單核苷酸多態(tài)性與骨性關節(jié)炎的相關研究進展

王云飛 張國秋 吳燾

【摘要】骨性關節(jié)炎是一種以局部關節(jié)軟骨退行性改變?yōu)橹饕攸c的復雜的疾病。骨性關節(jié)炎是一種受到多種危險因素影響的疾病，其中遺傳因素影響很大。隨著越來越多的學者對單個基因位點的突變跟OA的易感性越來越深入的研究，使得單核苷酸基因多態(tài)性有可能成為骨性關節(jié)炎預防和早期診療的重要理論根據。本文旨在概括近年來一些相關基因的單核苷酸多態(tài)性與骨性關節(jié)炎相關性的研究。

【關鍵詞】骨性關節(jié)炎;基因;單核苷酸多態(tài)性

【中圖分類號】R684.3【文獻標識碼】A 【文章編號】ISSN.2095.6681.2019.25..02

骨性關節(jié)炎（osteoarthritis， OA）是一種發(fā)生在老年人群中較常見的慢性骨關節(jié)病，70歲以上人群的骨關節(jié)炎發(fā)病率超過40%，中國人口的老齡化的現狀，決定著OA在中國的發(fā)病率逐漸升高。臨床上OA的常見癥狀包括所累及關節(jié)的疼痛、僵硬、畸形和功能的喪失，嚴重的影響人們的日常生活質量。關于OA的發(fā)病因素還沒有完全的明確，目前研究顯示，OA與多種致病因素有關，包含多種非遺傳因素（肥胖、性別、年齡和關節(jié)損傷）和遺傳因素，其中遺傳因素在原發(fā)性OA的發(fā)生中所起的作用約占50%（40%～65%）[1]。

基因多態(tài)性可以影響OA發(fā)病的多種因素，如肥胖，骨骼形狀，骨的質量及滑膜炎、疼痛的敏感性以及OA疾病的進展、OA人工關節(jié)置換術后假體使用壽命和血栓的形成。單核苷酸多態(tài)性指的是，在基因組水平上由單個核苷酸的變異所引起的DNA序列多態(tài)性。在人類可遺傳的變異中，占一切已知基因多態(tài)性的80%以上。關于單核苷酸多態(tài)性與骨性關節(jié)炎的相關性研究進展，筆者就近年來研究較多、樣本量較大的幾個單核苷酸多態(tài)性做出以下綜述。

1 白細胞介素相關基因多態(tài)性

1.1 ?白細胞介素-1（IL-1）

經典的IL-1家族主要包括IL-1α、IL-Iβ和內源性IL-1受體拮抗劑（IL-1 receptor antagonis， IL-1ra），分別編碼這3種蛋白的基因IL-1A、IL-1B及IL-1RN均位于染色體2ql3～24， 具有較高的同源性，共同構成IL-1基因簇。IL-1可影響軟骨中的多種酶系統(tǒng)，從而促進軟件基質的分解作用，所以對于IL-1基因多態(tài)性與OA的易感性的相關討論比較多，也比較早。

最近對IL-1的研究主要集中在IL1R上，有學者對298OA患者研究顯示首次發(fā)現IL1R1（rs956730）和IL1R19（rs3917225）基因多態(tài)性與中國西北漢族人群骨關節(jié)炎易感性有關[2]。而較多的學者則認為，IL-1的多態(tài)性和OA的相關性隨地區(qū)和種族的不同而不同。目前的研究多認為IL-1相關的基因多態(tài)性可能對OA的發(fā)生和發(fā)展有一定的關系，然而詳細的影響機制尚不明了。種族和性別等因素的差異，甚至在不同的基因位點都對其影響較大，因此，現階段對于IL-1對OA的易感性研究有爭議[3]，依然需要更大的樣本量和更深入的研究加以佐證。

1.2 ?白細胞介素-6（IL-6）

位于第7號染色體上的人類IL-6基因，其分子量在21～30KD之間。相關研究驗證了在關節(jié)炎癥過程中，滑膜成纖維細胞、關節(jié)軟骨細胞等多種細胞共同參與了IL-6的分泌，并且IL-6在OA的發(fā)病機制中有及其重要的作用[4]。

在OA的患者中，其血清中的IL-6含量顯著升高，在累及的關節(jié)滑膜液中檢測也出現陽性結果。有文獻報道，IL-6（rs1800796）單核苷酸多態(tài)性可以通過影響IL-6的轉錄活性，進而影響C反應蛋白在循環(huán)中的水平。因為IL-6（rs1800796）單核苷酸多態(tài)性在不同地區(qū)的出現概率不同，而且上述研究的樣本量不大，所有IL-6（rs1800796）的多態(tài)性與骨性關節(jié)炎的相關性還需進一步探究。

