单核苷酸多态性与骨性关节炎的相关研究进展
王云飞 张国秋 吴焘
【摘要】骨性关节炎是一种以局部关节软骨退行性改变为主要特点的复杂的疾病。骨性关节炎是一种受到多种危险因素影响的疾病，其中遗传因素影响很大。随着越来越多的学者对单个基因位点的突变跟OA的易感性越来越深入的研究，使得单核苷酸基因多态性有可能成为骨性关节炎预防和早期诊疗的重要理论根据。本文旨在概括近年来一些相关基因的单核苷酸多态性与骨性关节炎相关性的研究。
【关键词】骨性关节炎;基因;单核苷酸多态性
【中图分类号】R684.3【文献标识码】A 【文章编号】ISSN.2095.6681.2019.25..02
骨性关节炎（osteoarthritis， OA）是一种发生在老年人群中较常见的慢性骨关节病，70岁以上人群的骨关节炎发病率超过40%，中国人口的老龄化的现状，决定着OA在中国的发病率逐渐升高。临床上OA的常见症状包括所累及关节的疼痛、僵硬、畸形和功能的丧失，严重的影响人们的日常生活质量。关于OA的发病因素还没有完全的明确，目前研究显示，OA与多种致病因素有关，包含多种非遗传因素（肥胖、性别、年龄和关节损伤）和遗传因素，其中遗传因素在原发性OA的发生中所起的作用约占50%（40%～65%）[1]。
基因多态性可以影响OA发病的多种因素，如肥胖，骨骼形状，骨的质量及滑膜炎、疼痛的敏感性以及OA疾病的进展、OA人工关节置换术后假体使用寿命和血栓的形成。单核苷酸多态性指的是，在基因组水平上由单个核苷酸的变异所引起的DNA序列多态性。在人类可遗传的变异中，占一切已知基因多态性的80%以上。关于单核苷酸多态性与骨性关节炎的相关性研究进展，笔者就近年来研究较多、样本量较大的几个单核苷酸多态性做出以下综述。
1 白细胞介素相关基因多态性
1.1 ?白细胞介素-1（IL-1）
经典的IL-1家族主要包括IL-1α、IL-Iβ和内源性IL-1受体拮抗剂（IL-1 receptor antagonis， IL-1ra），分别编码这3种蛋白的基因IL-1A、IL-1B及IL-1RN均位于染色体2ql3～24， 具有较高的同源性，共同构成IL-1基因簇。IL-1可影响软骨中的多种酶系统，从而促进软件基质的分解作用，所以对于IL-1基因多态性与OA的易感性的相关讨论比较多，也比较早。
最近对IL-1的研究主要集中在IL1R上，有学者对298OA患者研究显示首次发现IL1R1（rs956730）和IL1R19（rs3917225）基因多态性与中国西北汉族人群骨关节炎易感性有关[2]。而较多的学者则认为，IL-1的多态性和OA的相关性随地区和种族的不同而不同。目前的研究多认为IL-1相关的基因多态性可能对OA的发生和发展有一定的关系，然而详细的影响机制尚不明了。种族和性别等因素的差异，甚至在不同的基因位点都对其影响较大，因此，现阶段对于IL-1对OA的易感性研究有争议[3]，依然需要更大的样本量和更深入的研究加以佐证。
1.2 ?白细胞介素-6（IL-6）
位于第7号染色体上的人类IL-6基因，其分子量在21～30KD之间。相关研究验证了在关节炎症过程中，滑膜成纤维细胞、关节软骨细胞等多种细胞共同参与了IL-6的分泌，并且IL-6在OA的发病机制中有及其重要的作用[4]。
在OA的患者中，其血清中的IL-6含量显着升高，在累及的关节滑膜液中检测也出现阳性结果。有文献报道，IL-6（rs1800796）单核苷酸多态性可以通过影响IL-6的转录活性，进而影响C反应蛋白在循环中的水平。因为IL-6（rs1800796）单核苷酸多态性在不同地区的出现概率不同，而且上述研究的样本量不大，所有IL-6（rs1800796）的多态性与骨性关节炎的相关性还需进一步探究。
1.3 ?白细胞介素-16（IL-16）
人类IL-16位于第15号染色体上，由基因15q26.1编码。作为促炎性细胞因子的IL-16，参与机体免疫作用。对114名汉族志愿者进行了病例对照研究，得出结论，IL-16基因（rs11556218，rs4778889，rs4072111）多态性与原发性KOA存在相关性[5]。进一步探究发现IL-16基因（rs11556218，rs4778889，rs4072111）多态性与原发性OA的易感性存在显着的相关性，且这种相关性在女性患者中体现的愈加分明[6]。其中的C等位基因和联合基因型（CC+CT）可轻度降低膝关节风险，参照对照组，IL-16（rs11556218）中携带G基因能明显降低膝关节OA的发病风险[6]。
1.4 ?白细胞介素-16（IL-17）
作为Th17细胞的主要效应因子IL-17，由CD4+ T细胞分泌，可以促使成纤维细胞合成并分泌IL-6、IL-8等多种炎性因子。在韩国人口中，IL-17A G-197A多态性可能对骨性关节炎有易感性。IL-17F T7488C多态性与OA的易感性无明显差异[7]。对500例KOA患者研究发现，在克罗地亚人群中髋关节OA在IL17基因位点上的遗传风险可能与膝关节OA不同[8]。这说明同一基因位点的多态性在髋关节骨性关节炎与膝关节骨性关节炎中的相关性存在差异。
2 血管性血友病因子相关的基因多态性
