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特发性脊柱侧凸相关基因研究进展

发布日期:2019-09-14 07:47   来源:未知   阅读:

  ,但面对错综复杂的结果,如何科学应用前人成果,选择合理方法进一步筛选或确定致病基因,成为困扰广大研究者的难题。本文将对已有相关报道进行文献复习以帮助进一步研究工作。

  定位克隆法采用覆盖整个基因组的DNA遗传标记引物,以较大间距(10-20厘摩)对大样本量的AIS家系进行全基因组扫描,通过遗传连锁分析将可疑候选基因定位到某一染色体区域内,在此基础上高密度地选择遗传标记(约10kb),做精细分析,进一步缩小定位区域,再利用人类基因组研究计划的研究成果,采用定位候选克隆策略,最终识别出疾病易感基因。

  候选基因法以各种病因学假说为基础,直接研究假说相关基因与疾病的关系,主要分析候选基因在正常群体和患病群体之间等位基因、基因型频率的差异。候选基因指已经获得一定证据可能与疾病有发生有关的基因。候选基因一般包括:1)观察到与某种疾病存在连锁关系的染色体上某个区域内的基因;2)已有报道与疾病假说有关的基因;3)导致动物疾病模型的基因。

  定位克隆法对每个染色体片段进行测试,有助于发现目前尚不能以其它方法测出的许多与疾病相关的基因。而候选基因法的长处在于直接性。一般而言,候选基因的提出,意味着已有一套基本完整的关于该基因和具体疾病发病机制的理论假说。因此如果能证明某种疾病确实与某个基因突变有关,就能阐明这种疾病的生物学机制。

  定位克隆法主要用于发现和疾病发生有关的基因,在已知疾病遗传方式时最为有效。而AIS并不符合这一前提,一方面AIS的具体遗传方式尚有争议;另一方面,AIS发病可能涉及许多基因,其中一些可能只对疾病的发生起微效作用。

  连锁分析根据基因的重组率(θ)计算两基因位点之间的遗传图距,是基因组扫描最常用的研究方法。其原理是:如果致病或导致性状的易感主基因存在,即使该基因的功能未知,也可以通过染色体上已知位点基因(标记基因)和该易感主基因的连锁分析对其定位。生殖细胞在减数分裂过程中,两条同源染色体彼此分开,分别进入两个不同的子代细胞。如果两个位点(致病基因和标记位点)在同一染色体的位置上相互接近,就很容易同时遗传给下一代,形成连锁关系;如果相距较远,在减数分裂时则可能发生交换。计算样本中两个位点再次组合到一起的比率并与预期自由组合几率相比,即可推测两个位点之间是否存在连锁关系。

  关联研究是在可能的候选致病基因附近选择多态性遗传标记,在患者和正常人群之间进行比较,得到某一遗传标记和疾病基因关联的相对危险度,又称为基于人群的关联研究。遗传标记与疾病相关联的本质是所检测的遗传标记位点和疾病基因位点之间的连锁不平衡。连锁不平衡的生物学原理基于两个位点之间的紧密连锁,由于两个位点相距很近,生殖细胞减数分裂时,两条同源染色体之间很难发生交换,故往往出现在同一个单倍体细胞中。两个位点,如果一个是疾病易感基因,另一个是DNA标记,那么患病个体总是携带DNA标记位点上的某一个等位基因。

  连锁分析以家系或患病同胞对为研究对象,分析致病基因与某种遗传标记是否在同一条染色体上连锁;关联研究是在无血缘关系的群体水平上研究某种疾病与某种遗传标记(代表候选基因)的关系。前者侧重基因的遗传特性,后者侧重群体的基因频率。欲验证某个候选基因的致病假设可以采用在一个或多个家系中进行连锁分析的方法,但连锁分析所做出的定位往往在相当大的区域内(可能包含数百个基因)。因此关联研究较连锁分析更为直接。通过关联研究,如果某种等位基因本身或其附近位点与疾病易感性有关,那么在病人组中,该等位基因频率分布会明显区别于对照组,如果与疾病抵抗性或保护性有关,那么在病人组中,该等位基因频率分布会明显低于对照组。

  近年来,随着人类基因组遗传图谱的完善及基因技术的发展,越来越多的文献报道采用连锁定位克隆策略寻找AIS相关基因。

  Wise等8对一个大家族(7例患者)进行全基因组扫描,报道AIS可能和染色体6p、10q和18q连锁,在第二个家系中同样发现了染色体10q的连锁,而另一个家系扫描显示可能和2号染色体连锁。Salhei等9对一个意大利三代家系进行研究,认为AIS可能和染色体17p11.2连锁。Chan等10对同一地区七个中国家族进行研究认为可能的遗传影响区位于染色体19p13.3的一段5.2厘摩的区域内。Alden等18对一组202个家系(1198例)的大样本进行全基因组扫描,结果发现可能的候选区位于染色体19p13,进一步肯定了Chan等人的报道。Justice等19对一组大样本进行全基因组扫描,发现可能的连锁位点为Xq21,进一步验证了较早期的一些关于特发性脊柱侧凸候选区为Xq23-26染色体的报道。

  错综复杂的报道一方面提示了可能的AIS候选基因区,另一方面显示了遗传异质性对不同患者的影响。遗传异质性指两个或多个基因独立起作用,在不同的家系中导致相同的疾病。因此,临床表现相同的疾病可能有完全不同的遗传基础。

