后纵韧带骨化症(ossification of the posterior longitudinal ligament,OPLL)是指因后纵韧带发生异位骨化，从而压迫相应的脊髓和（或）神经根，产生肢体的感觉和运动障碍及内脏自主神经功能紊乱的一种疾病，OPLL是导致脊髓病的主要因素。第一例OPLL病例是在1839年，然而直到1960年，这种疾病才引起医学界的注意，并被看做是致颈椎病的一个重要病因①。日本学者首次报道了在年龄大于30岁人中颈椎后纵韧带骨化症发病率为1.9%—4.3%，而国人发病范围0.44%—8.92%，平均3.08%，男女比例约为2:1,该病在亚洲的发生率远高于欧美国家，目前认为该病是由遗传因素和非遗传因素相互作用所致，既往的研究已经表明遗传因素是后纵韧带骨化症发病的主要原因，目前对OPLL遗传因素的研究愈来愈热，笔者将就近十年有关遗传方面的报道进行综述，并重点论述BMP-2，BMP-4在OPLL的遗传学机制。 OPLL的遗传学的起始：
OPLL的遗传或基因学研究是从在日本进行的家系10和双胞胎研究11开始的。根据日本全国范围的系谱调查，通过对347个家庭，1030个OPLL患者的亲戚调查，并进行椎体X线摄片，发现患者的父母中有26.15%耿文清
存在后纵韧带骨化灶，其兄弟妹中有28.89%存在后纵韧带骨 化灶）,人类白细胞单膜标本分析结果显示12,：病态的人类白细胞抗原的存在促进了OPLL的发展，而且这种遗传素质可能被多种原因所致，由于年迈和环境因素导致的退行性病变。这些数据都支持遗传因素在该病发生发展过程中的重要性。
.OPLL遗传学的发展：
胶原蛋白—11A2(COL11A2)基因位于6号染体的主要组织相容性复合体（major histocompatibility complex,MHC）的Ⅱ类基因区，主要编码胶原蛋白—ⅩⅠ的α2链。研究显示，COL11A2基因的6号内含子内一个单核苷酸多态性【即6号内含子（—4A）】与OPLL患者发生率呈负相关，通过观察发现未分化的成骨细胞和非骨化的后纵韧带细胞内存在含有7号外显子却没有6号外显子的mRNA,推断出保留该基因内7号外显子同时剪切掉位于6号内含子内部的6号外显子可以防止异位骨化的形成。②Ossification of the posterior longitudinal ligament (OPLL) of the spine is the leading cause of myelopathy in Japan. In earlier studies, we provided genetic linkage and allelic association evidence of distinct differences in the human collagen alpha2(XI) gene (COL11A2) that might constitute inherited predisposition to OPLL. In the present study, a strong allelic association with no
n-OPLL (p = 0.0003) was observed with an intron 6 polymorphism [intron 6 (-4A)], in which the intron 6 (-4A) allele is more frequently observed in non-OPLL subjects than in OPLL patients. In addition, a newly identified polymorphism in exon 6 [exon 6 (+28A)] was in linkage disequilibrium with the intron 6 (-4A). The functional impact of the polymorphisms was analyzed by comparing the differences in messenger RNA (mRNA) splicing by reverse-transcription polymerase chain reaction (RT-PCR) analysis in cultured cells from the interspinous ligament and an in vitro exon trapping study. The intron 6 (-4A) allele resulted in skipping exon 6 and retaining exon 7, while the exon 6 (+28A) allele was not associated with alteration in mRNA splicing. Similar mRNA species were observed in undifferentiated osteoblast (Ob) cells and in cells from posterior longitudinal ligament of non-OPLL subjects. The region containing exons 6-8 is an acidic subdomain presumably exposed to the surface that could interact with molecules of the extracellular matrix. Accordingly, retaining exon 7 together with removal of exon 6 observed in intron 6 (-4A) could play a protective role in the ectopic ossification process because the same pattern was observed in undifferentiated Ob cells and nonossified posterior longitudinal ligament
cells。胶原蛋白—6A1(COL6A1)基因位于21号染体长臂（21q）上，编码胶原蛋白—Ⅵ的α1风人物语链。Kong13等研究发现，在中国人中，COL6A1基因多态性在OPLL和OLF患者具有较高的出现率,在被研究的4是什么让你如此美丽个单核苷酸多态性中，等位基因启动子（-572T）的单核苷酸多态性出现的频率不仅与OPLL有关(P=2.65E-4)，也同样与OLF有关（P=7.38E-4）.由启动子（-572），内含子32（-29），和内含子33（+20）的核苷酸多态性所组成的单倍体多态性的出现频率既与Opll有关，又与OLF有关，且均有统计学意义。而Tsukahara14等研究发现，COL6A1基因多态性与日本人弥漫性特发性骨肥厚症的发病也有高度相关性。因此，在中国和韩国人中，COL6A1基因可能是与脊柱韧带异位骨化高度相关的一个易感基因。
Among 4 studied SNPs, allele frequency of promoter (-572T) SNP demonstrated the most significant difference not only between OPLL cases and controls (P = 2.65E-4), but also between OLF cases and controls (P =7.38E-4). Moreover, the overall frequency of haplotypes constructed from promoter (-572), intron 32 (-29), and intron 33 (+20) SNPs showed significant difference not only between the patients with OPLL and controls, but also between the patients with OLF and controls (P = 5.86E-3, P = 1.5E-8, respectively).
