非创伤性股骨头坏死基因多态性的研究进展

王元 王建忠

[摘要] 非创伤性股骨头坏死（non-traumatic osteonecrosis of the femoral head， NONFH）的病因有很多种，但无论是哪种病理过程最终均会导致骨细胞的死亡。近年来有研究表明，非创伤性股骨头坏死与遗传易感因素有关。本文就血管内皮活性、凝血异常、脂类代谢异常、细胞因子和膜联蛋白家族相关热点基因与非创伤股骨头坏死关系的新进展做一简要综述，并对其研究前景进行展望。

[关键词] 非创伤性股骨头坏死；基因多态性；遗传易感性；研究进展

[中图分类号] R681.8 [文献标识码] A [文章编号] 1673-9701（2015）26-0157-04

Advances in research of gene polymorphisms in non-traumatic osteonecrosis of the femoral head

WANG Yuan1，2 WANG Jianzhong2

1.Inner Mongolia Medical University， Hohhot 010010， China； 2.Department of Orthopedics， the Second Affiliated Hospital of Inner Mongolia Medical University， Hohhot 010030， China

[Abstract] Non-traumatic osteonecrosis of the femoral head（ONFH） is a disease with multiple aetiologies with the death of osteocytes as the end stage of different pathological processes. Previous researches revealed that the non-traumatic osteonecrosis of femoral head associated with genetic susceptibility. The related research progresses were reviewed in this article to show the relationship vascular endothelial growth， coagulopathy， abnormal lipid metabolism， cytokine， annexins and susceptibility to non-traumatic ONFH. The article also discussed current problems and research prospect.

[Key words] Non-traumatic osteonecrosis of the femoral head； Genetic susceptibility； Gene polymorphisms； Advances in reseach

非创伤性股骨头坏死（non-traumatic osteonecrosis of the femoral head，NONFH）是由于股骨头前上后侧血液供应中断导致股骨头关节软骨进行性塌陷，以骨坏死为主要特征的退行性疾病。据可靠统计[1-2]，ONFH一般发生在30～50岁的青壮年，在中国，大约有500万～750万的股骨头坏死（osteonecrosis of the femoral head， ONFH）的患者需要医治，每年新增病例为15万～20万；在美国和欧洲，每年有10%ONFH的患者要行全髋关节置换术，而这也严重影响了患者的生活质量。面对这一棘手问题，越来越多的学者从多个角度关注非创伤性ONFH相关的危险因素。结果发现，激素的使用、大量饮酒、系统性红斑狼疮、血红蛋白病、骨髓移植等均与非创伤性ONFH有关[3]。而在分子遗传学领域，更多与非创伤性ONFH相关的易感基因被报道出来，证实了多种基因在非创伤性ONFH的发生发展中的作用，为早期治疗和诊断提供了理论依据。该研究就基因多态性与非创伤性ONFH患者关系的新进展及其前景展望做如下综述。

1 血管内皮活性相关基因

血管内皮活性相关基因作用于血管内皮细胞使其分裂，促进血管内皮，细胞分泌胰岛素样的生长因子，也能促进血管的生长和侧支循环的建立，促进成骨细胞生长。

1.1 血管内皮生长因子

血管内皮生长因子（vascular endothelial growth factor，VEGF）是血管生成的重要调解者，而血管的生成是许多组织愈合、骨再生的重要生理过程，在血管内皮细胞的迁移，增殖和渗透等方面均起着关键的作用，特别是骨的再生、软骨形成和血管浸润。除此之外，Radke等[4]发现VEGF在ON的水肿区与ON区之间高度表达，并加强了ON区和缺血区的血液流动。在ONFH方面的研究中，

