假性甲狀旁腺功能減退癥的臨床特點和分子遺傳學(xué)機制研究進展

趙平平，劉靖芳

(蘭州大學(xué)第一醫(yī)院 內(nèi)分泌科，甘肅 蘭州 730000)

假性甲狀旁腺功能減退癥(pseudohypoparathyroidism,PHP)是一種以甲狀旁腺激素(parathyroid hormone,PTH)抵抗、低血鈣、高血磷為主要特征的罕見遺傳性疾病。根據(jù)不同的臨床表現(xiàn)分為PHPI型和II型。PHPI型又分為PHPIa、PHPIb、PHPIc、假-假性甲狀旁腺功能減退癥 (Pseud-PHP,PPHP)和進行性異位骨化癥 (progressive osseous heteroplasia,POH)5個亞型。PHP患者的發(fā)病多與編碼Gsα蛋白的GNAS基因突變導(dǎo)致Gsα表達減少或功能下降有關(guān)，本文主要從各亞型PHP的臨床特點及分子遺傳機制進行綜述。

1 PHP的臨床特點及分型

PHP是一組遺傳性內(nèi)分泌疾病，血清PTH水平升高、低血鈣、高血磷是其主要特征。主要表現(xiàn)為癲癇和低鈣血癥導(dǎo)致的神經(jīng)肌肉興奮性增高，顱內(nèi)基底神經(jīng)節(jié)鈣化和長期低鈣血癥和高磷血癥導(dǎo)致的白內(nèi)障[1-2]。

除PTH抵抗外，PHP患者還常表現(xiàn)其他激素抵抗，如促甲狀腺激素(thyroid stimulating hormone，TSH)抵抗、(luteinizing hormone/follicle-stimulating hormone，LH/FSH)抵抗、生長激素釋放激素(growth hormone releasing hormone，GHRH)抵抗。TSH抵抗主要表現(xiàn)為甲狀腺功能減退。LH/FSH抵抗表現(xiàn)為性腺功能減退，女性性成熟延遲或不完全，閉經(jīng)/月經(jīng)過少，和/或不孕不育[3]。GHRH抵抗者生長激素分泌不足，導(dǎo)致身材矮小。

PTH作用于近端腎小管的PTH受體后，受體與G蛋白偶聯(lián)，導(dǎo)致環(huán)磷酸腺苷(cyclic adenosine monophosphate, cAMP)生成，根據(jù)檢測注射外源性PTH后尿液中cAMP和磷酸鹽的含量，PHP分為I型(尿中cAMP和磷酸鹽含量均不增加)和Ⅱ型(尿中cAMP增加，但磷酸鹽含量不增加)。PHPI型又可分為PHPIa、PHPIb、PHPIc、PPHP和POH 5種亞型。PHPIa型患者除具有PTH、TSH、GHRH 等多種激素抵抗外，還常出現(xiàn)Albright遺傳性骨營養(yǎng)不良癥(albright’s hereditary qsteodystrophy，AHO)的體征，如短指/趾、圓臉、身材矮小和皮下鈣化等，紅細胞Gsα活性下降50%；PHPIb型患者僅有PTH抵抗，不具有其他激素抵抗和AHO表型，紅細胞Gsα活性正常；PHPIc患者臨床表現(xiàn)與PHPIa類似，但其Gsα活性正常；PPHP型表現(xiàn)為AHO，缺乏激素抵抗，Gsα活性下降[4-6]；POH缺乏激素抵抗的表現(xiàn)或AHO的典型特征，Gsα活性下降。

