HPGD基因缺失突变致厚皮性骨膜病一例

丁晨召 任蕾 乐昊 李静 赵天雪 秦贵军

450052郑州大学第一附属医院内分泌科 河南省内分泌及代谢病诊疗中心

HPGD基因缺失突变致厚皮性骨膜病一例

丁晨召 任蕾 乐昊 李静 赵天雪 秦贵军

450052郑州大学第一附属医院内分泌科 河南省内分泌及代谢病诊疗中心

目的 通过基因测序，在分子水平确诊厚皮性骨膜病1例。方法 收集1例26岁男性厚皮性骨膜病患者及其父母外周血DNA，PCR扩增HPGD及SLCO2A1基因外显子片段，通过基因测序查找有无突变。根据测序结果进行蛋白质空间结构的同源性分析。结果 基因测序结果显示，患者HPGD基因第3外显子存在移码突变c.310_311delCT（p.L104AfsX3），为纯合子，其母为该突变的杂合子携带者，其父正常。蛋白空间结构预测显示，上述基因突变可使编码蛋白缩短60%。结论 厚皮性骨膜病的典型临床表现及影像学表现有助于诊断，HPGD、SLCO2A1基因突变测定则是确诊的主要方法。

骨关节病，原发肥大性；突变；HPGD基因；SLCO2A1基因

厚皮性骨膜病（pachydermo-periostosis）又称原发性肥大性骨关节病（primary hypertrophic osteoarthro-pathy，PHO），是一种罕见的遗传性疾病。目前已报道的病例中，既有呈常染色体隐性遗传，也有呈不完全外显的常染色体显性遗传，其发病机制及遗传方式尚未确定［1］。Uppal等和 Martínez-Ferrer等［2-3］证明编码15-羟基前列腺素脱氢酶（15-PGDH）的基因HPGD（NM_000860）为本病的致病基因。Zhang 等［4］认为本病的发生亦与SLCO2A1基因（NM_005630.2）突变有关，该基因与前列腺素E2（PGE2）在细胞内外的转运密切相关。本研究报道1例基因诊断明确的PHO患者。

一、病历资料

患者男，26岁。6岁时出现手指、足趾增粗，16岁时出现皮肤粗糙增厚，近5年出现长距离行走后足跟疼痛。父母及一姐体健，父母非近亲结婚。体检：皮肤粗厚，油腻潮湿，毛孔粗大，头面部皮肤过度增生，头部皮肤形成深褶，呈脑回状（图1）。手指、足趾末端增粗，呈杵状指（图2），不能做精细动作，手指、足趾、双膝关节粗大，双足跟压痛。未见其他阳性体征。实验室检查：血碱性磷酸酶135 U/L（0～40 U/L），肝肾功能及血常规、血钙、血磷等生化指标均正常，血卵泡刺激素、促黄体生成素、泌乳素、睾酮、雌二醇、生长激素、胰岛素样生长因子1均正常，甲状腺激素及肾上腺激素正常。影像学检查：垂体MRI正常。手足部正侧位X线片：双足第1脚趾远端趾骨缺失，双踝关节及跗、跖关节模糊，间隙显示不清；双手远端指间关节屈曲，关节面边缘骨质轻度增生，间隙存在；双腕关节骨质密度稍减低，局部关节面边缘较模糊。尺桡骨及胫骨正侧位X线片：双侧尺桡骨骨干端肥大增生，关节间隙变窄；骨膜增厚、毛糙；左右膝关节形态结构完好，胫骨平台、股骨下端边缘见骨质增生，关节间隙略变窄；骨膜增厚、毛糙。彩超：左侧阴囊结石，双侧附睾头多发囊肿。额部正中近发际线处皮肤组织病理检查：皮肤真皮层及皮下组织、结缔组织、皮脂腺、汗腺、真皮内毛细血管等结构增生，毛囊间真皮网状层存在大量嗜碱性粘液样物质。骨密度测定：腰椎部呈轻度骨质疏松，股骨颈部骨量正常，大转子部、Wards Tn部轻度骨量减少。临床诊断：厚皮性骨膜病。

