GLI3基因新發(fā)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(lèi)最常見(jiàn)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(fā)病率約為女性的2倍［1］。該畸形可單獨(dú)發(fā)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(fā)現(xiàn)，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(gè)與多指（趾）相關(guān)的基因，其中位于常染色體7p13區(qū)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(nèi)的多種表型［3］。本研究對(duì)一個(gè)多指（趾）家系進(jìn)行了基因型與臨床表型的分析及驗(yàn)證，為深入研究多指（趾）畸形的發(fā)病機(jī)制提供參考。

1 病例報(bào)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(chǎn)1足月陰道分娩，出生體質(zhì)量3.5 kg，其母親否認(rèn)孕期異常?；純撼錾蟪闹税l(fā)育異常外，言語(yǔ)、認(rèn)知、社交能力均正常（圖1）。遺傳家族史明確（圖2）。患兒父親，男，31 歲，右腳第5 趾外側(cè)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(cè)贅生額外趾（已手術(shù)切除）。根據(jù)臨床表現(xiàn)、各項(xiàng)實(shí)驗(yàn)室及影像學(xué)檢查等結(jié)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(shù)。患兒術(shù)后傷口恢復(fù)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(biāo)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(jì)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(cè)序后檢測(cè)到GLI3基因發(fā)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(duì)家系其他成員外周血DNA中GLI3基因相應(yīng)片段進(jìn)行Sanger測(cè)序驗(yàn)證。結(jié)果顯示，患兒及該家系其他患者的GLI3基因（NM 000168.5）發(fā)生了c.2783delG（p.Arg928Profs24X）框移突變，導(dǎo)致其編碼的蛋白質(zhì)第928 位氨基酸由精氨酸突變?yōu)楦彼?，且在?4個(gè)氨基酸位置提前結(jié)束編碼。而該家系中表型正常的成員未見(jiàn)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(cè)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(jiàn)的先天性重復(fù)性四肢畸形，表現(xiàn)為一個(gè)或多個(gè)指（趾）全部或部分重復(fù)。人的胚芽在胚胎發(fā)育的第4周結(jié)束時(shí)開(kāi)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(tài)、功能和數(shù)目的指（趾）的形成。在肢體的形成過(guò)程中，有3個(gè)相互作用的信號(hào)中心指導(dǎo)其發(fā)生和形成，這些信號(hào)中心的基因若出現(xiàn)異常，會(huì)導(dǎo)致先天性肢體畸形［4］。這方面目前研究的重點(diǎn)是與肢體發(fā)育相關(guān)的基因及基因家族，如音猬因子（Sonic hedgehog，SHH）、極化活性區(qū)調(diào)控序列（zone of polarizing activity regulatory sequence，ZRS）及GLI3等［2］。目前已知GLI3是調(diào)控人類(lèi)胚芽發(fā)育的前后軸方向［第1指（趾）到第5指（趾）的方向］的重要信號(hào)分子［5］。

2.2 遺傳學(xué)分子基礎(chǔ)GLI3基因定位于染色體7p13 區(qū)，由 14 個(gè)外顯子組成，其 mRNA 長(zhǎng)度為 8.5 kb，編碼由1 580 個(gè)氨基酸組成的多肽鏈，包含5 個(gè)高度保守的串聯(lián)鋅指結(jié)構(gòu)，具有特異的DNA序列親和力，是脊椎動(dòng)物肢體發(fā)育早期重要的鋅指轉(zhuǎn)錄因子［6-7］?；蛐?表型相關(guān)研究表明，GLI3的鋅指上游或鋅指區(qū)域內(nèi)截短突變常導(dǎo)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(guān)。預(yù)測(cè)GLI3蛋白C 端截短的突變導(dǎo)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(xiàn)手或足多指（趾）癥狀，并無(wú)其他臟器受影響，但仍舊發(fā)現(xiàn)了GLI3基因新的c.2783delG（p.Arg928Profs24X）框移突變，這可能是導(dǎo)致先天性多指（趾）畸形的致病突變，上述發(fā)現(xiàn)為明確該家系的發(fā)病原因提供了線索。

已知GLI3 蛋白C 端截短的突變可導(dǎo)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(dǎo)致其編碼的蛋白質(zhì)第928 位氨基酸出現(xiàn)紊亂，由精氨酸突變?yōu)楦彼幔以诘?4個(gè)氨基酸位置提前結(jié)束編碼。根據(jù)臨床表型與基因型的驗(yàn)證發(fā)現(xiàn)，該病例的基因型符合GLI3基因C端蛋白截短導(dǎo)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(dǎo)致的多指（趾）畸形。目前已驗(yàn)證與短趾畸形相關(guān)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(jié)指骨短小，且基底部較寬。HOXD13同源結(jié)構(gòu)域的無(wú)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(wú)HOXD13相關(guān)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(dǎo)致功能失常，進(jìn)而影響其下游HOXD蛋白的正常表達(dá)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(xiàn)還未可知，需要進(jìn)一步針對(duì)多指（趾）的發(fā)病機(jī)制進(jìn)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(cè)序結(jié)果提示GLI3基因c.2783delG（p.Arg928Profs24X）框移突變，該突變導(dǎo)致蛋白質(zhì)C 端截短后引起功能異常。經(jīng)查詢?nèi)祟?lèi)基因突變數(shù)據(jù)庫(kù)（HGMD）、Clinvar遺傳變異數(shù)據(jù)庫(kù)及dbSNP數(shù)據(jù)庫(kù)，該突變位點(diǎn)為新發(fā)突變，豐富了GLI3基因突變譜，為多指（趾）畸形的發(fā)病機(jī)制研究提供了新的內(nèi)容。