CONCLUSION:
This is the first report on SNPs of COL6A1 in OLF that suggests polymorphisms may be a risk factor for OLF. Our findings indicate that COL6A1 may be a common susceptibility gene for OLF and OPLL in Chinese Han population.
Yan等对取样于北京的420例Opll患者与年龄和性别匹配的506例健康对照着进行研究发现，与骨质疏松相关的位于染体20p12的2个单核苷酸多态性[分别为rs965291(G/A);rs1116867A/G)]与Opll发生率和/或累及范围。ttw鼠是一个自然变异的异位骨化动物模型。它在6周时就会出现OPLL并且不断进展，直至出现严重的脊髓受压症状。Yamazaka等对ttw鼠的OPLL的骨代谢研究和其脊柱韧带的组织化学分析显示其特性与opll患者非常相似，在焦磷酸核苷酸基因（nucleotide pyrophosphate gene,NPPS）的一个单碱基突变导致了ttw鼠的OPLL的产生，这一突变导致NPPS基因的1/3结构丢失并由此导致该基因不能正常表达，而NPPS基因的表达产物为焦磷酸酶，后者能够在生理条件下调节正常骨组织的矿化和软骨组织的钙化过程。发生突变的ttw鼠其NPPS基因不能正常表达而导致焦磷酸水平下降，从而不能一直骨化和矿化过程产生异位骨化。NPPS的同工酶NPPS-1的基因已在人类中被发现，位于6号染体，并且在软骨和骨细胞中均有较高水平的表达，目前被认为可能与OPLL有关。研究显示，NPPS-1基因的内含子中某单个碱基的
缺失发生率在OPLL地震烈度患者中明显增多。
骨形态发生蛋白在OPLL中的遗传学机制：
④⑤根据对OPLL众多候选基因及限制性片段长度多态性的基因连锁分析证明诸多因子与OPLL有关，如转化生长因子-β（TGF-美图天下β）,骨形态发生蛋白-2（BMP-2）,骨形态发生蛋白-4（BMP-4），纤维生长因子，胰岛素生长因子-α等。）OPLL并不是一个单基因疾病，更多相关基因的发现及相互作用的研究还有待进一步深入开展。
骨形态发生蛋白是一族独特的糖蛋白，是目前发现的唯一具有诱导IOPC（inducible osteogentic precursor cells）类细胞向成骨细胞方向转化的蛋白质。已有的研究表明BMPs不仅对器官的发育起关键的作用，而且对骨质的生长，神经细胞的再生，窗口愈合以及神经肿瘤的等均有明显的促进功能。骨形态发生蛋白由一个结构和功能相似的多肽因子家族组成，除了BMP-1都属于转化生长因子β（transforming growth factorβ,TGF-β）超家族的成员。根据同源性可分为以下4个亚族：①BMP-2/BMP-4②BMP-3③OP-1/BMP-7;④GDF-5,6,7.。
骨形态发生蛋白2具有高度保守的基因序列，编码骨形态发生蛋白2的基因位于染体20p12,全长约12kb,包含了3个外显子和2个内含子，其编码序列包括全部的外显子3序列和由第8个碱基开始的全部外显子2序列，共1191个碱基序列，可编码396个氨基酸，其中283—396位氨基酸编码成熟肽片段。实验结果显示：在韩国人中国人中，位于染体20p12上的rs1116867(A/G)基因多态性（主要是AG基因型）与OPLL的发生率相关，但与骨化灶的强度范围无关。其中等位基因G是OPLL遗传易感性的重要高危因素；实验同时表明20p12染体上的rs965291与OPLL发生发展严重程度有关，而与颈椎的OPLL的发生率无关，其中等位基因A促进OPLL发生发展，而等位基因G能限制颈椎后纵韧带的异位骨化，女性相比男性的表现更为明显？？？？？？？