脊柱后纵韧带骨化的基因学研究进展*

王 鹏 综述 刘晓光 滕 泽 审校

(北京大学第三医院骨科，北京 100083)

·文献综述·

脊柱后纵韧带骨化的基因学研究进展*

王 鹏 综述 刘晓光**滕 泽 审校

(北京大学第三医院骨科，北京 100083)

脊柱后纵韧带骨化的发生是由环境、基因等多因素造成的。随着基因学研究的深入，目前认为基因突变是诱发后纵韧带骨化的重要因素。尽管目前在后纵韧带骨化疾病的基因学研究方面取得了一定的进展，但是仍然还未有确切基因显示与后纵韧带骨化关系密切，后纵韧带骨化的发病机制还需要进一步的探索。

后纵韧带； 骨化； 基因学

后纵韧带骨化(ossification of the posterior longitudinal ligament，OPLL)是椎旁韧带的病理性异位骨化疾病，脊髓和神经根的慢性受压可导致脊髓压迫症状及神经根病。OPLL疾病研究始于20世纪60年代，胸椎OPLL的发现较颈椎晚，直到1972年Nagashima[1]报道胸椎OPLL可以引起胸椎管狭窄症，胸椎OPLL才逐渐引起重视。OPLL疾病的基因学研究始于20世纪七八十年代，目前绝大部分研究成果来自日本学者。

由于OPLL的起病隐匿，发病进展缓慢，临床表现可以从无症状到严重压迫。该病主要发生在东北亚地区，日本流行病学调查[2]显示，该病的患病率为1.9%～4.3%，远远高于欧洲和美国地区的0.01%～1.7%。国内流行病学调查[3]显示，该病在中国北方地区颈肩痛患者中的发生率为0.44%～8.92%。Tsuji等[4]2016年报道的日本流行病学调查显示，男女的患病比率为2.7∶1，患病年龄主要是>40岁的人群。该病70%发生在颈椎，15%发生在胸椎[5]。OPLL在影像学的形态特征主要分为以下四型[6]：孤立型；节段型；连续型；混合型。OPLL的发生是遗传(多基因遗传)和环境(营养、糖尿病、肥胖)等多因素控制的疾病[7,8]。

OPLL是脊柱外科领域的高风险手术，国内外文献报道术后出现症状加重及并发症率达9.6%～40.8%[9～11]。由于OPLL手术操作复杂且风险极高，而且学者对于术式和手术时机的选择尚存在较大争议，因此困扰临床医生对该病制定出及时有效的治疗方案。随着近年遗传实验技术的不断发展以及通过测序对人类基因组的更深刻理解和更具体的研究，基因突变诱发OPLL的观点是目前研究的热点。对于OPLL的基因遗传学研究，可能帮助我们深入认识该病的内在发生发展机制，寻找评估胸椎OPLL严重程度及疾病进展可能性指标，对于疾病的早期发现和诊断以及探索除手术治疗以外的其他辅助治疗手段有重要意义。目前OPLL基因学研究手段方法主要有全基因组关联分析(genome-wide association study，GWAS)、全基因组连锁研究、基因测序关联研究等。本文就近年来OPLL发病的基因学研究进展进行综述。

1 家族性遗传规律研究

1989年Terayama[12]观察到OPLL患者的后代患病率为26.15%，患者兄妹间的患病率为28.89%，家庭成员间的患病率显著高于普通人群，并就此展开了OPLL家族遗传学方面的研究。他认为OPLL的遗传方式不是传统的常染色体显性或隐性遗传，而可能是单基因遗传疾病，最有可能的遗传方式是常染色体不完全显性遗传。但Karasugi等[13]认为OPLL的家族遗传方式是典型的常染色体隐性遗传。尽管迄今为止OPLL家族遗传方式仍然是不确定的，但OPLL的家族性遗传背景证明该病的发生与基因学有关[14]。

2 人类白细胞抗原单体型研究

人类白细胞抗原(human leukocyte antigen，HLA)分析是研究有遗传背景疾病的有效方法。Sakou等[15]研究OPLL患者家属的HLA单体型，观察到有3种HLA单体型在普通人群中非常罕见，且患者亲属中同样有OPLL的人与此OPLL患者往往有2个相同的HLA单体型，而无OPLL的亲属与OPLL患者只有1个相同的HLA单体型，因此认为OPLL的发生与遗传有关。这些研究提示OPLL的易感基因可能在同样编码HLA基因的6号染色体上。

