羅盛飛，胡志波，王寧華，閔紅巍，張德儉，劉克敏

1.天津醫(yī)科大學第二醫(yī)院，天津市 300211；2.天津醫(yī)科大學，天津市 300134；3.北京大學第一醫(yī)院，北京市 100034；4.中國康復研究中心北京博愛醫(yī)院，北京市 100068；5.首都醫(yī)科大學康復醫(yī)學院，北京市 100068

0 引言

原發(fā)性膝骨關節(jié)炎(primary knee osteoarthritis,PKO)是一種復雜的、多因素介導的關節(jié)疾病，它的特點是滑膜炎、關節(jié)囊增厚、關節(jié)軟骨逐步退化、關節(jié)間隙變窄、骨贅形成和軟骨下硬化，進而表現(xiàn)為慢性關節(jié)疼痛和功能喪失[1]。研究表明遺傳異常與PKO的發(fā)病有關[2]。每個等位基因都是危險因素，它們既可能相互獨立，也可能相互作用[3]。了解PKO 的易感基因，有助于明確PKO 目的基因新的通路[4]。本研究擬對已發(fā)表的有關PKO易感基因相關研究進行綜述。

1 資料與方法

1.1 一般資料

檢索PubMed、Web of Science、中國知網(wǎng)、萬方數(shù)據(jù)庫、中國生物醫(yī)學文獻數(shù)據(jù)庫從建庫至2020 年12 月有關PKO 遺傳易感性與基因多態(tài)性的相關文獻。英文檢索詞：primary knee osteoarthritis、genetic sus‐ceptibility 和single nucleotide polymorphism。中文檢索詞：原發(fā)性膝骨關節(jié)炎、多態(tài)性、單核苷酸和基因。

納入標準：①研究對象為PKO患者；②研究內(nèi)容為關于PKO易感基因多態(tài)性位點的病例對照研究；③語言為中文或英文。

排除標準：①無摘要或不能獲取全文；②會議摘要、評論等；③動物研究。

1.2 文獻篩選與資料提取

由兩名研究人員獨立進行文獻篩選和數(shù)據(jù)提取，提取內(nèi)容包括作者、發(fā)表時間、國家及地區(qū)、基因多態(tài)性位點位置及名稱、危險等位基因頻率或基因型頻率等。

2 結果

2.1 文獻

最終納入42 篇人類PKO 易感基因相關文獻。見圖1。

圖1 篩選流程

2.2 炎癥因子等位基因

2.2.1 腫瘤壞死因子α(tumor necrosis factor-α,TNF-α)

TNF-α 與PKO 的發(fā)生發(fā)展密切相關，關節(jié)液中TNF-α的水平隨著PKO 嚴重程度的增加而升高。目前對TNF-α 基因多態(tài)性的研究主要集中在啟動子區(qū)域上游的一些位點，例如-238、-308 和-1037 等。其中-308位點的基因多態(tài)性G/A 發(fā)現(xiàn)最早[5]。見表1。Abdel等[6]通過420 例埃及女性病例對照研究顯示，PKO 患者中TNF-α-G308A 基因型GG、AG 和AA 的百分比分別為85.7%、11.9%和2.4%，對照組分別為54.7%、39.1%和6.2%，受試者的GG 基因型和G 等位基因的頻率顯著高于對照組。Singh 等[7]發(fā)現(xiàn)PKO 患者TNFαG308A 基因型GG、GA 和AA 的百分比分別為73.2%、18.2%和8.6%，對照組分別為56.1%、29.5%和14.4%。

表1 TNF-α-G308A基因多態(tài)性與PKO的關聯(lián)性研究

2.2.2 白細胞介素(interleukin,IL)

PKO 患者關節(jié)液中，IL-16、IL-17 等炎性因子表達水平均明顯升高[8]。IL-16 作為促炎細胞因子，其功能包括化學吸引和調節(jié)T 細胞活化[9]，IL-16 基因位于染色體15q26.3上，最初翻譯成由631個氨基酸組成的前體蛋白，被caspase-3 切割形成含有121 個氨基酸的活性C 端結構域[10]。IL-16 是啟動CD4生物活性所需的CD4特異性配體。Luo 等[11]在漢族人群中研究發(fā)現(xiàn)IL-16 基因多態(tài)性與原發(fā)性PKO 相關。此外，IL-17 作為促炎細胞因子，可以觸發(fā)間充質和骨髓細胞釋放趨化因子、細胞因子、抗菌肽和基質金屬蛋白酶[12]。IL-17在滑膜組織中表達，并且可以通過誘導軟骨細胞釋放趨化因子來促進軟骨分解和滑膜浸潤，并通過核因子kappa B 激活增加軟骨中一氧化氮的產(chǎn)生[13]。Bai 等[14]發(fā)現(xiàn)PKO 患者血清中IL-17 的水平增加并且與PKO 嚴重性呈正相關。張培莉等[15]發(fā)現(xiàn)IL-17 不僅是與PKO相關的生物標志物，也是介導和推動PKO進展的關鍵因素。見表2。

