骨关节炎发病易感基因及环境因素的现状研究

耿云航，李桂石，刘晓阳（.青岛大学医学部研究生院，山东 青岛 66000；.青岛大学附属烟台毓璜顶医院 脊柱关节外科，山东 烟台 64000）

骨关节炎(OA)又称退行性骨关节病，是一种中老年人群中的常见病。主要表现：受累关节疼痛、活动障碍和关节畸形，严重者甚至会导致长期残疾，为患者带来了极大的痛苦和严重的经济负担。据WHO估计，目前全球1/3人口中，10%的医疗行为与OA相关。膝关节骨性关节炎可以影响膝关节的内侧间室、外侧间室、髌股间室中任何一个间室。1/3患者早期病变仅局限一个间室，称为膝关节单室骨性关节炎，该类患者年龄较轻、活动量大、体型偏瘦，治疗要求高，目前并没有一种可以预防治疗OA病程中软骨退行性变的药物，治疗多采用截骨术、单髁关节置换术、人工全膝关节表面置换术。随着我国社会进入老龄化，膝关节单室骨性关节炎已经严重威胁我国老年人群行走功能，成为我国一个重要的公共卫生问题。然而，膝关节单室骨性关节炎的确切病因我们还了解很少，可能与遗传及运动、创伤、内侧半月板的切除术、肥胖、骨质疏松等环境因素有关，尤其是骨关节炎合并骨质疏松的病变处理复杂，骨质疏松的患者行人工关节表面置换术后发生假体周围骨折几率很高，直接影响假体使用寿命，从而导致手术失效，患者致残率高。国内尚未见有关环境因素中骨质疏松患者、遗传因素与膝关节单室骨性关节炎关联性的研究报道。由于不同人种相同疾病的遗传学基础存在差异，及环境因素如骨质疏松发病存在差异，针对中国人群膝关节单室骨性关节炎发病的遗传和环境危险因素进行研究是非常必要的[1-6]。

1 国内外研究现状

1.1 遗传因素

膝关节骨性关节炎遗传倾向最初由Kellgren等[7]的病例对照研究报道。后来的家族聚集性研究、分离分析、双生子研究及经典的连锁研究进一步证实膝关节单室骨性关节炎发病具有遗传性。连锁分析可帮助我们确定膝关节单室骨性关节炎易感基因位点的染色体区域，研究者通常根据连锁分析结果联合基因功能来确定膝关节单室骨性关节炎的候选基因。Spector，Loughlin 等[8，9]分别总结了迄今为止公布的候选基因及其功能，其中多数研究结果为阴性。而多个全基因组扫描研究显示分泌型卷曲蛋白3(SFRP3)位于染色体 2q32.1区，无孢基因（asporin gene）位于染色体9q22.31区以及雌激素受体基因（estrogen receptor alpha gene）等，上述基因与骨性关节炎密切相关[10]。

1.1.1 分泌型卷曲相关蛋白-3基因

分泌型卷曲相关蛋白-3(SFRP-3，FRZB)是分泌型糖蛋白家族的一员，它竞争结合Wnt信号通路的特异性受体-卷曲蛋白受体来抑制信号传导。由FRZB基因编码，其位于染色体的8p12～11.1。对SFRP的研究主要表现为R200W和R324G位点的SNP与OA的关系。Thysen[11]研究该基因增加膝关节内侧间室半月板缺损后骨关节炎病变的风险，即基因对膝关节单间室骨性关节炎的关系研究同时包含R200W和R324G单倍基因型与髋关节影像学骨关节炎的关系，提出这种基因型也许是靠增加骨关节炎生物示综物的浓度来发挥作用。最新研究尝试对骨关节炎发生发展细胞信号传导通路进行研究，探讨白介素-6的C／EBPβ-p57及RUNX2-Ihh两条传导通路对软骨肥大化的影响，其观察到正常组软骨细胞B-catenin mRNA表达阳性强度低于诱导退变组，而正常组GSK-313，Dkk-1，sFRP-3mRNA表达较诱导退变组高，两组比较差异有统计学意义(P＜0.05)，得出如下结论，sFRP功能丧失会增强软骨内骨化并导致皮质骨或骨小梁形成[12]。Kwon Y等[13]研究了第五因子与类风湿性关节炎的关系，Pasold J[14]研究了第一因子与大鼠关节软骨病变的关系，Lories RJ等[15]研究了分泌卷曲蛋白基因与大鼠关节软骨病变及长骨干病变关系，Gordon A等[16]作了105例关节置换术，发现该基因与髋关节置换术后的骨溶解及异位骨化的发病率密切相关。另外，有研究该基因与骨质疏松症的发病密切相关，sFRP家族是Wnt信号通路的一种常见生理抑制剂，于任何组织里功能活跃，可以对破骨细胞和成骨细胞的表型表达起调节功能，充分地抑制其表达途径，进一步引起骨质疏松患者骨密度的升高[17]。