3 Toll样受体

由于OPLL患者常伴有脊髓损伤，与机体炎症反应有关的Toll样受体(Toll-like receptors，TLR)引起了OPLL基因学研究人员的兴趣。TLR是参与非特异性免疫(天然免疫)的一类重要蛋白质分子，是非特异性免疫重要的组成部分，也是连接非特异性免疫和特异性免疫的桥梁。目前，在人类中已经发现的人TLRs家族成员有10个。TLR可以通过激活核因子κB(NF-κB)刺激肿瘤坏死因子(tumor necrosis factor-α，TNF-α)的产生。

Chung等[16]于2011年对166例OPLL和231例正常对照组进行的病例对照研究显示，TLR5与OPLL的发生无关(P>0.05)。He等[17]对TLRs家族进行研究，认为TLR通路是最有可能参与OPLL发生的通路(P=0.004)，TLR1、TLR5、TLR7是OPLL发生的易感基因。

4 骨形态发生蛋白基因研究

骨形态发生蛋白(bone morphogenetic proteins，BMP)基因是多功能性生长因子，能使未分化的间充质细胞定向分化为成骨细胞，并进而合成胶原，形成钙化的骨组织[18]。

Furushima等[19]对参与骨代谢的88个基因进行广泛的非参数连锁研究，结果显示BMP-4基因是OPLL发生的易感基因，但未进行多态性的相关研究。Wang等[20]针对北京地区汉族人群57例OPLL与135例正常对照组BMP-2基因exons2区2个单核苷酸多态性(single nucleotide polymorphisms,SNPs)的研究显示，OPLL组中Ser37Ala(T/G)的发生率显著高于正常对照组(P<0.001)，Ser87Ser(A/G)多态性中G等位基因与OPLL发生的严重程度有关(P<0.001)。Yan等[21]通过对420例中国北方汉族OPLL的对照分析，认为BMP-2基因是OPLL的易感基因，并且Smad蛋白信号通路在其中起到了重要作用。BMP的表达与机械应力作用有关。Tanno等[22]对培养的脊髓韧带进行周期性拉伸，增加了碱性磷酸酶、BMP以及BMP受体表达。与颈椎OPLL相比，胸椎由于胸廓的限制活动度远小于颈椎，所受局部生物应力影响低于颈椎，提示在胸椎OPLL易感基因研究中，BMP表达的阳性率低于颈椎OPLL。而Kim等[5]针对韩国OPLL患者与患者家属的对照研究显示，BMP-2基因与OPLL疾病发生没有关系(P>0.05)。

5 转化生长因子研究

转化生长因子(transforming growth factor，TGF)在骨代谢中起到重要的作用，参与骨的生长。Kawaguchi等[23]认为BMP-2和TGF-β均在邻近OPLL的软骨区域的骨化基质和软骨细胞中表达，但不会出现在非OPLL的区域中。BMP-2可能在异位骨化发生过程中刺激间充质细胞分化中起重要作用，TGF-β可能在异位骨化的晚期阶段在刺激骨形成中起重要作用。Kamiya等[24]对46例颈椎OPLL的研究显示，在日本人群中TGF-β1基因的T869→C多态性是OPLL易感的遗传决定因素，等位基因C是OPLL易感的危险因素。而Han等[25]针对TGF-β1基因的2个SNPs位点promoter(-509C>T; rs1800469)和exon 1(869T>C; rs1982073)进行对照研究，结果显示这2个SNPs在韩国人中均与OPLL的发生无关(P>0.05)。Kudo等[26]将OPLL患者分为颈椎组、颈胸腰任意位置组及正常对照组进行对照分析，结果显示TGF-β1等位基因与OPLL的发生以及发生的位置没有显著关系(P>0.05)，等位基因C是颈胸腰任意位置发生OPLL的危险因素(P=0.0142)。韩国Jekarl等[27]针对TGF-β2基因的病例对照研究(21例OPLL，42例正常对照)显示，既往研究的455-4T→A和571G→A在OPLL组的发生率显著高于正常对照组(P=0.024)，并且还在所有OPLL患者intron 1区域检测到95-35C→T新突变。Horikoshi等[28]于2006年发表的大规模的OPLL病例对照研究(711例OPLL及896例正常人)显示，OPLL组中TGF-β3基因IVS1-1284G>C的发生率显著高于正常对照组(P=0.0004)。

