基于GWAS SNP rs1124674計算分析hsamiR-128在骨質疏松癥中的功能和作用機制

劉新紅

（重慶第二師范學院 生物與化學工程學院，重慶 400067）

1 骨質疏松癥

骨質疏松癥（Osteoporosis，OP）是一種以骨量降低、骨組織微結構退化、骨脆性增加為特征的常見復雜多基因疾病。隨著年齡的增加及身體激素的變化，人身體的骨量就會下降，當骨量下降、骨脆性增加到一定程度，就會發生骨折，進而發生骨質疏松癥[1]。隨著我國老年人口比重的不斷增加，人口老齡化速度不斷加快，骨質疏松癥發病率已經處于明顯的上升趨勢。目前，我國有將近1億的中年婦女和約6 500萬的老年婦女，其中60歲以上的女性骨質疏松癥患者比例高達40%。在骨折發生之前，通常無特殊的臨床表現，一旦發病，將給患者、家人及社會帶來巨大的影響。

目前，全世界公認的診斷骨質疏松癥標準是雙能X線吸收法（DXA），臨床上推薦的測量部位是腰椎1～4節、股骨頸和總髖部。T值=（測定值-同性別同種族正常成人骨峰值）/正常成人骨密度標準差。T值≥-1為正常，-2.5＜T值＜-1為骨量低下，T值≤-2.5則可認定為骨質疏松[2]。骨質疏松癥是一種全身性骨病，根據發病機理及成因可分為兩大類型，分別是原發性OP和繼發性OP。原發性OP除特發性外，分為Ⅰ型和Ⅱ型，其中Ⅰ型為高轉換型，主要原因為雌性激素缺乏，又稱為絕經后骨質疏松；Ⅱ型為低轉換型，主要原因是年齡，又稱為老年性骨質疏松；繼發性OP是繼發于長期用藥的不良反應，如繼發于甲狀腺機能亢進、糖尿病等疾病。

表1 SNP對miRNA靶標結合的預測結果

2 全基因組關聯研究

隨著國際人類基因組單體型圖計劃（International Hap Map Project）[3]和千人基因組計劃（1000 Genomes Project）[4]的完成，全基因組關聯研究（Genome-wide association study, GWAS）——一項關于成千上萬個單核苷酸多態性（Single nucleotide polymorphism, SNP）與特定表型之間關聯性的測試，已經成為發現復雜疾病發生相關基因和SNP的一種重要方法，并且取得了巨大的成就。2005年，《Science》雜志報道了第一篇關于GWAS研究——年齡相關性黃斑變性[5]，之后陸續出現了有關冠心病、肥胖、2型糖尿病、精神分裂癥等的研究報道[6]。

3 骨質疏松癥SNP對miRNA結合的影響

蛋白質編碼基因是人類遺傳疾病表型中主要的功能單位，盡管基因通過mRNA編碼蛋白是一個基本原則，但多年來研究者逐漸發現，相當一部分多細胞動物基因組轉錄物實際上是不編碼蛋白質的功能性RNA分子[7]。目前為止，發現的非編碼RNA主要包括miRNA、lncRNA、circRNA，其中對miRNA的研究最多、最深入。MicroRNA（miRNA）是一類內生的、長度為20～24個核苷酸的小RNA，其在細胞內具有多種重要的調節作用。在多數情況下，miRNA可以通過與信使RNA的3'端非翻譯區（3'UTR）互補結合來抑制mRNA的翻譯或調節mRNA的穩定性，處于miRNA結合區域的SNP將會影響miRNA與其結合的特異性。

MiRNA SNP(v2.0) （http://bioinfo.life.hust.edu.cn/miRNASNP2/）是一個研究SNP與miRNA互作的數據庫，借助此網站可以縮小候選SNP的范圍，為后續研究提供極大便利。通過miRNA SNP計算分析骨質疏松癥SNP對miRNA結合的影響，發現rs798949(A/C/T)、rs798943(A/G)、rs1026364(A/G/T)、rs4988291(A/G)、rs798902(C/T)、rs1124674(A/C)、rs6932603(C/T)、rs6932260(C/T)、rs3757322(G/T)、rs3734806(A/G)、rs784288(A/G)這11個 SNP可以影響miRNA的靶標結合效應，見表1。

4 ESR1基因在骨生物學中的作用

雌激素受體（ESR）基因包括ESR1和ESR2，雌激素在細胞分化和骨骼形成中起著重要作用，雌激素主要是通過與ESR1相結合來發揮作用，ESR1基因位于6q25～27，含有8個外顯子[8]。ESR1基因上的PvuⅡ和XbaⅠ多態位于內含子1上，它們與骨質疏松癥及BMD的研究偏多，但研究結果也存在不一致的現象。2007年關于上述兩個多態的meta分析[9]研究表明，PvuⅡ與股骨頸BMD之間有弱相關現象，XbaⅠ多態位點與BMD的關聯不顯著。Mondockova V等[10]通過對343位絕經后婦女樣本進行數據分析，發現ESR1基因上rs9340799單核苷酸多態性可以導致骨密度的降低，實驗證明ESR1基因降低骨質疏松癥治療的康復效率。Qiu C等[11]通過meta分析發現ESR1基因上rs2941741、rs3020333、rs7455208三個SNP與骨密度顯著相關。轉錄因子ESR1（ERα）在人類成骨細胞、破骨細胞和骨細胞中表達，ESR1的遺傳變異位點與骨質疏松癥的相關性在歐洲和東亞人群中得到重復驗證。通過預測發現，rs1124674（A/C）可以差異結合miR-128-1，miRBase（http://www.mirbase.org/）堿基序列對比也支持這一預測結果，這為后續進一步研究ESR1的功能，探究骨質疏松癥的發生機理提供了新的思路。

5 總結與展望

人類基因組計劃與單體型計劃的完成使得SNP成為除限制性片段長度多態性（RFLP）和微衛星標記（STR）外的第三代遺傳標記。SNP分布廣泛、數量眾多，是基因組中最常見的遺傳變異，占已知多態90%以上；并且大多數SNP為單個堿基的突變，易于快速分型和篩查，SNP位點在查找復雜疾病易感位點中發揮重要作用。通過相關軟件可快速查找到SNP差異集合的miRNA，并通過miRNA與靶標基因的互作，揭示靶標基因在骨質疏松癥發生過程中的作用。目前的挑戰就是進一步研究這些SNP與miRNA的具體功能。