本文来源：中华外科杂志 2010年第6期  作者：邱勇   

        青少年特发性脊柱侧凸（adolescent idiopathic scoliosis, AIS）是发生于青春期发育前后的最常见的脊柱畸形，其病因不明。目前其病因学研究主要包括遗传学机制、激素的作用、结缔组织异常、生长不对称及生物力学作用等，但并无统一的病因学解释。大量研究发现AIS存在家族聚集现象^［1］，提示遗传因素在其发病中起着重要作用。基因学研究被认为是将来AIS病因学研究突破的重要方向之一^［2］。本文主要对AIS基因学研究进行简要回顾与总结。

  一、AIS基因学研究现状

遗传因素在AIS发病机制中的重要作用已经得到公认。Harrington^［3］发现AIS患者的子女患病率高达27%，远高于人群发病率。WynneDavies^［4］对2000例的大样本的群体研究发现特发性脊柱侧凸（IS）第一代发病率为7%，第二代为37%，第三代为16%。双生子研究表明^［5］，单卵双生的AIS发病的一致性远高于异卵双生子。这些均支持AIS具有较强的遗传倾向。

对AIS的遗传模式至今存在争议。由于IS女性发病率高于男性，同时又没有男传男的报道，因此，1972年Cowell等^［6］提出了X连锁显性遗传模式，但Miller等^［7］和Justice等^［8］的研究结果提示IS不是一个X连锁显性遗传疾病，而可能是一个多基因疾病，只是在X染色体上有某个易感位点。Riseborough和WynneDavies^［9］报道了2869例的大样本种群研究，发现IS在第一代发病高达11%，第二代明显下降为25%，第三代只有14%，发病率呈指数性下降，提示IS为多基因遗传。另外，Bonati等^［10］对241个家系(913例)进行分析研究后，认为IS存在遗传异质性，他们认为IS在一部分家系中没有明显的主效基因，表现为多基因遗传模式；而在另一部分家系中存在主效基因，表现为常染色体显性遗传模式。这种观点也正好解释了另外两项综合分离分析^［11-12］的研究结果，此两项研究的群体相同，结果却不同，一项研究支持有主基因效应，并且主基因呈常染色体显性，而另一项研究却支持是多基因遗传。从目前研究结果来看，AIS的遗传模式仍未确定，但是更多的研究支持多基因遗传。另外，不同家系可能有不同的遗传基础，少部分家系可能存在主基因效应而呈现常染色体显性遗传。

疾病的遗传学研究主要目的是寻找疾病的致病或易感基因，即疾病的基因定位。常用的策略有候选基因策略和定位克隆策略。候选基因的选择主要有以下依据：（1）与疾病发生发展的生物学通路有关。如与结缔组织相关的基因，胶原（COL1A1^［13］, COL1A2^［14］, COL2A1^［14］）、原纤维蛋白^［14］、弹性纤维^［14］及聚蛋白多糖^［15］等。（2）位于全基因组扫描的连锁分析结果的连锁区域。如褪黑素受体1A^［16］及褪黑素受体1B基因^［17］等。（3）位于染色体畸变的位置。如γ1 syntrophin (SNTG1)基因^［18］。（4）与突变的动物模型表型对应。如Matrilin-1（MATN1）基因^［19-20］。定位克隆策略就是通过对覆盖密度适当的遗传标志在家系中进行分型，以找到与致病基因紧密连锁的某一遗传标志，从而确定该基因在染色体上的粗略位置，在此基础上使用覆盖程度更高的遗传标志可将致病基因确定在较小的区域。目前定位的区域主要有6p^［21-22］、6q^［22］、8q^［23］、9q^［24］、10q^［21］、16q^［24］、17p11.2^［22］、18q^［21］、19p13^［25-26］、Xq23-26^［8］、15q25-26^［15］、9q31.2-q34.2^［27］及17q25.3-qtel^［27］、12p^［28］等。CHD7^［23］是第一个通过定位克隆策略定位的AIS易感基因。

研究复杂疾病的方法主要有连锁分析和关联分析。前者主要研究一种疾病与一个等位基因是否在家系中相关地共同传递，而后者检验它们是否在群体中相关地共同出现。连锁分析最适于检测或寻找那些对疾病是必需的而不一定是充分的位点，而对寻找那些对疾病既不是必须的也不是充分的位点，即易感位点，连锁分析的效能很低。关于AIS家系的连锁分析已有较多的报告，但并无一致性结果，其原因可能与遗传异质性或疾病的多基因遗传有关。而利用关联分析，目前已鉴定了ESR1^［29］、MTNR1B^［17］、CHD7^［23］、MATN1^［20］、ESR2^［30］等易感基因。南京鼓楼医院脊柱外科AIS研究团队，长期致力于AIS基础研究，特别是在AIS的基因学研究做了许多工作，在国内外首次鉴定了AIS的易感基因ESR1^［29］、MTNR1B^［17］、MATN1^［20］等。

