中国汉族人群AIS基因多态性研究进展

张杨洋，王文军

(南华大学附属第一医院脊柱外科，湖南 衡阳 421001)

·综 述·

中国汉族人群AIS基因多态性研究进展

张杨洋，王文军

(南华大学附属第一医院脊柱外科，湖南 衡阳 421001)

研究已经证实青少年特发性脊柱侧凸(AIS)与遗传因素密切相关，而基因多态性与AIS相关性的研究是近年来医学分子遗传学研究的重点，选择既往研究中与AIS相关的候选基因单核苷酸多态性位点及全基因组关联分析(genome-wide association study，GWAS)公布的密切相关的单核苷酸多态性位点进行基因分型，评估AIS的发生发展与候选基因的联系是基因多态性研究的常规思路。优先选择在遗传背景相似的对象中得以验证的位点更易在中国汉族AIS人群中得以验证，进而为深入的功能学研究及遗传咨询奠定基础。

青少年特发性脊柱侧凸；基因多态性；基因型

青少年特发性脊柱侧凸(adolescent idiopathic scoliosis，AIS)是一种常见的原因不明的青少年脊柱畸形[1-2]，进展快、危害大[3]。近年大量研究发现，遗传因素与AIS发生密切相关[4]，其中基因多态性的研究是近年来国内外AIS遗传病因学研究的重点，筛选既往研究中与AIS相关的单核苷酸多态性位点，定位相关基因，进行基因分型对比，从而推测候选基因与AIS易感性及临床表型(Cobb角度，初潮年龄及体质量指数等)的关系，可为AIS遗传机制的深入探索及遗传咨询提供基础。随着技术的进步，尤其是GWAS的普及，大量与AIS相关的多态性位点得以筛选和验证，然而这些多态性位点在不同的种族人群中验证结果不一，现就近5年来中国汉族人群AIS相关基因多态性的研究进行综述。

1 相关基因

1.1 多个汉族人群样本验证

1.1.1 LBX1(ladybird homeobox 1) LBX1基因位于人10号染色体上，首次在果蝇体内发现，在小鼠体内，该基因是肌肉前体细胞迁移的关键调节剂。日本学者于2012年率先公布了东亚AIS人群相关单核苷酸多态性位点[5]，其中LBX1基因的rs11190870位点与AIS发病密切程度最高，为验证该位点是否与中国汉族人群AIS相关，香港学者Fan等[6]对比388例AIS患者及700名对照LBX1基因的rs11190870位点的基因频率分布，发现该位点多态性与中国南方汉族人群AIS易感性及进展密切相关。随后的研究也都成功验证了Fan的结论[7-8]，然而刘森等[9]发现与北方汉族AIS患者人群关联最为密切的位点为rs1322331，这与之前Fan等[6]研究发现不同，作者考虑中国南北汉族人群遗传背景差异所致，其进一步的功能学实验发现rs1322331位点可能通过上调LBX1的表达而导致AIS的发生。

1.1.2 GPR126(G protein-coupled receptor 126)

GPR126基因位于人6号染色体上，负责编码G蛋白偶联受体，该位点基因的突变可能会影响人的生长发育。日本学者的研究发现GPR126基因与中国汉族人群AIS的发病相关[10]，闫煌等[11]选取该基因rs6570507位点进行基因分型对比，发现该基因的多态性与AIS的易感性密切相关，但与侧凸的严重程度无关。随后Xu等[12]研究也支持上述结果，其中rs6570507位点的GG基因型、rs7774095位点的CC基因型及rs7755109位点的GG基因型为AIS的危险因素，提示GPR126基因为中国汉族人群AIS的易感基因。最近的一项研究除支持GPR126基因多态性与中国汉族人群AIS密切相关外[13]，还进行了深入的功能学实验，发现rs9403380位点可通过调节GPR126在AIS的椎旁肌中的表达从而发挥其致病作用，因此检测该位点的GPR126基因多态性可早期预测AIS的发生与发展。

