骨质疏松症(osteoporosis,OP)是由于骨密度下降而易引发脆性骨折的代谢性骨病[1]｡ 世界范围内,女性患病率是男性的4倍,随着年龄的增长OP患病率也大幅增加[2]｡ 原发性OP可分为老年性､绝经后性及特发性,OP的病因包括骨量低､骨质流失超过正常水平､激素水平变化､疾病及治疗和缺乏活动等生活方式因素[3]｡ 流行病学研究发现,50 ~59岁女性群体的OP发病率在不断增加[4]｡ 尽管女性OP患病率高,但男性患病群体骨折后的死亡率更高[5]｡OP起病隐匿,常引发相关性骨折时才被发现,据估计,50岁以上人群中有50%的女性和20%的男性会患有OP相关骨折[6⁃7]｡ 与男性相比,女性由于峰值骨密度较低导致患OP的风险增加,绝经后雌激素下降会进一步增加这种风险｡ 雌激素参与机体多方面的调节,对神经系统､生殖系统及骨骼系统等均有重要作用,众多研究已论证了雌激素水平变化是引发OP的重要原因[4,8]｡ 雌激素活性通过 雌 激 素 受 体( estrogen receptor, ER)亚 型α(ERα)和β(ERβ)进行调节,分别由6q25. 1上的ERα 和14q23. 2上的ERβ编码[9]｡ERα和ERβ亚型对雌激素信号转导和靶基因调控的影响存在差异,在 骨 组 织 中, ERα可 以 促 进 成 骨 细 胞(osteoblast,OB)的生长,ERβ 对骨的形成与重吸收产生作用,雌激素信号转导通过直接和间接调节靶基因转录来控制多种生理过程[10]｡遗传和环境因素相互作用,决定骨量和发生OP的风险,而骨量的遗传力估计为60% ~ 80%[11]｡ 研究已明确了遗传在OP病因中的作用,确定OP遗传易感性基因和等位基因尤为重要,通过候选基因关联研究是寻找OP遗传因素的主要策略[12]｡ 个体的基因组成和疾病易感性之间存在关键联系,许多单基因形式的OP是由在骨骼生物学中起重要作用的基因突变引起[13]｡ 遗传变异对OP发病率具有重要影响,尤其是雌激素缺乏人群,识别OP相关特定位点或基因的研究有助于了解发病机制,从而为OP的预防､诊断及治疗提供更好的策略[14]｡

1、骨密度

骨密度( bone mineral density,BMD)降低是OP的典型特征,单位面积与骨矿物质含量的比率决定了BMD,BMD水平受骨代谢的高度影响,OB和破骨细胞( osteoclast,OC)的协同活动不断重塑骨骼,骨微结构和骨强度的恶化都与骨材料的丢失有关,当骨重塑失衡时导致骨折的易感性增加[15]｡ 正常骨代谢下,OB的骨形成与OC的骨吸收处于动态平衡,一旦骨形成低于骨吸收时就会发生骨密度下降,从而引发OP｡ 研究发现BMD相关易感基因通过Wnt / β⁃catenin和Hippo信号通路调控OB和OC生物过程中的失衡在OP发病机制中起重要作用[16]｡OP引发脆性骨折是死亡的主要原因,老年人骨折后死亡率极高,全世界有超过2亿人受到OP的影响,无论发达国家或发展中国家,OP越来越成为一个世界性的重大公共卫生问题[17]｡ 由于OP缺乏早期症状,在发生骨折之前,诊断主要基于BMD的测量结果｡BMD测量技术利用了当X射线通过不同介质时存在不同程度的X射线衰减的原理,目前双能X射线吸收测定法(DXA)仍被认为是诊断OP的金标准,近年来一些基于BMD等指标的评估模型被运用于骨折风险的预测,这些模型可以更客观地评估未来发生骨折的概率[18⁃19]｡BMD下降时骨脆性增加及骨折易感性增加,同时低BMD会增加全因死亡､心血管疾病以及癌症死亡的风险[20]｡ 全基因组关联研究(genome⁃wide association studies,GWAS)已确定了56个位点与BMD相关,14个位点与骨折风险相关,通过已显现出的基因多态性来评估它们在特定人群中的作用尤为重要[21⁃22]｡ 目前研究最为广泛的基因是维生素D受体､ER基因,大量研究表明这些基因对BMD或骨折风险有影响[23]｡