2008年，Kim等[5]首次报道了VEGF-634G/C的基因多态性增加了韩国人群激素性ONFH的易感性，低诱导的VEGF单体型增加了罹患ONFH的风险，高诱导的VEGF单体型减少了罹患ONFH的风险。2012年，Liu等[6]研究了220例非创伤性ONFH患者发现，VEGF-634G/C的基因多态性与中国人群非创伤ONFH同样具有显著的相关性。两项研究表明，非创伤ONFH的中国人群和韩国人群在VEGF的基因多态性方面存在共同性，但两者的样本数量均过小，结果还需要大样本量进行确认。

1.2 低氧诱导因子

低氧诱导因子（hypoxia-inducible factor-1α，HIF-1α）在骨的重建再生方面，以VEGF作为靶基因，与细胞存活、血管生成和创伤组织的愈合都有着直接的关系[7]。Hong等[8]选取460例ONFH韩国患者，其中包括酒精性ONFH 215例，先天型ONFH 186例，激素性ONFH 59例，在HIF-1α作用下的VEGFC基因提高了酒精性和先天型ONFH的风险，而激素性ONFH并没有显著性，是否与相对较少的样本有关，需要进一步研究。Komatsu等[9]研究发现，VEGF与HIF-1α的基因多态性和ONFH有显著的相关性。然后，基因间的相互作用是如何通过血管生成和低氧去影响ONFH并没有表明，在以后的实验中仍需要明确这个问题。

1.3 内皮氮氧化合酶

内皮氮氧化合酶（endothelial nitric oxide synthase，eNOS）合成一氧化氮（nitric oxide，NO），NO在维持体内平衡、脉管系统和骨的转化方面都有着重要的作用，并可以抑制血小板的活性、粘附和聚集[10]。在2006年，Koo等[11]首次报道了eNOS基因多态性与ONFH在韩国人群中具有显著相关性，选取了103例非创伤性ONFH患者，包括先天型ONFH 50例、激素性ONFH 29例、酒精性ONFH 24例，结果发现非创伤患者的病例对照组中，4a等位基因的频率明显高于对照组，在先天性ONFH中，4a/b基因型的频率明显高于对照组。Gagala等[12]研究了68例ONFH波兰患者，其中先天型ONFH 45例、继发性ONFH 23例，结果显示，在全部的ONFH病例对照中，4a等位基因的频率明显高于对照组，与在韩国人群中的研究结果是一致的。在亚组分析中，4a/b基因型的频率在先天型ONFH，继发性ONFH中均高于对照组。

2 凝血异常相关基因

1992年，Jones等[13]首次发现高凝血状态是股骨头坏死的一个致病因素，同时提出血管内凝血这一中间机理是可能成为骨坏死发生的共同通路，血管内凝血使骨内纤维蛋白血栓形成和骨髓内出血，从而导致非创伤性骨坏死。

2.1 纤溶酶原激活物抑制剂基因

纤溶酶原激活物抑制剂基因（plasminogen activator inhibitor-1，PAI-1）在凝血和纤溶蛋白系统中发挥着重要的作用。Glueck 等[14]首次报道了PAI-1基因4G/4G的基因型在ONFH中的比例为41%，而在正常对照组中为20%。Kim等[15]选取206例NOFH韩国患者，包括先天型ONFH 98例、激素性ONFH 72例、酒精性ONFH 36例，结果显示rs1799889的4G等位基因、rs2227631的A等位基因、和rs11178的C等位基因都会增加ONFH的患病风险。再进行亚组分析发现，rs2227631（A）and rs11178（C）会增加先天型ONFH的风险，rs1799889（4G）and rs11178（C）会增加酒精性ONFH的风险，这样的结果也进一步说明PAI-1的多态性与ONFH具有相关性。Ferrari等[16]对228例肾移植术后26例患有ONFH的患者进行研究，结果示4G/4G基因型导致的低纤是肾移植后ONFH的重要发病原因，且在持续性的甲状旁腺功能亢进和肥胖的患者更加明显。因此，肾移植术后早期抗凝血的干预研究对于肾移植术后激素性ONFH的预防意义重大。

