COL1A2基因剪接突變所致成骨不全1例分析

王天平 胡曼云 張 喜 貴州省貴陽市第四人民醫(yī)院內(nèi)分泌科 550005

成骨不全癥(Osteogenesis imperfecta，OI)或稱為脆骨病，是常見的單基因突變所致的遺傳性骨病，遺傳方式呈常染色體顯性遺傳(Autosomal dominant,AD)和常染色體隱性遺傳(Autosomal recessive,AR)，以AD多見，但也有不少散發(fā)病例的報(bào)道。臨床上以骨量低下、骨骼脆性增加而反復(fù)發(fā)生骨折、骨骼畸形為主要特征，可伴有藍(lán)鞏膜、牙本質(zhì)發(fā)育不良、聽力障礙、皮膚及韌帶松弛等骨骼外表現(xiàn)。主要涉及的致病基因是骨基質(zhì)Ⅰ型膠原蛋白編碼基因及其代謝相關(guān)基因[1-2]。

1 病例資料

患兒男性，12歲，漢族，11歲時因爬樓踩滑(約于站立高度)致右側(cè)肩部及右膝關(guān)節(jié)骨折，外院行手術(shù)治療，隨后逐漸出現(xiàn)腰背部持續(xù)性隱痛，疼痛能耐受，行走時加重，日?；顒?慢走、短距離爬樓)無明顯受限，但跑、跳等運(yùn)動完成困難，上述癥狀持續(xù)約1年后再次就診外院，查維生素D：25-羥基維生素D2+D316.8ng/ml。腰椎片：椎體骨骺板骨軟骨炎可能。遂轉(zhuǎn)診于我院骨科門診查胸、腰椎MRI(見圖1)：脊柱稍向后凸，胸腰段椎體變扁及信號增高原因，性質(zhì)：骨質(zhì)疏松可能。隨后以“成骨不全？”收入院。入院后詳細(xì)詢問病史，患兒出生時鞏膜就為藍(lán)色，約1歲時開始口服“魚肝油等”藥物，堅(jiān)持飲牛奶200～400ml/d，持續(xù)2～3年后上述行為調(diào)整為間斷進(jìn)行?；純喝粘；顒幽芰εc其他同齡兒無明顯差別?；純猴嬍成舷菜厥?，近2年體重增加10+kg，身高增高約3cm。此次主要因?yàn)檠巢砍掷m(xù)性疼痛就診欲查明原因。

圖1 腰椎MRI

患兒母親孕期未產(chǎn)檢，患兒囟門5～6歲才完全閉合，時間較同齡兒明顯滯后，其他生長發(fā)育方面患兒父母未發(fā)現(xiàn)明顯異常。目前還未出現(xiàn)遺精等青春期啟動表現(xiàn)。9歲時因“左側(cè)小腦少突星形角質(zhì)細(xì)胞瘤并出血性卒中”于外院手術(shù)治療。患兒直系親屬三代中均無身高異常矮、骨骼明顯畸形及脆性骨折情況。

體格檢查：生命體征平穩(wěn)，身高：133cm，體重：35kg，指間距：137cm，上部量：73cm，下部量：60cm，坐高：70cm。雙眼鞏膜呈藍(lán)色。牙列稀疏。雙側(cè)腹股溝觸診未捫及包塊。雙側(cè)髂骨于腹部中部外側(cè)可捫及。脊柱胸腰段后凸畸形。雙手指關(guān)節(jié)彎曲畸形(見圖2)，未見多指、趾，四肢指、趾關(guān)節(jié)均較柔軟(見圖3)。雙下肢稍呈“X”形表現(xiàn)，行走稍異常。余查體未見明顯異常。

圖2 雙手正面照片

輔助檢查及分析：(1)骨代謝相關(guān)的指標(biāo)：PINP>1 200.00ng/ml，CTX 0.897ng/ml，甲狀旁腺激素 42.20pg/ml，骨源性堿性磷酸酶126.85μg/L，其中反映骨生成的指標(biāo)PINP明顯增高，考慮為骨折后骨生成明顯增加有關(guān)。(2)胸腰椎正側(cè)位+骨盆+雙手正位片：①符合成骨不全X線征象；②雙手未見明顯異常。閱片可見骨質(zhì)稀疏，骨小梁稀少。(3)染色體檢查提示46 XY，正常男性染色體表現(xiàn)。性激素未見異常。陰囊B超提示雙側(cè)睪丸存在。結(jié)合腹股溝查體情況不考慮性功能不全所致的繼發(fā)性骨質(zhì)疏松。(4)皮質(zhì)醇晝夜節(jié)律試驗(yàn)提示皮質(zhì)醇呈晝夜節(jié)律變化。結(jié)合查體情況不考慮皮質(zhì)醇增多癥所致的繼發(fā)性骨質(zhì)疏松。(5)五官科會診診斷考慮右耳傳導(dǎo)性聾(輕度)、脆骨—藍(lán)鞏膜—耳聾綜合征。其他輔查未見明顯異常。

