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AME骨科频道004|何为寻找青少年特发性脊柱侧凸病因的最佳方案?

Published at: 2015年第1卷第S1期

肖丹
关键词:

编者按:关于青少年特发性脊柱侧凸这个话题,AME 骨科频道在前三期从不同的角度进行深入探讨,今天,来自圣保罗联邦大的 Marcelo Wajchenberg 医生等将从寻找病因最佳策略的角度,分享了他们的思考。感谢广东省人民医院骨科肖丹医生的精心翻译!

青少年特发性脊柱侧凸(AIS)是脊柱侧方移位伴旋转的畸形,因该畸形出现在表面正常的个体中而找不到病因。这些患者并没有表现出神经肌肉的病变或者其他异常,但当他们在大概 10 岁左右性成熟时就开始发病(1)。要明确诊断这个疾病并不容易,需要影像学检查显示侧凸的 Cobb 角大于 10°,并排除椎体的异常(2)。此外,符合诊断的角度范围仍存在争论,使得该疾病的诊断更加复杂。1995 年 Winter 对诊断标准的数值提出质疑,认为角度大于 5°的侧凸即为病变的或异常的脊柱(3)。同时,椎体旋转对病变的影响也不容忽视,因为与侧凸比起来,椎体的旋转在该病变中更加具有特征性。    

自 1875 年起,双胞胎试验开始被应用于寻找疾病发生的遗传因素和环境因素(4)。Fisher 和 George 对患有脊柱侧凸的同卵双生或异卵双生的双胞胎进行研究,并比较他们之间的畸形情况。研究发现,尤其是在异卵双生的双胞胎中,环境因素可以对疾病的特征和严重性产生影响(5)。Kesling 和 Reinker 在一个系统回顾中报道了 37 对同卵双胞胎中病变一致的比例为 73%,31 对异卵双胞胎中病变一致的比例为 36%,从而认为同卵双胞胎中脊柱侧凸特征的一致性更高。    

Del Curto 等人报道了一对同卵双胞胎 AIS 患者,两者的侧凸分型、方向、严重性都不一样,提示这些差异可能由环境或其他后天因素影响所致。表观遗传因素调控基因表达的机制并非是直接影响 DNA 的序列。常见的三个表观遗传机制包括DNA甲基化、组蛋白修饰和非编码 RNAs 的活化(7)。    

自从 2000 年来,研究者通过对具有多个病例的家系进行连锁分析,已发现数个可能与 AIS 病因有关的染色体区段。对于其他一些由单个或者数个基因所引起的疾病,连锁分析可成功地定位出相关的 DNA 区段。连锁分析也可以鉴定人类基因组中一些特殊的分子标志,来更好地在同一家系中区分病变和正常的个体。    

利用这种技术,Wise 等人在 2000 年研究了一个含有 7 名患者的大家系,首先提出与 AIS 有关的 DNA 区段位于染色体 6p、10q 和 18q(8)。随后,其他家系研究提示第 6、9、16、17 号染色体与 AIS 有关(9),并定位至 17p11(10)、19p13.3(11)、8q12(12)、9q31-q34.2、17q25.3-qtel(1)、12p(13)和 18q12.1-12.2(14)。2010 年 Wajchenberg 等人研究巴西中部一个具有 9 名患者的家系并没有发现相关性,从而对应用连锁分析考察 AIS 的方法提出质疑。并且,该文章也批判了用于衡量脊柱侧凸程度的 Cobb 角度测量法。Cobb 法早于 1948 年首次被报道,它是一种依赖于检查者的测量方法,而较小的测量误差也可能会对判断个体是否患病带来干扰。因此,存在 2°范围差异的患者(即侧凸为 9°或11°)需要用不同的方法进行分类处理(15)。    

