GLI3基因新發突變致多指（趾）畸形一家系

鄒倩倩，田志剛，鄭潔，杜曉杰，舒劍波，蔡春泉

多指（趾）畸形是人類最常見的手足畸形之一。全球新生兒患病率約為0.03%～0.36%，且男性發病率約為女性的2倍［1］。該畸形可單獨發生（非綜合征型），也可合并多種其他疾?。ňC合征型）［2］。已有研究發現，非綜合征型多指（趾）的遺傳方式主要為常染色體顯性遺傳。眾多研究者已定位了100多個與多指（趾）相關的基因，其中位于常染色體7p13區的GLI家族鋅指3（GLI family zinc finger 3,GLI3）基因可能引起包括軸前多指（趾）和軸后多指（趾）在內的多種表型［3］。本研究對一個多指（趾）家系進行了基因型與臨床表型的分析及驗證，為深入研究多指（趾）畸形的發病機制提供參考。

1 病例報告

患兒 男，1歲，主因左、右手第5指外贅生額外指，左腳第1、5趾外贅生額外趾，右腳第5趾外贅生額外趾，于2018年12月25日入我院?；純合堤?產1足月陰道分娩，出生體質量3.5 kg，其母親否認孕期異常。患兒出生后除四肢肢端發育異常外，言語、認知、社交能力均正常（圖1）。遺傳家族史明確（圖2）?；純焊赣H，男，31 歲，右腳第5 趾外側贅生額外趾，雙腳第1 趾均明顯短趾（圖3）；先證者曾祖母、祖母及姑姑雙腳第5趾均有外側贅生額外趾（已手術切除）。根據臨床表現、各項實驗室及影像學檢查等結果，臨床診斷患兒為軸后多指（趾）畸形，于2018年12月26日行多余肢端切除手術?；純盒g后傷口恢復良好，住院5 d后出院。

基因突變分析：在征得患兒家屬知情同意后，共收集到該家系7例成員標本，包括4例患者和3例表型正常者靜脈血各2 mL，置于EDTA 抗凝管中，混勻后置于-80 ℃冰箱中保存。解凍后使用外周血DNA提取試劑盒（康為世紀生物科技有限公司）提取患兒及家系其他成員外周血DNA。將患兒DNA 送往艾吉泰康生物科技（北京）有限公司行全外顯子測序后檢測到GLI3基因發生c.2783delG（p.Arg928Profs24X）框移突變。使用金唯智生物科技有限公司合成的引物，對家系其他成員外周血DNA中GLI3基因相應片段進行Sanger測序驗證。結果顯示，患兒及該家系其他患者的GLI3基因（NM 000168.5）發生了c.2783delG（p.Arg928Profs24X）框移突變，導致其編碼的蛋白質第928 位氨基酸由精氨酸突變為脯氨酸，且在第24個氨基酸位置提前結束編碼。而該家系中表型正常的成員未見上述突變（圖4）。

Fig.1 The phenotype of the child圖1 患兒四肢畸形表型

Fig.2 Family tree of the child圖2 患兒家系圖

Fig.3 The phenotype of father of the patient圖3 患兒父親雙腳表型

Fig.4 Genetic sequencing results of the patient and his family members圖4 患兒及家屬基因測序圖

2 討論

2.1 多指（趾）畸形概述 多指（趾）畸形是出生缺陷中一種最為常見的先天性重復性四肢畸形，表現為一個或多個指（趾）全部或部分重復。人的胚芽在胚胎發育的第4周結束時開始形成。大約4周后，基因和各種因子的相互作用促成了正常形態、功能和數目的指（趾）的形成。在肢體的形成過程中，有3個相互作用的信號中心指導其發生和形成，這些信號中心的基因若出現異常，會導致先天性肢體畸形［4］。這方面目前研究的重點是與肢體發育相關的基因及基因家族，如音猬因子（Sonic hedgehog，SHH）、極化活性區調控序列（zone of polarizing activity regulatory sequence，ZRS）及GLI3等［2］。目前已知GLI3是調控人類胚芽發育的前后軸方向［第1指（趾）到第5指（趾）的方向］的重要信號分子［5］。

2.2 遺傳學分子基礎GLI3基因定位于染色體7p13 區，由 14 個外顯子組成，其 mRNA 長度為 8.5 kb，編碼由1 580 個氨基酸組成的多肽鏈，包含5 個高度保守的串聯鋅指結構，具有特異的DNA序列親和力，是脊椎動物肢體發育早期重要的鋅指轉錄因子［6-7］?；蛐?表型相關研究表明，GLI3的鋅指上游或鋅指區域內截短突變常導致格雷格頭、多指（趾）、并指（趾）綜合征（Greig cephalo polysyndactyly syndrome，GCPS）。GLI3蛋白中段翻譯提前終止形成的截短蛋白與姑息性霍爾綜合征（Pallister-Hall syndrome，PHS）有關。預測GLI3蛋白C 端截短的突變導致GCPS、軸后多指A/B 型（PAP A/B）或軸前多指Ⅳ型（PPD Ⅳ）的可變表型［3］。

2.3 患者家系攜帶基因型與表型分析 在本文病例中，先證者及其家系其他患病者僅表現手或足多指（趾）癥狀，并無其他臟器受影響，但仍舊發現了GLI3基因新的c.2783delG（p.Arg928Profs24X）框移突變，這可能是導致先天性多指（趾）畸形的致病突變，上述發現為明確該家系的發病原因提供了線索。

已知GLI3 蛋白C 端截短的突變可導致GCPS、PAP A/B 或PPD Ⅳ的可變表型。本文病例的GLI3基因框移突變位于c.2783delG，導致其編碼的蛋白質第928 位氨基酸出現紊亂，由精氨酸突變為脯氨酸，且在第24個氨基酸位置提前結束編碼。根據臨床表型與基因型的驗證發現，該病例的基因型符合GLI3基因C端蛋白截短導致的PAP A型。但是除右腳第5 趾多趾外，患兒父親的臨床表型還包括雙腳第1趾短趾。該癥狀并不符合已知的GLI3突變導致的多指（趾）畸形。目前已驗證與短趾畸形相關的基因包括IHH、BMPR1B、HOXD13等。短趾畸形分型中的BDD型指的是拇指（趾）末節指骨短小，且基底部較寬。HOXD13同源結構域的無義突變可引起該表型的符合表型［8］。但在本文病例中，該家系并無HOXD13相關的突變。因此筆者考慮患兒父親的短趾畸形主要是由于GLI3蛋白C端截短后導致功能失常，進而影響其下游HOXD蛋白的正常表達所致。兩者的相互作用異常影響了患者父親的雙腳趾骨形成。而這一表型為何僅在患兒父親身上出現還未可知，需要進一步針對多指（趾）的發病機制進行研究。

本例家系主要臨床表型為四肢肢端多指（趾）畸形。基因測序結果提示GLI3基因c.2783delG（p.Arg928Profs24X）框移突變，該突變導致蛋白質C 端截短后引起功能異常。經查詢人類基因突變數據庫（HGMD）、Clinvar遺傳變異數據庫及dbSNP數據庫，該突變位點為新發突變，豐富了GLI3基因突變譜，為多指（趾）畸形的發病機制研究提供了新的內容。