亚洲人COL9A2基因单核苷酸多态性与椎间盘退变相关性的Meta分析

doi:10.3969/j.issn.2095-4344.1158

摘要/Abstract

摘要：

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文题释义：

基因多态性：多态性是指在一个生物群体中，同时和经常存在两种或多种不连续的变异型或基因型(genotype)或等位基因(allele)，亦称遗传多态性(genetic polymorphism)或基因多态性。从本质上来讲，多态性的产生在于基因水平上的变异，一般发生在基因序列中不编码蛋白的区域和没有重要调节功能的区域。对于一个体而言，基因多态性碱基顺序终生不变，并按孟德尔规律世代相传。

单核苷酸多态性：主要是指在基因组水平上由单个核苷酸的变异所引起的DNA序列多态性。它是人类可遗传的变异中最常见的一种，占所有已知多态性的80%以上。单核苷酸多态性在人类基因组中广泛存在，平均每500-1 000个碱基对中就有1个，估计其总数可达300万个甚至更多。单核苷酸多态性是一种二态的标记，由单个碱基的转换或颠换所引起，也可由碱基的插入或缺失所致，既可能在基因序列内，也可能在基因以外的非编码序列上。

摘要

背景：人类全基因组序列研究发现很多基因突变会导致椎间盘结构改变以及退变风险的提高。

目的：使用Meta分析方法评价COL9A2基因rs12077871，rs12722877，rs7533552位点多态性与椎间盘退变的相关性。

方法：检索 PubMed、Web of Science、中国知网数据库以及万方数据库，收集COL9A2基因rs12077871，rs12722877，rs7533552位点多态性与椎间盘退变的相关性的研究，检索时间截止至 2018年7月。根据STREGA原则评价纳入研究质量，共6篇文献符合既定纳入和排除标准，共计2 874名研究对象纳入研究。主要对椎间盘退变组(病例组)及非椎间盘退变组(对照组)的不同等位基因及基因型的分布特征，使用Stata 12.0软件进行Meta分析。

结果与结论：①分析结果显示：病例组和对照组COL9A2基因rs12077871，rs12722877，rs7533552位点等位基因分布特征、基因型分布特征与椎间盘退变的相关性差异无统计学意义；②目前证据显示亚洲人群中COL9A2基因rs12077871，rs12722877，rs7533552位点多态性与椎间盘退变尚无明显相关性，仍需多中心、大样本的高质量病例-对照研究进一步验证Meta分析所得到的结论。

中国组织工程研究杂志出版内容重点：人工关节；骨植入物；脊柱；骨折；内固定；数字化骨科；组织工程
ORCID: 0000-0002-5977-0320(马信龙)

关键词: 椎间盘退变, COL9A2, 基因多态性, 等位基因, 基因突变, Meta分析

Abstract:

BACKGROUND: Sequencing of the human genome has found that gene mutation will lead to structural changes of intervertebral disc and increase the risk for degeneration.

OBJECTIVE: To investigate the association of rs12077871, rs12722877, and rs7533552 polymorphisms in the COL9A2 gene with intervertebral disc degeneration by meta-analysis.

METHODS: Databases of PubMed, Web of Science, CNKI and WanFang were searched for the articles addressing the association of rs12077871, rs12722877, and rs7533552 polymorphisms in the COL9A2 gene with intervertebral disc degeneration published before July 2018. The quality of the included studies was evaluated according to the principle of STREGA, and 6 articles involving 2 874 participants were eligible for inclusion and exclusion criteria. Distribution characteristics of different alleles and genotypes in the intervertebral disc degeneration (case group) and non-intervertebral disc degeneration (control group) underwent meta-analysis on Stata 12.0 software.

RESULTS AND CONCLUSION:(1) The results of meta-analysis showed that there was no significant differences association between the genotypes and allele frequency of rs12077871, rs12722877, and rs7533552 polymorphisms in COL9A2 gene and intervertebral disc degeneration. (2) Therefore, the rs12077871, rs12722877, and rs7533552 polymorphisms in COL9A2 gene are not associated with intervertebral disc degeneration in Asian. But, more high-quality multi-center and large-sampled case control studies are required to verify the conclusion.

Key words: intervertebral disk degeneration, COL9A2, gene polymorphisms, alleles, gene mutation, meta-analysis

中图分类号:

R446

李鹏飞，王涛，马信龙. 亚洲人COL9A2基因单核苷酸多态性与椎间盘退变相关性的Meta分析[J]. 中国组织工程研究, 2019, 23(20): 3275-3280.

Li Pengfei, Wang Tao, Ma Xinlong . Association between COL9A2 gene polymorphisms and intervertebral disc degeneration in Asian: a meta-analysis [J]. Chinese Journal of Tissue Engineering Research, 2019, 23(20): 3275-3280.

