矮身材兒童基因檢測研究進展

楊柳 王愛萍

摘要：近年來，矮身材在兒科內分泌疾病中所占比重日益增長，對矮小兒童的身體、心理及社會適應能力產生較大影響，受到內分泌科醫生及家長的高度關注。目前，矮身材治療仍首選重組人生長激素，由于重組人生長激素臨床療效存在顯著差異及用藥成本過高等問題，因此，目前對矮小癥診治仍有爭議，進一步明確矮身材病因，才是進行有效治療的關鍵。現今，隨著分子生物學技術不斷進步，導致矮小的基因逐漸被人類發現，從而協助臨床診斷。引起矮小的基因有很多，如GHR基因、SHOX基因、IGF-1R基因、IGFALS基因、NPR2基因、GHRHR基因、GH1基因、PIT-1基因等均可導致身材矮小。本文就目前國內外關于矮身材兒童相關基因的研究進展作一綜述。

關鍵詞：矮小癥;基因;研究進展

【中圖分類號】R72? 【文獻標識碼】A? 【文章編號】1673-9026（2020）07-010-03

矮身材（Short Stature）指在相似生活環境下，同種族、同性別和同年齡的個體身高低于正常同齡人群平均身高2個標準差（-2SD），或低于第3百分位數（-1.88SD）者^[1]。矮身材是多病因綜合征，與遺傳、環境、營養、精神心理、全身性慢性疾病、遺傳代謝及內分泌激素密切相關，現已成為我國兒科內分泌門診最常見疾病之一。矮身材病因多達80余種，以GHD、ISS、CDGP、FSS、CH、SGA、IGF缺乏較常見。其中，特發性矮小（ISS）占比高達60%-80%，體質性青春期延遲和家族性矮小也歸為此類[2]。目前使用單基因、Sanger測序、二代測序、外顯子測序在診斷ISS方面取得了進展。雖然存在許多與矮小相關的基因，但只有很少一部分能高頻檢出。二代測序表明，目前已知引起骨發育異常并表現為明顯ISS表型的基因包括：CYP26C1基因，SHOX基因，ACAN基因，NPR2和IHH的編碼基因。2017年西班牙巴塞羅那第二屆歐洲生長激素缺乏會議，對于矮身材兒童， 隨著基因組學研究，已發現影響身高的一百余種基因，臨床醫生的緊要任務就是根據臨床表型及實驗室檢查，決定哪些患者需要進行基因檢測及進行何種基因檢測。

1 GHR基因

GHR基因位于5p13-12，由9個外顯子組成，全長約87kb，共編碼620個氨基酸，主要表達于肝臟。現已有90多個GHR突變，包括缺失、錯義、無義、移碼和剪接位點突變^[3]。該基因突變引起細胞內信號轉導異常，導致生長障礙^{[4， 5]}。大多數生長激素不敏感（GHI）病例由GHR雙等位基因雜合突變引起^[2]。Mitani等^[6]報道了1例新發GHR單等位基因S219L突變，及先前報道具有顯性負效應的單等位基因：R211H，R161C，C122X，E224D和A478T，都是剪接位點突變或移碼突變，均提示增加矮小易感性。GHR功能障礙患者不僅個子極矮、骨礦密度降低、肥胖，而且患骨質疏松癥、脂質紊亂和心血管疾病風險會增大。同時Shudai Lin等^[6]發現個體侏儒癥也可能由多種GHR突變引起。GHR突變的臨床特征是嚴重的出生后生長障礙和IGF-I水平降低，伴GH分泌正常或增加。對于明顯矮小;IGF-1正常或減低;GHBP常減低，也可正常或升高;GH刺激試驗峰值>10ug/L以及骨齡落后等GH不敏感，GHR基因篩查陽性率增高。

