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这项研究深入探讨了雌激素代谢（CYP19A1、ESR1）、炎症因子（IL6/IL6R、IL1β）及骨代谢关键通路（RANK/RANKL）相关基因的多个单核苷酸变异（SNV），在609名墨西哥女性中对骨质疏松（OP）及髋部骨折（HFx）风险的独立与联合效应。研究发现RANK rs3018362的A等位基因增加OP风险，而ESR1 rs2234693的CC基因型具有保护作用。更重要的是，研究通过多因子降维（MDR）分析，首次揭示了ESR1与RANK之间的基因-基因交互作用会显著提升OP风险，并识别出涉及ESR1、IL6R、IL1β、RANK、RANKL五基因的交互模型与髋部骨折高风险相关。此外，研究还发现CYP19A1基因簇与10年主要骨折概率（FRAX?评分）存在显著的基因-环境交互作用。结论强调，在墨西哥女性这一研究不足的人群中，基因-基因及基因-环境交互在疾病易感性中扮演关键角色，为理解骨质疏松的复杂病因提供了新的多维度视角。
1 引言
骨质疏松（OP）是一种以骨密度（BMD）降低和骨微结构恶化为特征的复杂骨骼疾病，与脆性骨折，尤其是髋部骨折（HFx）密切相关。其发病是遗传、环境和临床因素共同作用的结果。绝经后血清雌激素水平下降是公认的致病机制，因此，雌激素受体α（ESR1）基因和负责雄激素向雌激素转化的芳香化酶（CYP19A1）基因成为重要的候选基因。然而，关于这些基因单核苷酸变异（SNV）与骨质疏松关联性的研究在不同人群中结果不一致。
炎症细胞因子也在骨质疏松中扮演重要角色。白细胞介素6（IL6）、白细胞介素1β（IL1β）及其受体能显著影响破骨细胞的生成、成熟和骨吸收。
骨代谢紊乱是骨质疏松发病的核心。由核因子κB受体活化因子（RANK）、其配体（RANKL）和骨保护素（OPG）组成的信号系统在耦合成骨细胞和破骨细胞活性、调控骨重建中起关键作用。关于这些基因与骨质疏松关联的报道也存在矛盾。
生活方式因素和合并症可能与遗传易感性相互作用，共同影响骨质疏松风险。大多数研究关注单基因效应，而未考虑遗传变异与环境暴露的组合如何共同影响风险，特别是在墨西哥女性这一骨质疏松遗传研究中代表性不足的人群中。本研究旨在评估CYP19A1、ESR1、IL6、IL6R、IL1β、RANK和RANKL基因的个体SNV以及基因-基因和基因-环境交互作用与墨西哥女性骨质疏松和髋部骨折风险的关系。
2 方法
2.1 研究对象
本研究共纳入609名绝经后墨西哥混血女性，包括169名骨质疏松患者、235名骨质疏松性髋部脆性骨折患者和205名对照（无骨质疏松、髋部骨折或骨量减少）。所有参与者年龄均在45岁及以上，为墨西哥混血裔，并在知情同意下自愿参与。
2.2 DNA与基因分型
从外周血中提取基因组DNA。使用TaqMan探针和StepOne实时PCR系统对14个选定的SNV进行基因分型。这些SNV选自先前发表的骨质疏松和骨折关联研究，其特性在文中表格列出，涉及的基因包括CYP19A1、ESR1、IL6、IL6R、IL1β、RANK和RANKL。
2.3 统计分析
进行描述性统计和组间比较。对所有SNV计算等位基因和基因型频率，并评估哈代-温伯格平衡（HWE）。使用共显性、显性和隐性遗传模型进行基因型关联分析。采用非条件逻辑回归估计罹患OP或HFx的风险。
使用FRAX?算法估算10年骨折风险，并将该评分作为基因-环境交互分析中的环境变量。使用Haploview软件构建CYP19A1、ESR1和IL6R基因的SNV单倍型，并分析其与OP和HFx的关联。
采用多因子降维（MDR）分析来检测可能与疾病风险相关的基因-基因或基因-环境交互作用。该方法将数据集随机分为10个子集，从遗传和环境因素池中选择一组n个因素，评估所有可能组合使用9/10数据（训练集）区分病例和对照的能力，以选择最佳的n因素模型，剩余1/10数据（测试集）用于交叉验证一致性（CVC）的独立测试。此过程重复10次。根据测试准确度（正确分类病例和对照的比例）和CVC识别最佳模型。
3 结果
3.1 人群特征
参与者平均年龄在对照组为57.78±8.44岁，OP组为69.62±9.88岁，HFx组为77.7±10.89岁。体重指数（BMI）在对照组显著更高。初潮年龄、怀孕次数和雌激素摄入量在组间存在显著差异，而绝经年龄和吸烟习惯无差异。在合并症方面，高血压和糖尿病在OP组和HFx组与对照组之间存在差异。关节炎的发病率在OP组和对照组之间也有显著差异。
使用FRAX工具预测的10年主要骨折概率（不含BMD）在OP组和HFx组均显著高于对照组。
3.2 等位基因与基因型关联分析
所有SNV均符合HWE，除了CYP19A1的rs17523880和IL6的rs1800796。RANKrs3018362的A等位基因在OP病例中的频率显著高于对照组（51.0% vs. 42.0%），并与OP风险增加相关。其他等位基因在OP或HFx组与对照组之间的分布无显著差异。