图/表（结果） 5

2.1 纳入研究的基本特征及方法学质量评价 通过数据库检索获得50篇相关文献，删除重复发表以及不符合纳入标准的文献44篇，最后纳入6篇，见图1，表1^[18-24]。

论文发表语种为4篇英语、2篇中文，研究对象均为亚洲人。纳入研究的COL9A2基因rs12077871，rs12722877，rs7533552位点多态性分布特征见表2。纳入研究质量评价结果显示6项研究中的椎间盘退变诊断标准明确，即均通过MRI诊断；基因检测方法合理、数据充分；符合H-W遗传平衡定律；6项研究组间进行了性别年龄匹配，组间可比性强；6项研究样本量均过百。
2.2 Meta分析结果 有4项研究报道了rs12077871位点多态性与椎间盘退变的相关性^[18^，²⁰^，²²^，^24]。等位基因(C vs T)以及2种遗传模型[(CT+TT) vs CC，CT vs CC]的 Meta分析结果显示，病例组和对照组rs12077871位点等位基因频率和基因型分布的差异无统计学意义，见图2，表3。

有3项研究报道了rs12722877位点多态性与椎间盘退变的相关性^[18^，^20-21]。等位基因(C vs G)以及2种遗传模型[(CG+GG) vs CC，CG vs CC]的Meta分析结果显示，病例组和对照组rs12722877位点等位基因频率和基因型分布的差异无统计学意义，见图3，表3。

有4项研究报道了rs7533552位点多态性与椎间盘退变的相关性^[18-19^，^23-24]。等位基因(A vs G)以及2种遗传模型[(AG+GG) vs AA，AG vs AA]的Meta分析结果显示，病例组和对照组rs7533552位点等位基因频率和基因型分布的差异无统计学意义，见图4，表3。

以rs12077871，rs12722877，rs7533552位点等位基因频率的OR值为效应量，应用Begg’s秩相关检验和Egger’s线性回归法评估发表偏倚情况，统计结果显示无明显发表偏倚，见图5-7，表4。使用逐一排除法进行敏感性分析，合并OR值后研究结果未发生改变，证明本次Meta分析结果较稳定。

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引言

材料方法

1.1 文献检索 详细检索PubMed、Web of Science、Embase、中国知网数据库和万方数据库，同时进行相关文献追溯。中文检索词：(“Ⅸ型胶原基因”OR“COL9A2”“COL9A”)AND“椎间盘退变”AND“基因多态性”。英文检索词：(“Ⅸ collagen gene”OR“COL9A2”OR“COL9A”)AND(“intervertebral disc degeneration”OR“IVD”OR“IVDD”)AND(“ploymorphism”OR“SNP”)。检索时间截至2018年7月。

1.2 文献纳入与排除标准

纳入标准：已发表的COL9A2基因单核苷酸多态性与椎间盘退变相关性的病例-对照研究，病例组患者发生椎间盘退变，对照组患者未发生椎间盘退变，语言限中、英文；研究对象为亚洲人，其性别、年龄不限；基因型分布符合Hard-Weinberg(H-W)遗传平衡定律，数据完整。

排除标准：统计学方法错误；会议论文及综述等。

1.3 文献质量评价 依据STREGA原则评价纳入研究质量：样本量大小；诊断标准是否明确；基因型分布是否符合Hardy-Weinberg(H-W)遗传平衡定律；分组配匹情况；基因检测方法是否正确；数据是否完整等方面。以上共6 项，每满足1项得1分，总分≥3分的研究质量可靠。纳入研究质量评价由2名评价员独立完成，出现分歧时通过协商或由第3方研究者解决。

1.4 数据提取与统计学处理 数据提取由2名研究者独立完成，出现提取结果不一致时，两者均需要重新核对原文数据。该研究主要对椎间盘退变组(病例组)及非椎间盘退变组(对照组)的不同等位基因及基因型的分布特征进行Meta分析，计算两组之间等位基因及基因型分布特征的OR(odds ratio)值以及95%可信区间(confidence interval，CI)，检验水准α=0.05。主要比较等位基因 X与Y以及2个遗传模型：(XY+YY)与 XX，XY与 XX (X或Y分别代表不同基因位点的显性及隐性等位基因)。运用Stata12.0 (StataCorp LP，USA)软件进行统计分析。所有文献进行异质性检验，若文献同质则采用固定效应模型(P > 0.1)进行合并分析，反之则采用随机效应模型。应用Begg’s秩相关检验和Egger’s线性回归法评估发表偏倚情况。