2 SHOX基因

SHOX基因位于人類性染色體Xp22.3和Ypll.3擬常染色體區（PAR1區），約40kb，含7個外顯子，通過3剪接編碼2種蛋白：SHOXa蛋白^[7]及SHOXb蛋白，分別在骨骼肌心臟、骨髓成纖維細胞及骨成纖維細胞中表達。已證實Leri—Weill綜合征（LWD）、LMD、Turner綜合征（TS）、ISS與SHOX基因缺陷密切相關。大約90%SHOX基因變異是缺失或復制，剩下10%主要是點突變。SHOX基因純合或復雜雜合突變或其下游增強序列導致75%的Langer染色體增生異常^{[8， 9]}。SHOX單倍劑量不足及純合突變，前者多表現為LWD及TS骨骼畸形，即橈骨彎曲、尺骨脫位、馬德隆畸形（MD）、先天性短頸、高腭弓及小下頜等;后者多表現為嚴重身材矮小和Langer肢中骨發育不良，即嚴重四肢長骨縮短，生長遲緩等。Bakir 等^[10]利用多重連接依賴探針擴增（MLPA）及熒光原位雜交（FISH）評估86名診斷為矮小和MD患者，SHOX缺失相當于MD患者的37.5%，為SHOX單倍體功能不全。Katerina等^[11]發現MD或不成比例的矮小、前臂短小和肌肉肥大共同出現是確定SHOX基因缺陷檢測可能性的最有效的標志物。Charmian等^[12]人用MLPA鑒定61名ISS患兒SHOX基因缺失/重復，提示SHOX和IGFALS基因的雜和變異在ISS中占比很大，為ISS下一代基因測序尋找病因提供依據。雖然SHOX缺乏的外顯率很高，但臨床表現多變，女孩特征性體征更嚴重^[13]。所以篩選出以上SHOX異常表觀學特征可增加SHOX陽性檢出率。

3 IGF-1R 基因

IGF-1R基因位于15q26.3，含21外顯子，20內含子，長約315000bp，是跨膜多亞基酪氨酸激酶受體，由膜外區、跨膜區及膜內區組成^[14]。表達在骨骺生長板軟骨細胞及所有成骨細胞上。IGF-1R是促進IGF通過與IGF-1結合，其表達多態性通過等位基因異常導致生長障礙，IGF-1R通過激活PI3K/Akt和MEK/Erk信號通路具有增殖和抗凋亡作用。IGF-1R突變失活會導致矮身材和較高水平IGF1。Yingbo Lin等^[15]鑒定了一未分類IGF1RR1353H變異。睪丸激素和性激素結合球蛋白水平降低，而LH和FSH處于正常范圍。表明對雄激素的敏感性增加，與男性攜帶者的高度表型有關。在IGF1R及其周圍基因雜合性缺失患者中，有發育延遲、面部、心臟和四肢異常，多由周圍基因單倍性不足引起。具有純合和雜合IGF1突變的患者，表型包括IUGR，小頭畸形，出生后生長衰竭，發育遲緩，感覺神經性聽力減退和高胰島素血癥^[16]。

4 IGFALS基因

胰島素樣生長因子酸不穩定亞單位（IGFALS）定位于16p13.3，全長約4.5kb。外顯子1有16個堿基，外顯子2有1802個堿基，后者占編碼區的99%。所有目前報道的突變均來自于外顯子2^[17]。酸不穩定亞單位（ALS）是IGFALS基因編碼由肝臟產生的糖蛋白，與IGF-1和IGFBP3形成三元復合物，維持正常IGF-1水平并延長半衰期。雜合子攜帶者的IGF-1、IGFBP-3濃度雖低，但其有正常青春期、胰島素代謝和骨密度（BMD），可實現正常的青春發育和AH^[18]。IGFALS基因純合和復雜雜合變異導致嚴重身材矮小、生長激素不敏感和血清IGF-1、IGFBP-3和ALS水平顯著降低^{[12， 19]}。IGF-1<-1 SDS及骨齡延遲均可提高IGFALS基因異常檢出率^[12]。Karen等報告原發性ALS缺陷的新型隱性IGFALS突變（N276突變、Q320X突變），伴IGF-I和IGFBP-3顯著降低;IGF-II、IGFBP-1和2異常;高胰島素血癥;胰島素抵抗;以及青春期延遲和骨質疏松癥^[20]。目前已知參與人類原發性IGF缺乏候選基因譜包括：GHR、IGF-I、STAT5b和IGFALS基因。IGFALS突變的篩查主要針對GHI，IGFBP3水平顯著降低以及一些臨床特征，包括輕度SGA，骨質減少，胰島素不敏感和青春期延遲，基因檢測會更具針對性。

