先天性馬蹄內(nèi)翻足發(fā)病機(jī)制研究進(jìn)展

王玉磊, 周明旺, 吉 星, 蘇耀輝, 魏長浩, 陳 威, 付志斌, 李盛華

(1. 甘肅中醫(yī)藥大學(xué) 中醫(yī)臨床學(xué)院, 甘肅 蘭州, 730030;2. 甘肅省中醫(yī)院 矯形骨科, 甘肅 蘭州, 730050)

先天性馬蹄內(nèi)翻足(CCF)是先天性小腿、踝關(guān)節(jié)、足三維畸形的一種疾病，主要特征為踝關(guān)節(jié)馬蹄形和前足內(nèi)收、后足內(nèi)翻及足跟跖屈[1-2]。CCF可單側(cè)發(fā)病，也可雙側(cè)發(fā)病，雙側(cè)較單側(cè)多發(fā)[3]，其中右腳多見。男女發(fā)病率為2∶1[4]?；純鹤悴抗δ苁艿絿?yán)重影響，如不及時(shí)給予糾正、治療，則會(huì)造成終身殘疾，給家庭帶來濟(jì)負(fù)擔(dān)。因此，探究CCF發(fā)病機(jī)制對該病臨床預(yù)防及治療有著重大的指導(dǎo)意義。

1 遺傳基因

肢體形成和生長發(fā)育是復(fù)雜且精密的過程，需要通過轉(zhuǎn)錄因子和信號分子共同表達(dá)來完成。相關(guān)[5]研究發(fā)現(xiàn)先天性馬蹄內(nèi)翻足與多種基因密切相關(guān)。目前，還未明確導(dǎo)致CCF的具體基因，但已鑒定出這些基因在胚胎發(fā)育形態(tài)發(fā)生過程中，對軸向骨骼、附肢骨骼的發(fā)育起關(guān)鍵作用，并在個(gè)性化保守治療和手術(shù)方法改進(jìn)中發(fā)揮著前瞻性作用[6]。

1.1 Hox基因

20世紀(jì)初, Hox基因在果繩體內(nèi)被發(fā)現(xiàn)，經(jīng)不斷研究發(fā)現(xiàn)其在人類的不同染色區(qū)域有4個(gè)不同基因簇，分別為Hoxa、Hoxb、Hoxc和Hoxd, 且為遺傳中高度保守的家簇成員。Hox基因是重要的胚胎發(fā)育調(diào)節(jié)劑，參與人體神經(jīng)、肌肉、骨骼、血管及肢體形成過程，因此，該基因的缺陷或表達(dá)異常會(huì)導(dǎo)致四肢發(fā)育異常。王元輝等[7]研究發(fā)現(xiàn)CCF組織中Hox表達(dá)明顯，其功能機(jī)制與氧化損傷、炎癥及細(xì)胞凋亡相關(guān)。ALVARADO D M等[8]發(fā)現(xiàn)，在嚴(yán)重性馬蹄內(nèi)翻足的家庭中有微小的5′Hoxc基因缺失。王大佳等[9]在胚胎后肢發(fā)育調(diào)控相關(guān)基因Hox基因d簇內(nèi)，選擇微衛(wèi)星DNA標(biāo)記Hox4Ep, 應(yīng)用聚合酶鏈反應(yīng)技術(shù)擴(kuò)增微衛(wèi)星片斷，聚丙烯酰胺凝膠電泳對32個(gè)先天性馬蹄內(nèi)翻足核心家系的96名成員進(jìn)行基因型分析，并進(jìn)行傳遞連鎖不平衡檢驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)Hoxd基因可能是先天性馬蹄內(nèi)翻足易感基因。王莉莉等[10]應(yīng)用免疫熒光染色法檢測12.5 d大鼠胚胎中Hoxd13和骨骼肌LIM蛋白1(Fhl1)的表達(dá)，發(fā)現(xiàn)Hoxd13直接調(diào)控Fhl1在大鼠胚胎中的的表達(dá)。RAINES A M等[11]對Hoxa9、10、11和Hoxd9、10、11突變肢體的研究證實(shí)并擴(kuò)展了之前的研究結(jié)果, RNA-Seq分析正常和突變肢體的特定區(qū)域，定義了該類Hox基因干擾下游的多個(gè)關(guān)鍵通路。研究[12-13]表明，先天性馬蹄內(nèi)翻足與Hoxa、Hoxd的調(diào)節(jié)域改變有關(guān)。Hoxa、Hoxc和Hoxd基因簇的變異可能在先天性馬蹄內(nèi)翻足發(fā)病機(jī)制中發(fā)揮作用。