1.3 ?白細胞介素-16（IL-16）

人類IL-16位于第15號染色體上，由基因15q26.1編碼。作為促炎性細胞因子的IL-16，參與機體免疫作用。對114名漢族志愿者進行了病例對照研究，得出結論，IL-16基因（rs11556218，rs4778889，rs4072111）多態(tài)性與原發(fā)性KOA存在相關性[5]。進一步探究發(fā)現IL-16基因（rs11556218，rs4778889，rs4072111）多態(tài)性與原發(fā)性OA的易感性存在顯著的相關性，且這種相關性在女性患者中體現的愈加分明[6]。其中的C等位基因和聯合基因型（CC+CT）可輕度降低膝關節(jié)風險，參照對照組，IL-16（rs11556218）中攜帶G基因能明顯降低膝關節(jié)OA的發(fā)病風險[6]。

1.4 ?白細胞介素-16（IL-17）

作為Th17細胞的主要效應因子IL-17，由CD4+ T細胞分泌，可以促使成纖維細胞合成并分泌IL-6、IL-8等多種炎性因子。在韓國人口中，IL-17A G-197A多態(tài)性可能對骨性關節(jié)炎有易感性。IL-17F T7488C多態(tài)性與OA的易感性無明顯差異[7]。對500例KOA患者研究發(fā)現，在克羅地亞人群中髖關節(jié)OA在IL17基因位點上的遺傳風險可能與膝關節(jié)OA不同[8]。這說明同一基因位點的多態(tài)性在髖關節(jié)骨性關節(jié)炎與膝關節(jié)骨性關節(jié)炎中的相關性存在差異。

2 血管性血友病因子相關的基因多態(tài)性

Miyamoto等人進過全基因組關聯分析學習（Genome Wide Association Study，GWAS）對100000個單核苷酸多態(tài)性位點的檢測，在3p24.3染色體上發(fā)現了一個以前未知的基因，且這個血管性的血友病因子A域（double von Willebrand factor A domains，DVMA）基因與日本人群的OA有相關性。DVWA基因編碼一種276氨基酸蛋白，該蛋白具有兩個與血管性血友病因子a型域對應的結構域，且這兩個結構域通常參與細胞粘附和蛋白-蛋白相互作用。最近有報道發(fā)現，在志愿患者中，DVWA（rs11718863）在關節(jié)功能較差、KL分級較重的OA患者中更有代表性，顯示其作為OA標志物對疾病的進展起到預測的作用[9]。而且該報道還在統(tǒng)計學上與OA患者的臨床上的KL分級量表相關，這有助于更好地定義OA分級[9]。

DVWA基因編碼的蛋白特異地在軟骨中表達，這提示該基因可能對OA有影響。報道稱DVMA（rs7639618）不僅在日本人群中，而且在中國漢族人群中與原發(fā)性骨性關節(jié)炎相關性較強[10]。最近的一項研究示DVWA單核苷酸多態(tài)性與OA具有相關性，其中rs11718863、rs7639618多態(tài)性與臨床上的KL分級有相關性，而rs7651842、rs7639807、rs17040821多態(tài)性無明顯統(tǒng)計學意義[11]。

最近越來越多關于DVWA多態(tài)性鉆研分析，幫著我們對于OA疾病的進一步分級，提示放射學和遺傳評估可以幫助更好地確定疾病分級和發(fā)展新的治療方法。

3 生長分化因子（TGF）相關的基因多態(tài)性

3.1 ?轉化生長因子-α（TGF-α）

編碼TGF-α的TGFA基因位于2p13.3，該基因編碼表皮生長因子受體配體的蛋白。已被證實這種蛋白與細胞增殖、分化和發(fā)育有關。在前段時間，基于小鼠的研究表明，TGFA基因突變會導致EGFR信號水平升高，進而增大膝關節(jié)退行性等疾病的患病風險。近期一篇報道闡述通過對歐美人群進行全基因組meta分析，發(fā)現TGFA（rs2862851）與髖部OA的發(fā)病狀態(tài)密切相關[12]。Cui等對338名膝關節(jié)骨性關節(jié)炎志愿者研究，結果表明TGFA（rs2862851）等位基因可能對中國漢族人群膝關節(jié)OA易感性有顯著影響。

3.2 ?生長分化因子-5（GDF-5）

GDF-5歸屬TGF-β超家族，編碼的基因位于染色體20q11. 2，是一種參與關節(jié)形成的骨形態(tài)發(fā)生蛋白，在骨骼、肌肉系統(tǒng)的發(fā)育中有著重要作用，已被證明可以改善小鼠創(chuàng)傷后的肌腱、韌帶和骨愈合。GDF5基因的突變在人類骨骼疾病的廣泛范圍已被證實。GDF5（rs143383）與OA的相關性研究較多，Jiang等通過對2007年～2016年期間關于GDF5（rs143383）的研究進行了Mate分析，指出GDF5（rs143383）多態(tài)性跟白種人和亞洲人群OA具有顯著的相關性。Huang X等通過Mate分析過往文獻的5915例為病例，1252例為對照組，研究提示GDF5（rs143383）多態(tài)性與包括OA在內的肌肉骨骼退行性疾病易感性有著顯著的相關。大量的數據樣本顯示GDF5（rs143383）多態(tài)性與亞洲人群的OA有顯著的相關性，但可能存在部分的種族差異。總的來說GDF5（rs143383）是目前為數不多的、具有較好重復性的、與OA相關性較大的單核苷酸多態(tài)性位點。

