研究背景：随着社会人口老龄化,骨质疏松症已成为全世界的公共卫生问题。原发性骨质疏松症是遗传因素和环境因素共同作用的复杂疾病。国内外学者对骨质疏松症的遗传机制进行了大量研究,近年来,探讨候选基因遗传学变异与抗骨质疏松药物疗效相关性的遗传药理学研究越来越受到重视,但国内骨质疏松领域的遗传药理学研究十分有限。阿仑膦酸钠是目前应用最为广泛的骨质疏松症治疗药物之一,探讨阿仑膦酸钠疗效与骨质疏松候选基因遗传学变异间关系的遗传药理学研究鲜有报道。研究目的：含氮双膦酸盐通过甲羟戊酸通路抑制破骨细胞活性,香叶酰香叶酰焦磷酸合酶(Geranylgeranyl diphosphate synthase1, GGPS1)是此通路的关键酶之一。本研究旨对大样本多中心的中国绝经后骨质疏松妇女,进行前瞻性遗传药理学研究,探讨GGPS1基因多态性与含氮双膦酸盐阿仑膦酸钠疗效间的相关性。对象和方法：从北京、上海、长沙、成都、西安、广州、哈尔滨七个中心,纳入632例汉族绝经后骨量减少或骨质疏松症妇女。随机分为阿仑膦酸钠(固邦,石家庄欧意药业有限公司生产)低剂量治疗组(70mg/2w)及常规剂量治疗组(70mg/w)。两组患者均每日服用碳酸钙D3(钙尔奇D,美国惠氏—百宫制药有限公司生产)1片,每片含元素钙600mg和普通维生素D3125国际单位。疗程为1年。检测治疗前后血清钙(Calcium, Ca)、磷(Phosphorous, P)浓度,血清骨转换生化标志物碱性磷酸酶(Alkaline phosphatase, ALP)及Ⅰ型胶原羧基端肽(Cross linked C-telopeptide of type I collagen, CTX)浓度,CTX的检测使用电化学发光免疫法(检测试剂盒由德国罗氏诊断有限公司生产),其批内和批间变异系数(coefficient of variation, CV)分别为2.2-4.6%和2.5-4.7%。治疗前血清25(OH)D水平的检测也使用电化学发光免疫法(检测试剂盒由德国罗氏诊断有限公司生产),批内和批间测定CV分别为4.1-5.7%和6.6-9.9%。治疗前后腰椎及股骨近端骨密度(Bone mineral density, BMD)均采用双能X线骨吸收仪(Dual Energy X-ray Absorptiometry, DXA)测定,本研究中BMD测定分别采用Lunar及Hologic两种仪器。分别采用TaqMan荧光探针法及短串联重复序列法(Short tandem repeat, STR)对GGPS1基因六个标签单核苷酸多态性(Single nucleotide polymorphism, SNP)位点rs2803851、rs2789367、rs10802624、rs10925503、rs3840452、rs2789366进行基因分型,PCR产物直接测序,以证实基因分型的正确性。进一步分析GGPS1六个SNP位点多态性与基线骨密度、骨转换生化指标(ALP、CTX)、25(OH)D水平的相关性,以及与阿仑膦酸钠治疗后骨转换生化指标和BMD改变百分率的相关性。结果：1.本研究人群GGPS1基因的rs3840452位点A/A、A/-、-/-基因型分布频率依次为58.4%、35.6%、6.0%,等位基因A、-的频率分别为76.2%、23.8%,与韩国人基因型及等位基因分布频率类似。Rs2803851位点AA、AG、GG基因型频率依次为65.5%、30.5%、4.0%,等位基因A、G的频率分别为80.7%、19.3%。Rs2789367位点CC、CG、GG基因型频率依次为58.2%、35.1%、6.7%,等位基因C、G的频率分别为75.7%、24.3%。Rs10802624位点AA、AG、GG基因型频率依次为61.9%、32.9%、5.2%,等位基因A、G的频率分别为78.4%、21.6%。Rs10925503位点TT、TC、CC基因型频率依次为31.5%、45.5%、23.0%,等位基因频率T、C分别为54.2%、45.8%。本研究人群Rs2803851、rs2789367、rs10802624、rs10925503四个位点的基因型及等位基因频率与HapMap数据库中的中国北京汉族人群的分布频率一致,而不同于日本、欧洲和和非洲人群,与欧洲和非洲人群分布频率差别更大。Rs2789366位点CC、CT、TT基因型频率依次为61.2%、33.6%、5.2%,等位基因C、T的频率分别为78%、22%,该位点基因型分布频率在其他人群中尚未见报道。2.人群基线时,腰椎骨量减少者312人(49.4%),骨质疏松者162人(25.6%),股骨颈骨量减少者42人(6.6%),骨质疏松者504人(79.7%)。治疗3月后,骨转换生化指标显著下降,低剂量组ALP和CTX的下降率分别为(-18.3士19.5)%、(-38.7+70.9)%,常规剂量组则分别为(-24.9+18.8)%、(-57.8+73.3)%。治疗12月后,低剂量组ALP和CTX的下降率分别为(-20.0+29.1)%、(-42.7±73.5)%,常规剂量组则分别为(-25.1±28.8)%、(-53.0±72.4)%。