COL1A1新發(fā)突變致兒童成骨不全癥 1 例報道并文獻復(fù)習(xí)

李靜怡 樊倩影 李珊 王亭亭 李麗 鄭麗麗*

1.首都醫(yī)科大學(xué)附屬北京天壇醫(yī)院整形美容科，北京 100050 2. 鄭州大學(xué)第一附屬醫(yī)院內(nèi)分泌科，河南 鄭州 450052

成骨不全癥(osteogenesis imperfecta，OI)是一種常染色體遺傳性的先天疾病, 是由于多基因異常突變而后，致中胚層的發(fā)育異常使膠原形成障礙而造成的罕見遺傳性疾病[1]。OI以骨骼脆性增加、反復(fù)骨折為臨床表現(xiàn)的遺傳性結(jié)締組織疾病，亦可累及眼、耳、牙、皮膚，造成骨畸形、藍鞏膜、身材矮小、牙本質(zhì)發(fā)育不全、聽力障礙、皮膚肌腱和韌帶松弛等。有文獻報道成骨不全的發(fā)病率為 1/15 000 ～20 000[2]。青少年型和家族性骨質(zhì)疏松癥患者中, 有相當一部分是未確診的 OI[3]。

成骨不全Ⅰ型(OI-Ⅰ，MIM 166 200)最常見，但癥狀相對較輕， OI-Ⅰ為常染色體顯性遺傳，臨床表現(xiàn)略有差異。本病是由Ⅰ型膠原蛋白基因突變所致。I型膠原蛋白是由2條α1鏈和1條α2鏈組成，分別由COL1A1基因和 COL1A2基因編碼，已發(fā)現(xiàn)上千種基因突變型[4],其中 COL1A1 基因位于染色體7q21.31～q22.05，包括5 個外顯子，COL1A2基因位于染色體 7q22.1，有52個外顯子[5]。

OI至今仍無有效根治手段，雙膦酸鹽則是最主要的藥物，也有學(xué)者提出長期使用雙膦酸鹽與青少年的非典型股骨骨折相關(guān)[6-7]。所以，防治是該病最佳應(yīng)對措施，及時有效地檢測出突變基因并進行鑒定，了解其分子機制也是開展孕早期診斷的必要條件。

本研究對一例OI-Ⅰ型的患兒進行了COL1A1和COL1A2 基因診斷，發(fā)現(xiàn) COL1A1基因存在著一新的移碼突變，并對該基因新突變進行了詳細致病性鑒定。

1 材料和方法

1.1 病史

患者男性，13歲，以“反復(fù)骨折11年”為主訴入院，11年前摔傷后出現(xiàn)下肢活動障礙，于當?shù)夭橄轮獶R片示骨裂(具體不詳)，制動1月后恢復(fù)正常。10年前摔倒后出現(xiàn)右上肢紅腫、疼痛、活動障礙，當?shù)蒯t(yī)院囑其制動1周，效差，后至上級醫(yī)院給予石膏外固定1月，骨折處畸形愈合，期間發(fā)現(xiàn)雙眼鞏膜呈藍色，疑診“成骨不全”，未進一步確診。9年來先后出現(xiàn)右手食指、雙下肢脛骨、雙側(cè)尺骨、雙側(cè)橈骨骨折，平均每年出現(xiàn)1次，均保守膏藥治療，未遺留畸形(具體不詳)。1年前摔倒后出現(xiàn)右側(cè)尺骨鷹嘴骨折，行內(nèi)固定手術(shù)治療，術(shù)后1年愈合，未遺留畸形。1月前籃球砸傷手部后出現(xiàn)右手食指骨折，行內(nèi)固定手術(shù)治療，為求進一步治療于我院內(nèi)分泌與代謝科就診?；颊呦档谝惶サ谝划a(chǎn)，足月順產(chǎn)，出生身長不詳，出生時體重3.5 kg，生產(chǎn)過程無產(chǎn)傷，母孕期無有害藥物、射線接觸史，生長發(fā)育過程與同齡人相當，身高低于同齡人，聽力正常，視力正常，智力正常。