2、雌激素受体

雌激素受体是一种配体激活的核转录因子,在人体内含量丰富,被认为是骨代谢的重要调节因子之一[24]｡ 雌激素受体由17β⁃雌二醇激活,包括了细胞核受体家族的成员及膜受体,而膜受体所介导的非基因组效应也参与骨骼的调节｡ 雌激素在细胞核内与核受体结合并触发基因调控机制,调节下游基因转录,雌激素化合物的生理功能主要受ERα和ERβ 的调节[25]｡ERα由595个氨基酸构成,大小为67 kDa,ERβ为530个氨基酸,大小为59 kDa[9]｡这两种蛋白质之间的主要区别在于ERβ的氨基末端结构域比ERα短,在不同组织中其亲和力也存在差异,ERα 基因位于6号染色体长臂,主要分布于子宫､卵巢､垂体､肾上腺等部位,ERβ基因位于14号染色体长臂,分布于骨､卵巢､前列腺､子宫､脑､肺､睾丸等部位[26]｡ERα和ERβ主要与引起靶基因表达的直接和间接基因组信号通路相关,基因组效应涉及雌激素受体复合物迁移到细胞核,以及与染色质在特定DNA序列上的直接相互作用｡ERα和ERβ的结构域标记为Ⅰ~Ⅵ,两种受体均有6个结构域:N⁃末端结合域(NTD,Ⅰ~Ⅱ结构域,AF⁃1),DNA结合域(DBD,Ⅲ结构域),铰链区(HR,Ⅳ结构域),包含配体结合域的C⁃末端结合域(LBD,Ⅴ~Ⅵ结构 域, AF⁃2)｡ERα和ERβ的DBD相 同,为97%,ER的LBD为56%和18%的整体氨基酸序列[9,27]｡ 雌激素受体的结构域见图1｡

图1雌激素受体结构域

雌激素水平的下降在OP的发生和发展中起着关键作用,雌激素可以通过OPG/ RANKL通路直接抑制OC的活化,从而缓解OP[28]｡GWAS同样揭示了雌激素代谢相关的基因多态性与OP的联系,目前大 多 数 研 究 都 集 中 在ERα: PvuⅡ､XbaⅠ､G2014A和ERβ:AluⅠ､RsaⅠ的5个位点上[29]｡ER通过激活转录过程以及信号转导从而控制基因表达,并可以通过ER复合物与基因启动子中的特定序列的结合来介导,雌激素对基因表达的影响受到高度复杂的调控机制的控制[9]｡

3、ERα及ERβ基因多态性与OP的关系

大量研究表明,雌激素对于维持骨稳态至关重要,其能够促进成骨细胞的成熟,抑制破骨细胞形成并诱导破骨细胞凋亡[30]｡ER对OC的直接作用和对B淋巴细胞的直接或间接作用减弱了骨小梁的吸收,对OB的影响是通过非细胞核启动的机制间接减弱内皮质表面的吸收[31]｡OP多发于女性,雌激素缺乏是绝经后妇女骨质快速流失的主要机制[22]｡ 虽然OP基因组学取得巨大进展,但受地域､人群等多种混杂因素影响,目前国内外ER与OP的相关性研究结果具有不确定性或相互矛盾性,因此本综述的目的是对ERα: PvuⅡ､XbaⅠ､G2014A和ERβ:AluⅠ､RsaⅠ的5个位点基因多态性与OP的相关性进行进一步探讨｡

