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维生素D受体基因多态性与骨质疏松症相关性的研究进展

作者:未知

  【摘要】 骨质疏松症的发生是遗传因素和环境因素共同作用的结果,其终末阶段是骨质疏松性骨折。随着分子生物学的发展和疾病遗传学的深入研究,骨质疏松症相关基因的多态性成为目前研究的热点。维生素D受体基因是目前研究最多也是最有争议的基因。在复习大量相關文献的基础上,该文就维生素D受体基因多态性与骨质疏松症的关系予以综述。
  【关键词】 骨质疏松症;基因;多态性;维生素D受体基因
  中图分类号:R693+4 文献标志码:A DOI:10.3969/j.issn.1003-1383.2019.04.002
  骨质疏松症(osteoporosis,OP)是一种常见且复杂的全身性代谢性骨骼疾病,主要发生在老年人群。OP的发病机制主要是成骨细胞(osteoblast,OB)骨形成和破骨细胞(osteoclast,OC)骨吸收不平衡,使骨量减少和(或)骨微结构破坏,导致骨脆性增加、骨强度下降,极易发生病理性骨折。为了保持骨形成和吸收的动态平衡,OB、OC的激活、分化和凋亡等环节必须被严格调控,而这些环节常伴随着基因表达的深刻变化。流行病学研究[1]表明,骨密度(bone mineral density,BMD)的遗传率在60%~80%,骨质疏松性骨折的遗传率在25%~68%。复杂的骨表型高度遗传,因此要想了解OP病因需要综合其性状进行遗传分析。随着分子生物学和疾病遗传学的发展,迄今为止已发现100多种与OP相关的基因,如维生素D受体基因(vitamin D receptor gene,VDRG)、雌激素受体基因、Ⅰ型胶原基因、载脂蛋白E基因、sox4基因、降钙素受体基因等,其中VDRG是目前研究最多也是最有争议的基因。本文旨在对近些年VDRG多态性与OP相关性的研究进展作一综述。
  1 维生素D受体
  维生素D受体(vitamin D receptor,VDR)是一种核激素受体配体诱导转录因子,其下游靶点主要参与钙磷代谢的调节。VDR由VDRG表达,主要存在于OB、OC、骨髓干细胞、肾小管上皮细胞、甲状旁腺细胞等。1,25-(OH)2D3是体内维生素D(vitamin D,VD)重要的活性形式之一,其与不同靶细胞上的VDR结合后通过基因途径发挥不同的作用。
  OB上的VDR可促进骨桥蛋白、骨钙素的合成,促使OB分泌骨生长因子,参与骨形成和矿化等;骨髓干细胞上的VDR促进骨髓基质细胞分化为OC,参与免疫调节作用;小肠上皮细胞上的VDR诱导合成钙结合蛋白,增加Ca2+-ATP酶活性,促进肠道钙、磷、镁的吸收;甲状旁腺细胞上的VDR直接抑制甲状旁腺细胞增生、抑制甲状旁腺激素(parathyroid hormone,PTH)基因转录、抑制PTH合成和释放,VDR对骨代谢起着双向调节作用,使之处于动态平衡状态[2]。
  2 VDRG多态性与骨质疏松症
  VDRG位于12q13.11,由10个外显子和9个内含子组成,编码VDR。VDRG上有超过60个单核苷酸多态性(single nucleotide polymorphism,SNP)位点,不同的SNP位点可能导致mRNA稳定性和VDR结构发生变化。基因多态性决定了个体遗传的差异性。目前VDRG多态性研究多采用聚合酶链式反应(Polymerase Chain Reaction,PCR)和限制性内切酶片段长度多态性(restriction fragment length polymorphism,RFLP)分析技术测定VDRG的SNP位点基因型。常用的限制性内切酶有ApaI、FokI、Cdx2、TaqI和BsmI等,这些酶常被用来命名相应的多态性位点。
