骨質(zhì)疏松癥相關(guān)表型的全基因組關(guān)聯(lián)研究——單變量、雙變量、通路及基因相互作用分析.pdf

1、骨質(zhì)疏松癥是一種以骨量減少、骨的微觀結(jié)構(gòu)退化以及骨脆性增加為特征，最終容易造成低創(chuàng)傷性骨折的全身性骨骼疾病，它多發(fā)于老年人，嚴(yán)重影響其生活質(zhì)量并給社會帶來巨大的經(jīng)濟(jì)負(fù)擔(dān)。骨質(zhì)疏松癥由遺傳和環(huán)境共同決定，其中遺傳占主要部分，其致病機(jī)理極為復(fù)雜：1)這是一種多基因疾病，由大量微效基因共同決定；2)這些基因間存在相互作用，組成一個(gè)復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)；3)骨質(zhì)疏松癥與許多其它疾病如肥胖、糖尿病等共享一些遺傳因子。引發(fā)該病的風(fēng)險(xiǎn)因子很多，如骨密度、骨大小

2、等，它們也是骨質(zhì)疏松癥遺傳學(xué)研究中常用的替代表型。通過連鎖分析和關(guān)聯(lián)分析，人們已經(jīng)鑒定了一些骨質(zhì)疏松癥相關(guān)的遺傳因子，但仍有大量因子未被鑒定。目前，最常用的鑒定方法是單變量的全基因組關(guān)聯(lián)分析(分析某個(gè)標(biāo)記與一種表型之間的關(guān)系)，它能在全基因組范圍內(nèi)鑒定疾病風(fēng)險(xiǎn)位點(diǎn)。然而，單變量分析忽略了基因間的相互作用和基因多效性，因此無法檢測到在疾病發(fā)病機(jī)理中占據(jù)重要地位的基因間的相互作用、基因通路等，也很難發(fā)現(xiàn)多效性基因及弱效應(yīng)的遺傳因子。本研究基

3、于雙變量關(guān)聯(lián)分析、基因通路分析、基因相互作用分析和拷貝數(shù)變異分析4種方法探究骨質(zhì)疏松癥的分子遺傳機(jī)理。
　　 1、骨密度和體重指數(shù)的全基因組雙變量關(guān)聯(lián)研究
　　 骨質(zhì)疏松癥和肥胖癥是高度相關(guān)的疾病，它們間可能共享一些遺傳因子，但目前很少有研究對這些遺傳因子進(jìn)行鑒定。全基因組雙變量關(guān)聯(lián)分析是近年來發(fā)展出的一種檢測一個(gè)分子標(biāo)記與兩種表型之間關(guān)聯(lián)關(guān)系的分析方法，它能檢測到單變量分析中很難被發(fā)現(xiàn)的多效性基因。本研究首先采用Aff

4、ymetrix公司的Genome-Wide SNP Array6.0對1627個(gè)中國漢族無血緣關(guān)系的成年人進(jìn)行基因分型，然后用R軟件對體重指數(shù)和髖部骨密度進(jìn)行雙變量分析，最后發(fā)現(xiàn)有86個(gè)SNP的P值<1×10-4。這86個(gè)SNP代表37個(gè)基因，當(dāng)中最顯著的5個(gè)SNP是rs377046(P=4.52×10-6)，rs2166856(P=5.49×10-6)，rs4582677(P=9.29×10-6)，rs4593399(P=9.52×1

5、0-6)和rs3862738(P=9.97×10-6)，其中rs377046、rs3862738和rs4593399分別位于3個(gè)單體型區(qū)塊(Haplotype block)中。通過在2286個(gè)高加索人中對這個(gè)5個(gè)SNP及3個(gè)單體型區(qū)塊中的另外31個(gè)SNP進(jìn)行驗(yàn)證分析，結(jié)果12個(gè)SNP得到了驗(yàn)證，這12個(gè)SNP均位于腫瘤壞死因子配體超家族成員11(TNFSF11)基因附近的一個(gè)單體型區(qū)塊中。前期研究顯示TNFSF11基因與骨代謝和脂肪代謝