图1 患者面部皮肤过度增生，油腻潮湿，毛孔粗大

图2 手指呈杵状指，关节粗大

二、方法

1.DNA提取：患者及家属均签署知情同意书后，留取患者及其父母晨起空腹外周静脉血2 ml（肝素抗凝），采用QIAamp DNA Blood Mini Kits剂盒（德国Qiagen公司）提取基因组DNA，测定浓度后-20℃保存备用。

2.PCR扩增：通过NCBI数据库获得HPGD基因序列（NM_000860）及SLCO2A1基因序列（MN_005630.2），应用Primer3.0设计引物，引物由生工生物工程（上海）股份有限公司合成。对上述基因全部外显子序列进行PCR扩增。PCR产物送生工生物工程（上海）股份有限公司进行纯化及基因测序。

3.突变证实：对发现的纯合缺失突变进行反向测序，运用Chromas2软件将测序结果与NCBI的参考序列进行比较。

4.蛋白质空间结构预测：通过PDB蛋白数据库查找正常氨基酸序列及空间结构，将突变后基因序列翻译成氨基酸序列，应用PYMOL软件模拟蛋白空间结构（图3）。

三、结果

通过将HPGD及SLCO2A1的全部编码外显子的测序结果与正常序列对比，发现患者HPGD基因外显子3的碱基序列第310和311位的胞嘧啶和胸腺嘧啶发生纯合缺失，终止密码子提前出现，即c.310_311delCT（p.L104AfsX3）。患者的父母均未患病，但其母为这种突变的杂合携带者，其父则为正常基因型（图4）。c.310_311delCT导致移码突变，使HPGD基因编码的第104位氨基酸由亮氨酸转变为丙氨酸，并使终止密码子提前出现。将碱基序列翻译为氨基酸序列，并预测突变蛋白的空间结构，可发现与正常15-PGDH蛋白相比，突变蛋白缺失大量与辅酶、PGE2的结合区域以及酶活性位点，肽链长度缩短约60%。患者及其父母均未携带SCOL2A1基因突变。

图3 15-羟基前列腺素脱氢酶蛋白质（15-PGDH）空间结构预测图 3A：正常15-PGDH空间结构；3B：患者突变基因合成蛋白的空间结构；3C：正常15-PGDH与NAD+结合示意图（蓝色结构为正常15-PGDH，红色结构为NAD+）

图4 基因测序结果 患者基因型为纯合c.310_311delCT（-/-型），患者母亲基因型为TG/-型，患者父亲基因型为TG/TG型

四、讨论

目前认为与本病发病相关的基因有HPGD及SLCO2A1［2-4］。HPGD 基因位于染色体 4q34.1，包含 7个外显子，编码由266个氨基酸组成的15-PGDH［5］，该酶催化PGE2脱氢生成酮基前列腺素（PGE-M），从而降低 PGE2 活性［6］。本文患者携带的c.310_311delCT（p.L104AfsX3）突变在mRNA水平上提前产生终止密码，使蛋白长度缩短60%，参与催化反应的活性位点及结合位点均缺失，导致合成的蛋白丧失功能，不能催化PGE2分解。患者体内PGE2长期增高，最终表现出PHO的典型特征。按照本病的临床表现可分为三型：①完全型：有典型的杵状指、皮肤肥厚及骨膜增生三种表现；②不完全型：有个别的骨改变和局限性皮肤改变；③顿挫型：有皮肤肥厚，伴轻微或无骨膜反应。本例患者携带纯合缺失突变，临床表现典型，属于完全型。

SLCO2A1基因位于3q21，包含14个外显子，编码前列腺素转运蛋白，该蛋白在PGE2的跨细胞膜摄取过程起主要作用［7］。这种摄取过程是PGE2在胞质内氧化分解的前提。因此，SLCO2A1、HPGD基因缺陷均会导致厚皮性骨膜病，其临床表现无明显差异［8］，但SLCO2A1基因缺陷会造成患者排泄PGE2、PGE-M均升高，而HPGD基因缺陷患者的血、尿中PGE-M 则降低［4］。

厚皮性骨膜病应与继发性骨膜增生症相鉴别。两者发病机制相同、临床表现相似，鉴别要点在于厚皮性骨膜病患者多为童年时起病，伴不同程度的生长发育障碍，而继发性患者以中老年为主，多有心血管畸形、支气管肺癌等慢性心肺疾病为基础。此外，生长激素瘤等疾病也有杵状指、皮肤增生粗厚等临床表现，但此类患者还具有鼻头、舌体肥大等临床表现，血生长激素、垂体MRI等辅助检查可鉴别。

［1］Gómez Rodríguez N,Ibáñez Ruán J,González Pérez M,et al.Primary hypertrophic osteoarthropathy （pachydermoperiostosis）:report of two familial cases and literature review ［J］.Reumatol Clin,2009,5（6）:259-263.DOI:10.1016/j.reuma.2009.01.007.

