NPR2 基因與矮小癥關(guān)系的研究進(jìn)展

劉朔綜述，鄭榮秀審校

（天津醫(yī)科大學(xué)總醫(yī)院兒科，天津300052）

身高是描述兒童生長發(fā)育的重要指標(biāo)之一，它由多種因素決定，如遺傳、環(huán)境、內(nèi)分泌、營養(yǎng)等。生長激素-胰島素樣生長因子軸（growth hormoneinsulin-like growth factor-1 axis，GH-IGF-1 軸）是調(diào)節(jié)兒童生長發(fā)育最為重要的內(nèi)分泌軸，由垂體合成并分泌的GH 與生長激素受體（growth hormone receptor，GHR）結(jié)合，刺激肝臟等臟器產(chǎn)生IGF-1，GH 除自身促生長作用外，大部分通過IGF-1 介導(dǎo)，作用于軟骨板促進(jìn)軟骨的增殖和分化，該軸的各個水平基因發(fā)生異常均可引起該軸的缺陷，從而引起矮小[1-2]。然而獨(dú)立于經(jīng)典的GH-IGF-1 相關(guān)基因以外，近年來發(fā)現(xiàn)利鈉肽B 型受體（natriuretic peptide receptor-B gene，NPR2）基因突變在矮小癥及軟骨內(nèi)骨生長中具有重要作用[3]，以下對此綜述。

1 NPR2 基因的概述

1.1 定位及蛋白的表達(dá) NPR2 基因位于9p13.3，包括22 個外顯子，全長約16.5 kb，mRNA 全長約3 000 bp。NPR2 基因編碼利鈉肽受體B 型（natriuretic peptide receptor-B，NPR-B），是由1 047 個氨基酸組成，兩條單體同源二聚體結(jié)構(gòu)的跨膜蛋白，其分子結(jié)構(gòu)功能區(qū)域包括：450 個氨基酸組成的細(xì)胞外配體結(jié)合結(jié)構(gòu)域，20 個氨基酸組成的跨膜功能區(qū)，570 個氨基酸組成細(xì)胞內(nèi)結(jié)構(gòu)域，細(xì)胞內(nèi)結(jié)構(gòu)域包括3 個亞單位：250～260 個氨基酸組成的同源激酶結(jié)構(gòu)域，40 個氨基酸組成的卷曲螺旋區(qū)，250個氨基酸組成的羧基末端鳥苷酸環(huán)化酶催化結(jié)構(gòu)域[4]。細(xì)胞外結(jié)構(gòu)域是C 型利鈉肽（C-type natriuretic peptide，CNP）的結(jié)合位點(diǎn)。CNP 是利鈉肽家族成員之一，廣泛分布于機(jī)體的各個組織，如血管內(nèi)皮、神經(jīng)、腎臟等，尤其是軟骨組織，它通過自分泌及旁分泌的方式與NPR-B 結(jié)合作用于骨骼生長板的肥大區(qū)，促進(jìn)骨骼基質(zhì)的合成并刺激軟骨的增殖和分化[5]。

1.2 信號通路 NPR-B 與特異性配體CNP 結(jié)合后，同源激酶結(jié)構(gòu)域構(gòu)象發(fā)生變化，從而激活鳥苷酸環(huán)化酶（cGMP）活性，cGMP 水平升高并在胞內(nèi)不斷積累，cGMP 作為第二信使激活胞內(nèi)靶分子，如依賴cGMP 的蛋白激酶Ⅰ和Ⅱ(cGMP dependent kinase I 和Ⅱ，cGK I 和cGK II)、磷酸二酯酶及環(huán)狀核苷酸門控離子通道等，cGK II 在CNP 發(fā)揮生物效應(yīng)中尤其重要，該活化抑制MAPK 途徑，拮抗成纖維細(xì)胞生長因子受體3（FGFR3）信號傳導(dǎo)，通過一系列信號轉(zhuǎn)導(dǎo)調(diào)節(jié)軟骨細(xì)胞的增殖和分化，最終促進(jìn)軟骨內(nèi)成骨[6]。對于NPR2 信號通路的調(diào)節(jié)有多種途徑，最近有研究表明NPR-B 的鳥苷酸環(huán)化酶的去磷酸化可以抑制骨骼生長，這種去磷酸化作用是由成纖維細(xì)胞生長因子信號途徑對NPR2 信號通路的交聯(lián)影響[7]，另外一項(xiàng)研究證實(shí)NPR2 在其激酶同源結(jié)構(gòu)域（KHD）中的7 個絲氨酸和蘇氨殘基的磷酸化是NPR2 介導(dǎo)cGMP 信號轉(zhuǎn)導(dǎo)的重要調(diào)節(jié)原件[8]，還有內(nèi)質(zhì)網(wǎng)介導(dǎo)的糖基化過程可能在鳥苷酸環(huán)化酶激活中具有重要作用[9]。NPR2 基因突變可以導(dǎo)致信號傳導(dǎo)障礙，從而影響CNP 的生物活性，導(dǎo)致矮小癥[10]。