2.2 甲基四氢叶酸还原酶

甲基四氢叶酸还原酶（methylenetetrahydrofolate reductase，MTHFR）在同型半胱氨酸再次甲基化中有着重要的作用，高同型半胱氨酸血症是血栓形成的独立危险因素。Chang等[17]研究71例ONFH韩国患者，包括51例酒精性ONFH、18例先天型ONFH、1例激素性ONFH、1例减压病ONFH，结果发现MTHFR C677T基因多态性与ONFH具有显著的相关性，但是可能由于样本量太小的原因，很难解释本次实验C/T杂合子与ONFH相关，T/T杂合子与ONFH却不相关。随后，Kim等[18]增大了样本量，选取了443例韩国ONFH患者，基于无条件的逻辑回归模型与单体型分析，均未发现MTHFR与ONFH具有显著的相关性。MTHFR基因与ONFH的相关性需要进一步确认。

3 脂类代谢异常相关基因

脂类代谢紊乱是导致股骨头坏死的重要机制，高脂血症会影响股骨头的微循环、骨内微血栓的形成、血液凝集系统。激素作用下脂肪分解，血中游离脂肪酸增多，从而使血管内皮受损，胶原暴露，激活内源性凝血途径，使纤维蛋白血小板血栓形成。载脂蛋白A（apolipoproteinA1，ApoA1）和载脂蛋白B（apolipoproteinB，ApoB）是脂代谢的重要蛋白。

3.1 载脂蛋白A1

载脂蛋白A1（apolipoprotein A1，Apo A1）是高密度脂蛋白的重要组成部分，通过调节酶，受体活性和甘油二酯/蛋白激酶通路，从而调节血浆中高密度脂蛋白代谢和胆固醇的转运。ApoA1基因结构改变会影响载脂蛋白A1分子结构，及其释放入血的含量。因此，也会引起血中高密度脂蛋白胆固醇的水平，一些脂质紊乱相关的疾病很容易发生。ApoA1最重要的一个功能是将组织中多余的胆固醇与高密度脂蛋白胆固醇结合，反向运肝脏，从而表现为抗动脉粥样硬化的作用[19]。Yin等[20]研究了429例ONFH中国患者，结果发现ApoAI的AA基因型的频率在病例组中是50.1%，对照组为46.2%（P<0.001），GA基因型的频率在病例组中是17.1%，对照组为31%（P<0.001），A等位基因的突变与ONFH有显著的相关性。

3.2 载脂蛋白B

载脂蛋白B（apolipoprotein B，Apo B）是胆固醇、极低密度脂蛋白、中密度脂蛋白的组成成分、低密度脂蛋白的结构蛋白。Apo B最主要的功能是联合胆固醇形成低密度脂蛋白，识别低密度脂蛋白受体，在脂质转运和代谢方面有着重要作用[20]。Hirata等[21]研究158例日本肾移植患者，其中有34例被诊断为肾移植后激素性ONFH，ApoB基因的7623TT或CT基因型在激素性ONFH的频率明显高于对照组（P=0.033），同时也发现在病例组中ApoB/ApoA1的高比值与ONFH有着显著的正相关（P=0.045）。但在C7623T位点T的等位基因突变，病例组中的6例发展为ONFH，7例并没有发展为ONFH。在没有T等位基因突变的情况下，病例组的27例发展为ONFH，115例却没有。这样的结果可能与多样基因、环境的共同作用相关，除了C7623T位点的突变，还有其他位点或者基因有着协同作用，此次研究还没有发现。

4 细胞因子相关基因

细胞因子（cytokines）是具有生长、分化和激活分泌过剩的功能蛋白，且可以调控免疫应答和免疫细胞。同时会根据细胞来源、靶点和进行免疫应答的特殊阶段发挥不同功能[22]。Samara等[23]选取了112例希腊ONFH患者，IL-1α的CT基因型频率在病例组为51.8%；TNF-a的GA基因型频率在病例组为10.8%；IL-10的GG基因型频率在病例组为16.2%，三者结果均高于对照组。IL-1α，TGF-β，IL-10和TNF-a与ONFH同样具有相关性。Cytokines在为ONFH的预后和治疗方面也提供了有效安全的指导。

