《Animals》：Defining the Impact of Genetics on Equine Performance and Development of Orthopaedic Disease
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在马匹兽医领域，骨科疾病的结构严重程度与临床表现之间存在显著脱节，导致疾病对运动能力、疼痛感知及功能障碍的影响呈现高度变异性。在马产业中，通过育种对特定性状进行选择性压力选择，例如纯血赛马中的"速度基因"肌肉生长抑制素（MSTN）及快步品种中的"步态调控基因"
在马匹兽医领域，骨科疾病的结构严重程度与临床表现之间存在显著脱节，导致疾病对运动能力、疼痛感知及功能障碍的影响呈现高度变异性。在马产业中，通过育种对特定性状进行选择性压力选择，例如纯血赛马中的"速度基因"肌肉生长抑制素（MSTN）及快步品种中的"步态调控基因"双性和mab-3相关转录因子3（DMTR3），可能导致遗传易感性增加，进而提高肌肉骨骼疾病的发生风险。随着分子测序技术的进步，研究人员已鉴定出多种影响运动表现及骨科疾病发生的基因（如马常染色体（ECA）、RUNX家族转录因子（RUNX）及解整合素金属蛋白酶表皮生长因子样结构域蛋白1（ADAMTS4/ADAME1））以及相关生物标志物。这些技术的联合应用有望在未来通过疾病的精准表征与治疗方案优化，延缓骨科疾病的发病进程，从而改善马匹福利并实现临床转化。
## 1 引言
骨科疾病是马匹运动员疼痛的主要原因之一，可导致跛行、训练中断、药物治疗、提前退役，有时甚至需要昂贵的外科手术干预。骨软骨病（OC）、骨关节炎（OA）及肌腱韧带损伤等疾病对各类马术项目的福利与经济效益均有重大影响。目前诊断依赖于主观临床检查与影像学手段的结合，尽管行为评估工具等半客观方法已有所发展，但临床体征与影像学表现并不总能反映结构性疾病的严重程度，且马匹无法直接表达疼痛或功能障碍，这为疾病的准确表征与进展评估带来挑战。分子生物学及下一代测序（NGS）技术的进步为探究运动表现与骨科疾病的生物学机制提供了新机遇，但当前跨品种、跨项目及跨疾病状态的知识体系仍较为分散。本综述旨在总结遗传学影响马匹运动员运动及骨科疾病发生的现有认识，探讨新兴分子表征方法及其在临床实践中的整合应用。
## 2 马匹运动表现与骨科疾病的遗传基础
### 2.1 基于表现的选择性压力对遗传多样性的影响
现代育种技术使繁育者能够精准塑造理想运动员类型，但也可能加剧遗传多样性降低及骨科疾病易感性增加的负面效应。以纯血马和美国夸特马协会（AQHA）为例，可清晰观察到选择性育种的遗传学效应。
北美纯血马产业受骑师俱乐部（Jockey Club）管辖，规定幼驹必须为自然交配产物以防止单一父系主导。然而研究表明，尽管存在多样性保护努力，基因库仍显局限。一项涵盖全球10,118匹注册纯血马的研究发现，305个重要父系中的4个对整个群体具有显著影响。全基因组测序分析进一步证实，1965-1985年出生的纯血马较2000-2020年出生的群体具有更高的遗传多样性，这与过去30年间注册父系、母系及幼驹数量持续下降密切相关。遗传多样性的衰退可能增加有害等位基因的集中频率，从而提高包括骨科疾病在内的遗传性疾病易感性。
美国夸特马协会的情况更为复杂，其允许多种育种方式，对遗传多样性产生了双向影响。该协会曾规定2015年后出生的种马死亡后，储存精液仅可使用两年，而此前出生的种马精液可无限期使用。这一规定可能导致老龄种马的持续主导地位，以及成功但早逝种马在尚未暴露骨科疾病风险时的过度使用。2026年该规定已被推翻。夸特马虽整体遗传多样性相对较高，但按项目细分后多样性显著降低，与纯血马类似，成功父系的使用导致基因库集中。
### 2.2 运动类型与表现的遗传调控
世界运动马育种联合会（WBFSH）调查显示，运动能力、形态结构、步态及盛装舞步与障碍赛表现是最重要的育种目标，部分繁育者也将健康、行为及 fertility 纳入考量。这些目标推动了与理想运动表型相关遗传变异的鉴定。