3. 1 PvuⅡ(rs2234693)位点多态性与OP的关系

ERα 基因位于6号染色体上,包含8个外显子,ERα 编码雌激素受体以及配体激活的转录因子,所编码的蛋白质可以调控雌激素所诱导的基因转录,在生长代谢中发挥重要作用｡Sonoda等[32]通过病例对照研究分析了位于ERα第一个内含子的PvuⅡ的小等位基因并观察到OP风险显著增加,这些SNP的单倍型CC与OP风险密切相关｡Maylyan等[33]也发现ERα基因PvuⅡ多态性TT基因型患者及具有CC基因型女性的腰椎L1⁃L4骨密度的增加相对较低,同时也提示绝经后OP患者可以通过检测ERα基因PvuⅡ多态性以提供个体化治疗方案｡Binh等[34]研究表明,ERα 基因的PvuⅡ多态性与BMD以及绝经后越南 妇 女 的OP相 关｡Harsløf等[35]发现PvuⅡ多态性的变异G等位基因可降低女性椎骨骨折的风险,与腰椎BMD无关,但对男性没有影响｡García⁃Rojas等[36]对170例墨西哥OP女性患者､173名髋部骨折女性和210名对照组进行分析,发现ERα基因的PvuⅡ位点多态性中的CC基因型与降低OP风险相关,且PvuⅡ多态性与形成单倍型的高风险相关｡ 金佳佳等[37]采用Meta分析PvuⅡ位点多态性与绝经后OP相关性,可能受所纳入的研究样本量偏小以及骨密度研究部位差异等多种混杂因素的影响,在95%置信区间,未发现亚洲群体有明显相关性,但在高加索人群中存在相关性｡多数研究结果表明PvuⅡ多态性可能导致OP风险增加,尽管在不同种族中研究结果存在差异,但ER基因在特定人群中的研究有利于OP遗传学的发展,可以通过研究样本的种族差异或更高的变异性来减少不同研究和人群之间的结果差异｡

3. 2 XbaⅠ(rs9340799)位点多态性与OP的关系

XbaⅠ和PvuⅡ多态性位点均位于ERα基因的第一个内含子中｡Ioannidi等[38]证实ERα是骨折的易感基因,XbaⅠ通过独立于BMD的机制对骨质疏松性骨折产生影响｡Kim等[39]的研究结果提示ERα 基 因 的XbaⅠ 可 能 是OP的 遗 传 因 素｡Mondockova等[22]通过对绝经后斯洛伐克女性的研究发现,具有XbaⅠ的AA基因型的女性股骨颈和腰椎骨密度更高,XbaⅠ多态性可能会引起斯洛伐克南部绝经后妇女的BMD降低,但与骨折患病率无关,研究结果还表明,XbaⅠ多态性与其他高加索人群相似,在高加索人和其他人群之间发现两种多态性基因型分布存在差异｡ 黄卫等[40]对中国南方182名绝经后妇女进行病例对照研究,指出ER基因PvuⅡ和XbaⅠ均与OP存在关联｡Shu等[41]对230例患者和150名对照组进行研究并进行Meta分析,数据显示,XbaⅠ的GG基因型与较高的绝经后OP风险相关｡ 这些研究结果提示XbaI位点多态性可能是OP的风险因素之一,对于OP的发病可能具有一定预测作用｡

3. 3 G2014A(rs2228480)位点多态性与OP的关系

泰国Ongphiphadhanakul等[42]研究发现,靠近ERα 基因外显子8终止密码子的G2014A转变与泰国绝经后妇女的OP有关,由于SNP不会导致氨基酸序列的改变,因此SNP与ERα基因3＇非翻译区中的某些调控序列之间可能存在连锁不平衡｡Gomez等[43]发现G2014A多态性与OP存在关联,OP患者中G等位基因和GG基因型的频率明显高于非OP墨西哥女性,G2014多态性可能成为墨西哥人群OP遗传学研究的有用标记｡Zhu等[44]进行的Meta分析也显示ERα基因G2014A位点多态性与高加索人群绝经后OP风险降低显著相关,但在总体人群和亚洲人群中未观察到显著相关性｡Neghery等[45]在对沙特女性的对照研究中发现ERα的G2014ASNP与沙特女性OP之间虽没有关联,但遗传异质性仍然存在,并发现G2014A基因型与BMD存在关联｡Karimov等[46]对乌兹别克斯坦的98例OP患者和137名健康者的研究中发现ERα基因G2014A位点多态性与OP风险存在独特的关联,G2014A基因多态性在OP形成中发挥重要作用,并发现等位基因G可以降低OP的风险｡ 虽然在这些研究中多数研究对象局限于绝经后女性和老年人,但恰好也表明G2014基因多态性可以减少中老年女性罹患OP的风险｡