  骨强度主要由骨质量和骨量两方面决定,由于临床上没有评价骨质量的有效方法,因此常用BMD测定代替骨量检测来诊断OP。BMD以及各种骨代谢指标的变化与OP发病风险密切相关,因此通过研究VDRG多态性与BMD和(或)骨代谢指标的关系,就可以间接推断VDRG多态性与OP的相关性。1988年,Hughes等[3]首次证实,VDRG突变与Ⅱ型抗维生素D佝偻病相关。1992年,Morrison等[4]首次研究了澳大利亚高加索人种VDRG BsmI、EcoRV和ApaI位点多态性与BMD的相关性,其发现在91名受试者中BsmI BB基因型的骨钙素水平显著高于bb基因型,认为BsmI多态性是骨转换物和BMD多样性的预测因素。此后国内外学者针对VDRG进行了广泛的研究。
  2.1 ApaI位点多态性与骨质疏松症
  VDRG ApaI位点位于VDRG 3’端。Wu等[5]对大连市汉族人群病例对照研究发现,ApaI AA基因型者各部位BMD均高于Aa和aa基因型,aa基因型者BMD显著降低,认为ApaI多态性与汉族人群OP有相关性,但是未发现其与骨质疏松性骨折显著相关。董佑红等[6]荟萃分析表明,ApaI多态性与中国人OP发病风险有关,A等位基因携带者发生OP的可能性较小。另一项荟萃分析[7]则发现ApaI多态性与中国人OP无相关性。Yoldemir等[8]对土耳其绝经前、后妇女进行病例对照研究发现,两组不同ApaI基因型妇女的BMD均无明显差异,认为ApaI多态性对绝经后妇女BMD无显著影响。伊朗[9]、印度[10]等学者研究本国绝经后妇女同样未发现ApaI多态性与BMD有显著相关性。近期Marozik等[11]对白俄罗斯和立陶宛绝经后妇女研究显示,绝经后骨质疏松症(postmenopausal osteoporosis,PMO)组携带ApaI CC基因型(36.9%)显著高于正常对照组(22.1%),对照组携带ApaI A等位基因的概率(56.4%)高于PMO组(40.6%),认为CC基因型与PMO风险增加显著相关。Uitterlinden等[12]对欧洲9个研究小组共26 242名参与者进行前瞻性多中心大规模关联研究,结果未发现任何VDRG基因型与高加索人种腰椎骨密度(lumbar bone mineral density,LBMD)、股骨颈骨密度(femoral neck bone mineral density,FNBMD)及骨质疏松性骨折有显著相关性。墨西哥学者[13]的研究得出类似结论。同时国内有荟萃分析[14]研究也未发现ApaI多态性对亚洲绝经后妇女BMD有显著影响。   2.2 FokI位点多态性与骨质疏松症
  VDRG FokI位点位于VDRG第2外显子,此位点是已知VDRG中唯一可改变氨基酸序列长度的位点,当FokI位点发生突变时,可导致翻译出的蛋白质氨基酸数目减少。吴昌新等[15]对海南省黎族老人的研究发现,携带FokI Ff、ff基因型的受试者患OP的风险分别是携带FF基因型者的1.13、1.64倍,认为FokI多态性与OP风险相关。相反,伊朗学者[16]研究本国绝经后妇女发现,ff基因型者BMD均比其他基因型高,携带ff基因型者发生OP的概率是其他基因型的87%,认为FokI多态性与PMO显著相关,而在男性和绝经前妇女中则未发现明显相关性。Zhang等[14]对亚洲绝经后妇女进行的一项研究显示,f等位基因与LBMD降低显著相关,认为FokI多态性与亚洲绝经后妇女OP有关。多项针对高加索人的荟萃分析[14,17]发现,FokI多态性与高加索绝经后妇女BMD、骨质疏松性骨折均无显著相关性。
  2.3 Cdx2位点多态性与骨质疏松症
  VDRG Cdx2位点位于VDRG 5’端启动子区。目前研究认为此位点是VDRG在小肠细胞中表达的关键决定因素,与VDR的激活和钙吸收相关。Arai等[18]研究后发现携带Cdx2 G等位基因的VDRG启动子转录活性是携带Cdx2 A等位基因启动子转录活性的70%;经病例对照研究发现,日本绝经后妇女中GG、AG基因型受试者的LBMD较AA基因型者分别降低23%和20%,提示Cdx2多态性与日本绝经后妇女BMD相关,在绝经前妇女中则未发现这种相关性。而肠道对VD的耐药性与雌激素缺乏相关,雌激素替代治疗可逆转VD抵抗,这可能是雌激素抗OP的主要机制之一。因此绝经前雌激素的作用可能掩盖了Cdx2多态性对BMD的作用。