1.2 单个汉族人群样本验证

1.2.1 MMP-3 (matrix metalloproteinase 3)MMP-3基因属于基质金属蛋白酶(MMP)家族，该家族的蛋白质参与正常生理过程中的细胞外基质的破坏，例如胚胎发育、繁殖和组织重塑，以及疾病过程如关节炎和转移。既往研究报道[14]，MMP3基因多态性与意大利人群AIS发病密切相关，并进一步推断AIS的发生与椎间盘的退变密切相关；Sui等[15]选择MMP3基因rs3025058位点进行基因分型，探讨该基因的多态性与中国汉族人群AIS的联系，发现AIS患者中MMP-3基因的5A/5A基因型频率高于对照组，因此推测MMP-3可能是AIS的易感基因。

1.2.2 LEPR(leptin receptor) LEPR编码的蛋白质属于已知通过细胞溶质STAT蛋白激活刺激基因转录的细胞因子受体的gp130家族。既往研究报道，在诱导的AIS成骨细胞中瘦素受体(LEPR)的表达降低，因而认为LEPR基因的异常表达在AIS的病例机制中发挥重要的作用[16]，而关于LEPR基因多态性与AIS的相关性却鲜有文献报道。Liu等[17]研究发现LEPR基因多态性与汉族人群AIS易感性相关，推测LEPR基因可能是汉族AIS人群的易感基因，但进一步分析未发现该基因多态性与AIS患者侧弯严重程度的联系。

1.2.3 TGF-β1(transforming growth factor beta 1)

TGF-β1编码TG-β(转化生长因子-β)超家族的分泌配体，该配体结合各种TGF-β受体，导致调节基因表达的SMAD家族转录因子的募集和活化。既往研究报道TGF-β1基因的多态性与俄罗斯人群AIS的易感性相关[18]，王伟等[19]选择TGF-β1基因rs1800469位点进行基因分型时，却未发现与AIS相关的阳性结果。随后Xu等[20]研究也未能找到与易感性相关的阳性结果，但所选位点TT基因型的AIS患者的Cobb角普遍较小，因此推断TT基因型可能为AIS的保护因素，提示TGF-β1虽不是中国汉族人群AIS的易感基因，但可能参与疾病的修饰，与AIS的严重程度相关。

1.2.4 SOCS3(suppressor of cytokine signaling 3)SOCS3编码STAT诱导的STAT抑制剂(SSI)的成员，也被称为细胞因子信号传导(SOCS)家族的抑制因子，SSI家族成员是细胞因子诱导的细胞因子信号传导的负调控因子。研究证实SOCS3与体质量指数有关，而AIS常常伴有异常的体质量指数[21]，SOCS3基因多态性是否与AIS发病相关却少有文献报道。Zhu等[22]探讨两者之间的联系时，选择SOCS3基因rs4969198位点进行基因分型比较，然而最终的基因型分布在AIS组及正常对照组之间并没有显著的差异，提示该基因并非AIS的易感基因，但在AIS组内，AA基因型的AIS患者的体重及体质量指数普遍高于AG基因型及GG基因型，提示SOCS3基因可能参与疾病的修饰过程，与AIS的异常生长模式密切相关。

1.2.5 GPER(G protein-coupled estrogen receptor 1) 该基因是G蛋白偶联受体1家族的成员，可结合雌激素并导致细胞核中钙的动员和磷脂酰肌醇3,4,5-三磷酸的合成。既往研究发现雌激素信号通路在AIS致病机制中发挥着重要的作用[23]，而G蛋白偶联受体作为雌激素信号通路中的重要受体，既能引发雌激素的快速非基因组反应，又能诱发长期的转录反应。Peng等[24]研究首次探讨GPER与AIS发病之间的联系，遴选该基因上的16个SNP位点进行基因分型，发现所有位点的多态性与AIS的易感性均无关，仅有3个位点(rs3808351、rs10269151及rs426655s3)的多态性与AIS的侧弯程度有关，提示GPER的多态性参与AIS侧弯的进展，GPER基因为AIS的疾病修饰基因。

