原发性膝骨关节炎易感基因多态性位点的系统综述

罗盛飞，胡志波，王宁华，闵红巍，张德俭，刘克敏

1.天津医科大学第二医院，天津市 300211；2.天津医科大学，天津市 300134；3.北京大学第一医院，北京市 100034；4.中国康复研究中心北京博爱医院，北京市 100068；5.首都医科大学康复医学院，北京市 100068

0 引言

原发性膝骨关节炎(primary knee osteoarthritis,PKO)是一种复杂的、多因素介导的关节疾病，它的特点是滑膜炎、关节囊增厚、关节软骨逐步退化、关节间隙变窄、骨赘形成和软骨下硬化，进而表现为慢性关节疼痛和功能丧失[1]。研究表明遗传异常与PKO的发病有关[2]。每个等位基因都是危险因素，它们既可能相互独立，也可能相互作用[3]。了解PKO 的易感基因，有助于明确PKO 目的基因新的通路[4]。本研究拟对已发表的有关PKO易感基因相关研究进行综述。

1 资料与方法

1.1 一般资料

检索PubMed、Web of Science、中国知网、万方数据库、中国生物医学文献数据库从建库至2020 年12 月有关PKO 遗传易感性与基因多态性的相关文献。英文检索词：primary knee osteoarthritis、genetic sus‐ceptibility 和single nucleotide polymorphism。中文检索词：原发性膝骨关节炎、多态性、单核苷酸和基因。

纳入标准：①研究对象为PKO患者；②研究内容为关于PKO易感基因多态性位点的病例对照研究；③语言为中文或英文。

排除标准：①无摘要或不能获取全文；②会议摘要、评论等；③动物研究。

1.2 文献筛选与资料提取

由两名研究人员独立进行文献筛选和数据提取，提取内容包括作者、发表时间、国家及地区、基因多态性位点位置及名称、危险等位基因频率或基因型频率等。

2 结果

2.1 文献

最终纳入42 篇人类PKO 易感基因相关文献。见图1。

图1 筛选流程

2.2 炎症因子等位基因

2.2.1 肿瘤坏死因子α(tumor necrosis factor-α,TNF-α)

TNF-α 与PKO 的发生发展密切相关，关节液中TNF-α的水平随着PKO 严重程度的增加而升高。目前对TNF-α 基因多态性的研究主要集中在启动子区域上游的一些位点，例如-238、-308 和-1037 等。其中-308位点的基因多态性G/A 发现最早[5]。见表1。Abdel等[6]通过420 例埃及女性病例对照研究显示，PKO 患者中TNF-α-G308A 基因型GG、AG 和AA 的百分比分别为85.7%、11.9%和2.4%，对照组分别为54.7%、39.1%和6.2%，受试者的GG 基因型和G 等位基因的频率显著高于对照组。Singh 等[7]发现PKO 患者TNFαG308A 基因型GG、GA 和AA 的百分比分别为73.2%、18.2%和8.6%，对照组分别为56.1%、29.5%和14.4%。

表1 TNF-α-G308A基因多态性与PKO的关联性研究

2.2.2 白细胞介素(interleukin,IL)

PKO 患者关节液中，IL-16、IL-17 等炎性因子表达水平均明显升高[8]。IL-16 作为促炎细胞因子，其功能包括化学吸引和调节T 细胞活化[9]，IL-16 基因位于染色体15q26.3上，最初翻译成由631个氨基酸组成的前体蛋白，被caspase-3 切割形成含有121 个氨基酸的活性C 端结构域[10]。IL-16 是启动CD4生物活性所需的CD4特异性配体。Luo 等[11]在汉族人群中研究发现IL-16 基因多态性与原发性PKO 相关。此外，IL-17 作为促炎细胞因子，可以触发间充质和骨髓细胞释放趋化因子、细胞因子、抗菌肽和基质金属蛋白酶[12]。IL-17在滑膜组织中表达，并且可以通过诱导软骨细胞释放趋化因子来促进软骨分解和滑膜浸润，并通过核因子kappa B 激活增加软骨中一氧化氮的产生[13]。Bai 等[14]发现PKO 患者血清中IL-17 的水平增加并且与PKO 严重性呈正相关。张培莉等[15]发现IL-17 不仅是与PKO相关的生物标志物，也是介导和推动PKO进展的关键因素。见表2。

表2 IL-17基因多态性与PKO的关联性研究

2.3 Toll样受体(Toll-like receptors,TLR)

TLR 能够特异性识别病原相关分子模式，不同的病原相关分子模式与TLR胞外区域结合后，通过一系列信号传导通路，协同诱导炎症因子基因表达，引起机体天然免疫应答反应[16]。TLR2编码基因定位于4号染色体4q32 区。研究表明，PKO 的炎症过程中涉及TLR 的参与和通过软骨和其他关节组织的细胞外基质的降解产物激活补体级联反应[17]。Chen 等[18]发现缓激肽B2 受体(BDKRB2) +9/-9 基因多态性通过p38、JNK1/2 和ERK1/2 依赖的TLR-2 的表达影响PKO 促炎细胞因子水平。Yang 等[19]发现汉族TLR-3(rs3775296)基因多态性与PKO 相关。TLR-9 配体对TLR-9 的刺激能触发所有TLR共有的信号通路，导致促炎细胞因子的产生[20]。这些促炎细胞因子与PKO 中的软骨降解呈正相关[21]。Zheng 等[22]发现TLR-9 基因与PKO 易感性呈正相关。Balbaloglu 等[23]发现在土耳其人群中TLR-9 T-1486C 基因多态性与晚期PKO 存在相关性。见表3。