3. 4 AluI(rs4986938)位点多态性与OP的关系

ERβ 的发现比ERα晚10年,ERβ 产物由N端DNA结合域和C端配体结合域构成,与特定受体结合后,所编码的蛋白质形成同源或异源二聚体,与特定DNA序列产生相互作用后激活转录,通过抑制雌激素受体家族成员的活性,从而对骨密度产生影响｡Harsløf等[35]研究发现AluI多态性的G等位基因与骨折风险增加相关,并且包含AluI:A的单倍型使腰椎BMD增加,因此降低了椎骨骨折的风险｡ 同时王金堂等[47]通过对800个髋部骨质疏松性骨折患者及健康人群的对照研究中也发现,ERβ 基因对陕西关中汉族群体的髋部OP具有影响｡Zhu等[44]进行的Meta分析提示ERβAluI与亚洲人群中绝经后OP风险的增加具有相关性,但却在高加索人群中没有发现关联性｡ 这些研究结果也表明性别､种族等都是OP的影响因素,此外当进行可信度分析时发现ERβAlul､Rsal基因多态性与OP风险的关联结果的可信度较低｡

3. 5 RsaI(rs1256049)位点多态性与OP的关系

ERβ 基因各SNP位点的基因型及等位基因分布频率同样受到地域和种族的影响,Zhu等[44]分析发现在亚洲人群中ERβRsaI与绝经后OP风险之间具有相关性,但在白种人中未发现｡Chen等[45]利用决定性基因策略评估基因位点与OP之间关联,结果证实ERβ RsaI与亚洲人的OP显著相关｡ 但Arko等[48]指出ERβ基因的RsaI多态性可能不是BMD的重要遗传决定因素,并且在绝经后OP中不起重要作用｡Ren等[49]在研究中发现,ERβRsaI多态性的变体A等位基因可能在所有遗传模型下对OP的发展发挥着保护作用｡ 在最新的Meta分析[50]中同样提示ERβRsal多态性大大增加了OP的危险性,特别是在东亚人､高加索人和印第安人种族亚群中｡ 尽管有证据表明ERβRsaI多态性与OP具有相关性,但结果却相互矛盾,因此,对ERβ基因进行全面分析可能仍需继续进行大量的深入研究,并进行基因分型以进一步明确其相关性｡

4、小结

与展望通过对ER基因的5个位点基因多态性与不同人群OP风险之间的关联探讨,发现尽管大部分研究表明ER基因多态性与OP之间存在显著关联,但不同的遗传背景和环境影响及其它混杂因素相互作用也造成了不同种族及人群的研究结果存在差异｡根据各项研究结果得出以下结论:ERα基因的PvuⅡ位点多态性和XbaⅠ位点多态性与OP的风险增加有关,可以用来预测OP的发病风险;而ERα的G2014A位点多态性与东亚人群OP的风险降低有关,可能具有保护作用,尤其是对于绝经后女性;ERβ 基因的AluⅠ位点多态性与OP之间的关联并不明确,很可能两者之间并无关联; ERβ基因的RsaI位点多态性与OP的相关性在不同人群中的研究结果相互矛盾,可能受地域､样本量､年龄､种族等差异的影响｡由于种族和环境等多重混杂因素影响,对ER基因多态性与OP相关性的研究依然任重道远,有待深入研究｡ 但在所有种族群体和多态性差异中,老年人和女性仍是最大危险人群,因此预防工作应针对所有老年人及女性,尤其是绝经后女性｡ 此外,不同种族的不同结果也值得引起注意,种族和性别等因素都可以对OP的流行病学产生影响,可以通过扩大样本量,使用先进的遗传技术,并制定合理的统计学方法来提高研究质量以更好地评估ER基因多态性与OP关联｡

参 考 文 献:

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基金资助:国家自然科学基金(32060208);广西自然科学基金(2017GXNSFAA198101);

文章来源:李宁,黄秀峰,屈国栋,等.ERα及ERβ基因多态性与骨质疏松症相关性研究进展[J].中国骨质疏松杂志,2025,31(04):564-569.