1.3 組織細(xì)胞特異性 在腦、腎上腺、腎臟、子宮、卵巢、肺、軟骨等組織中均發(fā)現(xiàn)了NPR-B mRNA 的表達(dá)。研究發(fā)現(xiàn)NPR-B 是大腦中主要的利鈉肽受體，在皮質(zhì)、垂體、小腦中可檢測到NPR-B mRNA，在整個神經(jīng)軸上檢測NPR-B mRNA，發(fā)現(xiàn)在邊緣皮質(zhì)、海馬、新皮質(zhì)、杏仁核、嗅球高度表達(dá)[11]。另一項(xiàng)研究在整個下丘腦和神經(jīng)垂體中發(fā)現(xiàn)了高水平的NPR-B mRNA[12]。細(xì)胞水平中，NPR-B 蛋白存在于軟骨細(xì)胞、血管平滑肌細(xì)胞、成纖維細(xì)胞等細(xì)胞，其中成纖維細(xì)胞中NPR-B 蛋白濃度相對較高[13]。

2 NPR2 基因與矮小癥

2.1 NPR2 基因與M 型肢端肢中發(fā)育不良 肢端肢中發(fā)育不良（Acromesomelic Dysplasia，AMD）是一種常染色體隱性遺傳的骨發(fā)育不良疾病，M 型肢端肢中發(fā)育不良（Acromesomelic Dysplasia Maroteaux type，AMDM)是其中一種類型。AMDM 的身材矮小是不成比例，主要為四肢的中端和遠(yuǎn)端的骨發(fā)育不良，同時中軸骨發(fā)育也受到影響，椎體成楔形造成背側(cè)短于腹側(cè)，AMDM 涉及中軸骨，這一點(diǎn)區(qū)別于其他類型的AMD[5]。1998 年Kant 等[14]將AMDM 的基因定位于9p13.3，2004 年Bartels 等[15]在AMDM患者中發(fā)現(xiàn)NPR2 基因的突變。2006 年Olney 等[16]的動物實(shí)驗(yàn)支持NPR2 基因的純合突變和復(fù)雜雜合突變導(dǎo)致AMDM 的發(fā)生。NPR2 基因的純合突變和復(fù)雜雜合突變阻斷了CNP-NPRB 信號通路，從而導(dǎo)致骨骼發(fā)育不良，即AMDM 的發(fā)生。

表1 在AMDM 中報道的NPR2 基因突變

隨著基因檢測技術(shù)的發(fā)展及AMDM 的認(rèn)識加深，不斷地有NPR2 基因的新發(fā)突變被檢測到，如2015 年Irfanullah 等[17]在3 個患有AMDM 疾病的巴基斯坦裔家族中發(fā)現(xiàn)了2 個新的錯義突變體（p.Arg601Ser;p.Arg749Trp）。2016 年Srivastava 等[18]在4 個不同印度家族中檢測到了4 個純合突變。這些包括3 個新的突變，包括1 個缺失移碼突變（p.Cys586Ter），1 個無義突變（p.Arg479Ter），1 個錯義突變（p.Val187Asp）和1 個已經(jīng)報道的錯義突變（p.Tyr338Cys）。2018 年Lin 等[19]報道了1 例臺灣的AMDM 患者，同時在核苷酸2 635 處檢測到一個新的錯義純合突變（C-to-T），導(dǎo)致密碼子879 處的脯氨酸至絲氨酸取代（p.P879S）。Ain 等[20]在4 個不同家族中發(fā)現(xiàn)了5 種的變異，這些研究拓寬了AMDM患者NPR2 突變的基因譜。AMDM 的NPR2 基因突變見表1[15,17-19,21]。

2.2 NPR2 基因與特發(fā)性矮小 特發(fā)性矮?。╥diopathic short stature ，ISS)是一種病因不清，機(jī)制未明的排除性診斷。當(dāng)一個矮小患者通過相關(guān)檢查除外慢性系統(tǒng)性疾病、骨骼或內(nèi)分泌異常、染色體異常等疾病后可歸為ISS，又稱非內(nèi)分泌性矮小、正常身材矮小、非生長激素依賴性身材矮小。

近年來一些研究在ISS 人群中發(fā)現(xiàn)NPR2 基因的雜合突變。Vasques 等[22]一項(xiàng)研究表明在47 例患有ISS 的巴西患者中NPR2 雜合性突變率達(dá)6%。日本的1 項(xiàng)研究則在101 例獨(dú)立的矮小患者中檢測NPR2 基因，有2%患者發(fā)生了雜合突變[23]。Wang 等[24]報道了在13.6%家族性矮小病例中發(fā)現(xiàn)了NPR2 功能缺失型變異，表明這種變異將為家族性ISS 患者提供一種常見的解釋。然而，在2017 年Hattori 等[25]為無矮小同源盒基因 (short stature homeoboxcontaining gene，SHOX gene) 突變的86 例特發(fā)性矮小患者做基因篩選，并未發(fā)現(xiàn)NPR2 基因的致病性突變。需要進(jìn)一步的研究來確定ISS 患者中NPR2基因突變的確切突變頻率及其相關(guān)作用機(jī)制。ISS的NPR2 基因突變見表2[22-23,29]。