  Mencej-Bedrac等[19]对斯洛文尼亚女性研究发现,绝经前妇女中Cdx2多态性与FNBMD和全髋骨密度(total hip bone mineral density,THBMD)相关,PMO组妇女Cdx2多态性与FNBMD相关,非OP组则没有发现此相关性。此结论与Arai等[18]的研究结果有很大相似性。考虑前者绝经前妇女人数(57例)约为绝经后两组妇女人数(PMO组、非OP组各239例、228例)的1/4,因此若增加绝经前受试者数量,绝经前妇女Cdx2多态性与BMD的关系可能会有不同;非OP组未发现Cdx2多态性与FNBMD相关,考虑可能与非OP组雌激素水平较高有关。乌克兰学者[20]对本国绝经后妇女研究发现,对照组Cdx2主要基因型AA是PMO组的2.9倍,而PMO组中次要基因型GG则是对照组的5.4倍,并且次等位基因G的存在与PTH、磷、镁、碱性磷酸酶活性增加有关,与睾酮、孕酮、血钙水平降低有关。Zhang等[14]荟萃分析未发现高加索人、亚洲人Cdx2基因型与PMO妇女BMD有显著相关性。
  2.4 TaqI位点多态性与骨质疏松症
  VDRG TaqI位于VDRG 3’端。Ahmad等[10]对北印度绝经后妇女进行研究后发现,TT基因型妇女腰椎、髋部的平均BMD显著降低,PMO组TT基因型和T等位基因频率较对照组显著增高,结果有统计学意义。伊朗学者[9]研究发现本国45岁以上女性TaqI多态性与FNBMD显著相关,与LBMD无关,TT基因型者FNBMD最低。乌克兰研究人员[20]发现TaqI多态性与本国PMO妇女相关,其中对照组TaqI主要基因型CC是PMO组的3.4倍,而PMO组的次要基因型TT是对照组的3.4倍,CC基因型携带者OP发生风险降低82%,TT基因型者OP发生风险增加5.4倍。土耳其学者[8]对本国绝经后妇女研究后未发现TaqI多态性与OP相关。国内几项荟萃分析[14,17]发现TaqI多态性与高加索人BMD或骨质疏松性骨折无关。
  2.5 BsmI位点多态性与骨质疏松症
  VDRG BsmI位于VDRG 3’端,参与调节mRNA的稳定性。Pedrera-Canal等[21]对接受抗OP治疗的456例西班牙PMO妇女进行了长达5年的队列研究,结果发现指骨定量超声测量值变化与BsmI基因型无显著相关性,即BsmI多态性对受试者骨量变化无显著影响。伊朗学者[9]研究发现本国中老年女性BsmI多态性與FNBMD显著相关,与LBMD无关,且BsmI bb基因型携带者FNBMD最低。有荟萃分析[7]表明BsmI多态性与中国人OP无相关性;同时有研究[17]显示BsmI多态性与高加索绝经后女性BMD或骨质疏松性骨折无关。而Zhang等[14]荟萃分析发现BsmI多态性与亚洲人PMO发生风险相关,但另一项荟萃分析[6]则得出相反结论。
  3 单倍型与骨质疏松症
  近期Marozik等[11]对白俄罗斯和立陶宛绝经后妇女的研究发现,PMO组和对照组ApaI(A/C)、BsmI(A/G)和TaqI(T/C)位点SNP基因型和等位基因频率有统计学意义,同时三个位点存在较强的连锁不平衡(linkage disequilibrium,LD),D值接近1,P=0.01,这表明这些SNP位点倾向于联合遗传的可能。PMO组和对照组中最常见的两个单倍型组合依次为A-A-T(36.8%)和C-G-C(32.4%),这与意大利[22]女性的单倍型组合频率非常接近。A-A-T单倍型在对照组(46%)显著高于PMO组(26.7%),C-G-C单倍型在PMO组(43.2%)显著高于对照组(237%),其他单倍型在两组中则无显著差异。
  4 总结与展望
