单核苷酸多态性与青少年特发性脊柱侧凸的研究进展

赵云欣，孟繁媛，刘巍，吴会东，罗长良，李彬，敖丽娟，陈茉弦

（1）昆明医科大学康复学院，云南 昆明 650500;2）开远市人民医院儿童保健科，云南 开远 661600）

青少年特发性脊柱侧凸（adolescent idiopathic scoliosis，AIS）是一种常见的且原因不明的三维脊柱畸形[1]。全世界范围内AIS 发病率为1%～3%，并发现女性发病率显著高于男性[1]。患病个体往往因骨骼结构及形态异常导致背部疼痛，心肺功能受损，呼吸不畅甚至气短，严重者会发生瘫痪[2]。目前关于AIS 的病因尚未明确，但有越来越多的研究揭示遗传因素与AIS 的发生发展密切相关[1,3]。第三代基因组遗传标记的单核苷酸多态性（single nucleotide polymorphisms，SNPs）成为了解AIS 发生、发展及其未来疾病预警、风险预测、临床诊断、药物开发和个体化用药的重要分子基础[4]。

SNPs 检测手段及与疾病关联分析方法多样，可能会造成研究结论的不一致性；并且每个基因及其多态性更多的生物学功能也尚不明确。因此目前对AIS 遗传基因学方面的研究处于理论阶段，想要达到为临床工作服务的目的，还有很长一段路要走。为了加速实现AIS 研究结论的临床转化，现就目前SNPs 与AIS 关系的研究进展综述如下，其中SNPs 与AIS 易感性的关系研究纳入表格，并对每一基因种类目前所面临的问题提出未来研究方向的建议。

1 SNPs 与AIS 的相关性

1.1 雌激素受体（estrogen receptor，ESR）家族基因

流行病学调查显示，女性AIS 的患病率约是男性的3倍[1]，因此众多学者猜想雌激素及其受体可能是AIS 发生发展的重要因素[5]。雌激素受体1（estrogen receptor 1，ESR1）基因位于6q25 染色体上，包括8 个外显子，大小约140 kb。多态性位点研究最多的rs9340799 和rs2234693，分别位于第2 个外显子（启动子区）上游351 bp 和1 397 bp。雌激素受体2（estrogen receptor 1，ESR2）基因位于14q23.2 染色体上，包括8 个外显子和7 个内含子，全长约40 kb。多态性位点RsaI G＞A 和AluI A＞G 与AIS 的相关性研究尚未分析，位点AlwNI C＞T 研究较为常见。近年来，ESR基因多态性位点与AIS 易感性的关系研究，见表1。

表1 ESR 家族基因多态性与AIS 易感性的关系Tab.1 The relationship between ESR family gene polymorphism and susceptibility to AIS

1.1.1 ESR1 基因基因多态性与AIS 患者表型关系也成为学者们关注探究的热点。Janusz等[6]在波兰白种人群中发现ESR1 基因（rs9340799 和rs2234693）多态性不影响AIS 患者的曲线严重程度，同时在缓慢进展、快速进展或非进展的AIS中，也未发现ESR1（rs9340799 和rs2234693）等位基因及其基因型的统计学差异。与一项在日本人群中的研究结论相同，Takahashi等[7]同样发现ESR1 基因rs9340799 与AIS 患者的最大侧弯Cobb 角没有关联。

1.1.2 ESR2 基因ESR2 基因多态性与AIS 表型间的相关关系研究尚少。仅在2010年，一项在日本人群中的病例对照研究报道，ESR2（rs1256120）多态性与AIS 患者最大Cobb 角无相关性[7]。

综上述问题，笔者未发现ESR 家族受体基因遗传多态性和AIS 疾病风险具有相关性。笔者推测，可能是关联研究所使用的关联分析方法对研究结论造成了不可避免的误差，也有可能是确无关联。未来研究方向建议：（1）加大一次病例对照研究的样本量，在不同人种AIS 患者中，针对ESR 家族受体基因的单个SNP 位点及其多个SNP位点用不同的关联分析方法进行验证；（2）ESR家族受体基因与AIS 疾病表型间的相关关系研究，继续在更多人种群体中探索。

1.2 骨代谢基因

相关研究表明，AIS 患者存在包括骨密度降低等全身骨代谢异常的表现[9]。白介素6（interleukin 6，IL-6）基因位于7p21-24 染色体上，是由5 个外显子组成，长度约为5 kb，启动子区-174 位点多态性影响整个分子表达[10]。基质金属蛋白酶3（Matrix metalloproteinase3，MMP-3）基因位于人染色体11q22.3，包含启动子（约2.3 kb）、10 个外显子及内含子结合处，启动子区-1171 位点rs3025058 处是一常见的多态性区域[11]。近年来，关于骨代谢相关基因多态性与AIS 易感性关系的研究报道，见表2。