治疗6月后,腰椎和股骨近端骨密度明显上升,低剂量组腰椎、股骨颈、大转子、全髋的骨密度增加率分别为(3.7±4.8)%、(2.6±37.3)%、(3.6±5.2)%、(7.8±47.8)%,常规剂量组则分别为(4.1±5.1)%、(-2.3±10.1)%、(33±6.0)%、(2.9±4.8)%。治疗12月后,腰椎和股骨近端骨密度进一步上升,低剂量组腰椎、股骨颈、大转子、全髋的骨密度变化率分别为(6.4±8.8)%、(4.0±33.9)%、(5.0±13.1)%、(7.2±42.9)%,常规剂量组则分别为(2.2±8.1)%、(-1.8±13.9)%、(2.7±12.5)%、(1.4±8.9)%。3.Rs10925503位点TT、TC、CC基因型基线血CTX值分别为0.45±0.02、0.41±0.02、0.36±0.02ng/ml,三种基因型间基线血CTX差异有统计学意义(P=0.012),TT基因型者血CTX高于TC及CC基因型者。4.低剂量组治疗3月后,rs2789367位点基因型CC、CG、GG的ALP变化率分别为(-14.9+2.3)%、(-22.5+3)%、(-28.5+5.7)%,GG基因型者变化率高于CG及CC基因型者(P=0.03)。5.常规剂量组治疗6月后,rs10925503位点基因型TT、TC、CC的大转子骨密度变化率分别为(5.9土1.0)%、(2.3±0.8)%和(3.0+1.3)%,该位点TT基因型者变化率高于TC及CC基因型者(P=0.019)。Rs2789366位点基因型CC、CT、TT的大转子骨密度变化率分别为(4.5±±0.6)%、(1.7±0.9)%和(1.5±±3.3)%,该位点CC基因型者变化率高于CT及TT基因型者(P=0.048)。常规剂量组治疗6月后,rs10925503位点基因型TT、TC、CC的全髋BMD反应率分别为86.3%、89.1%、66.7%,CC基因型者反应率明显低于TT及TC基因型者(P=0.015)。6.常规剂量组治疗12月后,rs3840452位点基因型A/A、A/-、-/-的全髋BMD反应率分别为74.1%、72.7%、28.6%,差异有统计学意义(P=0.034),-/-基因型者反应率显著低于A/A及A/-基因型者。Rs2789367位点基因型CC、CG、GG的全髋BMD反应率分别为75.7%、70.3%、33.3%,GG基因型者反应率明显低于CC及CG基因型者(P=0.025)。Rs10802624位点基因型AA、AG、GG的全髋BMD反应率分别为73.8%、73.3%、28.6%,GG基因型者反应率显著低于AA及AG基因型者(P=0.034)。Rs10925503位点基因型TT、TC、CC的大转子BMD反应率分别为66.7%、85.1%、62.8%,全髋BMD反应率分别为70.7%、79.7%、58.1%,差异均有统计学意义(P值分别为0.011、0.044),CC基因型者两部位反应率均低于TT及TC基因型者。7.低剂量组治疗6月和12月后,各部位BMD改变百分率和反应率在六个位点不同基因型间的比较,差异均无统计学意义(P>0.05)。结论：1.我国七大城市多个社区绝经后骨量减少或骨质疏松症妇女的GGPS1基因rs3840452位点基因型及等位基因分布频率与韩国人类似。Rs2803851位点、rs2789367位点、rs10802624位点、rs10925503四个位点的基因型及等位基因频率与日本、欧洲和和非洲人群不同,表明这四个位点基因型及等位基因频率存在种族差异。Rs2789366位点基因型分布频率在其他人群中尚未见报道,本研究首次报道了中国人群该位点的基因型和等位基因分布频率。2.Rs10925503位点TT基因型者基线骨吸收水平高于TC及CC基因型者。3.低剂量组治疗3月后,rs2789367位点GG基因型者ALP降低更明显。4.常规剂量组治疗6月后,rs10925503位点TT基因型者大转子骨密度变化率高于TC及CC基因型者,该位点CC基因型者全髋BMD反应率明显低于TT及TC基因型者。Rs2789366位点CC基因型者大转子骨密度变化率高于CT及TT基因型者。提示rs10925503位点等位基因T和rs2789366位点等位基因C可能对治疗更敏感。5.常规剂量组治疗12月后,rs3840452位点-/-基因型者全髋BMD反应率显著低于A/A及A/-基因型者。Rs2789367位点GG基因型者全髋BMD反应率明显低于CC及CG基因型者。Rs10802624位点GG基因型者全髋BMD反应率显著低于AA及AG基因型者。Rs10925503位点CC基因型者大转子和全髋BMD反应率均低于TT及TC基因型者。提示rs3840452、rs2789367、rs10802624、rs10925503位点对治疗较敏感的等位基因分别为A、C、A、T。6.低剂量组治疗6月和12月后,各部位BMD改变百分率和反应率在六个位点不同基因型间的比较,均无明显差异。7.本研究首次报道,甲羟戊酸通路中关键酶香叶酰香叶酰焦磷酸合酶的编码基因GGPS1多态性,对于阿仑膦酸钠治疗我国绝经后骨质疏松症患者的疗效,可能具有较重要的影响。GGPS1基因多态性可能是预测双膦酸盐类药物对骨质疏松患者骨转换生化指标及骨密度影响的重要候选基因。该基因多态性影响药物疗效的具体分子机制有待于在更大样本人群中进行深入研究。