1.2.6 IL-17RC (interleukin 17 receptor C)IL-17RC编码与白细胞介素-17受体(IL-17RA)共享相似性的单程I型膜蛋白，该蛋白在非造血组织中表达，并以相似的亲和力结合IL-17A和IL-17F。相关研究提示IL-17RC基因多态性与东亚AIS人群密切相关[5]，为验证IL-17RC基因多态性是否与中国汉族人群AIS发病相关，Zhou等[25]选择rs708567及rs279545为候选位点进行RFLP-PCR基因型分型，发现rs708567位点的多态性与AIS的发生发展密切相关，因而认为IL-17RC基因为AIS的易感基因。

1.2.7 NTF-3(neurotrophin 3) 由该基因编码的蛋白质是神经营养因子家族的成员，其控制哺乳动物神经元的存活和分化，这种蛋白质与神经生长因子和脑源性神经营养因子密切相关。既往研究[26]发现AIS椎旁肌NTF-3基因mRNA水平明显增高，提示NTF基因可能与AIS的发病相关。Qiu等[26]首次研究NTF-3基因多态性与AIS发病之间的关系，最终的结果虽然没有发现该基因的多态性与AIS易感性之间的联系，却发现rs11063714位点AA基因型的患者侧凸程度普遍较轻，同时发现AA基因型的患者支具治疗效果更好，提示NTF-3基因的多态性参与疾病的修饰过程。

2 无关基因

2.1 多个汉族人群样本验证

2.1.1 IL-6(interleukin 6) 该基因编码在炎症和B细胞成熟中起作用的细胞因子，该基因的功能涉及各种炎症相关疾病状态，包括糖尿病和系统性青少年类风湿性关节炎。既往研究报道，IL-6的基因多态性与意大利人群AIS发病密切相关[14]；Sui等[15]选择IL-6基因rs1800795进行基因分型，探讨IL-6基因的多态性与中国汉族人群AIS的联系，结果未发现两者的相关性；Liu等[27]针对IL-6多态性的一项研究中，因基因分型时未表现出多态性而未能进行人群验证，因此IL-6可能与中国汉族人群AIS的发生与发展无关。

2.1.2 CHL1、DSCAM 和 CNTNAP2(cell adhesion molecule L1、down syndrome cell adhesion molecule and contactin associated protein-like 2) CHL1编码的蛋白质是神经细胞粘附分子L1基因家族的成员，它是可能参与信号转导途径的神经识别分子；DSCAM是细胞黏附分子(Ig-CAMs)的免疫球蛋白超家族的成员，并且涉及人类中枢和外周神经系统发育；CNTNAP2编码细胞粘附分子和受体构成脊椎动物神经系统中起作用的神经元家族成员。GWAS结果[28]提示CHL1、DSCAM与CNTNAP2与美国白种人群AIS的发病密切相关，Zhou等[25,29]研究却未能找到以上三个基因的多态性与中国汉族人群AIS发病之间的联系；邱旭升等[30]选择CHL1基因rs10510181等5个SNP位点进行基因分型时，也未找到与AIS易感性及进展的阳性结果，因而推论CHL1基因与AIS的易感性无关；美国白种人群AIS的GWAS结果未能得以验证，笔者认为与研究对象的遗传背景不同有关。

2.2 单个汉族人群样本验证

2.2.1L APTM4B和SOX9＆KCNJ2(lysosomal protein transmembrane 4 beta、SRY-box 9 and potassium voltage-gated channel subfamily J member 2)LAPTM4B与肝细胞癌易感性有关，SOX表达的蛋白质在软骨细胞分化期间起作用，并且参与类固醇生成因子1调节抗木瓜激素(AMH)基因的转录，KCNJ2编码的蛋白质是整合的膜蛋白和内向整流型钾通道，钾通道存在于大多数哺乳动物细胞中，其中它们参与广泛的生理反应。既往研究发现LAPTM4B基因的多态性与韩国人群AIS的发病密切相关[31]，全基因组关联分析结果发现SOX9＆KCNJ2基因与日本人群严重AIS的发病密切相关[32]。王伟等[19]选取 LAPTM4B：rs2449539 和SOX9＆KCNJ2：rs12946942进行基因分型，未发现与AIS发生进展相关的阳性结果，考虑王伟等的研究纳入对象数量较少，因此全基因组关联分析的结果未能在中国汉族人群中得到验证，有关APTM4B和SOX9＆KCNJ2的多态性与中国汉族人群AIS的发生与发展有待进一步研究。