治療：本例患兒前來我院就診時已經(jīng)出現(xiàn)了右側(cè)肩部、右膝關(guān)節(jié)骨折及胸腰椎的多發(fā)壓縮性骨折，生活方式指導(dǎo)患兒提高肌肉強(qiáng)度及改善機(jī)體協(xié)調(diào)能力，注意避免頻繁跌倒所致骨折發(fā)生，并進(jìn)行補(bǔ)鈣及補(bǔ)充維生素D3，因患兒家屬拒絕，住院期間沒有使用雙磷酸鹽抑制骨吸收治療，在之后的隨訪中，患兒再次發(fā)生了下肢的骨折，就診于外院手術(shù)治療骨折后，使用了雙磷酸鹽藥物抑制骨吸收。建議患兒的父母在下次備孕前進(jìn)行有效的遺傳咨詢和懷孕后產(chǎn)前診斷，這有利于OI家庭的優(yōu)生優(yōu)育。

2 基因檢查及家系驗(yàn)證

基因檢查結(jié)果：患兒存在COL1A2基因c.693+1G>C剪接突變(Het)。使用Sanger測序?qū)蚁党蓡T驗(yàn)證該突變位點(diǎn)，結(jié)果提示未見其他家系成員存在相同突變。Sanger測序圖譜見圖4。

患兒存在COL1A2基因c.693+1G>C剪接突變，為雜合突變；患兒父親、患兒母親、患兒大妹、患兒二妹測序結(jié)果未見相同突變

3 討論

患兒為1例攜帶COL1A2基因c.693+1G>C剪接突變(Het)的散發(fā)OI病例。根據(jù)患兒疾病的嚴(yán)重程度及臨床特征，考慮患兒OI Ⅰ型(Sillence分型)?；純和怀龅呐R床表現(xiàn)是反復(fù)發(fā)生脆性骨折，伴有藍(lán)鞏膜、聽力障礙、皮膚及韌帶松弛體征，基因檢查示COL1A2基因c.693+1G>C剪接突變(Het)，Sanger測序行家系驗(yàn)證未見其他家系成員存在相同突變。趙秀麗等[3]已通過研究構(gòu)建了中國人OI相關(guān)的COL1A1/2基因突變譜，本例患者存在的COL1A2基因c.693+1G>C剪接突變在其突變譜中是可以查詢到的，證實(shí)該突變在中國人群中是OI的致病突變。

Ⅰ型膠原蛋白是骨有機(jī)質(zhì)中含量最豐富的蛋白質(zhì)，其代謝異常是OI發(fā)病的重要環(huán)節(jié)。Ⅰ型膠原蛋白分子由2條α1鏈和1條α2鏈構(gòu)成穩(wěn)定的異源三螺旋結(jié)構(gòu)，α1鏈和α2鏈分別由COL1A1和COL1A2基因編碼，若COL1A1或COL1A2基因發(fā)生突變，其翻譯的前α1鏈或前α2鏈將形成異常三螺旋結(jié)構(gòu)的前Ⅰ型膠原蛋白，從而導(dǎo)致Ⅰ型膠原蛋白合成的數(shù)量減少或蛋白功能、結(jié)構(gòu)異常[4]。導(dǎo)致OI的致病基因有很多，其中以COL1A1、COL1A2兩種基因突變最多見，文獻(xiàn)報(bào)道占80%～90%[5]，而攜帶COL1A1/2基因致病突變的OI患者中，COL1A1基因突變的檢出率會更高，目前報(bào)道的COL1A1基因突變有2 077種，COL1A2基因突變有1 089種(https://oi.gene.le.ac.uk，數(shù)據(jù)最后更新時間分別為2020年11月18日、2020年11月19日)。攜帶COL1A1/2基因突變的OI患者中，COL1A1基因突變的患者病情也會更嚴(yán)重，這與COL1A1、COL1A2基因分別編碼的α1鏈、α2鏈在Ⅰ型膠原蛋白分子中的不同作用相關(guān)。COL1A1/2基因突變的類型有錯義突變、剪接突變、插入和缺失、移碼突變等，其中最常見的是錯義突變[6]，本例患兒存在的剪接突變并不是OI相關(guān)的COL1A1/2基因突變類型中最少見的，國內(nèi)的兩項(xiàng)研究，分別對56例OI患者[7]和200例OI先證者及其家系成員[3]進(jìn)行COL1A1/2基因突變鑒定，剪接突變的占比分別為17.9%、15.2%，均大于缺失或移碼突變等。