**肌肉生长抑制素（MSTN）基因**：该基因编码的肌肉生长抑制素是一种骨骼肌特异性旁分泌激素，正常表达可抑制肌细胞过度增殖。纯血马中存在两种常见MSTN变异：第一种为与赛程适应能力相关的单核苷酸多态性（SNP），C/C等位基因型适于短距离赛，C/T型适于中距离，T/T型适于长距离赛，其中C等位基因约300年前由一匹母马引入；第二种为启动子区的SINE插入突变，仅存在于C/C型个体中，可进一步降低肌肉生长抑制素表达，影响赛程适应能力。
**双性和mab-3相关转录因子3（DMTR3）基因**：该基因编码的转录因子参与肢体协调调控。正常变异产生对角肢配对运动的"慢步"（trot），而提前终止密码子导致侧对肢配对运动的"滑步"（pace）。美国标准马、田纳西走马等品种已固定该多态性，挪威及瑞典标准马接近固定，其他群体仍保留多态性。
夸特马基因组关联分析（GWAS）证实MSTN和DMTR3对运动表现均有显著贡献，但DMTR3变异在夸特马中的效应与主观评估的负面表现相关，与其在标准马中的选育目标不同。肌酸激酶M亚型（CKM）基因也被提及其可能影响肌肉骨骼及神经系统，进而调控运动表现。
值得注意的是，运动性状受遗传、生理及环境因素共同调控。温血马达到巅峰表现的年龄较晚，有利于基因库更新；而骑手影响（rider influence）如训练方式、骑乘姿态等可显著改变马匹运动特征。自由运动与负重运动的遗传性比较研究显示，自由运动的遗传性更高，提示骑手因素对该行业运动表型的强烈干扰。
### 2.3 纯血马耐久性指数
格雷森骑师俱乐部（Grayson Jockey Club）引入耐久性指数对前100名种马进行排名，综合后代收益、出赛次数及参赛率等指标。自1960年以来，平均每匹马的出赛次数从11次降至不足7次。全基因组测序（WGS）辅助鉴定了与繁殖和运动生理相关的正向选择基因，黏着斑复合物基因的富集提示其在现代纯血马塑造中的重要作用。通过基因组关联研究，MSTN也被确认为表现关键基因。选择性育种在优化运动能力与耐久性的同时，可能无意中引入并 perpetuate 遗传性骨科疾病，因此平衡运动成功与长期健康至关重要。
### 2.4 骨科疾病发生的遗传影响
**骨软骨病（OC）**：该病源于异常软骨内骨化，由异常或突变软骨细胞引起，好发于球节、跗关节及膝关节。不同品种患病率差异显著：纯血马和温血马球节OC患病率为7.2%-14.9%，法国快步马达32%，冷血重型马（如佩尔什马、夏尔马）高达53.9%。遗传力同样呈现类似趋势，纯血马为0.00-0.16，快步马为0.11-0.45。研究通过SNP、微卫星及重复序列等方法鉴定OC相关风险位点，在马常染色体（ECA）上发现多个数量性状位点（QTL）及OC相关SNP和单核苷酸变异（SNV）。胰岛素样生长因子-1（IGF-1）、基质金属蛋白酶13和3（MMP13、MMP3）、RUNX2及甲状旁腺激素相关蛋白（PTH-RP）等基因也与软骨成熟、骨骼发育及骨化过程相关。
**骨关节炎（OA）**：作为老龄马（>15岁）的主要致跛原因，OA以软骨降解、滑膜炎、骨赘形成及软骨下骨硬化为特征。通过PCR评估OA马外周血白细胞差异表达基因，发现ADAMTS4、GRP、HCST、HUNC-93a和RRM2显著差异表达。RNA-Seq和PCR分析揭示42个细胞外基质相关基因，以及降解性蛋白酶、生长因子和细胞因子。RUNX2、COL2A1、COL1A2和IL1β在OA受累组织中显示差异表达增加。这些基因虽不能直接确定疾病易感性，但其与疾病进展的一致性关联提示其作为分子生物标志物的潜力。
**肌腱与韧带损伤**：纯血赛马浅指屈肌腱（SDF）及悬韧带损伤风险较高。悬韧带及肌腱损伤遗传力相对较低（0.01-0.20），但与OA存在正遗传相关。欧洲来源马风险降低，北美马风险更低。全基因组关联研究发现，腱蛋白C（TNC）多态性杂合子SDF腱病风险降低；COL5A1-01等位基因纯合子较野生型纯合子风险高3倍。
## 3 结构性疾病严重程度与进展的个体间差异
骨科疾病的发展、进展和临床表现存在显著的个体间变异性。分子生物标志物如II型前胶原C前肽（CPII）、II型胶原C端肽（C2C）、白细胞介素1β（IL1β）和肿瘤坏死因子α（TNFα）可反映组织当前状态及炎症因子释放。骨钙素浓度及CPII/C2C比值在2周和20周时与5.5月龄时放射学诊断的OC呈强正相关；骨钙素与11月龄OC也呈强相关。OA纵向研究显示，CtxII在第二年显著升高，COMP在第三年升高；IL1β在第二年升高，IL6和TNFα在第三年升高，提示OA分期的潜在可行性。糖胺聚糖（GAG）和CPII等生物标志物可预测肌腱韧带损伤。这些分子标志物与传统诊断方法联合，有望改善疾病早期检测、严重程度评估及治疗反应监测，尽管目前多限于实验设置，需进一步临床验证。