1.2 Pitx1-Tbx4轉(zhuǎn)運(yùn)途徑

T-box家族也是胚胎發(fā)育和形態(tài)生成中的關(guān)鍵轉(zhuǎn)錄因子，并作為先天性馬蹄內(nèi)翻足遺傳誘因的候選者，其中Tbx3和Tbx4為主要研究基因。Tbx3蛋白是T-box家族的一種轉(zhuǎn)錄抑制因子，該基因的突變會(huì)影響肢體發(fā)育。任舒月等[14]通過在胚胎肢體發(fā)育調(diào)控相關(guān)基因Tbx3所在的染色體區(qū)域9p13、12q24, 并選擇區(qū)域內(nèi)2個(gè)微衛(wèi)星DNA標(biāo)記D9S319和D12S378, 應(yīng)用聚合酶鏈反應(yīng)及放射自顯影技術(shù)，證實(shí)先天性馬蹄內(nèi)翻足與D12S378遺傳標(biāo)記位點(diǎn)的第3個(gè)等位基因存在傳遞不平衡，提示Tbx3是先天性馬蹄內(nèi)翻足易感基因。Tbx4轉(zhuǎn)錄因子主要負(fù)責(zé)后肢發(fā)育，研究[15]證實(shí)Tbx4只在后肢發(fā)育表達(dá)，提示該基因可能在調(diào)節(jié)肢體發(fā)育和肢體識(shí)別中發(fā)揮作用。另有學(xué)者在馬蹄內(nèi)翻患者中發(fā)現(xiàn)Tbx4微復(fù)制或微缺失[16]。國內(nèi)外學(xué)者通過動(dòng)物實(shí)驗(yàn)[17-18]發(fā)現(xiàn)轉(zhuǎn)錄因子Pitx1是肢體特異性形態(tài)發(fā)生中的關(guān)鍵分子, Pitx1缺失可引起一系列下肢畸形。有學(xué)者將二者結(jié)合研究，發(fā)現(xiàn)編碼轉(zhuǎn)錄因子Pitx1和Tbx4的基因突變，可導(dǎo)致人類和小鼠下肢發(fā)育不良減少。一項(xiàng)研究[13]表明, Pitx1-Tbx4通路可能與垂直距骨中Hoxc的改變有關(guān)。然而，在馬蹄內(nèi)翻足患者中Pitx1-Tbx4-Hoxc通路的突變并不常見，還需進(jìn)一步研究。闡明先天性馬蹄內(nèi)翻足背后遺傳方式和細(xì)胞途徑有助于深入認(rèn)識(shí)天性馬蹄內(nèi)翻足畸形。