2.2.2 RANK(TNF receptor superfamily member 11a)RANK编码的蛋白质是TNF受体超家族的成员，该受体可以与各种TRAF家族蛋白质相互作用，通过该蛋白质，该受体诱导NF-κB和MAPK8/JNK的活化。研究发现RANK基因异常可能导致机体骨量变化[33]，同时许多AIS患者也存在低骨量的现象[34]，但RANK基因多态性与AIS的发病是否相关却鲜有文献报道。史本龙等[35]首次探讨RANK基因多态性与AIS发病之间的关系，对比450名女性AIS患者及400名健康对照RANK基因rs1805034及rs35211496位点基因分布，未发现与AIS相关的阳性结果，随后的研究也未能找到RANK基因的多态性与AIS的临床进展程度及身高体重指数之间的联系，有关RANK基因多态性与AIS发病之间的联系仍有待进一步研究。

2.2.3 ACP5(acid phosphatase 5)ACP5编码含铁的糖蛋白，其催化正磷酸单酯转化成醇和正磷酸盐。研究提示ACP5基因与AIS发病相关[36-37]，赵清华等[38]对比370例AIS患者及239名对照ACP5基因rs2229531、rs2071484位点的基因分布，未发现与AIS易感及进展相关的阳性结果。究其原因，笔者考虑既往家系连锁分析[36]的对象为家系AIS病例，而多态性的研究对象为散发AIS病例，两者的遗传背景不一所致。

3 总 结

综上所述，目前与中国汉族人群AIS的发生与发展最为密切的基因为LBX-1基因及GPR126基因，既有全基因组关联分析的结果支持，也有多个大样本的中国汉族人群验证，同时又有较为深入的功能学实验。同时笔者发现全基因组关联分析筛选出的基因往往能在人群中得以验证，说明GWAS是一种客观有效的基因筛选方法，但考虑人群种族差异、遗传背景不一，并非所有的GWAS筛选出来的高频基因都能在中国汉族人群中得以验证；笔者还发现在东亚其他种族得以验证的高频多态性位点往往也能在中国汉族人群AIS中得以验证，因此在选择候选基因的多态性位点进行中国汉族AIS人群验证时，应优先选择遗传背景相似的种族中得以验证的高频位点，进而定位其易感基因或疾病修饰基因，从而为下一步相关基因的功能学研究及AIS的遗传咨询奠定基础。

[1]Sharma S,Gao X,Londono D,et al.Genome-wide association stud ies of adolescent idiopathic scoliosis suggest candidate susceptibili ty genes[J].Hum Mol Genet,20(7).England,2011,20(7):1456-1466.

[2]Rogala EJ,Drummond DS,Gurr J.Scoliosis:incidence and natural history.A prospective epidemiological study[J].J Bone Joint Surg Am,1978,60(2):173-176.

[3]Hong JY,Suh SW,Park HJ,et al.Correlations of adolescent idiopathic scoliosis and pectus excavatum[J].J Pediatr Orthop,2011,31(8):870-874.

[4]王伟,马君,李淑元,等.青少年特发性脊柱侧凸的遗传机制研究现状及基因关系图[J].中国骨伤,2015,9:854-860.

[5]Takahashi Y,Kou I,Takahashi A,et al.A genome-wide association study identifies common variants near LBX1 associated with adolescent idiopathic scoliosis[J].Nat Genet,2011,43(12):1237-1240.

[6]Fan YH,Song YQ,Chan D,et al.SNP rs11190870 near LBX1 is associated with adolescent idiopathic scoliosis in southern Chinese[J].J Hum Genet,2012,57(4):244-246.

[7]Gao W,Peng Y,Liang G,et al.Association between common variants near,LBX1,and adolescent idiopathic scoliosis replicated in the Chinese Han Population[J].PLoS One,2013,8(1):e53234.

[8]Jiang H,Qiu X,Dai J,et al.Association of rs11190870 near LBX1 with adolescent idiopathic scoliosis susceptibility in a Han Chinese population[J].Eur Spine J,2013,22(2):282-286.