中国组织工程研究杂志出版内容重点：人工关节；骨植入物；脊柱；骨折；内固定；数字化骨科；组织工程

讨论

椎间盘富含丰富的细胞外基质，主要组成是抵抗张力的胶原和抵抗压力的聚集蛋白多糖，这些成分可以维持椎间盘的稳定性^[25]。外层的纤维环主要由Ⅰ型胶原构成，内层的髓核主要包含约50%聚集蛋白多糖和20%的Ⅱ型胶原，另外还有少量Ⅸ胶原和Ⅺ型胶原，Ⅸ型胶原占椎间盘胶原总量的1%-3%，在Ⅱ型胶原纤维之间及Ⅱ型胶原纤维与蛋白多糖之间起桥接作用，因此Ⅸ型胶原在维持椎间盘稳定方面发挥关键作用。Ⅸ型胶原是由3条α链构成的异三聚体，分别由COL9A1、COL9A2和COL9A3基因编码。COL9A2基因是位于1号染色体，编码Ⅸ型胶原蛋白α2链的基因^[26]。有研究报道，当COL9A2基因上编码谷氨酰胺和精氨酸的密码子被编码色氨酸的密码子取代而发生等位基因突变后，Ⅸ型胶原的结构将受到影响，从而显著降低其连接作用，导致蛋白多糖与Ⅸ型胶原之间稳定性不能维持，Ⅱ型胶原纤维丝间黏附能力下降，纤维直径变细，从而破坏了髓核的生物力学完整性，进而导致椎间盘退行性疾病的发生^[27-28]。

目前针对COL9A2基因多态性与椎间盘退变相关性的报道不多^[29-30]，Annunen等^[26]报道COL9A2基因(rs12077871，rs12722877，rs7533552)和COL9A3基因 (rs61734651)单核苷酸多态性和椎间盘退变发生的具有相关性，然而一些文献确得到不同的研究结果，Annunen主要研究对象是芬兰人，种族及生活环境差异性可能是其主要原因。Meta分析是利用系统、科学的方法，将多个研究结果进行定量合并分析及综合评价，使结果更加可信，并且为进一步深入研究提供有力证据。目前针对COL9A2基因多态性与椎间盘退变相关性研究的Meta分析有2篇，研究纳入的人群包括高加索人和亚洲人，结果未发现COL9A2基因多态性与椎间盘退变具有相关性^[31-32]。然而针对亚洲人群的Meta分析尚未见报道，此次研究对纳入的6篇文献进行Meta分析，6篇文献纳入的研究对象均为亚洲人，在种族方面具有同质性，结果显示COL9A2基因rs12077871，rs12722877，rs7533552位点等位基因分布特征、基因型分布特征与椎间盘退变的相关性差异无统计学意义(P < 0.05)。以rs12077871，rs12722877，rs7533552位点等位基因频率的OR值为效应量，应用Begg’s秩相关检验和Egger’s线性回归法评估发表偏倚情况，统计结果显示无明显发表偏倚。使用逐一排除法进行敏感性分析，合并OR值后研究结果未发生改变，证明此次Meta分析结果较稳定，总体来讲，Meta分析扩大了样本量，增加了结论的精度，解决了研究结果不一致的问题。

虽然该研究纳入的研究对象为亚洲人，且严格按照纳入及排除标准，选择同质性研究进行合并，但是仍不能避免不同研究之间的异质性的存在。椎间盘退变的诊断及评价主要采用MRI方法，各研究纳入患者椎间盘退变程度差异性可能是异质性存在的主要原因，但是各研究中没有对椎间盘退变程度进行详细分级，无法进行亚组分析；纳入的6项研究均为病例-对照研究，在研究类型方面具有同质性；纳入的6项研究的原始受试者均为亚洲人，使合并分析在种族方面具有同质性；其他的异质性来源还包括年龄、性别、生活环境等因素。以上因素均可能对合并分析的一致性产生一定影响。

该研究的局限性在于：纳入研究数量偏少，样本量不够大，影响研究效能；未进行年龄、性别、环境等因素的亚组分析^[33]；存在发表偏倚，虽然发表偏倚的Begg’s检验和Egger’s线性回归法分析结果无统计学差异，但是纳入的文献均为已发表中英文文献，未纳入未发表的研究结果及其他语种文献，不可避免存在发表偏倚。以上因素均可能对研究结果稳定性产生影响。

基于目前现有证据，亚洲人群中COL9A2基因rs12077871，rs12722877，rs7533552位点多态性与椎间盘退变尚无明显相关性。但仍需多中心、大样本的高质量病例对照研究进一步深入研究，以期进一步验证Meta分析所得到的结论。中国组织工程研究杂志出版内容重点：人工关节；骨植入物；脊柱；骨折；内固定；数字化骨科；组织工程