關(guān)于OI的疾病分型，1979年Sillence等將OI分為4型，主要根據(jù)患者的臨床表現(xiàn)及病情嚴(yán)重程度來劃分(傳統(tǒng)分型)：其中Ⅰ型最輕微，無肢體變形；Ⅱ型圍產(chǎn)期死亡；Ⅲ型存在嚴(yán)重長骨畸形；Ⅳ型病情嚴(yán)重程度介于Ⅰ和Ⅲ之間，臨床表現(xiàn)不一。國際骨骼人類遺傳學(xué)疾病命名組織(INCDS)于2009年在Sillence分型的基礎(chǔ)上增加了1型，將OI分為5型，主要分型依據(jù)也是根據(jù)臨床表型和疾病嚴(yán)重度。這兩種疾病分型方法是大多數(shù)文獻(xiàn)中所提及的分型方法，這樣的臨床分型可以在不做基因檢測的情況下迅速判斷OI患者疾病的嚴(yán)重程度和臨床表型特征。但OI涉及的致病基因很多，突變類型也多種多樣，遺傳外顯性差異也較大，相同基因突變可能導(dǎo)致不同表現(xiàn)型，即使在同一家系也可能出現(xiàn)不同的表現(xiàn)型，目前國內(nèi)外均已有針對很多疾病的基因靶向治療，對于OI患者是否能進(jìn)行這方面的治療，有待更多學(xué)者的研究。那OI是否能根據(jù)致病基因?qū)膊∵M(jìn)行分型以指導(dǎo)未來可能會有的基因靶向治療呢？Fratzl-Zelman則在分子遺傳學(xué)基礎(chǔ)上，主要根據(jù)OI致病基因在疾病病理生理過程中的生化作用將OI分成了11型(Ⅰ～Ⅺ)，還有部分致病基因未分型，其中Ⅰ～Ⅳ型的具體分型方法基本同傳統(tǒng)分型方法。國內(nèi)的學(xué)者[8]也提出了新的分型，根據(jù)患者的致病基因、遺傳方式，將OI分成了15型，仍有部分致病基因未分型?？梢?，隨著基因檢測技術(shù)在臨床上的廣泛使用，以致病基因?yàn)橹饕姆中鸵罁?jù)已有趨勢。

COL1A2基因位于7q21.3，由52個外顯子組成，COL1A2基因正常表達(dá)的第一步就是要以DNA為模板轉(zhuǎn)錄形成mRNA，初始轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物形成的是mRNA前體，需要經(jīng)過加工和修飾，才能形成有功能的mRNA，這個過程中有一個重要環(huán)節(jié)就是要在剪接酶的作用下將內(nèi)含子去除，當(dāng)基因突變出現(xiàn)在內(nèi)含子并導(dǎo)致剪接位點(diǎn)發(fā)生了改變后，就會造成mRNA前體的異常剪接，進(jìn)而編碼出異常的前α2鏈，最終導(dǎo)致Ⅰ型膠原蛋白結(jié)構(gòu)或功能異常。本例患兒攜帶COL1A2基因c.693+1G>C剪接突變(Het)，該突變是發(fā)生在14號內(nèi)含子，第693號核苷酸向后數(shù)1位的內(nèi)含子核苷酸由G替換成了C，該突變就會導(dǎo)致mRNA前體的異常剪接，是已被報(bào)道的致病突變。進(jìn)一步查詢相關(guān)的突變數(shù)據(jù)庫(https://databases.lovd.nl/shared/genes/COL1A2，訪問時間2021年12月7日)，c.693+1這個位點(diǎn)的突變已報(bào)道了5例，國內(nèi)外均有報(bào)道，DNA改變均為堿基替換，疾病診斷均考慮OI Ⅰ型，說明該突變位點(diǎn)及DNA突變方式并不是中國人群特有的，該突變方式所致的疾病分型上中國人群并無明顯異質(zhì)性，當(dāng)然這還需要更多數(shù)據(jù)的支持。

隨著臨床上基因檢測技術(shù)的廣泛使用，關(guān)于OI致病基因的文獻(xiàn)報(bào)告層出不窮，的確豐富了OI致病基因的突變譜，但目前仍無針對OI致病基因的相關(guān)治療，目前基本為對癥治療。