［2］Uppal S,Diggle CP,Carr IM,et al.Mutations in 15-hydroxyprostaglandin dehydrogenase cause primary hypertrophic osteoarthropathy［J］.Nat Genet,2008,40（6）:789-793.DOI:10.1038/ng.153.

［3］Martínez-Ferrer A,Peris P,Alós L,et al.Prostaglandin E2 and bone turnover markers in the evaluation of primary hypertrophic osteoarthropathy（pachydermoperiostosis）:a case report［J］.Clin Rheumatol,2009,28（10）:1229-1233.DOI:10.1007/s10067-009-1197-9.

［4］Zhang Z,He JW,Fu WZ,et al.Mutations in the SLCO2A1 gene and primary hypertrophic osteoarthropathy:a clinicaland biochemical characterization ［J］.J Clin Endocrinol Metab,2013,98（5）:E923-E933.DOI:10.1210/jc.2012-3568.

［5］Ghosn S,Uthman I,Dahdah M,et al.Treatment of pachydermoperiostosis pachydermia with botulinum toxin type A ［J］.J Am Acad Dermatol,2010,63 （6）:1036-1041.DOI:10.1016/j.jaad.2009.08.067.

［6］Tariq M,Azeem Z,Ali G.Mutation in the HPGD gene encoding NAD+dependent 15-hydroxyprostaglandin dehydrogenase underlies isolated congenital nail clubbing （ICNC）［J］.J Med Genet,2009,46（1）:14-20.DOI:10.1136/jmg.2008.061234.

［7］Kanai N,Lu R,Satriano JA et al.Identification and characterization of a prostaglandin transporter［J］.Science,1995,268（5212）:866-869.DOI:10.1126/science.7754369.

［8］Busch J,Frank V,Bachmann N,et al.Mutations in the prostaglandin transporter SLCO2A1 cause primary hypertrophic osteoarthropathy with digital clubbing［J］.J Invest Dermatol,2012,132（10）:2473-2476.DOI:10.1038/jid.2012.146.

A case of pachydermoperiostosis caused by a deletion mutation in the HPGD gene

Ding Chenzhao,Ren Lei,Yue Hao,Li Jing,Zhao Tianxue,Qin Guijun
Department of Endocrinology,First Affiliated Hospital of Zhengzhou University,Henan Clinical Center for Endocrine and Metabolic Diseases,Zhengzhou 450052,China

ObjectiveTo confirm a case of pachydermoperiostosis （primary hypertrophic osteoarthropathy）at the molecular level by gene sequencing.MethodsPeripheral blood samples were obtained from a 26-year-old male patient with pachydermoperiostosis and his parents,and DNA was extracted from these blood samples.Polymerase chain reaction（PCR）was performed to amplify all the exons of HPGD and SLCO2A1 genes,and gene sequencing to identify gene mutations.According to sequencing results,the spatial structure of relevant proteins was predicted.ResultsGene sequencing showed a homozygous frame-shifting mutation c.310_311delCT（p.L104AfsX3）in exon 3 of the HPGD gene in the patient.His mother was a heterozygous carrier of the mutation,but no mutation was identified in his father.The prediction of spacial structure of proteins revealed that the above gene mutation could shorten the length of the encoded peptide by about 60%.ConclusionTypical clinical manifestations and imaging findings are helpful for the primary diagnosis of pachydermoperiostosis,while mutation analysis of HPGD and SLCO2A1 genes is a main approach to its final diagnosis.

Osteoarthropathy,primary hypertrophic;Mutation;HPGD gene;SLCO2A1 gene

Qin Guijun,Email:hyqingj@zzu.edu.cn

2015-04-10）

（本文编辑：颜艳）

秦贵军，Email：hyqingj@zzu.edu.cn

10.3760/cma.j.issn.0412-4030.2016.01.013