2 神經(jīng)肌肉病變與發(fā)育異常

神經(jīng)肌肉的發(fā)育異常與病變一直是該病發(fā)生發(fā)展的重要因素之一?；贾∪馕s、韌帶膠原纖維異常聚集、神經(jīng)分化受阻都可能引起先天性馬蹄內(nèi)翻足畸形的發(fā)生。近年來研究[19-20]證實(shí)Hippo途徑-YAP/TAZ在組織器官大小控制、再生和自我更新中發(fā)揮重要作用。孫佳行等[21]通過蛋白質(zhì)印跡分析TAZ在C2C12肌管中相關(guān)蛋白的表達(dá)，發(fā)現(xiàn)在萎縮的腓腸肌中肌生長抑制素升高，而TAZ表達(dá)降低, TAZ和肌肉生長抑制素參與神經(jīng)性馬蹄內(nèi)翻足肌萎縮的病理過程。TAZ可能通過調(diào)控Akt/forkhead box O4信號通路，拮抗肌肉生長抑制素誘導(dǎo)肌管萎縮。MOON D K等[22]通過核磁共振(MIR)評估馬蹄內(nèi)翻足患者下肢肌肉體積，并證實(shí)特定肌肉體積異常，推測腿部肌肉體積的減少為先天性馬蹄內(nèi)翻足的一個(gè)敏感指標(biāo)。相關(guān)研究[2-24]通過MRI橫斷面掃描雙腿，測量橫截面肌肉，發(fā)現(xiàn)肌肉萎縮在胎兒早期和新生兒治療前就已經(jīng)存在，且其萎縮程度隨著年齡增長而加重，后期通過三維磁共振成像(3D-MRI)分析先天性馬蹄內(nèi)翻足腿部肌容量，發(fā)現(xiàn)患足的肌肉比正常足一側(cè)肌肉更薄、更短，脛骨前肌、腓骨長肌和跟腱的遠(yuǎn)端肌腱比健側(cè)肌腱更長。另一研究[25]應(yīng)用3D MRI和磁共振血管造影(MRA)聯(lián)合觀察先天性內(nèi)翻足解剖結(jié)構(gòu)，發(fā)現(xiàn)患有先天性馬蹄內(nèi)翻足患者的腿部肌肉、脛骨及腓骨的體積始終比健側(cè)小。研究[26]表明，患足內(nèi)側(cè)和后側(cè)的韌帶組織中存在異常密集的膠原纖維，主要表現(xiàn)在跟腱、脛骨后肌、脛舟韌帶和跟舟韌帶。維甲酸(RA)是現(xiàn)代實(shí)驗(yàn)胚胎學(xué)中最早顯示出對肢體發(fā)育產(chǎn)生深遠(yuǎn)影響的分子之一，在馬蹄內(nèi)翻足實(shí)驗(yàn)胚胎畸形中，主要表現(xiàn)在神經(jīng)結(jié)構(gòu)與軟骨。早期國外學(xué)者在RA誘導(dǎo)胎鼠馬蹄內(nèi)翻足實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn), 90%的模型存在畸形發(fā)育，組織學(xué)研究發(fā)現(xiàn)胚芽中神經(jīng)結(jié)構(gòu)異常、間充質(zhì)細(xì)胞活性降低和橫紋肌細(xì)胞形態(tài)失常，提示胚胎發(fā)育過程中神經(jīng)分化受阻可能導(dǎo)致下肢畸形，該研究成果為先天性馬蹄內(nèi)翻足神經(jīng)肌肉病變學(xué)說提供了有力的證據(jù)。

3 血管發(fā)育異常

研究表明先天性馬蹄內(nèi)翻足的發(fā)生與血管發(fā)育異常密切相關(guān)。有學(xué)者[27-28]在對馬蹄內(nèi)翻足進(jìn)行血管造影時(shí)，發(fā)現(xiàn)在跗骨竇周圍血運(yùn)貧乏，血管排列紊亂，該改變在胎兒早期就開始出現(xiàn)，主要表現(xiàn)為脛前動(dòng)脈發(fā)育不良或部分足背動(dòng)脈缺失，嚴(yán)重患者動(dòng)脈缺失達(dá)76%, 且這種異常程度隨年齡增加進(jìn)一步加重，推測血管發(fā)育異?？赡軐?dǎo)致足內(nèi)側(cè)供血、供氧不足，阻礙肢體正常發(fā)育，最終導(dǎo)致馬蹄內(nèi)翻足畸形。MERRILL L J等[29]用無創(chuàng)三維動(dòng)態(tài)增強(qiáng)磁共振血管造影(3D CEMRA)對12例馬蹄內(nèi)翻足患者患足的血管、骨骼及軟組織進(jìn)行評估，發(fā)現(xiàn)均存在異常，其中血管異常發(fā)生率為40%。STOLER J M等[30]用絨毛膜絨毛取樣的方法建立肢體畸形動(dòng)物的模型，通過研究發(fā)現(xiàn)，所有疾病中馬蹄內(nèi)翻足發(fā)病率最高，其主要原因是由于血管斷裂或發(fā)育缺陷以及發(fā)生缺血或血栓形成，局部缺血、缺氧，影響胚芽形成，最終發(fā)生馬蹄內(nèi)翻足。