基因型分析显示，RANKrs3018362是与OP最显著相关的SNV。在共显性模型中，GA和AA基因型均与风险增加相关，且在校正后关联仍显著。对于ESR1rs2234693，CC基因型与OP风险降低相关，但仅在校正分析中显著。
在HFx组中，CYP19A1rs700518的CC基因型与较低的骨折风险相关，但校正后失去显著性。ESR1rs2234693的CC基因型在校正后的隐性模型中仍与骨折风险降低显著相关。相反，RANKrs3018362的AA基因型在校正后的共显性模型中与骨折风险增加相关。
针对CYP19A1、ESR1和IL6R基因分别构建的单倍型与OP或HFx均未观察到统计学上的显著关联。
3.3 交互作用分析
在MDR分析中，在OP组中发现ESR1rs2228480和RANKrs3018362之间存在显著的基因-基因交互作用，测试准确度为0.5656，CVC为10/10。该交互作用也与OP风险增加相关。
在HFx组中，顶级的基因-基因交互作用模型包括ESR1(rs2228480)、IL6R(rs4845617)、IL1β(rs16944)、RANK(rs3018362)和RANKL(rs12585014)，测试准确度为0.5577，CVC为10/10。
在OP组中观察到一个显著的基因-环境交互作用，涉及CYP19A1SNV (rs700518, rs1062033, rs4775936, rs767199)、IL1β(rs16944)和10年髋部骨折概率（FRAXH-BMD）。该模型的测试准确度高达0.8488，CVC为10/10。在HFx组中未检测到显著的基因-环境交互作用。
4 讨论
本研究结果证明了ESR1和RANK变异与OP和HFx风险的关联。在墨西哥人群中，ESR1rs2234693等变异通常作为对抗低BMD和骨质疏松的保护因素，这与本研究结果一致。RANKrs3018362在多个种群中被报告为风险变异，在本研究中也与墨西哥女性的OP和HFx风险增加相关，支持其作为跨人群风险变异的作用。
本研究中探索的IL6基因变异在个体分析中与OP或Fx无关，这与之前墨西哥人群的一些研究结果一致。IL6R变异在本研究中同样未显示关联。
CYP19A1基因变异在本研究中未直接与OP或HFx关联，但当它们与其他因素相互作用时显示出关联，这强调了交互作用分析对于检测在单变异模型中不明显的风险修饰效应的价值。
据我们所知，先前没有研究同时评估所有这些基因，并全面检查基因-基因和基因-环境交互作用在OP和HFx风险背景下的作用。本研究发现，在OP女性中，ESR1和RANK之间存在显著的基因-基因交互作用，以及涉及CYP19A1、IL1β和10年主要骨折概率的基因-环境交互作用。对于HFx，则识别出涉及ESR1、IL6R、IL1β、RANK和RANKL基因的基因-基因交互作用，而该组中未检测到显著的基因-环境交互作用。
骨细胞是雌激素的主要靶点。雌激素通过其受体（ESR）有助于骨稳态，部分通过抑制成骨细胞中RANKL的表达和增加骨保护素（OPG）的产生。然而，这种保护机制在绝经后衰退。本研究中观察到的ESR1和RANK之间的交互作用可能表明，在绝经后女性中，当与RANK相互作用时，ESR1的作用从保护性转变为风险修饰因子。
在HFx中，ESR1、IL6R、IL1β、RANK和RANKL基因之间的交互作用赋予了 substantially 增加的骨折风险。这可以解释为IL1β和IL6及其各自受体是骨质疏松中炎症信号和骨吸收的关键介质。由于雌激素缺乏也会下调OPG并增加RANKL活性，促炎和破骨细胞激活信号的联合效应可能解释了在这些交互变异存在下观察到的高骨折易感性。
我们还在OP中识别出涉及CYP19A1和10年主要骨折概率的基因-环境交互作用。这一发现在生物学上是合理的，因为由CYP19A1基因编码的芳香化酶负责将雄激素转化为雌激素，这是绝经后女性雌激素的重要来源，而rs700518和rs1062033 CYP19A1变异先前已被证明与表达降低有关。
我们认识到本研究可能存在一些局限性。作为一项基于医院的病例对照研究，它存在固有的选择偏倚风险。为了应对这一问题，我们在研究设计中采取了全面的措施来最小化偏倚。通过为两组应用特定的纳入标准，并仔细评估病例与对照，以确保比较的有效性和可靠性。此外，我们还通过使用排除标准和在数据评估期间应用多变量统计分析来控制潜在的混杂因素。鉴于墨西哥人是一个混合人群，我们采取了措施来限制群体分层的影响。具体来说，病例和对照选自墨西哥特定区域，以最小化亚群差异的影响。此外，我们使用了经过验证的问卷来评估参与者的种族血统和人体测量学差异。
5 结论
研究结果表明，遗传变异的个体效应以及基因-基因和基因-环境交互作用共同导致了墨西哥女性OP和HFx的易感性。这些结果强调了评估多基因和环境交互作用的重要性，而非孤立的遗传效应，特别是在具有独特复杂祖先背景的人群中。这项研究有助于更全面地理解墨西哥女性骨质疏松的遗传学。未来需要在更大规模和多种族队列中进行研究以验证和扩展这些发现。