1.2 查體

身高158 cm、體重48 kg、BMI 19.2 kg/m2、坐高82 cm、上部量78 cm、下部量80 cm、指尖距 160 cm。正常面容，三角臉型，藍色鞏膜，無齲齒，右上肢肘關(guān)節(jié)背面可見長約10 cm手術(shù)瘢痕，右手食指可見一長約4 cm手術(shù)瘢痕，關(guān)節(jié)韌帶松弛，左肘關(guān)節(jié)外凸，心肺腹、神經(jīng)系統(tǒng)查體未見明顯異常。

1.3 實驗室檢查

鈣磷代謝無異常；骨代謝標志物示：骨鈣素：179.80 ng/mL(參考范圍：14～42ng/mL)；β-CTX 1.14 ng/mL(參考范圍：<0.584 ng/mL)；PTH 50.86pg/mL(參考范圍：15～65pg/mL)；PINP 296.70 ng/mL(參考范圍：16.89～65.49ng/mL)；25(OH)D39.15ng/mL(參考范圍>18 ng/mL)；骨堿性磷酸酶250 U/L(參考范圍<200 U/L)，提示高轉(zhuǎn)換水平。性激素六項、GH、IGF-1、血清蛋白電泳、血免疫固定電泳、尿本周電泳無明顯異常。

1.4 影像學(xué)檢查

患者骨密度腰椎L10.751 g/cm2、L20.775 g/cm2、L30.725 g/cm2、L40.690 g/cm2(Z總評分為-0.1)；股骨頸 0.617 g/cm2(Z評分-2.2)，轉(zhuǎn)子 0.621 g/cm2，內(nèi)部 0.834 g/cm2(Z總評分為-1.4)，提示骨量低下。雙手正位X線片、雙下肢正位X線片、顱骨側(cè)位X線片、骨盆正位X線片如圖1，可見四肢長骨纖細、骨皮質(zhì)變薄。

1.5 基因檢測

應(yīng)用高通量測序技術(shù)，采用骨骼遺傳病檢測包，對先證者進行共225個相關(guān)致病基因各外顯子編碼區(qū)域的序列變異篩查，在COL1A1基因編碼區(qū)發(fā)現(xiàn)雜合變異c.2911_2912insAG (p.G971Efs*138)。采用PCR結(jié)合Sanger測序的方法，檢測分析了患兒及其父親、母親、妹妹COL1A1基因c.2911_2912insAG(p.G971Efs*138)位點變異情況，其父親、母親及妹妹均未攜帶COL1A1基因c.2911_2912insAG(p.G971Efs*138)雜合變異。該變異屬于移碼突變，可造成編碼提前終止，產(chǎn)生截斷蛋白，影響蛋白功能，該變異不屬于多態(tài)性位點，但其在正常人群中發(fā)生頻率極低，暫無該位點致病性相關(guān)報道，經(jīng)Mutatiaon Taster預(yù)測顯示為致病性突變。DNA測序結(jié)果如圖2。

圖1 先證者影像學(xué)檢查注：A 雙手正位X線片；B 雙下肢正位X線片；C 顱骨側(cè)片X線片； D 骨盆正位X線片F(xiàn)ig.1 The image examination of the proband

圖2 COL1A1 基因測序圖Fig.2 The gene sequencing map of COL1A1 gene

2 討論

I型膠原蛋白占骨有機質(zhì)成分的 90%以上, 對于維持骨骼結(jié)構(gòu)的完整性和生物力學(xué)性能至關(guān)重要，其基因或代謝相關(guān)調(diào)控基因突變，致使膠原蛋白數(shù)量減少或質(zhì)量異常和膠原三螺旋結(jié)構(gòu)紊亂，是致成骨不全的主要原因[8]，多數(shù)呈常染色體顯性遺傳[9]。OI患兒的影像學(xué)表現(xiàn)為：長骨多發(fā)性骨折、大量骨痂、骨皮質(zhì)變薄、松質(zhì)骨密度降低、骨小梁稀疏或消失、頭顱增大、囟門及顱縫閉合延遲和伴輕度鈣化不全[10]。OI的臨床表現(xiàn)有明顯的異質(zhì)性，主要表現(xiàn)為骨脆性增加，輕微創(chuàng)傷可引起骨折，甚至嚴重者為自發(fā)性骨折。根據(jù)臨床表現(xiàn)Sillence等[11]將OI分為Ⅰ～Ⅳ型，癥狀大都相似，臨床表現(xiàn)的輕重程度因Ⅰ型膠原數(shù)量和質(zhì)量上損害和缺陷程度不同而定[12]。

