張恩景 廖文 蔡進奎 金捷 李章華

武漢大學同仁醫(yī)院(武漢市第三醫(yī)院)，湖北 武漢 430060

非創(chuàng)傷性股骨頭壞死(non-traumatic osteonecrosis of femoral head，NONFH)是各種非創(chuàng)傷因素破壞了股骨頭的血供導致股骨頭缺血、壞死、塌陷，常導致嚴重髖關節(jié)功能障礙的一類疾病[1]。它的年發(fā)病率在歐洲為3/100000，在亞洲地區(qū)為29/100000[2]。該病多發(fā)于青壯年時期，男性多于女性，致殘率較高，影響患者生活質量， NONFH已經(jīng)成為世界性的健康問題[3-5]。NONFH機制復雜，目前形成了骨質疏松、脂肪代謝紊亂和血管內凝血等多種學說，各學說均無法完全解釋NONFH的具體發(fā)病機制。但比較公認的是，在脂肪代謝及其他骨內代謝環(huán)境紊亂、血管內血液高凝等多種因素作用下導致骨內微循環(huán)障礙可引起NONFH。

由于人類基因組序列中多態(tài)性的類型、表型、發(fā)生頻率及在人群中的分布特點構成了不同個體與群體對疾病的易感性、對藥物與環(huán)境因素不同反應的遺傳學基礎。基因的多態(tài)性解釋了為什么人體對疾病和藥物的易感性、耐受性和疾病的癥狀存在個體差異，認識和掌握基因多態(tài)性與疾病發(fā)生、發(fā)展關系，有助于人類更好地診斷和治療疾病。

基因多態(tài)性分析包括單核苷酸多態(tài)性和限制性片段長度多態(tài)性兩個方面。由于單核苷酸多態(tài)性(single nucleotide polymorphism，SNP)能夠充分反映個體間的遺傳差異，通過基因易感性分析，能夠確定NONFH易發(fā)人群，提醒他們改變生活和飲食習慣，預防NONFH發(fā)生。此外，SNP分析還有利于詮釋不同患者藥代學和藥效學的遺傳差異，協(xié)助醫(yī)生需要考慮到不同患者存在不同遺傳背景，從而制定個體化治療方案，施行個性化用藥。限制性片段長度多態(tài)性(restriction fragment length polymorphism，RFLP)分析是進行基因定位的有力手段，對NONFH等遺傳性疾病的早期診斷也有良好的應用價值。通過SNP和RFLP分析，人們發(fā)現(xiàn)NONFH患者往往伴隨凝血因子、一氧化氮合成酶、跨膜蛋白、載脂蛋白和胰島素樣因子的基因變異。這些基因是目前研究較多的NONFH易感基因，通過這些基因和NONFH的相關性研究，有助于NONFH治療效果的提高。

1 凝血因子相關基因

機體凝血功能相關分子的基因多態(tài)性可用于股骨頭缺血性壞死高危人群篩查，通過篩查它的多態(tài)性可為ONFH的早期診斷和治療提供理論依據(jù)。纖溶酶原激活物抑制劑基因(plasminogen activator inhibitor-1，PAI-1)和亞甲基四氫葉酸還原酶基因(methylenetetrahydrofolatereductase，MTHFR)是目前研究最多的與凝血相關的2個主要基因。PAI-1能抑制內源性纖溶酶原激活物，維持纖維蛋白穩(wěn)定、刺激纖維蛋白在血管壁沉積和促進平滑肌細胞增生，對于平衡纖溶和凝血系統(tǒng)發(fā)揮決定作用。PAI-1 水平升高是血液高凝狀態(tài)的顯著性標志。PAI-1 基因中4G/4G 基因型在ONFH患者中的比例遠遠大于正常對照組中的比例，4G/4G基因型突變引起的低纖溶酶原狀態(tài)可能是ONFH發(fā)病的原因[6]。而陳研平等[7]通過Meta分析發(fā)現(xiàn)PAI-1基因4G/5G 多態(tài)性與NONFH的易感性增加有關。Gagala等[8]研究了68例NONFH波蘭患者，其中特發(fā)性45例、繼發(fā)性23例，并與100個健康人對照。結果顯示，在波蘭人群中血栓形成傾向不是NONFH發(fā)生的風險因子；而遺傳性低纖溶狀態(tài)與ONFH發(fā)生關系更為密切。Zhang等[9]認為PAI-1基因中rs2227631單核苷酸多態(tài)性與固醇類激素誘導的ONFH有關，這個基因的變異是該病發(fā)生關鍵因素。這些結果都進一步說明PAI-1基因多態(tài)性與ONFH發(fā)生具有相關性。