  为了解释可能的遗传异质性,Miller等20对202个AIS家系(每个家系至少2名患者,共1198例)进行全基因组扫描,全部202个家系按照X染色体连锁遗传(XLD)和常染色体显性遗传(AD)的相对比率L进一步分组,分别以Cobb角≥10°、20°、30°、40°作为分层标准进行分析,采用391个STR作为遗传标记,共筛选出11条染色体上的16个可疑基因片段。

  连锁定位克隆的第二步是在连锁区域,筛选候选基因并测序以发现可能存在的突变。如果发现一个基因的突变,则很可能就是发病原因,若在另外一个无血缘关系的患者中被证实,将增加其作为致病基因的可信度。Salehi等9选择位于染色体17p11的和韧带形成有关的乙酰肝素硫酸转移酶基因进行测序分析,未发现可疑突变。Chan等10认为位于染色体19p13.3在软骨细胞及破骨细胞中表达的两个候选基因leucinericha-2-glycoprotein基因和SH3-domain GRB2-like 1基因可能和AIS的发生有一定关联,但没有进行测序。因此,连锁分析得出的可疑位点目前并没有分离出有意义的基因。

  目前关于应用关联研究法对青少年特发性脊柱侧凸遗传病因学的研究以对雌激素1受体基因多态性的系列报道较为典型。

  雌激素属类固醇激素,通过与细胞内受体结合发挥基因转录的作用。Inoue等21分析304例AIS女孩雌激素受体1基因PvuⅡ、XbaⅠ位点基因型,发现XbaⅠ位点基因型XX、Xx的患者Cobb角平均最大值明显高于xx者;基因型Xx者侧凸进展的危险性明显高于xx者;基因型XX和Xx的病人与xx型患者相比有需要手术治疗几率明显增高(分别为21.4%、24.7%、7.6%)。他们认为雌激素受体1基因XbaⅠ位点基因型多态性与AIS严重程度有关。Wu等22对202例AIS患者进行病例-对照研究,认为XbaI位点基因型多态性可能是AIS的危险因素,进一步验证了Inoue等的报道。六和采公式网

  相反,Tang等23对540例中国女性AIS患者进行病例-对照研究,未发现雌激素受体1基因XbaI位点基因型多态性和特发性脊柱侧凸及其严重程度有任何关联意义。

  影响AIS自然病程的因素很多,对于骨骼尚未发育成熟的青少年患者,主要有两方面的因素:脊柱的生长潜能和侧凸本身的相关因素24。侧凸本身的因素有侧凸类型和侧凸大小两方面:双弯比单弯更容易加重,侧凸度数越大越容易发展。生长潜能方面的因素包括患者年龄、女孩的初潮年龄、Risser征和性别。

  研究一种疾病发生机制的最终目的为有效预防其发生和防止疾病加重。作为侧凸加重危险因素之一的侧凸度数,在既往的研究报道中通常作为筛选研究对象的纳入或分层标准(Cobb角≥20°、30°、40°)。而影响脊柱侧凸加重的另一侧凸本身因素“双弯比单弯更容易加重”,却一直未受到应有的关注。作为一种多因素影响复杂疾病,患者生长潜能往往对侧凸的最终严重程度起一定作用。因此,前人错综复杂甚至相互矛盾的研究结果,很可能源于单纯按照侧凸严重程度分组、忽略掉生长潜能等因素对侧凸最终严重程度的影响。

  另外,AIS作为一种临床表型复杂多变的疾病,通俗形象的描述有按照Cobb角大小划分的重度侧凸、轻度侧凸,根据侧凸顶点位置划分的胸弯、胸腰弯和腰弯,以及根据侧凸顶点数量描述的单弯、双弯和三弯。人们在研究中发现,随着侧弯类型的不同,侧弯进展的几率也不同。以常见侧弯类型为例:双弯的进展几率位居首位(21% );其次是胸弯( 16.9% )、腰弯( 14.3% );最后为胸腰弯(10.1% )25。

  众所周知,遗传病应学的研究,应该尽可能排除外界、后天因素的干扰。因此,既然影响侧凸最终严重程度的因素如此之多,单纯按照侧凸严重程度作为分层标准,不足之处明显易见。而侧凸数量、侧凸顶点位置一方面和侧凸进展可能性紧密关联;另一方面,尽管严重程度不同,为什么同一种疾病有单弯、双弯或三弯或胸弯、胸腰弯以及腰弯等不同表现形式。作为一种多基因影响复杂遗传疾病,无论是主效基因假说还是多基因遗传,有没有可能不同SNPs位点或其联合作用决定AIS单弯、双弯、三弯或胸弯、胸腰弯、腰弯的发生,而脊柱生长潜能等多种因素影响或决定其最终表型?

  过去的一个世纪,人类对特发性脊柱侧凸的病因学、诊断以及防治投入了大量的人力、物力。随着时代的推移和科技的发展,越来越多的证据支持AIS可能是多基因疾病。分子遗传学水平的发展,将疾病相关基因局缩小至有限的几个染色体位点,但错综复杂甚至彼此否定的结果,再次提示了多基因疾病的复杂一面。总结前人经验教训,发现问题所在,成为当务之急。随着对多基因疾病流行病学资料和遗传病因学的结合考虑,我们希望在不久的将来可以揭开AIS的不同临床表型的根本原因所在,以更好的为人类服务。

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