4 骨骼發(fā)育異常

先天性馬蹄內(nèi)翻足的發(fā)生發(fā)展更多表現(xiàn)在骨的異常，包括骨本身異常、骨化中心延緩發(fā)育、軟骨發(fā)育異常。骨骼方面主要表現(xiàn): 跗骨本身畸形，主要發(fā)生在距骨，表現(xiàn)為距骨頭、頸向跖面，內(nèi)側(cè)旋轉(zhuǎn)，距下關(guān)節(jié)面朝外傾斜，跟骨載距發(fā)育差; 跗骨排列異常，跟骨、舟骨向距骨跖面內(nèi)側(cè)方向移位，正側(cè)位距骨第一跖骨角均明顯變小，嚴(yán)重者為負(fù)數(shù)，甚至舟骨支托在內(nèi)踝上，距骨頭在足背隆起，跟骨內(nèi)翻，內(nèi)緣與外緣均呈弧形線，足跟變窄; 足部骨骼在胚胎期生長發(fā)育障礙。MIYAGI N 等[31]通過研究45例56足經(jīng)保守治療先天性馬蹄內(nèi)翻足患兒發(fā)現(xiàn)，在男患者中跗骨骨化中心出現(xiàn)較正常者晚，無論是先天性馬蹄內(nèi)翻足還是正常足，男性舟骨、第一楔骨及第二楔骨的骨化中心出現(xiàn)時(shí)間比女性晚，這一項(xiàng)研究結(jié)果也證實(shí)男性發(fā)病率高于女性，表明跗骨在先天性馬蹄內(nèi)翻足病理改變中的重要性。GILBERT J A等[32]對外側(cè)楔形骨骨化中心過程量化，使用標(biāo)準(zhǔn)化前后位片和X線照片評估外側(cè)楔形骨長度、寬度和高度，發(fā)現(xiàn)隨年齡的增加外側(cè)楔形骨尺寸也增長，但仍小于健側(cè)。病理組織學(xué)表明先天性馬蹄內(nèi)翻足跟骨軟骨細(xì)胞較少，未分化成熟，細(xì)胞外蛋白多糖減少，延緩骨骼正常發(fā)育導(dǎo)致足部畸形。張濤根等[33]研究發(fā)現(xiàn)全反式維甲酸(ATRA)通過調(diào)節(jié)p53和p21的表達(dá)來抑制軟骨特異性分子，包括Sox9, Aggrecan 和col2al，減少后肢胚芽間充質(zhì)細(xì)胞軟骨形成，這一過程的破壞可能增高了馬蹄內(nèi)翻足發(fā)生的概率。

5 宮內(nèi)壓力異常

先天性馬蹄內(nèi)翻足是由子宮內(nèi)胚胎發(fā)育阻滯所造成。子宮內(nèi)壓迫學(xué)說認(rèn)為馬蹄內(nèi)翻足畸形是由于宮內(nèi)壓迫和羊水過少，導(dǎo)致胎兒足部被擠壓成畸形。LANG P J等[34]對懷孕第8～21周患者的147足作解剖學(xué)研究，結(jié)果表明宮內(nèi)第9周正常足與馬蹄內(nèi)翻足相似，懷疑馬蹄內(nèi)翻足畸形是因?qū)m內(nèi)發(fā)育受阻引起。FARRELL S A等[35]報(bào)道羊膜穿刺術(shù)后馬蹄內(nèi)翻足的發(fā)生率為1.1%, 比正常嬰兒的發(fā)生率約高10倍。CEDERHOLM M等[36]研究發(fā)現(xiàn)，羊膜穿刺術(shù)中肌肉骨骼變形風(fēng)險(xiǎn)增加，包括馬蹄內(nèi)翻足和髖關(guān)節(jié)脫位，尤其在妊娠14周之前的羊膜穿刺術(shù)，推測羊膜穿刺術(shù)改變了宮內(nèi)壓力，導(dǎo)致馬蹄內(nèi)翻足畸形發(fā)生。

6 不足與展望

先天性馬蹄內(nèi)翻足畸形是多種因素共同作用的結(jié)果，并非單個(gè)因素造成，其與遺傳基因、神經(jīng)肌肉、血管骨骼等密切相關(guān)。目前，尚未明確先天性馬蹄內(nèi)翻足畸形發(fā)病的具體機(jī)制，如遺傳基因與環(huán)境共同的作用機(jī)制，遺傳基因與骨骼肌肉、神經(jīng)血管生成、發(fā)育過程的相關(guān)機(jī)制，以及各遺傳基因之間的相互作用機(jī)制等。今后仍需從遺傳基因方面深入研究，為闡明先天性馬蹄內(nèi)翻足發(fā)病機(jī)制提供新的依據(jù)。