2 PHP不同亞型的臨床特點和分子遺傳學(xué)機制

2.1 GNAS基因的結(jié)構(gòu)和表達

GNAS是一種位于染色體20 q13的復(fù)雜印記基因[[7]]。如圖1，GNAS基因除通過1～13外顯子產(chǎn)生刺激性 G蛋白α亞單位(Gsα)外，其上游的GNAS-XLαs、GNAS-A/ B、GNAS-NESP55轉(zhuǎn)錄本分別通過各自的第一外顯子替代GNAS的1號外顯子，并與GNAS的2～13號外顯子拼接形成3種新的轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物，GNAS-AS則反向轉(zhuǎn)錄形成一種產(chǎn)物[8]，包括Gsα特大片段(XLαs)、神經(jīng)內(nèi)分泌蛋白55(NESP55)、未翻譯的外顯子 A/ B(即外顯子1 A)和附加反義轉(zhuǎn)錄本AS[4,9]。GNAS基因包含多個差異甲基化區(qū)域(differentially methylated region，DMR)，GNAS-AS、GNAS-XLαs、GNAS-A/B和GNAS-NESP55的啟動子均位于該區(qū)域[10-11]，XLαs、 A/B及 AS轉(zhuǎn)錄本的啟動子在母系GNAS基因上是甲基化的，在父系GNAS基因是未甲基化的，而 NESP55轉(zhuǎn)錄本啟動子區(qū)域在父系GNAS基因是甲基化的，母系GNAS基因是未甲基化的[7, 12-13]。DNA甲基化是一種基因表達的調(diào)控方式，與其他基因位點相同，甲基化的啟動子通常保持沉默，因此，XLαs、 A/B及AS轉(zhuǎn)錄本只能由父系GNAS基因單一表達，NESP55由母系GNAS基因單一表達[7]。而Gsα啟動子不位于 DMR且在父母等位基因上均未甲基化，所以在大多數(shù)組織是雙等位基因表達的，但在近端腎小管、新生兒棕色脂肪組織、垂體、甲狀腺、性腺等組織中，父系基因保持沉默，單純由母系基因表達，即Gsα的組織特異性表達[14-15]。

圖1 GNAS基因的結(jié)構(gòu)和表達Fig 1 Structure and expression of GNAS gene

另外，目前認(rèn)為GNAS內(nèi)部或附近至少存在兩個印記控制區(qū)域，一個是GNAS基因上游220 kb處存在編碼突出融合蛋白16的STX16基因，推測其對GANS-A/ B甲基化狀態(tài)的調(diào)節(jié)至關(guān)重要，可以影響Gsα的表達[14-16]，另一個包含AS第3和第4外顯子，控制整個GNAS的印記狀態(tài)[7,9]。

GNAS基因編碼的Gsα與β和γ形成異源三聚體，當(dāng) PTH作用于靶細胞上的PTH受體后，形成Gsα/cAMP /PKA通路，產(chǎn)生一系列生物效應(yīng)[1, 7]。

2.2 PHPI型的臨床特點和分子遺傳學(xué)機制

PHPI型的發(fā)病主要與GNAS基因異常有關(guān)，不同亞型GNAS基因異常的特點不同。

PHPIa型的發(fā)病機制主要是母系遺傳的GNAS基因1-13號外顯子突變[16]，目前報道的GNAS突變方式包括移碼、錯義、無義、剪接點突變、框內(nèi)缺失或插入，以及全部或部分基因缺失導(dǎo)致蛋白質(zhì)被截斷，Gsα表達減少和活性下降[17]。GNAS基因第7外顯子4 bp缺失突變(c.56-5568 delGACT)是伴有AHO體型患者的突變熱點[7]。

在多數(shù)組織中，Gsα是父母雙方的等位基因同時表達，Gsα仍可有50%存留，但在近端腎小管、新生兒棕色脂肪組織、垂體、甲狀腺和性腺這些組織中，由于Gsα缺失，導(dǎo)致這些組織中Gsα/cAMP/PKA信號通路受損，進而產(chǎn)生PTH、TSH、GHRH、LH/FSH等多種激素抵抗，因此，臨床上不僅出現(xiàn)痙攣、癲癇、顱內(nèi)基底神經(jīng)節(jié)鈣化和白內(nèi)障等低血鈣癥狀，還可表現(xiàn)為身材矮小、甲狀腺功能減退、性腺功能減退等[4-5,18]。