二、存在的问题

无论是连锁分析的阳性连锁区域还是关联分析的阳性基因，离弄清楚AIS遗传的本质都还有很长一段距离。回顾整个AIS遗传学研究历史，CHD7可能是惟一经基因定位克隆成功鉴定的基因，但Miller等（私人交流）发现其仅仅存在于小部分家系，而Tang等^［31］并未发现CHD7与散发病例关联，因此CHD7在AIS发病中的作用仍有待进一步研究。关联分析的结果往往受实验设计、人群分层、Ⅰ型错误等因素影响，使得不同研究中心的结果也不尽一致。另外，众多的家系全基因组扫描结果也并不一致，Miller^［1］认为可能与疾病的多基因遗传复杂机制有关，也可能与遗传异质性有关。Tang等^［32］认为AIS可分为家族性和散发性两类，两者可能有不同的遗传背景。虽然目前有研究利用关联分析鉴定了一些AIS易感基因，但这对于AIS这个复杂疾病的了解还远远不够。目前的基因学研究中普遍存在两个关键的问题：（1）AIS的定义尚不明确。目前常用的诊断标准是在站立位X线片中测量Cobb角>10°且伴椎体旋转。Cobb角10°的阈值虽是根据流行病学资料定义的，但并不能排除临床上的一些拟表型（由于环境因素引起的表型）。另外AIS的诊断为排它性诊断，在临床工作中可能忽略了一些潜在的病因，如外伤、脊髓病变、结缔组织病变等。（2）AIS疾病表型无特征性定义方法。目前常用Cobb角作为其临床表型特征，但由于临床异质性，且Cobb角的影响因素较多，其并不能代表AIS的特征表型。借鉴其他复杂疾病的遗传学研究方法，可能有以下解决途径：（1） 通过一些特殊家系进行连锁分析基因定位。这些家系的遗传模式固定，可能为单基因或寡基因遗传，可能获得阳性结果。（2）足够大的样本量进行全基因组的连锁或关联分析。（3）重新定义疾病的表型，可根据内在特征对病例进行分层。某些临床特征，如侧凸弯型、有无后凸、发病年龄、月经初潮等，可能才是真正与发病病因相关的表型，根据这些表型对病例进行分组可能得到阳性结果。（4）尽可能排除已知或怀疑病因的病例。

三、AIS基因学研究方向

随着人类全基因组计划（HGP）及国家人类基因组单体型图(HapMap)计划的完成，人类遗传学研究已经进入了全基因组时代。新的生物学技术，如自动测序技术、基因芯片技术、全基因组扫描技术等使得疾病的全基因组研究成为可能。基于全基因组扫描的关联分析研究（GWA）被认为是研究复杂疾病的有效的工具。在其他复杂疾病中，如糖尿病、高血压、类风湿性关节炎等，通过GWA方法都寻找到了疾病相关的基因。对于AIS这个复杂疾病，由于发病年龄较早，对照组的选择相对容易，因此更适合于GWA方法。Oglivie研究团队，第一次应用GWA方法对AIS进行研究，初步结果报告于第43届脊柱侧凸研究协会（Scoliosis Research Society，SRS）会议；他们通过筛选分子标记物，寻找到了预测侧凸进展及评估支具治疗疗效的分子标志物组合^［33-34］。GWA的逐步推广，AIS的基因学研究将产生重大的突破。

AIS基因学研究另外一个重要方向是研究罕见的临床综合征。临床一些罕见的综合征往往会有脊柱侧凸的表现，如进行性神经性腓骨肌萎缩症、埃勒斯当洛斯综合征、CHARGE联合征等。我们假设导致伴脊柱侧凸的罕见临床综合征的基因同样在AIS的发生发展中起着重要的作用。Wise等^［35］通过全基因组扫描定位的AIS易感基因CHD7，其突变可导致CHARGE联合征，而CHARGE联合征患者常伴有脊柱侧凸，他们推测可能CHD7基因的缓和突变或变异只导致脊柱侧凸，而无CHARGE联合征的其他表现。

另外，遗传学因素也作用于疾病的进展。Cheng等^［36］认为基因可作用于AIS发病机制的两个不同阶段，第一个阶段为AIS的起始阶段，基因对AIS的发生起作用，即影响疾病的易感性，称为易感基因；第二个阶段为AIS的进展阶段，基因对AIS的进展起作用，即起影响疾病过程，称为修饰基因。因此，积极寻找AIS进展相关的修饰基因将是预测侧凸进展的新方向，这也是临床医生比较关注的问题。目前一些统计学方法可以用于辅助分析。通常用的统计学方法如生存分析法，输入变量包括基因型、性别、种族、初诊年龄、Risser征、初诊Cobb角等基因型及表型资料，输出变量为二分变量，即进展型及非进展型。通过此种方法，可以将AIS根据基因型及表型分为进展和非进展两大类。

在大部分基因学研究中，AIS包括家族性及散发性病例。家族性和散发性病例的遗传背景是否一样，两者可否混在一起研究？Tang等^［32］通过比较家族性及散发性AIS患者的人体测量学指标及骨密度，发现两者存在明显差异，推测两者之间可能为不同的遗传背景。而Wise等^［35］研究表明两者的种族分布、性别组成、发病年龄及侧凸严重程度并无明显差异，认为两者具有相同的遗传信息。今后有必要进一步研究家族性及散发性AIS病例的遗传差异。

遗传学病因研究的最终目标是能为AIS的诊断和治疗提供帮助。其将来可能有两个方向的应用前景：（1）开发出基因检测方法，应用于人群筛查及早期诊断。对于高危人群早期进行健康宣教及积极措施干预，这样可能大大降低易感人群发病率。（2）有望发展一种新的临床检验技术，为AIS患者的个性化治疗提供指导。Ward等^［34］通过大规模的全基因组单核苷酸多态性位点扫描，筛选出53个分子标记，这53个分子标记的组合预测侧凸进展成为严重脊柱侧凸的敏感性高达90%，特异性达到88%。相信随着基因学研究的不断进展，AIS的基因诊断和治疗将会变为现实。

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