表2 骨代谢基因多态性与AIS 易感性的关系Tab.2 The relationship between bone metabolism-related gene polymorphisms and susceptibility to AIS

1.2.1 IL-6 基因基因多态性可能存在性别差异性，而使得AIS 疾病有着在女性人群中较高的发病率，且在一项研究中得到证实[12]。但Sui等[13]调查了在中国人群中IL-6 基因与AIS 发生是否具有性别差异性，发现SNP rs1800795 与AIS 的关联性无性别偏倚。评估不同基因及其基因型个体对不同干预措施的反应差异，有望指导临床的诊疗策略。高军胜等[9]研究IL-6 基因启动子区-174 位点与支具治疗疗效的相关性，发现携带G等位基因的患者在经过支具治疗后侧弯角度依然容易进展。

1.2.2 MMP-3 基因同时，Sui等[13]报道还发现，MMP-3（rs3025058）多态性与发生AIS 无性别偏倚。

1.2.3 IL-6 和MMP-3 的协同效应IL-6 是感染免疫反应中的细胞因子之一，调节多种细胞的生长和分化，促进破骨细胞形成，参与骨代谢中的骨吸收过程[10]。MMP-3 是MMPs 家族中的重要成员之一，由MMP-3 基因编码，成骨细胞和破骨细胞合成分泌，是一种高效的蛋白多糖降解酶，对胚胎发育、青春期和骨折愈合过程中的成骨及骨重塑起着调节作用[11]。研究者普遍认为，炎症介质（如IL-6 或其他细胞因子）可能会干扰形态发生介质（如MMP-3）并改变正常发育，导致病理变化[14]。于是Aulisa等[15]和Mórocz等[14]分别在两个不同种族（意大利人和马扎尔族）的研究队列中证实MMP-3（rs3025058 5A/5A）基因型与IL-6（-174）多态性是否具有协同关系，前者的5A/5A基因型与后者纯合子（GG）组合是会对AIS 发生造成更高风险。近年来，Sobhan等[16]和周传坤等[17]Meta 分析结果均显示，这2 种基因在白种人中可能确实具有协同效应而增加了AIS 易感性。但需注意的是，在中国人群中，2 个基因可能是AIS 易感性的独立风险因素。

综上所述，IL-6 与MMP-3 基因是独立发挥对AIS 的影响还是共同发挥作用尚没有明确结论；两者基因多态性与AIS 的发生、表型和支具治疗效果间的关系研究，虽得到了一定的研究结论，但尚不明确。未来研究方向建议：（1）在中国人群中，扩大样本量，分析两基因是独立风险因素还是共同发挥致病作用；（2）关于基因多态性与AIS表型的关系，也需要再进一步探讨与性别、最大侧弯Cobb 角、支具治疗效果之间的关联性；（3）基因的功能学研究可考虑从血液炎症介质及形态发生介质的角度来验证。

1.3 多种族易感基因

寻找全人类AIS 患者致病基因，做到更好预防与治疗，成为众多学者的最终研究目标，目前在不同种族人群中复制最成功且最具有相关性的代表性基因有2个，LBX1 和GPR126。人LBX1基因位于10q24.31，全长1 985 bp，包含2 个外显子。与AIS 具有最显著关联性的多态性位点rs11190870 位于LBX1 上游7.5 bp 处。研究报道，ladybird homeobox 1（LBX1）蛋白表达于中枢神经系统和骨骼肌系统，其通过调节肌肉前体细胞迁移以及脊髓感觉通路和体感功能，从而影响人体生长发育进程导致AIS[18]。GPR126 位于染色体6q24.1，包含144 348 bp 组成26 个外显子。最显著关联的SNP 位于GPR126 基因的第二个内含子区域。该基因其编码蛋白是粘附G 蛋白偶联受体家族的孤儿受体，在人类软骨、骨和椎间盘中表达[19]，研究发现其基因SNP 与人类身高生长有关[20-21]。近年来，两基因及其多态性与AIS 的易感相关性研究见表3。综述显示，无论在单一种族的临床对照研究，还是多种族的Meta 分析，发现LBX1 基因rs11190870 多态性与亚洲人和高加索人AIS 的易感性增加均有关。一致推测，LBX1（rs11190870）可能是黄种人和白种人AIS 发病的预测因子，但有待于在黑种人群和棕色人群中进行深入研究。近年来，有关LBX1 与GPR126基因的相关性研究见表3。

表3 多民族易感基因多态性与AIS 易感性的关系Tab.3 The relationship between multi-ethnic susceptibility gene polymorphisms and susceptibility to AIS