1.1.2 无孢蛋白基因

许多研究人员对无孢蛋白 (AsPN)基因进行了深入的研究。2005年对日本人膝关节骨性关节炎的易感基因型调查后表明，表达无孢蛋白的基因与骨关节炎有极大的关联；在调查案例中，无孢蛋白基因的D14等位基因较D13等位基因表达明显增多，更重要的是，其频率与症状是一致的；而且另一研究证实，无孢蛋白基因的D等位基因的多态性也与髋关节骨关节炎有关。Kiza，Ⅳa研究表明，无孢蛋白是关节软骨ECM成分之一，而关节的功能是靠细胞外基质的降解和表达来支撑；无孢蛋白能降低具有调节关节软骨生成作用的TGF的活性，而D13突变成D14后表达的蛋白能够提高其作用。关于白种人，Mustafa等对大不列颠公民进行调查，统计了1 247例膝关节或髋关节骨关节炎患者与748名正常人进行对照，结果表明患者中D14等位基因比D13等位基因多，但是正常人群却相反，且D14等位基因频率的增加与髋关节骨关节炎的发病率是一致的 (P=0.016)。Kalial等的研究表明，无孢蛋白基因的D13等位基因多态性与膝关节骨关节炎的发病率及严重程度呈负相关(P=0.002)，而D14等位基因多态性与膝关节骨关节炎没有统计学上的意义。而González-Huerta NC等分别对墨西哥人的髋关节、膝关节、腕关节骨关节炎和无孢蛋白基因多态性的一致进行调查，结论为骨关节炎与A弹性基因的D等位基因多态性没有明显一致性，但D14基因的重复多态性表达是有差异的[18，19]。Duval E认为此基因的表达稳定。由上述各研究可见，无孢蛋白基因与骨关节炎的一致性是世界范围的，然而在不同国家和地区这种一致性略有差异，这和各研究涉及的案例多少与病例组和对照组入选条件的差异有关。

1.1.3 雌激素受体基因

雌激素受体(ER)是配体依赖转录活性因子超家族成员，其和estrogen结合后活跃细胞的功能，分为ERa和ERb两种亚型，而且a亚型的基因位于第6号染色体的q24～q27段。当前对a基因和骨关节炎一致性的研究热点主要是PvuⅡ（rs2234693）、XbaⅠ (rs9340799)，其大小仅有 46bp，PvuⅡ（T397C）多态性表现为第一位子T＞C转换，而XbaⅠ（G351A）则是50bp的 G＞A转换。关于雌激素受体DNA序列多态性表现，在骨关节炎不同进展期对激素的影响是有差异的，而且雌激素受体是否与骨性关节炎的发病相关，不同学者得出了截然相反的结论。Bergink等对1 483名55岁以上鹿特丹人的PvuⅡ，XbaⅠ基因多态性与膝放射学诊断OA的关系进行研究，分别检测PX，Px，pX，pX单倍型的比例，结论为PX等位基因是膝放射学0A的易感基因型，分别对不同性别进行统计后也得出相同结论。Dai等对中国汉族人群病例对照实验中对PvuⅡ和XbaⅠ基因多态性研究后发现PvuⅡ（T397C）第一位子T＞C转换的多态性表现是全身性OA的显著危险因素(P=0.039)。Wise等研究了手部骨性关节的致病易感基因，发现雌激素受体a的多态性与手指骨关节的发病无相关。

1.2 环境因素

骨关节炎的发生与患者肥胖、骨质疏松等躯体环境因素密切相关[20-24]，骨质疏松和OA是年龄超过65岁的女性常见病，其患病率和相关的手术都呈渐增趋势。以往认为骨质疏松的高危因子最重要的是老年和体重太轻，而OA的高危因子最重要的是老年和肥胖。Foss等的研究表明，51%髋OA患者骨密度位于健康人的骨密度90%以上的区域，Stewart等的研究表明，OA患者骨密度和健康人相比近似或更高，所以OA患者一般不会伴有骨质疏松的观点影响了矫形外科40余年。然而最新调查发现，OA患者往往会伴有骨质疏松。Lingard等研究发现准备行关节置换的髋关节、膝关节OA患者骨质疏松患病率为23%，骨量减少至43%。Labuda等研究表明髋关节和膝关节置换前患者骨质疏松发生率是26%，和健康人一致。Hahn等的调查表明TKA前患者61.5%骨密度降低，38.5%伴有骨质疏松。骨质疏松与骨关节炎的发病有一定相关性，但对其具体影响程度及机制尚不明确。

2 国内外研究存在的问题

综上所述，国外在骨关节炎的危险因素研究领域已经取得了重要的进展，发现了SFRP3、无孢基因、雌激素受体基因等易感基因。然而，国外研究的相关人群主要为西方人群。在我国，不同人群之间的遗传因素存在巨大差异。虽然Y402H变异型与西方人群约50%的膝关节单室骨性关节炎患者发病有关，香港的研究表明，Y402H与中国人群膝关节单室骨性关节炎没有明显的关联性。我们的初步研究也证实，Y402H在中国汉族人群对照组的等位基因频率为10.3%，远低于西方人群的35%，中国汉族人群渗出性膝关节单室骨性关节炎与CFH基因异构型Y402H之间没有明显的相关性。我们的研究结果也初步显示LOC387715/HTRA1与湿性膝关节单室骨性关节炎显著关联。然而，膝关节单室骨性关节炎患者并非都存在LOC387715/HTRA1变异型，非膝关节单室骨性关节炎健康人也有LOC387715/HTRA1变异型，却没有发病，提示单纯遗传因素并不能决定膝关节单室骨性关节炎发病，可能还与营养代谢等环境有关。一些流行病学研究通过调查问卷分析发现，不同种类骨密度，尤其是n-3 PUFA摄入与膝关节单室骨性关节炎患病相关。

3 小结

膝关节单室骨性关节炎是严重影响老年人群健康和生活质量的一种常见疾病。如能完成其发病危险因素的研究，则能够针对具体的危险因素开展有效的预防工作，从而减少或延缓这一疾病的发生，提高我国老年人群的生活质量。

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