昆明汉族人群原发性骨质疏松症易感位点的全基因组扫描和遗传关联分析

Osteoporosis is a common heritable disease for older people. More and more patients appear in industrialized country, and this disease is gradually harming to the older adult in China. Several osteoporotic candidate genes were detected by Genome-wide Association Studies in Caucasian populations, and seldom of which had functionally conformed by transgenic mouse models. The osteoporotic candidate gene detection from whole genome in Chinese populations was only reported one paper (500K chip). This project dedicates to detect the osteoporotic candidate genes in male population form Kunming Han Chinese using a Chinese specific human whole-genome SNP chip illumina OmniZhongHua (900K chip). In order to rule out the intrusion from environment, we only choose the local Han Chinese male sample in Kunming(annual average sunshine：2522 hours）. Then, the candidate genes were tested in a large osteoporotic male population, and the 1-2 top signal genes selected to be functionally conformed by transgenic mouse models. This study will provide genetic data for osteoporotic prevention and cure, even for drug design.

骨质疏松症（OP）是一种遗传性很强的骨代谢性疾病，具体遗传机制不清楚，是当前严重威胁人类健康的主要疾病之一。筛选OP易感基因及其关键功能遗传变异，是探索该症发病机制的前提，也是当前OP分子遗传学研究必须面临的重大基础性问题。近年来，以欧美人群为研究对象的OP相关表型易感基因或变异位点不断被发现，但其中仅有少数经过功能验证；针对中国汉族人群的同类研究仅见个别报道。考虑到昆明日照充足，且男性OP样本受非遗传因素干扰较女性小，我们拟采用全基因组关联分析的方法，以人omni中华全基因组SNP芯片(900K) 在60至70岁的昆明汉族男性人群中筛选与OP表型相关的候选基因及其遗传变异，并采用基因敲除小鼠模型对信号最强的1～2个基因进行功能验证，为进一步探索其分子遗传机制打下基础，并为抗OP药物设计、制订OP临床防治策略提供遗传和功能数据，具有重要的科学意义和广泛的医学应用前景。

联合昆明市5家三甲医院，按骨质疏松症现行诊断标准收集骨质疏松症患者血液样本55例，正常人血液样本60例；因经费预算限制实际纳入研究的骨质疏松症患者血液样本50例，正常人血液样本30例。采用omni中华全基因组SNP 900K芯片对上述样本进行全基因组扫描，分析骨质疏松样本与正常人群样本之间的遗传差异，利用Case-Control关联分析进行易感基因及突变位点筛选,得到关联分析显著差异的11个基因的共18个突变位点。通过PathCards数据库，对基因关联的信号通路进行检索，筛选出关联信号通路明确的8个基因。进一步根据NCBI数据库的文献检索和基因功能注释，过滤掉与骨形成和骨吸收关系尚不明确的6个候选基因。再以野生型为对照，过滤掉余下的2个候选基因突变型中基因表达量变化无显著差异的CDH20，余下表达量具有显著差异的TBX3基因。在本研究纳入的骨质疏松病例中，存在TBX3野生型个体，说明TBX3可能与骨质疏松相关，可能并非关键基因或者主效基因。但项目组同时研究发现：年轻个体TBX3突变型样本的TBX3基因表达量与野生型无差异；老年个体TBX3突变型样本的TBX3基因表达量低于野生型；无论野生型或者突变型TBX3基因，其表达水平均与年龄相关，具体表现为在年轻个体中表达量较高，在老年个体中表达量明显降低。可见TBX3的表达可能既与成骨相关，又与年龄相关，这一特点与JAK-STAT细胞信号通路关键基因STAT5相似但随年龄表达趋势相反（抑制STAT5可促进细胞年轻化并促进成骨）。有研究发现TBX3 和JAK-STAT均可激活SOX2调控早期胚胎发育及维持细胞多能性。项目组采用CRISPR/ Cas9技术敲除成纤维细胞中的STAT5A后其成骨能力显著增强，并伴有细胞年轻化特征。基于这一结果，项目组目前已开发出采用小分子化合物组合,通过抑制皮肤成纤维细胞的STAT5表达,获得年轻化的具有成骨等功能的新型再生医学种子细胞（induced and rejuvenated MSCs: irMSC），并已完成动物体内外验证。