矮身材儿童基因检测研究进展

杨柳 王爱萍

摘要：近年来，矮身材在儿科内分泌疾病中所占比重日益增长，对矮小儿童的身体、心理及社会适应能力产生较大影响，受到内分泌科医生及家长的高度关注。目前，矮身材治疗仍首选重组人生长激素，由于重组人生长激素临床疗效存在显著差异及用药成本过高等问题，因此，目前对矮小症诊治仍有争议，进一步明确矮身材病因，才是进行有效治疗的关键。现今，随着分子生物学技术不断进步，导致矮小的基因逐渐被人类发现，从而协助临床诊断。引起矮小的基因有很多，如GHR基因、SHOX基因、IGF-1R基因、IGFALS基因、NPR2基因、GHRHR基因、GH1基因、PIT-1基因等均可导致身材矮小。本文就目前国内外关于矮身材儿童相关基因的研究进展作一综述。

关键词：矮小症;基因;研究进展

【中图分类号】R72  【文献标识码】A  【文章编号】1673-9026（2020）07-010-03

矮身材（Short Stature）指在相似生活环境下，同种族、同性别和同年龄的个体身高低于正常同龄人群平均身高2个标准差（-2SD），或低于第3百分位数（-1.88SD）者^[1]。矮身材是多病因综合征，与遗传、环境、营养、精神心理、全身性慢性疾病、遗传代谢及内分泌激素密切相关，现已成为我国儿科内分泌门诊最常见疾病之一。矮身材病因多达80余种，以GHD、ISS、CDGP、FSS、CH、SGA、IGF缺乏较常见。其中，特发性矮小（ISS）占比高达60%-80%，体质性青春期延迟和家族性矮小也归为此类[2]。目前使用单基因、Sanger测序、二代测序、外显子测序在诊断ISS方面取得了进展。虽然存在许多与矮小相关的基因，但只有很少一部分能高频检出。二代测序表明，目前已知引起骨发育异常并表现为明显ISS表型的基因包括：CYP26C1基因，SHOX基因，ACAN基因，NPR2和IHH的编码基因。2017年西班牙巴塞罗那第二届欧洲生长激素缺乏会议，对于矮身材儿童， 随着基因组学研究，已发现影响身高的一百余种基因，临床医生的紧要任务就是根据临床表型及实验室检查，决定哪些患者需要进行基因检测及进行何种基因检测。

1 GHR基因

GHR基因位于5p13-12，由9个外显子组成，全长约87kb，共编码620个氨基酸，主要表达于肝脏。现已有90多个GHR突变，包括缺失、错义、无义、移码和剪接位点突变^[3]。该基因突变引起细胞内信号转导异常，导致生长障碍^{[4， 5]}。大多数生长激素不敏感（GHI）病例由GHR双等位基因杂合突变引起^[2]。Mitani等^[6]报道了1例新发GHR单等位基因S219L突变，及先前报道具有显性负效应的单等位基因：R211H，R161C，C122X，E224D和A478T，都是剪接位点突变或移码突变，均提示增加矮小易感性。GHR功能障碍患者不仅个子极矮、骨矿密度降低、肥胖，而且患骨质疏松症、脂质紊乱和心血管疾病风险会增大。同时Shudai Lin等^[6]发现个体侏儒症也可能由多种GHR突变引起。GHR突变的临床特征是严重的出生后生长障碍和IGF-I水平降低，伴GH分泌正常或增加。对于明显矮小;IGF-1正常或减低;GHBP常减低，也可正常或升高;GH刺激试验峰值>10ug/L以及骨龄落后等GH不敏感，GHR基因筛查阳性率增高。

2 SHOX基因

SHOX基因位于人类性染色体Xp22.3和Ypll.3拟常染色体区（PAR1区），约40kb，含7个外显子，通过3剪接编码2种蛋白：SHOXa蛋白^[7]及SHOXb蛋白，分別在骨骼肌心脏、骨髓成纤维细胞及骨成纤维细胞中表达。已证实Leri—Weill综合征（LWD）、LMD、Turner综合征（TS）、ISS与SHOX基因缺陷密切相关。大约90%SHOX基因变异是缺失或复制，剩下10%主要是点突变。SHOX基因纯合或复杂杂合突变或其下游增强序列导致75%的Langer染色体增生异常^{[8， 9]}。SHOX单倍剂量不足及纯合突变，前者多表现为LWD及TS骨骼畸形，即桡骨弯曲、尺骨脱位、马德隆畸形（MD）、先天性短颈、高腭弓及小下颌等;后者多表现为严重身材矮小和Langer肢中骨发育不良，即严重四肢长骨缩短，生长迟缓等。Bakir 等^[10]利用多重连接依赖探针扩增（MLPA）及荧光原位杂交（FISH）评估86名诊断为矮小和MD患者，SHOX缺失相当于MD患者的37.5%，为SHOX单倍体功能不全。Katerina等^[11]发现MD或不成比例的矮小、前臂短小和肌肉肥大共同出现是确定SHOX基因缺陷检测可能性的最有效的标志物。Charmian等^[12]人用MLPA鉴定61名ISS患儿SHOX基因缺失/重复，提示SHOX和IGFALS基因的杂和变异在ISS中占比很大，为ISS下一代基因测序寻找病因提供依据。虽然SHOX缺乏的外显率很高，但临床表现多变，女孩特征性体征更严重^[13]。所以筛选出以上SHOX异常表观学特征可增加SHOX阳性检出率。