骨形态发生蛋白2诱导成骨的细胞学机制：肝细胞研究理论认为，骨髓基质干细胞（Bone Marrow Stromall,BMS）是一种多能干细胞，可分化为各种细胞的前体细胞。现已证实，骨髓是唯一含有丰富的定向性骨原细胞（Determined Osteogenic Precursor Cell,DOPC）和诱导性骨原细胞的组织。其中定向性骨原细胞具有干细胞的特征，不需要外源性诱导物的作用而自动分化成骨，仅见于骨髓中及骨表面，有骨髓基质干细胞转化而成；诱导性骨原细胞是一种未分化的间叶细胞，存在于所有结缔组织中（包括骨髓），它并不能自发地形成骨组织，必须在骨形态发生蛋白诱
导物的作用下才能转化为成骨细胞系，骨形态发生蛋白2即是通过诱导IOPC而成骨。经放射学，组织学及生物力学的证实，骨形态发生蛋白所诱导的骨在功能上与自体骨完全一致。BMP2诱导成骨的分子机制：骨形态发生蛋白是成纤维细胞和成骨细胞核心结合因子α1的重要调节因子，通过激活和诱导成骨细胞特异性转录因子成骨细胞核心结合因子α1的功能和表达，进而刺激成骨细胞分化。其信号传递是通过丝氨酸/苏氨酸激酶受体介导的。骨形态发生蛋白受体分为Ⅰ型和Ⅱ型两种，Ⅰ型和Ⅱ型受体都是由3个部分组成的，含有10—12半胱氨酸残基短的细胞外区，跨膜区以及含有丝氨酸/苏氨酸激酶的膜内区，在Ⅰ型受体的跨膜区下游有一个特征性的SGSGS区（GS）盒，而Ⅱ型受体没有GS盒，GS盒在信号传递中发挥重要的作用。借助GS盒存在与否，可区分Ⅰ型和Ⅱ型受体。目前人们对信号的传递还知道不多，但研究发现，骨形态发生蛋白受体对信号的传导似乎需要Ⅰ型和Ⅱ型受体间形成一种异侧复合体，一旦这种复合体形成之后，Ⅱ型受体即磷酸化Ⅰ型受体GS盒内的丝氨酸/苏氨酸残基，从而激活Ⅰ型受体的激酶，产生骨形态发生蛋白信号。I型受体磷酸化是信号传递所必需的，Ⅰ型受体GS盒的丝氨酸/苏氨酸残基突变后可抑制骨形态发生蛋白介导的信号传递，这表明II型受体是配体的主要结合蛋白，而I型受体在信号传递中处于效应器的地位。骨形态发生蛋白2有两种抗原决定簇—腕簇和指节簇，前者与骨形态发生蛋白受体IA
结合，后者与骨形态发生蛋白受体II型结合。Satio等通过实验证明，骨形态发生蛋白2指节簇的73—92肽是其受体结合位点并刺激骨前提细胞诱导骨化。目前认为Ia型受体激活后有两种途径参与了成骨信号传导，Smad途径和p38-MARK途径，且两者之间有协同作用。Smads在骨形态发生蛋白信号从受体向细胞核内的靶基因传递过程中起重要作用。Smad1,Smad5,Smad8是骨形态发生蛋白受体的直接下游分子，可被I型受体磷酸化，这一磷酸化过程是配体依赖性的，在骨形态发生蛋白信号转导中扮演着重要的角;Smad2-Smad4 复合物转入细胞核参与基因转录。
研究表明，染体20p12上的三个核苷酸多态性片段：rs996544(C/ T)，rs965291(G/A)和rs1116867(A/G)被发现是与骨质疏松有关，增加了骨质疏松发病的风险和骨质疏松性骨折的风险，because abnormal bone metabolic features and strong genetic componentsof OPLL and osteoporosis have been reported,but with limited information about the extent of the overlap,OPLL could be widespread among individuals with osteporosis.