表2 IL-17基因多態(tài)性與PKO的關聯(lián)性研究

2.3 Toll樣受體(Toll-like receptors,TLR)

TLR 能夠特異性識別病原相關分子模式，不同的病原相關分子模式與TLR胞外區(qū)域結合后，通過一系列信號傳導通路，協(xié)同誘導炎癥因子基因表達，引起機體天然免疫應答反應[16]。TLR2編碼基因定位于4號染色體4q32 區(qū)。研究表明，PKO 的炎癥過程中涉及TLR 的參與和通過軟骨和其他關節(jié)組織的細胞外基質的降解產(chǎn)物激活補體級聯(lián)反應[17]。Chen 等[18]發(fā)現(xiàn)緩激肽B2 受體(BDKRB2) +9/-9 基因多態(tài)性通過p38、JNK1/2 和ERK1/2 依賴的TLR-2 的表達影響PKO 促炎細胞因子水平。Yang 等[19]發(fā)現(xiàn)漢族TLR-3(rs3775296)基因多態(tài)性與PKO 相關。TLR-9 配體對TLR-9 的刺激能觸發(fā)所有TLR共有的信號通路，導致促炎細胞因子的產(chǎn)生[20]。這些促炎細胞因子與PKO 中的軟骨降解呈正相關[21]。Zheng 等[22]發(fā)現(xiàn)TLR-9 基因與PKO 易感性呈正相關。Balbaloglu 等[23]發(fā)現(xiàn)在土耳其人群中TLR-9 T-1486C 基因多態(tài)性與晚期PKO 存在相關性。見表3。

表3 TLR-9基因多態(tài)性與PKO的關聯(lián)性研究

2.4 轉錄因子

配對樣同源域轉錄因子1 配對樣同源域轉錄因子1 (paired-like homeodomain transcription factor 1,PITX1)是一種蛋白質編碼基因，位于人類五號染色體5q31.1 上，其通過結合基因啟動子激活其轉錄的序列。PITX 家族包含三個相關成員：PITX1、PITX2 和PITX3。三個PITX因子都作為單體與TAATCC序列結合，引起轉錄激活[24]。膝、髖骨關節(jié)炎患者中關節(jié)軟骨細胞中的抑制素的異常積累會引發(fā)PITX1 的表達缺失[25]。有研究報道僅在正常受試者的關節(jié)軟骨細胞中檢測出PITX1，在骨關節(jié)炎軟骨細胞中幾乎檢測不到PITX1[26]。Fan 等[27]發(fā)現(xiàn)漢族PITX1 基因多態(tài)性與原發(fā)性PKO相關。

2.5 肥胖相關基因

2.5.1 酮戊二酸依賴性雙加氧酶(alpha-ketoglutarate de‐pendent dioxygenase,FTO)

FTO 與肥胖風險密切相關。FTO 基因位于染色體16q12.2 上，該基因突變會導致生長遲緩、發(fā)育遲緩和面部畸形。FTO 編碼的蛋白質可能作為DNA 脫甲基酶起作用。一項關于全基因組關聯(lián)研究表明FTO 基因變異與關節(jié)炎風險密切相關[28]。Pellicelli 等[29]進行孟德爾隨機化研究發(fā)現(xiàn)，F(xiàn)TO 基因變異對骨關節(jié)炎風險增加的影響是通過體質量指數(shù)介導的。

2.5.2 瘦素

瘦素在能量穩(wěn)態(tài)調節(jié)中起主要作用。循環(huán)中的瘦素與大腦中的瘦素受體結合，激活下游信號通路，抑制進食并促進能量消耗。這種蛋白質還具有多種內(nèi)分泌功能，參與調節(jié)免疫和炎癥反應、造血、血管生成、繁殖、骨形成和傷口愈合。該基因及其調控區(qū)域的突變會導致人類患者出現(xiàn)嚴重的肥胖癥和伴有性腺功能減退癥的病態(tài)肥胖癥。瘦素可以通過參與炎癥反應從而在骨關節(jié)炎的發(fā)生發(fā)展過程中起重要作用[30]。Min 等[31]在漢族人群中進行病例對照研究(148 例PKO患者，101 例對照)，根據(jù)凱爾格倫和勞倫斯分類，使用受影響膝關節(jié)的平片評估疾病的嚴重程度，對瘦素同PKO 的相關性進行研究，結果發(fā)現(xiàn)PKO 患者血清瘦素顯著升高，并且存在內(nèi)部相關性。瘦素對PKO的發(fā)生具有顯著的診斷價值。因此針對瘦素的治療可能成為PKO潛在的治療方式。