[9]Liu S,Wu N,Zuo Y,et al.Genetic Polymorphism of LBX1 is Associated with Adolescent Idiopathic Scoliosis in Northern Chinese Han Population[J].Spine(Phila Pa 1976),2017.[Epub ahead of print]

[10]Kou I,Takahashi Y,Johnson TA,et al.Genetic variants in GPR126 are associated with adolescent idiopathic scoliosis[J].Nat Genet,2013,45(6):676-679.

[11]闫煌.G蛋白偶联受体126基因多态性与青少年特发性脊柱侧凸的相关性研究和Chiari畸形/脊髓空洞症患者后颅窝线性容积的改变及临床意义[D].2013.

[12]Xu JF,Yang GH,Pan XH,et al.Association of GPR126 gene polymorphism with adolescent idiopathic scoliosis in Chinese populations[J].Genomics,2015,105(2):101-107.

[13]Qin X,Xu L,Xia C,et al.Genetic Variant of GPR126 gene is functionally associated with adolescent idiopathic scoliosis in Chinese Population[J].Spine(Phila Pa 1976),2017.[Epub ahead of print]

[14]Aulisa AG,Pola E,Papaleo P,et al.Association between IL-6 and MMP-3 gene polymorphisms and adolescent idiopathic scoliosis:A case-controlstudy [J].Scoliosis SpinalDisord,2009,32(1):2700-2702.

[15]Sui W,Yang J,Huang Z,et al.Polymorphisms in promoter regions of MMP-3 and IL-6 genes are not associated to adolescent idiopathic scoliosis(AIS)gender bias[J].J Back Musculoskelet Rehabil,2017,30(3):559-563.

[16]Liang G,Gao W,LiangA,et al.Normal leptin expression,lower adipogenic ability,decreased leptin receptor and hyposensitivity to leptin in adolescent idiopathic scoliosis[J].PLoS One,2012,7(5):e36648.

[17]Liu Z,Wang F,Xu LL,et al.Polymorphism of rs2767485 in Leptin Receptor Gene is Associated With the Occurrence of Adolescent Idiopathic Scoliosis[J].Spine(Phila Pa 1976),2015,40(20):1.

[18]Ryzhkov II,Borzilov EE,Churnosov MI,et al.Transforming growth factor beta 1 is a novel susceptibility gene for adolescent idiopathic scoliosis[J].Spine(Phila Pa 1976),2013,38(12):E699-704.

[19]王伟,马君,李淑元,等.三个高频单核苷酸多态位点与中国汉族人群青少年特发性脊柱侧凸的关联性[J].广东医学,2015,36(24):3807-3809.

[20]Xu L,Sun W,Qin X,et al.The TGFB1 gene is associated with curve severity but not with the development of adolescent idiopathic scoliosis:a replication study in the Chinese population[J].BMC Musculoskelet Disord,2016,17(1):1-5.

[21]Talbert ME,Langefeld CD,Ziegler J,et al.Polymorphisms near SOCS3 are associated with obesity and glucose homeostasis traits in Hispanic Americans from the insulin resistance atherosclerosis family Study[J].Hum Genet,2009,125(2):153-162.

[22]Zhu F,Qiao J,Qiu X,et al.Lack of association between suppressor of cytokine signaling-3 gene polymorphism and susceptibility and curve severity of adolescent idiopathic scoliosis[J].Eur Spine J,2014,23(11):2432-2436.

[23]Letellier K,Azeddine B,Parent S,et al.Estrogen cross-talk with the melatonin signaling pathway in human osteoblasts derived from adolescent idiopathic scoliosis patients[J].J Pineal Res,2008,45(4):383-393.

[24]Peng Y,Liang G,Pei Y,et al.Genomic polymorphisms of G-protein estrogen receptor 1 are associated with severity of adolescent idiopathic scoliosis[J].Int Orthop,2012,36(3):671-677.

[25]Zhou S,Zhu Z,Qiu X,et al.Association study of IL-17RC,CHL1,DSCAM and CNTNAP2 genes polymorphisms with adolescent idiopathic scoliosis susceptibility in a Chinese Han population[J].Stud Health Technol Inform,2012,176:47-51.

