xiàn)CCN1基因rs6576776 C 等位基因與急性冠脈綜合征易感性有關，且單倍型GGC 與AGC 在維吾爾族患者中具有更高的頻率[47]。Wang等[48]研究不同民族血脂異常的患病率和ABCB1、SLCO1B1 基因的位點多態(tài)性分布情況，發(fā)現(xiàn)不同種族是影響人類血脂異常的關鍵因素，且ABCB1 和SLCO1B1 基因的位點多態(tài)性分布在不同民族之間存在顯著差異。眾所周知，AIS 同樣具有遺傳異質性[49]，但迄今為止，沒有關于中國少數(shù)民族AIS 患者的易感基因研究分析。

4 小結

綜上所述，目前人們已在不同種族或民族人群中，發(fā)現(xiàn)了ESR 家族基因多態(tài)性、多民族易感基因多態(tài)性、骨代謝基因多態(tài)性及女性特異性基因多態(tài)性等與AIS 的易感關系?？紤]到中國民族多樣性和遺傳背景差異性，研究AIS 易感基因多態(tài)性與中國少數(shù)民族患者間的相關性，來進一步推動構建中國民族群體基因圖譜，構建AIS 疾病SNPs 數(shù)據(jù)庫。現(xiàn)今易感基因多態(tài)性檢測項目應用于臨床服務還較為困難，制作含有大量AIS 易感位點的基因芯片或探索其他更為敏感的AIS 標志物仍然需要努力。

雖然目前AIS 易感基因多態(tài)性研究已取得一定的成果，但關于AIS 遺傳機制的確切研究尚處于初始階段，相關基因的功能學研究鮮少報道，因此將該方面的研究結論運用于臨床服務也較為困難。未來通過分析基因的時空表達譜和對易感基因的功能預測及驗證，使AIS 的遺傳機制研究更加完善，為臨床診療提供重要的基礎實驗數(shù)據(jù)支持。

除此以外，在臨床上積極探索最有效的、副作用最少的治療手段是一直以來的方向與目標。已有研究發(fā)現(xiàn)，經(jīng)過支具治療的AIS 患者仍然沒有得到有效的側彎角度控制，甚至其側彎角度還繼續(xù)進展，給患者造成了不良的治療體驗。因此通過SNPs 的研究，發(fā)現(xiàn)不同人群的敏感治療手段是非常重要的。所有的這些研究將為人類治療AIS 疾病帶來新的進展和希望。