6 核苷酸焦磷酸酶基因研究

核苷酸焦磷酸酶(nucleotide pyrophosphatase，NPP)基因位于染色体6q22，编码NPP蛋白。NPP是无机焦磷酸盐(PPi)产生的主要作用酶，PPi是抑制机体组织钙化的主要抑制剂，NPP功能失常导致PPi水平下降，促进异位组织包括韧带组织骨化[29]。

日本Okawa等[30]通过对ttw大鼠进行动物实验研究，提出ttw大鼠发生OPLL的主要原因是由于NPP基因的无义突变造成的。基因突变导致其基因产物减少超过1/3，PPi生成减少，加速了异常的钙化及矿盐沉积。Nakamura等[31]对NPP基因所有exons及其周围introns区域，再加上启动子区的大约1.5 kb进行扫描，结果显示，OPLL患者intron 20 (IVS20-11delT)多态性表达高于正常对照组(P=0.0029)。但Tahara等[32]却观察到尽管NPPS基因的IVS20-11delT多态性与胸椎发生OPLL或多节段受累有关，但与OPLL的发生无关。He等[29]对中国人NPPS基因进行对照研究，结果显示NPPS基因C973T与IVS15-14T→C不仅与OPLL的发生有关，还与OPLL疾病的严重程度有关(P<0.007)。

7 其他易感基因研究

Guo等[33]对235例OPLL中国汉族患者的白介素15受体α(interleukin 15 receptor alpha，IL15RA)基因研究显示，IL15RA的rs2228059等位基因是OPLL的易感基因，特别是在男性患者中。Tahara等[32]报道瘦素受体(leptin receptor)基因尽管与OPLL的发生无关(P>0.05)，但A861G多态性G等位基因与胸椎发生OPLL或多节段受累有关(P=0.028)。Yang等[34]对Runt相关转录因子2(Runt-related transcription factor 2,Runx2)影响OPLL的机制进行研究，其课题组对后纵韧带细胞进行培养，认为Runx2的连接蛋白43(Connexin 43)通过激活细胞外调节蛋白激酶(extracellular regulated protein kinase,ERK)，影响后纵韧带细胞成骨分化。Nakajima等[35]于2014年进行迄今为止最大样本数(1130例日本OPLL)的GWAS分析，结果显示R-spondin蛋白参与了OPLL的发生(P<0.05)。

尽管在OPLL的基因学研究方面目前找到了一些热点易感基因，但仍然还未找到哪个基因SNPs位点显示与OPLL高度相关及不同种族人群间一致性，并且缺乏相关的功能验证。关于OPLL疾病的连锁分析研究方法，在精确定位易感基因的位置上有其理论上的极限，多个易感基因联合检测、具有高密度的SNPs关联研究应该是未来的研究方向。全外显子组或全基因组测序等是非常有前途的研究方法。要明确OPLL的易感基因还需要全球多中心大样本的研究。

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(修回日期：2016-06-06)

(责任编辑：王惠群)

Advances on Genetic Research of Ossification of the Posterior Longitudinal Ligament

WangPeng,LiuXiaoguang,TengZe.

DepartmentofOrthopaedics,PekingUniversityThirdHospital,Beijing100083,China

LiuXiaoguang,E-mail:xgspine@sina.com

Posterior longitudinal ligament; Ossification; Genetics

国家自然科学基金(81472041)

**通讯作者，E-mail:xgspine@sina.com

A

1009-6604(2016)09-0848-04

10.3969/j.issn.1009-6604.2016.09.021

2016-04-15)

【Summary】 The ossification of the posterior longitudinal ligament (OPLL) is caused by environmental,genetic and other factors. With the development of genomics research,researchers have found that mutations are important factors inducing OPLL. Despite the genomics research on OPLL has made important advances,no highly correlation has been found between OPLL and the exact single nucleotide polymorphisms (SNPs) loci. The pathogenesis of OPLL needs further exploration.