  综上,对不同种族甚至对同一地区人群的研究尚未得出一致的结论,综合分析考虑与以下因素有关:种族和生存环境差异、其他基因或相同基因不同SNP位点的影响、受试者更年期状况差异、样本入选标准与排除标准差异、样本量不足以及实验室条件差异等。另外,一般研究常将位于相近区域的SNP位点(如ApaI、TaqI和BsmI位点)分开研究,较少尝试将其联合进行单倍型研究。对于不同学者荟萃分析结果的差异,考虑有以下影响因素:临床研究组因各种影响因素导致研究结果差异;临床研究组的统计学数据可能不完整;将相关数据纳入荟萃分析的标准存在差异;不同研究中原始数据的组合可能对基因型的合并、分配产生影响。   目前進行有限样本的单独研究意义可能已经不大,考虑需要国内甚至多国合作采取大样本、大数据研究,而且有必要联合统计学专家,制定统一研究标准,尽可能将混杂因素影响降至最低,同时有必要扩大候选基因研究范畴,开展SNP连锁不平衡及单倍型研究。骨科每年收治大量骨质疏松性骨折的老年患者,作为一个不断增长的、全球性的骨骼健康问题,OP给患者、家庭和社会带来了巨大的经济负担。我国已经进入老龄化社会,并以非常快的速度逼近老龄社会,因此,进行OP相关基因研究及分子途径的鉴定具有重要的意义,这不仅有助于从基因水平筛选可能患病的高危人群,早期给予有效防治,降低疾病成本,也为开发新的治疗策略提供基础,给患者和国家带来益处。
  参 考 文 献
  [1] Rocha-Braz MG,Ferraz-De-Souza B.Genetics of osteoporosis: searching for candidate genes for bone fragility[J].Arch Endocrinol Metab,2016,60(4):391-401.
  [2] 肖建德,阎德文.实用骨质疏松学[M].北京:科学出版社,2012:351-352.
  [3] Hughes MR,Malloy PJ,Kieback DG,et al.Point mutations in the human vitamin D receptor gene associated with hypocalcemic rickets[J].Science,1988,242(4886):1702-1705.
  [4] Morrison NA,Yeoman R,Kelly PJ,et al.Contribution of trans-acting factor alleles to normal physiological variability: vitamin D receptor gene polymorphism and circulating osteocalcin[J].Proc Natl Acad Sci U S A,1992,89(15):6665-6659.
  [5] Wu J,Shang DP,Yang S,et al.Association between the vitamin D receptor gene polymorphism and osteoporosis[J].Biomed Rep,2016,5(2):233-236.
  [6] 董佑红,艾金伟,李德胜,等.维生素D受体基因ApaⅠ、BsmⅠ、Tru9Ⅰ位点多态性与中国人群骨质疏松症关联性的Meta分析[J].湖北医药学院学报,2015,34(6):523-531,537.
  [7] Wang QX,Zhao SM,Zhou YB,et al.Lack of association between vitamin D receptor genes BsmI as well as ApaI polymorphisms and osteoporosis risk: A pooled analysis on Chinese individuals[J].Int J Rheum Dis,2018,21(5):967-974.