2.6 骨相關基因

2.6.1 骨橋蛋白

骨橋蛋白是一種由300 個氨基酸組成的多功能磷蛋白，在關節(jié)炎的進展中起著關鍵作用[32]。骨橋蛋白也是調節(jié)軟骨退化的關鍵因素[33]。Borgonio-Cuadra等[33]發(fā)現(xiàn)在墨西哥人群中骨橋蛋白基因多態(tài)性與PKO沒有相關性。

2.6.2 基質Gla蛋白(matrix Gla protein,MGP)

MGP 基因編碼骨鈣素/基質Gla 蛋白質家族的成員。編碼的維生素K 依賴性蛋白由軟骨細胞和血管平滑肌細胞分泌，作為異位組織鈣化的生理抑制劑。MGP 在軟骨中的表達特別高[34]。Hui 等[35]發(fā)現(xiàn)在中國漢族人群中MGP 基因多態(tài)性增加了PKO 風險。Bor‐gonio-Cuadra 等[32]發(fā)現(xiàn)在墨西哥人群中MGP 基因多態(tài)性與PKO 不相關。這表明不同人種之間MGP 基因多態(tài)性不同。

2.6.3 骨形態(tài)發(fā)生蛋白5 (bone morphogenetic protein 5,BMP5)

BPM5 在骨骼和軟骨發(fā)育中發(fā)揮作用[36]。BMP7和BMP9 是迄今為止研究最廣泛的BMPs[37]。BMP5 基因的G等位基因變異與中國漢族人群的PKO易感性顯著相關[38]。Liang 等[39]發(fā)現(xiàn)在漢族人群中BMP5 基因多態(tài)性與PKO存在相關性。

2.6.4 軟骨寡聚基質蛋白(cartilage oligomeric matrix protein,COMP)

COMP 基因可能在骨關節(jié)炎的發(fā)病機制中發(fā)揮作用。在原代軟骨細胞和轉化細胞中有效抑制細胞凋亡。通過阻斷caspase-3的激活和誘導凋亡抑制蛋白存活蛋白家族(BIRC3、BIRC2、BIRC5 和XIAP)來抑制細胞凋亡。COMP 是軟骨的重要非膠原成分，約占關節(jié)組織濕重的1%[40]。膝關節(jié)損傷患者退化的軟骨、滑液和血清中可以檢測到COMP 的水解蛋白片段[41]，因此，COMP 被認為是軟骨退化的標志物[42]。Mishra等[43]發(fā)現(xiàn)北印度人群中COMP 基因多態(tài)性與膝關節(jié)炎的發(fā)病有關。

3 討論

PKO 在中老年人群中患病率較高且嚴重影響患者生活質量。本研究系統(tǒng)分析與PKO的發(fā)生發(fā)展有關的基因位點，為PKO的遺傳易感性研究提供循證依據(jù)。

TNF-α 與PKO 的病情程度密切相關。關節(jié)液中TNF-α的水平隨著PKO 嚴重程度的增加而升高。系統(tǒng)綜述發(fā)現(xiàn)TNF-α 多態(tài)性位點可能為PKO 的危險因素，攜帶該位點的人群患PKO的風險較高。系統(tǒng)綜述發(fā)現(xiàn)IL-17 的功能多態(tài)性與PKO 的患病風險顯著相關。血清中IL-17 水平與PKO 的風險增加顯著相關。不同的PAMP 與TLR 胞外區(qū)域結合后，通過一系列信號傳導通路，協(xié)同誘導炎癥因子基因的表達，引起機體天然免疫應答反應。TLR-9基因多態(tài)性與PKO 風險增加相關，尤其是在年齡≥55歲中老年人群中。

綜上所述，TNF-α、IL-17、TLR-9 等基因多態(tài)性位點與PKO易感性有關。未來可通過設計嚴密、樣本量大、種族多樣化的研究進一步驗證PKO的基因多態(tài)性，為減少PKO的發(fā)生、改善患者的生活質量提供理論和實證支持。

利益沖突聲明：所有作者聲明不存在利益沖突。