1.3.1 LBX1 基因除了广泛深入的多种族易感性关联研究，Li等[22]Meta 分析还发现，在亚洲人群中，SNP rs11190870 位点TT 和TC 基因型的Cobb 角大于CC 基因型的Cobb 角。但Man等[23]的临床对照研究，未发现rs11190870 与Cobb 角严重程度的关系，但发现其与侧弯表型右胸弯有密切关联。因此，基因与临床表型关系的研究，仍需到不同种族及扩大单一样本量。有学者研究发现，在中国群体中，LBX1 基因rs1322331 位点可能通过减少LBX1-AS1 转录而增加患者对AIS的易感性[24]。但这一研究结论的支持证据尚不充分，了解基因与基因间的相互作用机制有待继续研究。Grauers等[25]对重度IS 患者进行外显子测序鉴定可能的新的风险变体，没有在LBX1 基因5＇UTR、非编码外显子和启动子区域发现任何变异。Nada等[26]在白种人AIS 患者的单倍型关联分析显示，TTAAGAAA 单倍型及其纯合双倍型与本研究重度组患者相关性最高，是风险最高的单倍型；单倍型CCGCAGGG 与对照组的相关性显著，提示CCGCAGGG 可能是一种保护性单倍型。与Chettier等[27]研究结果一致，发现与临床相关的两个单倍型（TTA 和CCG）分别是AIS 群体的风险和保护性单倍型。这3 项临床对照研究，均在白种人群中进行，考虑到其基因分布差异受种族因素影响，中国人群AIS 发病是否受其影响，需要另外分析研究。

1.3.2 GPR126 基因在对黄种人和高加索人的Meta分析研究中得到AIS易感性与SNP rs6570507有P＜2.95×10-20的显著关联[28]。但目前研究，尚缺少在黑色与棕色人种中的关联分析，建议可以增加此类人种研究，增加基因多态性与不同人种间关系的丰富性。Kou等[19]研究结果报道日本人群个体发生AIS 与斑马鱼躯干缩短具有相同的易感等位基因，SNP rs6570507 与AIS 患者的相关性达到了P＜5×10-8的全基因组显著阈值，推测GPR126 可能通过异常的脊柱发育及生长来影响AIS 易感性和身高。但仍需进一步在人类个体中寻找脊柱生长发育与SNP rs6570507 的关联性。Man等[23]未发现GPR126 基因rs6570507 与中国人群AIS 曲线严重程度和进展有关。但该研究样本量有限，为了进一步得出明确结论，需扩大样本继续重复这个试验。

综上所述，这两个多民族易感基因的研究发展，是目前所有AIS 相关基因多态性中研究最为全面和广泛的。值得关注的是，GPR126 基因中所发现的多态性位点处于该基因内含子处，而所可以保留下来的内含子功能可能通过某些机制导致脊柱侧弯患者骨发育异常，需要深入探讨此内含子变异的生物学功能。

1.4 女性特异性基因

以往研究发现，不同疾病间存在性别差异[31]，遗传因素可能在不同性别间发挥的效应不同，如在冠状动脉疾病、哮喘、风湿性关节炎和阿尔兹海默病中均有发现[32-34]。关于AIS，在中国人群中发现PAX1 基因增强位点与女性具有特异相关性[35]。最近，BOC 和SEC16B 基因被发现与中国女性AIS 具有特异性[12]。BOC 位于染色体3q13.2，是一种在骨细胞中接受1，25-二羟基维生素D3[1，25（OH）2D3]诱导，通过Hh 途径发挥作用的共受体，来维持骨骼和矿物质代谢。维生素D的状态受性别影响很大，它的缺乏与表现有明显性别差异的骨质疏松或自身免疫性疾病有关[36]。SEC16B 位于染色体1q25.2，SEC16B 又称亮氨酸转录调控因子2（LZTR2），编码长链、短链蛋白，其高度表达于下丘脑，在相关蛋白转运及输出过程中发挥作用，调节人体摄食行为、心血管等多种生理功能[37]。PAX1 包括5 个外显子，SNP rs6137473 位于基因下游20p11.22 染色体约100 kb 的区域，缩小至约1.5 kb 区域，该部位具有PAX1 基因的增强子活性。PAX1 基因编码转录因子Pair Box 1，对正常胚胎椎间盘和脊柱发育发挥至关重要的作用[38]。其上述基因多态性与AIS 易感性关系，见表4 。

表4 女性特异性基因多态性与AIS 易感性的关系Tab.4 The relationship between female-specific gene polymorphisms and susceptibility to AIS

1.4.1 BOC 基因除了DNA 序列的多态性研究，其相关基因表达也得到学者关注。Dai等[12]研究还发现，BOC 基因mRNA 的表达水平低于正常对照组0.81倍，且在女性AIS 患者中，BOC 基因mRNA 水平与骨矿物质含量呈正相关，提示其可能通过调节骨代谢在女性AIS 发病过程中发挥作用。