PHPIa型患者常出現(xiàn)肥胖和智力發(fā)育障礙，提示大腦某些部位也存在Gsα印記狀態(tài)，即父系基因沉默，母系基因表達[7]。在多數(shù)組織中Gsα蛋白活性降低50%，足以維持大多數(shù)細胞的正常信號活動，但在皮膚成纖維細胞、紅細胞、骨骼細胞及生長板，由于Gsα單鏈表達不足，導(dǎo)致了AHO表型的出現(xiàn)。研究顯示Gsα單倍體不足，甲狀旁腺激素相關(guān)蛋白(parathyroid hormone-related protein, PTH/PTHRP)依賴的Gsα/cAMP/PKA信號通路異?？梢詫?dǎo)致管狀骨和長骨骨骺端提前融合，生長板提前關(guān)閉，從而造成短趾/指和矮小等骨骼異常[7,19]。

PHPIb型分為家族性和散發(fā)性。家族性PHPIb最常見的原因是母系GNAS基因上A/B-DMR甲基化缺失，而其余3個外顯子(XLa、AS、NESP55)甲基化狀態(tài)正常，并通常伴有GNAS上游220 kb處的STX16 基因第4～6號外顯子3.0 kb大片段缺失，這種缺失導(dǎo)致母系GNAS-AS甲基化缺失[14-15,20]。另外，STX16基因第2～4外顯子4.4 kb的大片段缺失也有個別家系報道[7]，而且有研究顯示來源于母系的AS(3～4號外顯子)缺失伴或不伴有NESP缺失也與家族性PHPIb有關(guān)[7,10]。由于母系A(chǔ)/B甲基化缺失，近端腎小管、垂體等組織特異性表達一個負性調(diào)控元件，結(jié)合母系未甲基化的GNAS-A/B，從而抑制Gsα啟動子,導(dǎo)致Gsα缺失，故而PHPIb型患者會出現(xiàn)PTH抵抗[10,20]。而在皮膚成纖維細胞、紅細胞、骨骼細胞等組織中由于不表達這種負性調(diào)控元件，Gsα表達正常，因此PHPIb型患者常不出現(xiàn)AHO表型。散發(fā)型PHPIb患者目前病因不清，既往多認(rèn)為母系GNAS基因上XLαs、AS、A/BDMR區(qū)域的甲基化缺失及NESP55DMR區(qū)域的過度甲基化是散發(fā)型PHPIb患者的主要病因，但近年來發(fā)現(xiàn)部分散發(fā)型PHPIb患者也存在單純母系GNAS-AS缺失或伴有NESP缺失[1]。

既往認(rèn)為PHPIb型患者僅存在PTH抵抗，無AHO表型[11]。但近年來也有部分PHPIb患者出現(xiàn)了輕微的AHO表型和TSH抵抗[21]，而且部分PHPIb患者紅細胞Gsα活性下降，尤其是合并短趾等骨骼畸形的PHP患者[7]。因此，臨床上有時鑒別PHPIb型和PHPIa型患者存在一定困難。

目前推測PHPIc型患者可能是由于G蛋白偶聯(lián)信號通路受到影響而引起的，因為部分PHPIc型患者存在母系GNAS基因第13號外顯子突變[6]，突變的Gsα激活cAMP，選擇性地影響配體-G蛋白偶聯(lián)，使得Gsα功能喪失。在體外用GTP類似物激活Gsα后，紅細胞Gsα活性正常[1,4]。 目前認(rèn)為這些突變位于Gsα的C端，該區(qū)域是受體偶聯(lián)重要的區(qū)域，因此可能干擾受體偶聯(lián)導(dǎo)致患者出現(xiàn)多種激素抵抗和AHO表型[7]。但近來報道一些PHPIc型患者存在GNAS基因印記異常[6]。

PPHP型患者的發(fā)病機制與PHPIa型患者類似，不同的是，PPHP型患者常由于父系GNAS基因失活突變[14]，由于Gsα的組織特異性表達，來源于父系的突變不影響Gsα在近端腎小管、垂體等組織中的表達，但影響其在皮膚成纖維細胞、紅細胞、骨骼細胞及生長板等組織中的表達，因此PPHP型患者僅表現(xiàn)為AHO表型，不出現(xiàn)激素抵抗。