MTHFR是產(chǎn)生高同型半胱氨酸的前體，它大大增加了血栓形成的風險，ONFH患者往往伴隨MTHFR基因變異，MTHFR基因中rs1801133存在多態(tài)性[10]。然而也有學者[11]認為MTHFR基因rs1801133的單核苷酸多態(tài)性與NONFH發(fā)生并無內在聯(lián)系。對MTHFR基因中C677T多態(tài)性的研究也存在不同的觀點，Kim等[12]選取了更大的樣本，運用無條件的邏輯回歸模型與單倍型分析，沒有發(fā)現(xiàn)二者的相關性。Kim和Chang的研究結果存在差異，說明多態(tài)性與地域、種族、樣本量大小相關。

2 一氧化氮合成酶相關基因

血管內皮細胞一氧化氮合成酶(endothelial nitric oxide synthase，eNOS)是合成一氧化氮(NO)的關鍵酶。eNOS基因缺陷可增加血小板聚集，降低內皮細胞運動，使血管發(fā)生受損，降低骨的再生能力[13,14]。Koo等[15]在 2006 年首次報道了韓國人中eNOS基因多態(tài)性與ONFH發(fā)生存在密切關系。他們選取103例NONFH患者，包括50例特發(fā)性、29例激素性和24例酒精性NONFH患者，并與103個健康人對照，結果發(fā)現(xiàn)4 a等位基因出現(xiàn)頻率明顯高于對照組，在特發(fā)性NONFH中，4 a/b基因型出現(xiàn)頻率明顯高于對照組。Zheng[16]領導的課題組發(fā)現(xiàn)eNOS因多態(tài)性是NONFH發(fā)生的風險因素，其內含子4中的27 bp重復序列多態(tài)性及外顯子7中G894T多態(tài)性都能抑制內皮型eNOS活性，可誘發(fā)特發(fā)性NONFH。Zhao等[17]研究也證實了上述結論。Wang等[18]建議提高誘導型一氧化氮合成酶(inducible nitric oxide synthase，iNOS)的表達，能誘導ONFH患者骨細胞凋亡，抑制ONFH病情惡化。Song等[19]針對亞洲人群比較其eNOS基因中關鍵序列4b/a、G894T和T786C多態(tài)性，通過Meta分析表明，4b/a多態(tài)性與特發(fā)性和繼發(fā)性NONFH有關，而G894T和T786C多態(tài)性與NONFH的發(fā)生關聯(lián)性較小。由于已有研究的樣本量均不夠大，所以尚不能得出eNOS基因多態(tài)性和NONFH發(fā)生存在必然關聯(lián)。

3 跨膜蛋白相關基因

P-糖蛋白(p-glycoprotein， P-gp)是一種膜轉運蛋白，在藥物吸收和分布中起重要作用，P-gp又稱多重耐藥基因(multidrug-resistant transporter-1，MDR1)，能把底物從胞內排到到細胞外[20]。被ABCB1基因編碼，且具有多個SNP位點。它使細胞內藥物泵出細胞外，降低了細胞內的藥物濃度，使細胞產(chǎn)生耐藥性。

大量服用激素增大股骨頭缺血性壞死的風險，但個體對激素的敏感性也有顯著差異。針對日本136例接受腎移植術病人的調查[21]獲悉，P-糖蛋白在這些病人當中活性較高，某些特殊組織細胞內激素的濃度偏低，其中30例發(fā)生股骨頭缺血性壞死病人的多重耐藥基因ABCB1第26位外顯子的C3435T和第21位外顯子的G2677T/A基因多態(tài)性比例非常低，3435T和3435C等位基因分別與2677T和26HG等位基因存在不平衡聯(lián)接。C3435T和G2677T/A基因多態(tài)性是診斷激素相關性股骨頭缺血性壞死的重要指標。

Fan等[22]研究了來自中國的662個樣本，分析MDR1基因中C1236T、G2677T/A和C3435T的SNP，發(fā)現(xiàn)C3435T的SNP與中國人群中NONFH的發(fā)生有關，其他兩者與NONFH發(fā)病無關。Zhang等[23]研究也認同C1236T的多態(tài)性與NONFH發(fā)生不相關，而C3435T的SNP與NONFH相關聯(lián)。Bai[24]和Qiao[25]各自獨立的實驗都證實了ABCB1基因的rs1045642多態(tài)性對NONFH起保護作用；rs2032582 多態(tài)性也被Bai等認為是NONFH保護因子。