5 膜联蛋白家族相关基因

膜联蛋白家族（Annexins，ANXs）通过钙依赖方式结合磷脂为特征的一种蛋白家族，在体外实验中表明ANXs有着不同的生理学功能，包括信号的传导、细胞凋亡、抑制血栓凝集和抑制磷脂酶A2[24]。Kim等[25]研究443例ONFH韩国患者与ANXs家族基因52个位点之间的相关性，结果发现在多种模型下，ANXA6基因的rs9324679，rs9324677，rs10037814和rs11960458与ONFH具有显著性的关联（P的范围：0.0007～0.049，比值比：0.63～1.72）。在单体型分析中也发现与ONFH相关的危险因素（P的范围：0.0005～0.049，比值比：0.44～1.76）。虽然本实验的样本量不大，但此结果有助于从新的角度对ONFH早期阶段和高危个体进行评估，进而早期干预防治病情恶化。

6 展望

非创伤性ONFH的发病机制目前还不清楚，需要新的研究思路和方法进行探索。近年来，基因多态性与非创伤性ONFH之间的关系越来越得到认可，为解释ONFH的病因，病理方面及其疾病的早期诊断提供了新的思路。ONFH是一种复杂疾病，由多种因素共同作用的结果，仅凭单纯运用某一种方式去解释病因，显然是不全面的。不是所有长期饮酒者、应用激素或是具有易感基因型的人都会患股骨头坏死，遗传因素和环境之间的交互作用也是患病重要方面。基因多态性与疾病相关性研究需要在大规模样本，不同民族和不同地域中不断确认提高结果的准确性，为进一步了解ONFH发病机理，早期诊断和早期治疗提供依据。尽管还存在不足，但我们有理由相信，随着科研水平的提高，医疗技术的优化，在不远的将来，基因多态性在ONFH领域会带来更多新的启示。

[参考文献]

[1] 李子荣. 科学诊断和治疗股骨头坏死[J]. 中国修复重建外科杂志，2005，19（9）：685-686.

[2] Gagala J，Buraczynska M，Mazurkiewicz T，et al. Endothelial nitric oxidesynthase gene intron 4 polymorphism in non-traumatic osteonecrosis of femoral head[J]. Int Orthop，2013，37（7）：1381-1385.

[3] Zhang Y，Kong X，Wang R，et al. Genetic association of the Pglycoprotein gene ABCB1 polymorphisms with the risk for steroid-induced osteonecrosis of the femoral head in Chinese population[J]. Mol Biol Rep，2014，41（5）：3135-3146.

[4] Radke S，Battmann A，Jatzke S，et al. Expression of the angiomatrix and angiogenic proteins CYR61，CTGF，and VEGF in osteonecrosis of the femoral head[J]. J Orthop Res，2006，24（5）：945-952.

[5] Kim TH，Hong JM，Lee JY，et al. Promoter polymorphisms of the vascular endothelial growth factor gene is associated with an osteonecrosis of the femoral head in the Korean population[J]. Osteoarthritis Cartilage，2008，16（3）：287.

[6] Liu B，Cao Y，Wang D，et al. Vascular Endothelial Growth Factor-634G/C Polymorphism Associated with Osteonecrosis of the Femoral Head in a Chinese Population[J]. Genet Test Mol Biomarkers，2012，16（7）：739-743.

[7] Ding H，Gao YS，Hu C，et al. HIF-1α transgenic bone marrow cells can promote tissue repair in cases of corticosteroid-induced osteonecrosis of the femoral head in rabbits[J]. PLo S One，2013，8（5）：e63628.