大多數(shù)POH型患者是由父系GNAS基因雜合性失活突變引起的。POH是AHO的一種特殊表型，這型患者通常沒有激素抵抗和AHO的典型表型[7]，主要表現(xiàn)為從嬰兒期開始的皮膚骨化，然后在深部肌肉和筋膜中增加，并導(dǎo)致廣泛的骨形成。父系遺傳的Gsα失活突變會損害骨髓間充質(zhì)干細胞的脂肪生成并促進成骨，患者通常體型瘦小，比較虛弱[7]。盡管在POH、PHPIa和PPHP型患者中發(fā)現(xiàn)了相同的GNAS突變，但為何有些患者表現(xiàn)為POH，目前尚不清楚，可能這些GNAS突變所致的表型受環(huán)境和遺傳背景影響，且大多數(shù)病例顯示這些GNAS突變來源于父親，類似于PPHP，來源于父親的突變不會導(dǎo)致激素抵抗，或許這可以解釋POH患者沒有激素抵抗[7]。

2.3 PHPII型的臨床特點和分子遺傳學(xué)機制

截至目前，PHPII型的分子遺傳學(xué)機制仍不十分清楚。推測PHPII型患者可能是繼發(fā)于維生素D缺乏的獲得性缺陷導(dǎo)致，因為補充鈣劑和維生素D可使一些患者對PTH的磷酸反應(yīng)正?；?。另外，也可能是由于Gsα下游缺陷，如肢端發(fā)育不良(acrodysostosis, ACRDYS)患者中存在蛋白激酶cAMP依賴性I型調(diào)節(jié)亞基(protein kinase cAMP-dependent type I regulatory subunit alpha，PRKAR1A)和磷酸二酯酶-4D(phosphodiesterase 4D，PDE4D)雜合突變，PRKAR1A和PDE4D都在Gsα下游cAMP的產(chǎn)生中起作用，部分肢端發(fā)育不良患者出現(xiàn)PHPII型患者相同的生化異常，如注射外源性PTH后，尿中cAMP增加，但磷酸鹽含量改變不明顯[22]。目前報道的PHPII型患者多是因為手足抽搐、四肢麻木和肌肉痙攣等低血鈣癥狀就診，無典型的AHO體征，多數(shù)患者同時合并其他自身免疫性疾病，例如橋本甲狀腺炎、干燥綜合征和Graves病[23]。因此對于維生素D缺乏、低血鈣癥且合并其他自身免疫性疾病的患者，需要考慮合并PHPII的可能性。

3 問題與展望

綜上所述，PHP主要的分子遺傳學(xué)機制是GNAS基因失活突變或印記缺陷導(dǎo)致Gsα表達減少或活性下降，不同的分子機制會導(dǎo)致不同的PHP亞型，母系GNAS基因突變與PHPIa和PHPIc型有關(guān)；父系GNAS突變與PPHP型和POH型相關(guān)；母系GNAS印記缺陷與PHPIb型相關(guān)。探討不同類型PHP患者的表現(xiàn)型與發(fā)病機制之間的聯(lián)系具有重要的臨床價值。但近年來的研究數(shù)據(jù)顯示，PHP各亞型之間存在表型重疊，部分PHPIb型患者出現(xiàn)了輕度的AHO表型和TSH抵抗，紅細胞Gsa活性下降。部分PHPIc型患者存在GNAS基因印記異常，而且在ACRDYS、高血壓合并短趾綜合征等疾病的患者中也出現(xiàn)了AHO表型，因此，僅依據(jù)GNAS突變、AHO表型、激素抵抗、甲基化異常等確定PHP分型已不準(zhǔn)確。目前國際上有學(xué)者提出了IPPSD(inactivating PTH/PTHrP signaling disorder)的概念，即PTH/PTHRP信號傳導(dǎo)障礙類疾病，包括了上述提到的PHPIa、PHPIb、PHPIc、PPHP，還包括POH、ACRDYS、高血壓合并短趾綜合征等[2,22]，不久的將來這種新的分類方式有可能會逐漸運用到PHP的診斷和治療中。

短篇綜述