2011 年,Takahashi 进行了一项重要的多中心研究(16)。该研究检测了 1050 例日本 AIS 女性患者和 1474 例正常女性对照,其纳入诊断的标准为大于等于 15°(与 Wise 等的研究(8)和 Wajchenberg 等的研究(15)一样)。通过全基因组关联研究(GWAS),该研究发现 AIS 与染色体区段 10q24.31 有关,并定位于单核苷酸多态性位点(SNP)11190870 (OR=1:56)。该区段位于 Wise 等人于 2000 年报道的 10q 区段,其中包含了 LBX1 基因。该基因在脊髓的背侧区和骨骼肌中表达,也在感觉神经元中发挥相应的功能。LBX1 可能通过躯体感觉神经异常而导致疾病的发生。除了 LBX1 以外,这个 DNA 区段还包含了调控基因表达的相关序列,可通过多态性的不同(TT/TC/CC)而导致疾病表现出现差异。同时,文章作者也发现 LBX1 在承认和胎儿中的骨骼肌和脊髓均有较高的表达。    

然而,在最近一篇 Chen 的系统回顾及 meta 分析认为,Takahashi 等人研究的对照组虽然例数较大,但对其中受试个体的病变状态的评估并不合适。他们假设这组受试者中发病率与日本人群发病率一致。    

其他研究者在东亚人群中也重复了 Takahashi 等人的结果,同时在美国进行的纳入 491 个家庭的 GWAS 研究中,于 100 个与疾病关联最密切的 SNP 位点中检测出 rs11190870(18)。

2013 年,Kou 等人重复了 Takahashi 的研究。他们不仅验证了 10q24.31 区段与 AIS 的关系,还发现了一个新的位置,6q24.1,并且发现一个汉族的人种与另一个欧洲祖先人群的关联性。该研究也报道了 AIS 和该区段中的 GPR126 基因的相关性(rs657507 SNP,OR=1.27)。文章作者尚未发现人类肌肉组织中有该基因的表达,其与脊柱侧凸之间的具体联系尚未明确。当他们研究其他组织如骨、软骨、椎间盘等里面该基因的表达时,他们发现软骨中该基因具有高表达。    

AIS 是一个受遗传因素和环境因素共同影响的疾病,而具有比较复杂遗传模式。尽管目前已采用了多种先进的研究技术和手段,但人们仍旧无法完全阐明该疾病的致病基因。家系研究或许能有助于对疾病深入考察,但问题在于很难对患病的个体做出准确的判断,因为这个疾病表现型的差别范围太大了。脊柱侧凸表现的这种巨大差异与 Cobb 角度测量法有关。Wise 等人(2000年)曾声称他们的研究是在受累成员中开展的,因为外表正常的个体也可能是遗传变异的携带者。然而人群中 AIS 常表现为较低的外显率,使他们无法继续分析下去。  

普遍认为,若通过 GWAS 鉴定显著遗传变异位点、或寻找目标家系中遗传贡献因素的成功率较低,这提示了这些常见病可能由多个稀有突变所导致(正如孟德尔遗传的单基因病),因而无法通过此法鉴定致病基因。在这种疾病模型中,多个稀有突变(在人群中具有较低的基因频率)在病变个体中累积出现,并共同导致疾病表型的发生。由此,研究的家系中每个基因变异的效果都显得很微弱,每个患病个体对疾病的贡献不足以通过联合研究而发现。另外,根据这种假说,无法排除常见的变异是调控致病基因表达的相关基因,并可能进一步导致 AIS 临床表现的异质性。 

我们相信,在患病个体中检测出的基因多态性,如 Aulisa 等(22)( IL-6 和 MMP-3 基因)、Qiu 等(23)( DPP9 基因)、Chen 等(24)( Matrilin-1 基因)、Wajchenberg 等(25)( ACE 基因)、Jiang 等(26)( LBX1 基因),这些基因均有助于检测出直接导致 AIS 的基因区域。很可能 AIS 的致病基因编码构成脊柱组织成分的相关蛋白。倘若只考察具有严重脊柱畸形的患者(具有支具或手术指征),这样即可避免低估了变异位点导致轻度侧凸的风险。在此基础上,在手术中通过活检对组织特异性基因的表达进行考察,也许能有助于进一步对 AIS 的病因深入考察。

英文原文请查看:http://www.atmjournal.org/article/view/5922

 

译者|肖丹,男,广东省人民医院骨科主任医师,医学博士,多次到国外学习进修,临床工作和研究方向:脊柱畸形矫正和脊柱微创技术。

 

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——史冬泉, 南京鼓楼医院

 

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10.3978/kysj.2014.1.945

 

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