2.3 NPR2 基因與Léri-Weill 綜合征 Léri-Weill綜合征(LWD)是以前臂和四肢勻稱性短小為特征的矮小性疾病?；颊叩碾p側(cè)橈骨均縮短并呈弓形凸出，遠(yuǎn)側(cè)尺骨呈半脫位，即馬德龍畸形，是由Léri 和Weill 于1929 年首先報道。既往的研究表明約60%的LWD 患者可檢測到SHOX 或其增強(qiáng)子的突變，剩余的約40%LWD 的分子機(jī)制尚不清楚[26-28]。

Hisado-Oliva 等[29]做了一項(xiàng)研究，他們在173例疑似LWD 患者中對NPR2 基因進(jìn)行篩選，同時這些患者已經(jīng)確定無SHOX 或其增強(qiáng)子的突變，結(jié)果顯示約3%患者檢測到了NPR2 基因突變，提示在SHOX 陰性的LWD 患者中NPR2 基因檢測應(yīng)該被推廣。LWD 的NPR2 基因突變見表3[29]。

表2 在ISS 中報道的NPR2 基因失去功能型雜合突變列表

表3 在LWD 中報道的NPR2 基因突變列表

3 治療相關(guān)

1985 年美國食品和藥物管理局（Food and Drug Administration，F(xiàn)DA） 批 準(zhǔn) 重 組 人 生 長 激 素(recombinant human growth hormone，rhGH)應(yīng)用于生長激素缺乏的患兒，2003 年批準(zhǔn)應(yīng)用于ISS 患兒。rhGH 治療矮身材可以增加身高增長速率、調(diào)節(jié)骨礦代謝、改善最終成年身高，其安全性也有保障[30-31]。最近一項(xiàng)病例報告報道了1 例7 歲矮身材的女孩，該女孩和其母親均檢測出NPR2 基因的突變，臨床表現(xiàn)為身材矮小、輕度的骨骼發(fā)育不良但無馬德龍畸形，父親和2 個年幼的弟弟妹妹卻無矮小等表現(xiàn)，該患兒在7.75 歲開始應(yīng)用rhGH 治療，年生長速度從第1 年后的4.4 cm/年，增長到9.3 cm/年，在第2年結(jié)束時達(dá)到10.5 cm/年，證明rhGH 治療NPR2 基因突變引起的矮小是有作用的[32]。另外也有人嘗試用促紅細(xì)胞生成素、粒細(xì)胞集落刺激因子等治療，但是療效不確定。對于伴有骨骼發(fā)育問題的矮小，如AMDM、LWD 類，外科介入治療是目前最好的手段[33]。

NPR2 基因不僅僅有失去功能型的基因突變，還有獲得功能型的突變，一些研究報道在過度生長的患者中檢測到NPR2 基因獲得功能型的雜合突變，表型呈現(xiàn)身材高大、脊柱側(cè)彎、長手長腳、寬大的腳趾、踝外翻畸形等[34-36]。通過研究過度生長的患者獲得功能型NPR2 基因突變，未來或許可以應(yīng)用基因編輯的手段對矮小癥患者NPR2 基因進(jìn)行特定的修改，使其獲得促進(jìn)身高增長的部分功能，或者直接將正確的基因替代靶細(xì)胞突變的基因從而達(dá)到改善身高目的。

另外，由于CNP/NPR-B 系統(tǒng)在軟骨細(xì)胞的增殖分化中起到重要作用，CNP 可能是一種有前景的治療藥物，CNP 類似物藥物的研發(fā)及臨床研究將有助于揭示其在骨骼發(fā)育不良和其他身材矮小中促生長作用的具體機(jī)制。

4 結(jié)語

矮小癥是兒童內(nèi)分泌疾病最為常見的一種，其病因復(fù)雜多樣，NPR2 基因突變在矮小癥中占有一定比例，成為矮小癥分子診斷的一部分，為臨床的診斷與治療提供依據(jù)。當(dāng)然獨(dú)立于GH-IGF-1 軸以外還有諸多的矮小癥相關(guān)基因，如矮小同源盒基因（SHOX）、C 型利鈉肽基因（NPPC）、成纖維生長因子受體3 基因（FGFR3）、蛋白聚糖基因（ACAN）等[37-38]。矮小癥患兒有時是多基因共同作用，這就造成了其遺傳學(xué)病因的復(fù)雜性，但隨著基因檢測相關(guān)技術(shù)的發(fā)展，會更加深入的了解矮小的背后原因，研發(fā)更多有效的藥物，最后希望更多的矮小癥患兒，尤其是病因未明的，能通過基因?qū)W檢測明確病因，進(jìn)而給予更加合理、有效的治療。