6、均有聯(lián)系。本研究首次發(fā)現(xiàn)TNFSF11基因可能是骨質(zhì)疏松癥和肥胖癥共享的遺傳因子。
　　 2、骨大小的全基因組通路分析
　　 在復(fù)雜疾病中，基因并非單個(gè)起作用，它們往往相互作用構(gòu)成通路。通路是導(dǎo)致復(fù)雜疾病發(fā)病的重要因素，找到疾病有關(guān)的通路將更有利于闡明疾病的發(fā)病機(jī)理。然而，在骨質(zhì)疏松癥研究領(lǐng)域，此類研究非常少，尤其是針對骨大小的通路分析。骨大小也是骨質(zhì)疏松癥最重要的替代表型之一，其遺傳機(jī)制尚未明了。本研究采用最新的基于通

7、路的全基因組關(guān)聯(lián)分析方法在中國人群和美國人群中進(jìn)行骨大小相關(guān)的通路分析。通過初始分析和驗(yàn)證分析，發(fā)現(xiàn)細(xì)胞凋亡進(jìn)程通路(Apoptotic processes)和生長調(diào)控通路(Regulation of growth)在中國人群中和美國人群中均與腰椎骨大小變異相關(guān)，它們的部分功能及通路中的部分基因(如干擾素γ(IFNG)基因和高遷移率族蛋白A2(HMGA2)基因等)與骨代謝相關(guān)，這是首次發(fā)現(xiàn)與骨大小有關(guān)的通路。
　　 3、骨密度的

8、基因相互作用分析
　　 基因相互作用即非等位基因?qū)ν恍誀钇鹱饔茫嵌嗷蚣膊“l(fā)病機(jī)制中的重要組成部分，但目前對它的研究甚少。本研究從通路和基因集合著手進(jìn)行基因相互作用分析，選用髖部骨密度作為表型，樣本包括26個(gè)具有極端髖部骨密度的基因表達(dá)樣本(12個(gè)低骨密度，14個(gè)高骨密度)，1627個(gè)中國北方人群GWAS樣本和2286個(gè)美國人群驗(yàn)證樣本。首先從mRNA水平和DNA水平對髖部骨密度的相關(guān)通路進(jìn)行鑒定，然后將這些通路中的基因進(jìn)

9、行相互作用分析。經(jīng)過在中國人群中的初始分析及在白人中的驗(yàn)證分析，發(fā)現(xiàn)溶質(zhì)載體家族1成員7(SLC1A7)基因和泛素特異肽酶24(USP24)基因之間的相互作用與髖部骨密度顯著相關(guān)，初始和驗(yàn)證的P值分別是7.82×10-5和0.04。這兩個(gè)基因都與核因子kappaβ(NF-kB)相關(guān)，NF-kB是骨代謝中的重要因子，因此它們可能通過作用于NF-kB來影響骨代謝。本研究首次發(fā)現(xiàn)這兩個(gè)基因的相互作用與骨密度有關(guān)。
　　 4、身高的全基

10、因組拷貝數(shù)變異(CNV)關(guān)聯(lián)分析
　　 身高是骨質(zhì)疏松癥研究中重要的協(xié)變量，它的遺傳性較高。研究表明CNV是染色體結(jié)構(gòu)變異的一種重要形式，與很多疾病或性狀直接相關(guān)。本研究首次對身高進(jìn)行全基因組CNV關(guān)聯(lián)分析，研究樣本為618個(gè)無血緣關(guān)系的中國人，采用Affymetrix500k SNP芯片分型，運(yùn)用CNAT4.0軟件進(jìn)行CNV的推斷。通過分析發(fā)現(xiàn)CNV6p21.3(P=0.013)、CNV8p23.3-23.2(P=0.011)

11、、CNV9p23(P=0.024)和CNV6p21.3(P=0.013)與身高變異相關(guān)。一些身高候選基因和骨代謝相關(guān)基因位于這些CNV附近，如高遷移率族蛋白A1(HMGA1)基因和11型膠原蛋白α2(COL11A2)基因等，這是首次發(fā)現(xiàn)CNV與身高存在關(guān)聯(lián)。
　　 本研究采用最新的研究方法創(chuàng)新性地對骨質(zhì)疏松癥相關(guān)表型的遺傳因子進(jìn)行鑒定并首次發(fā)現(xiàn)TNFSF11基因同時(shí)作用于骨質(zhì)疏松癥和肥胖癥；細(xì)胞凋亡進(jìn)程等通路與骨大小變異相關(guān)；S