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

李明 李宁宁

【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

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（收稿日期：2019-02-22 修回日期：2019-03-02）

（編辑：潘明志）