  [8] Yoldemir T,Yavuz DG,Anik G,et al.Vitamin D receptor gene polymorphisms in a group of postmenopausal Turkish women: association with bone mineral density[J].Climacteric,2011,14(3):384-391.
  [9] Dehghan M,Pourahmad-Jaktaji R.The Effect of Some Polymorphisms in Vitamin D Receptor Gene in Menopausal Women with Osteoporosis[J].J Clin Diagn Res,2016,10(6):RC06-10.
  [10] Ahmad I,Jafar T,Mahdi F,et al.Association of vitamin D receptor gene polymorphism (TaqI and Apa1) with bone mineral density in North Indian postmenopausal women[J].Gene,2018,659:123-127.
  [11] Marozik PM,Tamulaitiene M,Rudenka E,et al.Association of Vitamin D Receptor Gene Variation With Osteoporosis Risk in Belarusian and Lithuanian Postmenopausal Women[J].Front Endocrinol (Lausanne),2018,9:305.
  [12] Uitterlinden AG,Ralston SH,Brandi ML,et al.The association between common vitamin D receptor gene variations and osteoporosis: a participant-level meta-analysis[J].Ann Intern Med,2006,145(4):255-264.
  [13] Castelan-Martinez OD,Vivanco-Munoz N,Falcon-Ramirez E,et al.[Apa1 VDR polymorphism and osteoporosis risk in postmenopausal Mexican women][J].Gac Med Mex,2015,151(4):472-476.   [14] Zhang L,Yin X,Wang J,et al.Associations between VDR Gene Polymorphisms and Osteoporosis Risk and Bone Mineral Density in Postmenopausal Women: A systematic review and Meta-Analysis[J].Sci Rep,2018,8(1):981.
  [15] 吴昌新,吴国志,王 晖,等.维生素D受体基因多态性与黎族老年骨质疏松的易感性[J].中国老年学杂志,2015,35(18):5254-5255.
  [16] Mohammadi Z,Keshtkar A,Fayyazbakhsh F,et al.Prevalence of osteoporosis and vitamin D receptor gene polymorphisms (FokI) in an Iranian general population based study (Kurdistan) (IMOS)[J].Med J Islam Repub Iran,2015,29:238.
  [17] Shen H,Xie J,Lu H.Vitamin D receptor gene and risk of fracture in postmenopausal women: a meta-analysis[J].Climacteric,2014,17(4):319-324.
  [18] Arai H,Miyamoto KI,Yoshida M,et al.The polymorphism in the caudal-related homeodomain protein Cdx-2 binding element in the human vitamin D receptor gene[J].J Bone Miner Res,2001,16(7):1256-1264.
  [19] Mencej-Bedrac S,Prezelj J,Kocjan T,et al.The combinations of polymorphisms in vitamin D receptor,osteoprotegerin and tumour necrosis factor superfamily member 11 genes are associated with bone mineral density[J].J Mol Endocrinol,2009,42(3):239-247.
  [20] Ziablitsev DS,Larin OS.Influence of single nucleotide polymorphisms of vitamin D receptor-gene on the level of osteoassociated hormones linkage with postmenopausal osteoporosis[J].Fiziol Zh,2015,61(5):21-27.
  [21] Pedrera-Canal M,Moran JM,Vera V,et al.Lack of Influence of Vitamin D Receptor BsmI (rs1544410) Polymorphism on the Rate of Bone Loss in a Cohort of Postmenopausal Spanish Women Affected by Osteoporosis and Followed for Five Years[J].PLoS One,2015,10(9): e0138606.
  [22] Colombini A,Brayda-Bruno M,Lombardi G,et al.BsmI,ApaI and TaqI Polymorphisms in the Vitamin D Receptor Gene (VDR) and Association with Lumbar Spine Pathologies: An Italian Case-Control Study[J].PLoS One,2016,11(5):e0155004.
  (收稿日期:2019-02-22 修回日期:2019-03-02)
  (編辑:潘明志)
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