To detect genetic determinants associated with OPLL, we performed an extensive nonparametric linkage study with 126 affected sib-pairs using markers for various candid
ate genes by distince analyses,SIBPAL and GENEHUNTER.Among these genes,BMP-4(NPL=2.23),CDH13(NPL=2.0),TGFb3(NPL=1.30),OPN(NPL=1.15),and PTHR1(NPL=1.00)showed evidence of linkage by GENEHUNTER.Only BMP-4 reached criteria of suggestive evidence of linkage.Because this gene is a well-known factor in osteogenetic function.. BMPs家族迄今已发现20多种蛋白，人骨形态发生蛋白4是由408个氨基酸构成的前提蛋白，由N末端的信号肽（第1—19位氨基酸），前导肽）（第20—292位氨基酸）以及C末端的成熟肽（第293—408位氨基酸）组成。合成的Hbmp4进入内质网腔，去除信号肽和前导肽后释放出116个氨基酸的成熟肽，经糖基化和加工折叠后分泌到胞外其中BMP-4在体内可诱导骨与软骨形成，在颈椎后纵韧带骨化症患者的手术标本及韧带细胞系中也发现了BMP-4受体。基因连锁分析研究表明调节骨形成，骨量及其微观结构的基因定位于染体14q12-23,其中BMP-基因位于14q22-23,其除了具有强大的诱导成骨能力外还通过BMP-Smads及MAPK的级联激活途径等广泛参与包括心血管，胃肠，呼吸，泌尿，生殖及神经系统的胚胎发育，生长和分化。其中rs17563是唯一位于编码区域的SNP位点已有报道rs17563等位基因C突变为T,使产物蛋白质分子152位置上的丙氨酸变为缬氨酸，这种突变可以降低绝经后妇女粗隆间和全髋关节的骨密度（P=0.012）。基因型之间
的差异具有统计学意义。实验证实了rs17563位点T基因的突变具有促使OPLL发病及增强骨化程度的作用。
位点rs2855532同样由于C-T基因的突变而促进了OPLL的发病以及增加了骨化椎体的数量。2个位点等位基因的突变如何导致了OPLL的发生发展机制尚不清楚，但是这种突变可能增加了BMP-4在颈椎后纵韧带的表达，从而主要通过Smads途径起到调控下游基因转录的作用。两个BMP-4单体首先通过二硫健连接形成二聚体，然后与靶细胞膜上两型不同的丝氨酸/苏安酸酶受体—BMPⅠ型和Ⅱ型受体和相结合成受体复合物，受体复合物随后作用于包浆内下游的Smads蛋白，激活的BR-Smads与Co-Smads结合形成转录复合物入核与各类共激活和/或抑制因子相结合从而发挥调控下游基因转录的作用。选定4个SNP位点6007C>T(17563),3564C>T(rs2855532),IVS-160C>T(2071047),-5826G>A(rs1957860)分别位于BMP-4基因外显子，内含子，及转录起始点5‘端，其中rs17563是唯一位于编码区域的SNP位点。本实验证实了崔芝昆rs17563位点T基因的突变具有促使OPLL发病及增强骨化程度的作用。
位点rs2855532同样由于C-T基因的突变而促进了OPLL的发病以及增加了骨化椎体的数量。
已有报道rs17563等位基因C突变为T,使产物蛋白质分子152位置上的丙氨酸变为缬氨酸，这种突变可以降低绝经后妇女粗隆间和全髋关节的骨密度（P=0.012），基因型之间的差异具有统计学意义。（文献没读？？？？），本研究有以下局限：未完全覆盖BMP-4上所有的SNPs位点；病例组仅入选颈椎后纵韧带骨化症患者，而BMP-4基因单核苷酸多态性很有可能对骨化范围涉及胸腰段的患者有关联；2个位点等位基因的突变如何导致了OPLL的发生发展机制尚不清楚，但是这种突变可能增加了BMP-4在颈椎后纵韧带的表达，从而主要通过Smads途径起到调控下游基因转录的作用。两个BMP-4单体首先通过二硫健连接形成二聚体，然后与靶细胞膜上两型不同的丝氨酸/苏安酸酶受体—BMPⅠ型和Ⅱ型受体和相结合成受体复合物，受体复合物随后作用于包浆内下游的Smads蛋白，激活的BR-Smads与Co-Smads结合形成转录复合物入核与各类共激活和/或抑制因子相结合从而发挥调控下游基因转录的作用。
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