表3 TLR-9基因多态性与PKO的关联性研究

2.4 转录因子

配对样同源域转录因子1 配对样同源域转录因子1 (paired-like homeodomain transcription factor 1,PITX1)是一种蛋白质编码基因，位于人类五号染色体5q31.1 上，其通过结合基因启动子激活其转录的序列。PITX 家族包含三个相关成员：PITX1、PITX2 和PITX3。三个PITX因子都作为单体与TAATCC序列结合，引起转录激活[24]。膝、髋骨关节炎患者中关节软骨细胞中的抑制素的异常积累会引发PITX1 的表达缺失[25]。有研究报道仅在正常受试者的关节软骨细胞中检测出PITX1，在骨关节炎软骨细胞中几乎检测不到PITX1[26]。Fan 等[27]发现汉族PITX1 基因多态性与原发性PKO相关。

2.5 肥胖相关基因

2.5.1 酮戊二酸依赖性双加氧酶(alpha-ketoglutarate de‐pendent dioxygenase,FTO)

FTO 与肥胖风险密切相关。FTO 基因位于染色体16q12.2 上，该基因突变会导致生长迟缓、发育迟缓和面部畸形。FTO 编码的蛋白质可能作为DNA 脱甲基酶起作用。一项关于全基因组关联研究表明FTO 基因变异与关节炎风险密切相关[28]。Pellicelli 等[29]进行孟德尔随机化研究发现，FTO 基因变异对骨关节炎风险增加的影响是通过体质量指数介导的。

2.5.2 瘦素

瘦素在能量稳态调节中起主要作用。循环中的瘦素与大脑中的瘦素受体结合，激活下游信号通路，抑制进食并促进能量消耗。这种蛋白质还具有多种内分泌功能，参与调节免疫和炎症反应、造血、血管生成、繁殖、骨形成和伤口愈合。该基因及其调控区域的突变会导致人类患者出现严重的肥胖症和伴有性腺功能减退症的病态肥胖症。瘦素可以通过参与炎症反应从而在骨关节炎的发生发展过程中起重要作用[30]。Min 等[31]在汉族人群中进行病例对照研究(148 例PKO患者，101 例对照)，根据凯尔格伦和劳伦斯分类，使用受影响膝关节的平片评估疾病的严重程度，对瘦素同PKO 的相关性进行研究，结果发现PKO 患者血清瘦素显著升高，并且存在内部相关性。瘦素对PKO的发生具有显著的诊断价值。因此针对瘦素的治疗可能成为PKO潜在的治疗方式。

2.6 骨相关基因

2.6.1 骨桥蛋白

骨桥蛋白是一种由300 个氨基酸组成的多功能磷蛋白，在关节炎的进展中起着关键作用[32]。骨桥蛋白也是调节软骨退化的关键因素[33]。Borgonio-Cuadra等[33]发现在墨西哥人群中骨桥蛋白基因多态性与PKO没有相关性。

2.6.2 基质Gla蛋白(matrix Gla protein,MGP)

MGP 基因编码骨钙素/基质Gla 蛋白质家族的成员。编码的维生素K 依赖性蛋白由软骨细胞和血管平滑肌细胞分泌，作为异位组织钙化的生理抑制剂。MGP 在软骨中的表达特别高[34]。Hui 等[35]发现在中国汉族人群中MGP 基因多态性增加了PKO 风险。Bor‐gonio-Cuadra 等[32]发现在墨西哥人群中MGP 基因多态性与PKO 不相关。这表明不同人种之间MGP 基因多态性不同。

2.6.3 骨形态发生蛋白5 (bone morphogenetic protein 5,BMP5)

BPM5 在骨骼和软骨发育中发挥作用[36]。BMP7和BMP9 是迄今为止研究最广泛的BMPs[37]。BMP5 基因的G等位基因变异与中国汉族人群的PKO易感性显著相关[38]。Liang 等[39]发现在汉族人群中BMP5 基因多态性与PKO存在相关性。

2.6.4 软骨寡聚基质蛋白(cartilage oligomeric matrix protein,COMP)

COMP 基因可能在骨关节炎的发病机制中发挥作用。在原代软骨细胞和转化细胞中有效抑制细胞凋亡。通过阻断caspase-3的激活和诱导凋亡抑制蛋白存活蛋白家族(BIRC3、BIRC2、BIRC5 和XIAP)来抑制细胞凋亡。COMP 是软骨的重要非胶原成分，约占关节组织湿重的1%[40]。膝关节损伤患者退化的软骨、滑液和血清中可以检测到COMP 的水解蛋白片段[41]，因此，COMP 被认为是软骨退化的标志物[42]。Mishra等[43]发现北印度人群中COMP 基因多态性与膝关节炎的发病有关。

3 讨论

PKO 在中老年人群中患病率较高且严重影响患者生活质量。本研究系统分析与PKO的发生发展有关的基因位点，为PKO的遗传易感性研究提供循证依据。

TNF-α 与PKO 的病情程度密切相关。关节液中TNF-α的水平随着PKO 严重程度的增加而升高。系统综述发现TNF-α 多态性位点可能为PKO 的危险因素，携带该位点的人群患PKO的风险较高。系统综述发现IL-17 的功能多态性与PKO 的患病风险显著相关。血清中IL-17 水平与PKO 的风险增加显著相关。不同的PAMP 与TLR 胞外区域结合后，通过一系列信号传导通路，协同诱导炎症因子基因的表达，引起机体天然免疫应答反应。TLR-9基因多态性与PKO 风险增加相关，尤其是在年龄≥55岁中老年人群中。

综上所述，TNF-α、IL-17、TLR-9 等基因多态性位点与PKO易感性有关。未来可通过设计严密、样本量大、种族多样化的研究进一步验证PKO的基因多态性，为减少PKO的发生、改善患者的生活质量提供理论和实证支持。

利益冲突声明：所有作者声明不存在利益冲突。