1.4.2 SEC16B 基因Dai等[12]研究结果显示，女性AIS 患者近端椎椎旁肌肉组织中SEC16B 基因的mRNA 表达水平低于正常对照组0.72倍，且与Cobb 角度数成负相关。

1.4.3 PAX1 基因PAX1 基因中除了具有性别二态性位点以外，Xu等[39]研究结果显示，PAX1 基因的2 个多态性位点（rs6137473 和rs169311）与AIS 发病风险增加显著相关，携带G 或A 等位基因的个体发生 AIS 的风险增加。Liu等[40]发现PAX1 的其他SNP（rs6137473 和rs17861031）与AIS 临床不同表型之间存在关联。分析前人研究，发现关于多态性位点rs6137473 导致AIS 发病风险机制的结论尚不一致，为了进一步明确结论，需要进一步探索。

综上研究调查，多个具有性别二态性位点的基因已得到一个研究队列验证，但得到关于多态性位点rs6137473 导致AIS 发病风险的机制结论。未来研究方向建议：（1）在中国人群不同种族中探索位点PAX1 rs6137473 与AIS 的关联性及其性别差异；（2）明确rs6137473 导致AIS 的发病机制，是单纯基因多态性导致，还是性别差异性亦或者协同作用；（3）进一步发现女性特异性基因致AIS发生的通路机制及引起AIS 表型差异性的功能表达。

2 SNPs 的临床应用

利用所发现的基因位点构建疾病预测模型，预防疾病的发病风险已见于多篇报道。如2015年，Yin等[42]使用14 个银屑病易感基因构建的遗传预测模型，预测精度达到88%。这为提前识别复杂疾病易感个体提供了临床诊断辅助手段，并尽早进行干预。除此以外，许多疾病相关的生物学途径被发现，为疾病的临床治疗提供更多的生物靶标，使药物发挥更显著更具有特异性的疗效。如抗骨质疏松症药物，在目前临床获批的8 类药物中有5 种得到遗传数据支持[43]。另外，除了药物的特异性疗效外，临床上药物对个体的不良反应也被关注。一项药物基因组学研究发现，麻风患者经过氨苯砜治疗后，HLA-B*13:01 个体是引起超敏反应综合征的风险因素[44]。这些研究成果告诉我们，深入全面地研究易感基因多态性与AIS的关系，最终可以实现易感基因的临床转化。

3 中国多民族人群AIS 的相关研究

中国是一个多民族国家，具有丰富的遗传多样性资源，这些群体在遗传病种类及疾病的易感性方面呈现出较大的差异[45-46]。研究发现CCN1基因rs6576776 C 等位基因与急性冠脉综合征易感性有关，且单倍型GGC 与AGC 在维吾尔族患者中具有更高的频率[47]。Wang等[48]研究不同民族血脂异常的患病率和ABCB1、SLCO1B1 基因的位点多态性分布情况，发现不同种族是影响人类血脂异常的关键因素，且ABCB1 和SLCO1B1 基因的位点多态性分布在不同民族之间存在显著差异。众所周知，AIS 同样具有遗传异质性[49]，但迄今为止，没有关于中国少数民族AIS 患者的易感基因研究分析。

4 小结

综上所述，目前人们已在不同种族或民族人群中，发现了ESR 家族基因多态性、多民族易感基因多态性、骨代谢基因多态性及女性特异性基因多态性等与AIS 的易感关系。考虑到中国民族多样性和遗传背景差异性，研究AIS 易感基因多态性与中国少数民族患者间的相关性，来进一步推动构建中国民族群体基因图谱，构建AIS 疾病SNPs 数据库。现今易感基因多态性检测项目应用于临床服务还较为困难，制作含有大量AIS 易感位点的基因芯片或探索其他更为敏感的AIS 标志物仍然需要努力。

虽然目前AIS 易感基因多态性研究已取得一定的成果，但关于AIS 遗传机制的确切研究尚处于初始阶段，相关基因的功能学研究鲜少报道，因此将该方面的研究结论运用于临床服务也较为困难。未来通过分析基因的时空表达谱和对易感基因的功能预测及验证，使AIS 的遗传机制研究更加完善，为临床诊疗提供重要的基础实验数据支持。

除此以外，在临床上积极探索最有效的、副作用最少的治疗手段是一直以来的方向与目标。已有研究发现，经过支具治疗的AIS 患者仍然没有得到有效的侧弯角度控制，甚至其侧弯角度还继续进展，给患者造成了不良的治疗体验。因此通过SNPs 的研究，发现不同人群的敏感治疗手段是非常重要的。所有的这些研究将为人类治疗AIS 疾病带来新的进展和希望。