Miyamoto等人进过全基因组关联分析学习（Genome Wide Association Study，GWAS）对100000个单核苷酸多态性位点的检测，在3p24.3染色体上发现了一个以前未知的基因，且这个血管性的血友病因子A域（double von Willebrand factor A domains，DVMA）基因与日本人群的OA有相关性。DVWA基因编码一種276氨基酸蛋白，该蛋白具有两个与血管性血友病因子a型域对应的结构域，且这两个结构域通常参与细胞粘附和蛋白-蛋白相互作用。最近有报道发现，在志愿患者中，DVWA（rs11718863）在关节功能较差、KL分级较重的OA患者中更有代表性，显示其作为OA标志物对疾病的进展起到预测的作用[9]。而且该报道还在统计学上与OA患者的临床上的KL分级量表相关，这有助于更好地定义OA分级[9]。
DVWA基因编码的蛋白特异地在软骨中表达，这提示该基因可能对OA有影响。报道称DVMA（rs7639618）不仅在日本人群中，而且在中国汉族人群中与原发性骨性关节炎相关性较强[10]。最近的一项研究示DVWA单核苷酸多态性与OA具有相关性，其中rs11718863、rs7639618多态性与临床上的KL分级有相关性，而rs7651842、rs7639807、rs17040821多态性无明显统计学意义[11]。
最近越来越多关于DVWA多态性钻研分析，帮着我们对于OA疾病的进一步分级，提示放射学和遗传评估可以帮助更好地确定疾病分级和发展新的治疗方法。
3 生长分化因子（TGF）相关的基因多态性
3.1 ?轉化生长因子-α（TGF-α）
编码TGF-α的TGFA基因位于2p13.3，该基因编码表皮生长因子受体配体的蛋白。已被证实这种蛋白与细胞增殖、分化和发育有关。在前段时间，基于小鼠的研究表明，TGFA基因突变会导致EGFR信号水平升高，进而增大膝关节退行性等疾病的患病风险。近期一篇报道阐述通过对欧美人群进行全基因组meta分析，发现TGFA（rs2862851）与髋部OA的发病状态密切相关[12]。Cui等对338名膝关节骨性关节炎志愿者研究，结果表明TGFA（rs2862851）等位基因可能对中国汉族人群膝关节OA易感性有显著影响。
3.2 ?生长分化因子-5（GDF-5）
GDF-5归属TGF-β超家族，编码的基因位于染色体20q11. 2，是一种参与关节形成的骨形态发生蛋白，在骨骼、肌肉系统的发育中有着重要作用，已被证明可以改善小鼠创伤后的肌腱、韧带和骨愈合。GDF5基因的突变在人类骨骼疾病的广泛范围已被证实。GDF5（rs143383）与OA的相关性研究较多，Jiang等通过对2007年～2016年期间关于GDF5（rs143383）的研究进行了Mate分析，指出GDF5（rs143383）多态性跟白种人和亚洲人群OA具有显著的相关性。Huang X等通过Mate分析过往文献的5915例为病例，1252例为对照组，研究提示GDF5（rs143383）多态性与包括OA在内的肌肉骨骼退行性疾病易感性有着显着的相关。大量的数据样本显示GDF5（rs143383）多态性与亚洲人群的OA有显着的相关性，但可能存在部分的种族差异。总的来说GDF5（rs143383）是目前为数不多的、具有较好重复性的、与OA相关性较大的单核苷酸多态性位点。
3.3 ?SMAD3
编码SMAD家族成员3的基因位于染色体上15q21-22，SMAD3是转化生长因子-β信号通路的关键细胞内信使，且对软骨细胞的合成代谢有明显作用。欧美国家的人群中SMAD3（rs12901499）与膝关节和髋部OA都具有相关性，且经过大数据的Mate分析也得到了证实。最近对中国汉族的OA的人群研究也发现SMAD3（rs12901499）GA基因型和G变异可能增加中国汉族髋关节OA的发病风险。
4 小 结
与其他常见的复杂疾病一样，OA的遗传结构似乎是高度多基因的，在整个等位基因频谱上有多个变异。所以存在多个相关的基因和多个突变的基因位点。由于OA的异质性和复杂性，导致这些单核苷酸多态性与OA风险增加之间存在不同程度的关联。对于同个基因的多态性与OA的相关程度在不同的人群中，也会跟随疾病表型的差异、种族不同、生活环境和生活模式的不同，甚至是否存在其他伴随疾病的不同而产生差异。有些单核苷酸多态性针对OA亚型（髋关节、膝关节和手关节OA），其结果也有着很大的差异。由于样本量较小也可能导致某些单核苷酸多态性与OA的相关性存在假阳性的可能。
目前，关于骨性关节炎的详细发病机制仍然没有完全的明确。近年来，个性化医疗成为卫生保健领域的一个热门话题，对人群中最常见单个基因位点变异的研究，促进了个性化医疗实现。单核苷酸基因多态性与OA相关性的讨论，将有助于人们进一步理解OA发病的分子机制，从而为OA的早期诊断和医治提供依据。随着研究的深入，更多的易感基因将会出现，这也需要更大的样本量和更明确的影响机制来完善。为OA的早期诊断和药物新靶点治疗的研发提供更全面的参照。
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本文編辑：吴 卫