4 載脂蛋白相關基因

脂類代謝紊亂易引發(fā)NONFH，不合理服用糖皮質激素引起體內血脂升高，脂肪分解加快，血中游離脂肪酸濃度高。高脂血癥會使血液粘度增加，甘油三酯和膽固醇在血管內堆積，導致血管內缺血，引起微循環(huán)障礙，最終形成NONFH。載脂蛋白A和載脂蛋白B作為脂類代謝的重要蛋白，其基因多態(tài)性也與NONFH發(fā)生相關。Liu等[26]發(fā)現(xiàn)Apo A1啟動子-75 bp位點的G/A突變可能是ONFH的易感因素之一。Hirata[27]研究表明發(fā)生股骨頭缺血性壞死患者中ApoB的C7623T基因多態(tài)性和ApoB/ApoAl概率較高，而ApoB的G12 619 A基因多態(tài)性與ApoAl的G75 A和C83T基因多態(tài)性以及Lp(a)的基因多態(tài)性均與NONFH的發(fā)生沒有聯(lián)系。以往研究發(fā)現(xiàn)[28]，NONFH伴隨脂質代謝異常，血脂濃度偏高，與長期酗酒[29]和服用激素有關。服用降血脂藥物可對長期服用激素藥物的NONFH患者提供保護作用。

5 胰島素樣因子的相關基因

胰島素樣生長因子-1(insulin-like growth factors，IGF1)，跟胰島素在結構上類似，主要在肝細胞中合成，是骨代謝的主要參與者，能有效地促進骨細胞的有絲分裂和軟骨細胞功能分化、增殖及其基質的形成，促進骨生長與修復[30]。Maimoun等[31]報道IGF1基因中的rs2946834 和IGFBP3 中的rs924140多態(tài)性都能增加NONFH發(fā)生風險。IGF1跟糖尿病關系密切，糖尿病患者的IGF1的水平偏低，股骨頭壞死也是其典型的并發(fā)癥，因此考察NONFH與糖尿病以及胰島素基因多態(tài)性之間的聯(lián)系也有助于了解糖尿病性NONFH發(fā)病的病因。

6 SOX9基因

SOX9基因是SOX基因家族的一個重要成員，調節(jié)軟骨形成和軟骨細胞的增殖和發(fā)育，在哺乳動物性別決定和軟骨生成中起著關鍵的調控作用。

Zhang等[32]選擇了中國北方的182個NONFH病人，并與179個健康者做對照，發(fā)現(xiàn)這些病人中的SOX9蛋白表達量明顯比正常人低，SOX9基因表達多態(tài)性與ONFH發(fā)生有顯著關系，據(jù)此他們推測SOX9基因是治療ONFH潛在的靶點。Zhang等[33]在NONFH動物模型中發(fā)現(xiàn)，在HIF- 1α通過促進SOX9表達，加快NONFH軟骨代謝，闡明SOX9基因在HIF-1α信號通路中的作用，或許能洞悉SOX9基因在NONFH病因學中的角色。

以往的研究也表明[34]，SOX9在ONFH發(fā)展過程中能促進軟骨修復，SOX蛋白缺失可能會破壞骨形成機制，進一步探索SOX9基因與其他生物分子或環(huán)境因素的相互作用，追溯SOX9基因變異的根源有助于認識SOX9基因與ONFH發(fā)生之間的聯(lián)系。

7 展望

綜上所述，NONFH是一類多基因相關疾病，與環(huán)境因素密切相關，發(fā)病機制復雜。目前ONFH基因多態(tài)性的研究已有較大進展，但仍需要進一步發(fā)展和完善高通量多態(tài)性評價的實驗平臺，并對篩選的大樣本和多種族及多地域相關多態(tài)性進行深入研究。當前的基因多態(tài)性研究應該緊密結合臨床，根據(jù)ONFH的病理生理特征，尋找候選基因，分析其多態(tài)性與癥狀之間的聯(lián)系，為從分子水平認識它的臨床表型本質奠定基礎，也為進一步了解ONFH發(fā)病機理提供依據(jù)。代謝組學的蓬勃發(fā)展有希望實現(xiàn)對ONFH的早期診斷，能從血清中尋找并發(fā)現(xiàn)有價值的特異性標志物作為ONFH診斷標準[35]。通過基因組、蛋白組和轉錄組等技術，對于大樣本人群與ONFH進行生物標記物的分析與鑒定、驗證與應用，從而精確尋找ONFH的原因和治療靶點，并有助于指導NONFH藥物的設計和發(fā)現(xiàn)以及提高疾病診治與預防的效果，也有助于實現(xiàn)對患者進行個體化精準治療。