Ⅰ型OI臨床表現(xiàn)為身材正常或矮小、輕度到中度的骨折發(fā)生率、藍色鞏膜。是由于COL1A1或COL1A2發(fā)生突變所致，COL1A1和COL1A2分別編碼Ⅰ型膠原α1鏈和α2鏈,定位于17q21.31-q22和7q22.1，Ⅰ型膠原分子的每條鏈包括338個重復(fù)的Gly-Xaa-Yaa單位(X、Y為其他氨基酸)，相互折疊成緊密的三螺旋結(jié)構(gòu)，甘氨酸在三螺旋結(jié)構(gòu)中起到重要作用[13]。COL1A1基因的雜合無義突變、移碼位點突變等突變破壞了mRNA的穩(wěn)定性，而減少了50%Ⅰ型膠原的合成，而其他氨基酸替代了起重要作用的甘氨酸，導(dǎo)致Ⅰ型膠原分子結(jié)構(gòu)異常，最終導(dǎo)致疾病的發(fā)生[14]。目前在 COL1A1基因中發(fā)現(xiàn)上千種突變，其中位于 CpG雙核苷酸區(qū)域的突變大于80%。也就是說在所有突變中, 在遺傳上無親緣關(guān)系患者中重復(fù)出現(xiàn)的突變可達20%, 而在不同個體相同的突變表型存在明顯差異[15]。

本文通過對先證者COL1A1和COL1A2進行詳細的檢測，在COLLA1基因編碼區(qū)發(fā)現(xiàn)雜合變異c.2911_2912insAG (p.G971Efs*138)。復(fù)習(xí)資料示，該變異屬于移碼突變，可造成提前終止編碼，而產(chǎn)生截斷蛋白，從而導(dǎo)致Ⅰ型膠原合成異常，致Ⅰ型(輕型)成骨不全。本文先證者臨床表現(xiàn)為藍色鞏膜、反復(fù)骨折、骨代謝活躍、骨量減少、身材較同齡人矮小。而在其同家系健康對照組中均未攜帶COLLA1基因c.2911_2912insAG (p.G971Efs*138)雜合變異，結(jié)合家系驗證分析結(jié)果，考慮患者為新發(fā)突變可能性大，但不排除患者父母為生殖腺嵌合的可能。

成骨不全的治療和預(yù)后：國內(nèi)外目前治療 OI的藥物主要包括雙膦酸鹽、甲狀旁腺素、生長激素、降鈣素、維生素等，雙膦酸鹽是目前治療OI的主要藥物[16-17]。對兒童OI患者靜脈注射pamidronate能減少骨痛、改善運動和肌肉強度、增加骨量、減少骨折的發(fā)生。OI治療可以用藥物結(jié)合外科治療，其可針對骨折并有嚴重畸形的患者。較輕的患者多用手法復(fù)位小夾板固定或牽引治療，重者或畸形者可行截骨矯正內(nèi)固定術(shù)等，預(yù)防后遺癥發(fā)生[18]。OI的預(yù)后決定于臨床類型和嚴重程度，除極為嚴重者在青春期后死亡外多數(shù)病人壽命正常。本病通常在青春期前后不再發(fā)生骨折，但可殘留畸形和身材矮小。還可由于骨折的畸形愈合、關(guān)節(jié)攣縮和骨質(zhì)疏松、軟化等，引起長骨彎曲畸形、關(guān)節(jié)半脫位、脊柱側(cè)后凸、髖臼內(nèi)陷或三角形骨盆、內(nèi)耳硬化致耳聾等并發(fā)癥。

診斷OI的直接證據(jù)是反復(fù)發(fā)生的骨折和陽性家族史，由于 OI-Ⅰ型臨床癥狀較輕，故易出現(xiàn)漏診和誤診，此時基因診斷對該病的確診至關(guān)重要。本研究通過對患兒及家系基因檢測發(fā)現(xiàn)了COL1A1基因新的移碼突變c.2911_c.2912insAG致成骨不全臨床表現(xiàn)，豐富了中國人OI群體COL1A1基因致病突變譜。