[26]Qiu Y,Mao SH,Qian BP,et al.A promoter polymorphism of neurotrophin 3 gene is associated with curve severity and bracing effectiveness in adolescent idiopathic scoliosis[J].Spine(Phila Pa 1976),2012,37(2):127-133.

[27]Liu Z,Tang NL,Cao XB,et al.Lack of association between the promoter polymorphisms of MMP-3 and IL-6 genes and adolescent idiopathic scoliosis:a case-control study in a Chinese Han population[J].Spine(Phila Pa 1976),2010,35(18):1701-1705.

[28]Sharma S,Gao X,Londono D,et al.Genome-wide association studies of adolescent idiopathic scoliosis suggest candidate susceptibility genes[J].Hum Mol Genet,2011,20(7):1456-1466.

[29]Zhou S,Qiu XS,Zhu ZZ,et al.A single-nucleotide polymorphism rs708567 in the IL-17RC gene is associated with a susceptibility to and the curve severity of adolescent idiopathic scoliosis in a Chinese Han population:a case-control study[J].BMC Musculoskelet Disord,2012,13:181.

[30]Qiu X,Lv F,Zhu Z,et al.Lack of association between the CHL1 gene and adolescent idiopathic scoliosis susceptibility in Han Chinese:a case-control study[J].BMC Musculoskelet Disord,2014,15(1):1-5.

[31]Moon ES,Kim HS,Sharma V,et al.Analysis of single nucleotide polymorphism in adolescent idiopathic scoliosis in Korea:for personalized treatment[J].Yonsei Med J,2013,54(2):500-509.

[32]Miyake A,Kou I,Takahashi Y,et al.Identification of a susceptibility locus for severe adolescent idiopathic scoliosis on chromosome 17q24.3[J].PLoS One,2013,8(9):e72802.

[33]Assmann G,Koenig J,Pfreundschuh M,et al.Genetic variations in genes encoding RANK,RANKL,and OPG in rheumatoid arthritis:a case-control study[J].J Rheumatol,2010,37(5):900-904.

[34]吴洁,孙燕芳.青少年特发性脊柱侧凸患者骨密度变化的分析[J].中国脊柱脊髓杂志,2004,4(10):22-24.

[35]史本龙,毛赛虎,乔军,等.RANK基因多态性与女性青少年特发性脊柱侧凸的相关性[J].中国脊柱脊髓杂志,2015,25(12):1095-1099.

[36]Chan V,Fong GC,Luk KD,et al.A genetic locus for adolescent idiopathic scoliosis linked to chromosome 19p13.3[J].Am J Hum Genet,2002,71(2):401-406.

[37]Giampietro PF,Raggio CL,Blank RD.Synteny-defined candidate genes for congenital and idiopathic scoliosis[J].Am J Med Genet,1999,83(3):164-177.

[38]赵清华,朱泽章,邱勇,等.耐酒石酸酸性磷酸酶5基因多态性与青少年特发性脊柱侧凸患者相关性研究[J].中华外科杂志,2012,50(1):66-69.

Research progress of gene polymorphism in adolescent idiopathic scoliosis of Chinese Han population.

ZHANG Yang-yang,WANG Wen-jun.Department of Spinal Surgery,the First Affiliated Hospital of University of South China,Hengyang 421001,Hunan,CHINA

The studies have confirmed that adolescent idiopathic scoliosis(AIS)is closely related to genetic factors.The correlation between gene polymorphisms and AIS are the focus of medical molecular genetics research in recent years.Selecting the AIS-related candidate gene single nucleotide polymorphism(SNP)sites in the previous study and the closely related SNP sites in the genome-wide association study(GWAS),genotyping,and assessing the correlation between the susceptibility and progression of AIS and gene polymorphisms are the general idea of the study.Preferentially choosing sites that are validated in similar genetic backgrounds are more likely to be validated in the AIS of Chinese Han population,and the results can provide the basis for in-depth functional research and genetic counseling.

Adolescent idiopathic scoliosis(AIS);Gene polymorphism;Genotype

R394

A

1003—6350（2017）21—3517—04

10.3969/j.issn.1003-6350.2017.21.025

国家自然科学基金面上项目(编号：31570946)

王文军。E-mail：wwj1202@hotmail.com

2017-04-08)