3.3 ?SMAD3

編碼SMAD家族成員3的基因位于染色體上15q21-22，SMAD3是轉化生長因子-β信號通路的關鍵細胞內信使，且對軟骨細胞的合成代謝有明顯作用。歐美國家的人群中SMAD3（rs12901499）與膝關節(jié)和髖部OA都具有相關性，且經過大數據的Mate分析也得到了證實。最近對中國漢族的OA的人群研究也發(fā)現SMAD3（rs12901499）GA基因型和G變異可能增加中國漢族髖關節(jié)OA的發(fā)病風險。

4 小 結

與其他常見的復雜疾病一樣，OA的遺傳結構似乎是高度多基因的，在整個等位基因頻譜上有多個變異。所以存在多個相關的基因和多個突變的基因位點。由于OA的異質性和復雜性，導致這些單核苷酸多態(tài)性與OA風險增加之間存在不同程度的關聯。對于同個基因的多態(tài)性與OA的相關程度在不同的人群中，也會跟隨疾病表型的差異、種族不同、生活環(huán)境和生活模式的不同，甚至是否存在其他伴隨疾病的不同而產生差異。有些單核苷酸多態(tài)性針對OA亞型（髖關節(jié)、膝關節(jié)和手關節(jié)OA），其結果也有著很大的差異。由于樣本量較小也可能導致某些單核苷酸多態(tài)性與OA的相關性存在假陽性的可能。

目前，關于骨性關節(jié)炎的詳細發(fā)病機制仍然沒有完全的明確。近年來，個性化醫(yī)療成為衛(wèi)生保健領域的一個熱門話題，對人群中最常見單個基因位點變異的研究，促進了個性化醫(yī)療實現。單核苷酸基因多態(tài)性與OA相關性的討論，將有助于人們進一步理解OA發(fā)病的分子機制，從而為OA的早期診斷和醫(yī)治提供依據。隨著研究的深入，更多的易感基因將會出現，這也需要更大的樣本量和更明確的影響機制來完善。為OA的早期診斷和藥物新靶點治療的研發(fā)提供更全面的參照。

參考文獻

[1] Panoutsopoulou K，Zeggini E.Advances in osteoarthritis genetics.J Med Genet 2013;50：715-24.

[2] Na Y，Bai R，Zhao Z，et al.IL1R1 gene polymorphisms are associated with knee osteoarthritis risk in the Chinese Han population[J].Oncotarget，2016，8（3）：4228.

[3] Kaarvatn M H，Jotanovic Z，Mihelic R，et al.Associations of the Interleukin-1 Gene Locus Polymorphisms with Risk to Hip and Knee Osteoarthritis：Gender and Subpopulation Differences[J].Scandinavian Journal of Immunology，2013，77（2）：11.

[4] Laavola M，Lepp?nen T，H?m?l?inen M，et al.IL-6 in Osteoarthritis：Effects of Pine Stilbenoids.Molecules.2018;24（1）：109.

[5] Liu Z，Ma L，Qiu S，et al.Genetic polymorphisms of interleukin-16 are associated with susceptibility to primary knee osteoarthritis.Int J Clin Exp Med.2015，15;8（1）：1401-5.

[6] Luo SX，Li S，Zhang XH，et al.Genetic polymorphisms of interleukin-16 and risk of knee osteoarthritis.PLoS One.2015;10（5）：e0123442.

[7] Han L，Lee H S，Yoon J H，et al.Association of IL-17A and IL-17F single nucleotide polymorphisms with susceptibility to osteoarthritis in a Korean population[J].Gene，2014，533（1）：119-122.

[8] Vrgoc G，Vrbanec J，Eftedal R K，et al.Interleukin-17 and Toll-like Receptor 10 genetic polymorphisms and susceptibility to large joint osteoarthrits.[J].Journal of Orthopaedic Research，2017.

[9] Minafra L，BravatàV，Saporito M，et al.Genetic，clinical and radiographic signs in knee osteoarthritis susceptibility.Arthritis Res Ther.2014;16（2）：R91.Published 2014 Apr 9.

[10] Zhang R，Yao J，Xu P，et al.Association between genetic variants of DVWA and osteoarthritis of the knee and hip：a comprehensive meta-analysis.Int J Clin Exp Med.2015;8（6）：9430-7.Published 2015 Jun 15.

[11] BravatàV，Minafra L，Forte GI，et al.DVWA gene polymorphisms and osteoarthritis.BMC Res Notes.2015;8：30.

[12] Casta?o-Betancourt MC，Evans DS，Ramos YF，et al.Novel Genetic Variants for Cartilage Thickness and Hip Osteoarthritis.PLoS Genet.2016;12（10）：e1006260.Published 2016 Oct 4.

本文編輯：吳 衛(wèi)