[8] Hong JK，Kim TH， Kim HJ，et al. Genetic association of angiogenesis-and hypoxia-related gene polymorphisms with osteonecrosis of the femoral head[J]. Exp Mol Med，2010，42（5）：376-385.

[9] Komatsu DE，Bosch-Marce M，Semenza GL，et al. Enhanced bone regeneration associated with decreased apoptosis in mice with partial HIF-1alpha deficiency[J]. J Bone Miner Res，2007，22（3）：366-374.

[10] Glueck CJ，Friedman J，Hafeez A，et al. Hypofibrinolysis，thrombophilia， osteonecrosis[J]. Blood Coagul Fibrinolysis，2014，25（7）：683-687.

[11] Koo KH，Lee JS，Lee YJ，et al. Endothelial nitric oxide synthase gene polymorphisms in patients with nontraumatic femoral head osteonecrosis[J]. J Orthop Res， 2006， 24（8）：1722-1728.

[12] Gagala J，Buraczynska M，Mazurkiewicz T，et al. Endothelial nitric oxide synthase gene intron 4 polymorphism in non-traumatic osteonecrosis of the femoral head[J]. Int Orthop，2013，37（7）：1381-1385.

[13] Jones JP. Intravascular coagulation and osteonecrosis[J].Clin Orthop Relat Res，1992，27（7）：41-53.

[14] Glueck CJ，Fontaine RN，Gruppo R，et al. The plasminogen activator inhibitor-1 gene，hypofibrinolysis，and osteonecrosis[J]. Clin Orthop Relat Res，1999，34（6）：133-146.

[15] Kim H，Cho C，Cho Y，et al. Significant associations of PAI-1 genetic polymorphisms with osteonecrosis of the femoral head[J]. BMC Musculoskelet Disord，2011，12（2）：160.

[16] Ferrari P，Schroeder V，Anderson S，et al. Association of plasminogen activator inhibitor-1 genotype with avascular osteonecrosis in steroid-treated renal allograft recipients[J]. Transplantation，2002，74（8）：1147-1152.

[17] Chang JD，Hur M，Lee SS，et al. Genetic background of nontraumatic osteonecrosis of the femoral head in the Korean population[J]. Clin Orthop Relat Res，2008，466（5）：1041-1046.

[18] Kim TH，Hong JM，Kim HJ，et al. Lack of association of MTHFR gene polymorphisms with the risk of osteonecrosis of the femoral head in a Korean population[J]. Mol Cells，2010，29（4）：343-348.

[19] Phemister DB. The classic：Repair of bone in the presence of aseptic necrosis resulting from fractures，transplantations，and vascular obstruction[J]. Clin Orthop Relat Res，2008，466（5）：1021-1033.

[20] Yin JM，Liu Z，Zhao SC，et al. Relationship between the Apolipoprotein AI，B gene polymorphism and the risk of non-traumatic osteonecrosis[J]. Lipids Health Dis，2014， 13（3）：149.

[21] Hirata T，Fujioka M，Takahashi KA，et al. ApoB C7623T polymorphism predicts risk for steroid-induced osteonecrosis of the femoral head after renal transplantation[J].J Orthop Sci，2007，12（3）：199-206.

[22] Borish LC，Steinke JW. Cytokines and chemokines[J]. Allergy-Clin Immunol， 2003，111（2 Suppl）：S460-475.

[23] Samara S，Kollia P，Dailiana Z，et al. Predictive role of cytokine gene polymorphisms for the development of femoral head osteonecrosis[J]. Dis Markers，2012，33（4）：215-21.

[24] Xiao Z，Camalier CE，Nagashima K，et al. Analysis of the extracellular matrix vesicle proteome in mineralizing osteoblasts[J]. J Cell Physiol，2007，210（2）：325-35.

[25] Kim TH，Hong JM，Shin ES，et al. Polymorphisms in the Annexin gene family and the risk of osteonecrosis of the femoral head in the Korean population[J]. Bone， 2009，45（1）：125-131.

（收稿日期：2015-07-16）