5 NPR2基因

NPR2基因編碼NPR-B，是CNP與軟骨內骨生長主要跨膜受體。已證實NPR2雜合突變與矮小有關^[21]。C型利鈉肽（CNP）是骨骼生長重要調節劑，在腦、軟骨及內皮細胞中高表達。NPR2突變約占矮小3%，其同源突變引起常染色體隱性骨骼發育異常，被稱為肢端中胚性發育不良，Maroteau型。NPR2純合突變導致嚴重發育不良：在表型上與LMD相似，即嚴重矮小（<-5SDS），四肢縮短，前臂變短，掌、趾骨變得短、寬^[22]。而NPR2雜合突變具有輕度矮身材，對生長信號的顯性-負性效應表明它是ISS遺傳原因之一，其異常攜帶者在兒童期CNP，NT-proCNP和IGF-I水平異常但在成年期正常，是非綜合征性FSS重要原因^{[21， 23]}。而Nppc或NPR2的過表達則呈現過度生長。至今尚無NPR2突變患者表現為MD，這是LWD最具特征的異常。Il Tae 等^[24]在韓國116名ISS受試者中鑒定三個新NPR2致病突變（R921Q、R495C和Y598N）和一個良性變異（R787W）。在非癥狀性矮小兒童對常規GH治療的反應不佳時，需要考慮NPR2基因雜合突變。所以對無MD、SHOX陰性或其增強子未檢測到改變的LWD疑似個體進行NPR2突變篩查。

6 GHRHR基因

GHRHR基因定位于7號染色體短臂，編碼分泌素樣蛋白偶聯受體（GPCR）家族成員，與GHRH結合后，激活刺激性G蛋白亞基（GSA）。其突變是內含子1的5′剪接供體位點的GT的顛換（C57+1G→A），阻止內含子1從RNA中正確剪接。先天GHRHR基因純合突變引起孤立性生長激素缺乏（IGHD）。GHRH或GHRHR突變、GH、催乳素和TSH缺乏或GHR完全缺失而導致的IGHD小鼠比其正常同胞存活時間更長，且GHD患者GH信號與壽命呈負相關性^[25]。國外報道一個血緣關系高度密切家族105例IGHD患者，表型均為身材矮小，洋娃娃相，高音調、中心性肥胖和青春期延遲^[26]。也有報道GHRHR基因無義突變引起的家族性侏儒癥^[27]。

7 Pit-1基因

Pit-1基因位于人3號染色體3pll區，含6個外顯子，全長約14 kb，編碼291個氨基酸，是一種POU同源結構域蛋白，與GH1近端啟動子中兩個高度保守元件結合。聯合垂體激素缺乏癥（CPHD）即是由Pit-1基因突變引起，其包括GH和TSH缺乏所致生長障礙，以及FSH和LH缺乏所致第二性征發育延遲。最近有發現3M綜合征、Silver-Russell綜合征（SRS）和Noonan綜合征（NS），其表型可能與GHI有重疊部分。在來自不同背景的家族性和散發性CPHD患者中，已有大約35種不同的POU1F1大多錯義突變被描述。該基因異常表達可表現為身材矮小、嬰兒期全面發育遲緩、前額突出、面中線發育不良、眼球內陷、垂體發育不良、智力障礙等，垂體MRI提示垂體發育不良。從而對有CPHD臨床表現的患兒需考慮篩查Pit-1基因。

8 小結

綜上所述，在遺傳因素導致的矮小兒童中，病因涉及染色體結構、數目異常，單基因突變及表觀遺傳學改變等各個層面，其中GH-IGF-1軸集中了絕大多數基因變異，尤其是特發性矮小原因不明，臨床表現從僅有骨骼系統受累，到全身多臟器多系統同時受累，但是通過基因分析及單核苷酸多態性分析，其中有些已從基因水平找到病因。但基因檢測技術本身存在漏診可能，目前已知矮小相關綜合征越來越多，臨床遇到骨骼異常或多器官系統受累及特殊面容患兒，應根據臨床綜合信息選擇恰當分子遺傳學檢測手段以明確診斷，提高識別罕見基因變異的能力，為臨床內分泌醫生提供診療方向，并為治療和遺傳咨詢提供更多的依據。

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通信作者：王愛萍，Email： wangaiping@etyy.cn