3 IGF-1R 基因

IGF-1R基因位于15q26.3，含21外显子，20内含子，长约315000bp，是跨膜多亚基酪氨酸激酶受体，由膜外区、跨膜区及膜内区组成^[14]。表达在骨骺生长板软骨细胞及所有成骨细胞上。IGF-1R是促进IGF通过与IGF-1结合，其表达多态性通过等位基因异常导致生长障碍，IGF-1R通过激活PI3K/Akt和MEK/Erk信号通路具有增殖和抗凋亡作用。IGF-1R突变失活会导致矮身材和较高水平IGF1。Yingbo Lin等^[15]鉴定了一未分类IGF1RR1353H变异。睾丸激素和性激素结合球蛋白水平降低，而LH和FSH处于正常范围。表明对雄激素的敏感性增加，与男性携带者的高度表型有关。在IGF1R及其周围基因杂合性缺失患者中，有发育延迟、面部、心脏和四肢异常，多由周围基因单倍性不足引起。具有纯合和杂合IGF1突变的患者，表型包括IUGR，小头畸形，出生后生长衰竭，发育迟缓，感觉神经性听力减退和高胰岛素血症^[16]。

4 IGFALS基因

胰島素样生长因子酸不稳定亚单位（IGFALS）定位于16p13.3，全长约4.5kb。外显子1有16个碱基，外显子2有1802个碱基，后者占编码区的99%。所有目前报道的突变均来自于外显子2^[17]。酸不稳定亚单位（ALS）是IGFALS基因编码由肝脏产生的糖蛋白，与IGF-1和IGFBP3形成三元复合物，维持正常IGF-1水平并延长半衰期。杂合子携带者的IGF-1、IGFBP-3浓度虽低，但其有正常青春期、胰岛素代谢和骨密度（BMD），可实现正常的青春发育和AH^[18]。IGFALS基因纯合和复杂杂合变异导致严重身材矮小、生长激素不敏感和血清IGF-1、IGFBP-3和ALS水平显著降低^{[12， 19]}。IGF-1<-1 SDS及骨龄延迟均可提高IGFALS基因异常检出率^[12]。Karen等报告原发性ALS缺陷的新型隐性IGFALS突变（N276突变、Q320X突变），伴IGF-I和IGFBP-3显著降低;IGF-II、IGFBP-1和2异常;高胰岛素血症;胰岛素抵抗;以及青春期延迟和骨质疏松症^[20]。目前已知参与人类原发性IGF缺乏候选基因谱包括：GHR、IGF-I、STAT5b和IGFALS基因。IGFALS突变的筛查主要针对GHI，IGFBP3水平显著降低以及一些临床特征，包括轻度SGA，骨质减少，胰岛素不敏感和青春期延迟，基因检测会更具针对性。

5 NPR2基因

NPR2基因编码NPR-B，是CNP与软骨内骨生长主要跨膜受体。已证实NPR2杂合突变与矮小有关^[21]。C型利钠肽（CNP）是骨骼生长重要调节剂，在脑、软骨及内皮细胞中高表达。NPR2突变约占矮小3%，其同源突变引起常染色体隐性骨骼发育异常，被称为肢端中胚性发育不良，Maroteau型。NPR2纯合突变导致严重发育不良：在表型上与LMD相似，即严重矮小（<-5SDS），四肢缩短，前臂变短，掌、趾骨变得短、宽^[22]。而NPR2杂合突变具有轻度矮身材，对生长信号的显性-负性效应表明它是ISS遗传原因之一，其异常携带者在儿童期CNP，NT-proCNP和IGF-I水平异常但在成年期正常，是非综合征性FSS重要原因^{[21， 23]}。而Nppc或NPR2的过表达则呈现过度生长。至今尚无NPR2突变患者表现为MD，这是LWD最具特征的异常。Il Tae 等^[24]在韩国116名ISS受试者中鉴定三个新NPR2致病突变（R921Q、R495C和Y598N）和一个良性变异（R787W）。在非症状性矮小儿童对常规GH治疗的反应不佳时，需要考虑NPR2基因杂合突变。所以对无MD、SHOX阴性或其增强子未检测到改变的LWD疑似个体进行NPR2突变筛查。

6 GHRHR基因

GHRHR基因定位于7号染色体短臂，编码分泌素样蛋白偶联受体（GPCR）家族成员，与GHRH结合后，激活刺激性G蛋白亚基（GSA）。其突变是内含子1的5′剪接供体位点的GT的颠换（C57+1G→A），阻止内含子1从RNA中正确剪接。先天GHRHR基因纯合突变引起孤立性生长激素缺乏（IGHD）。GHRH或GHRHR突变、GH、催乳素和TSH缺乏或GHR完全缺失而导致的IGHD小鼠比其正常同胞存活时间更长，且GHD患者GH信号与寿命呈负相关性^[25]。国外报道一个血缘关系高度密切家族105例IGHD患者，表型均为身材矮小，洋娃娃相，高音调、中心性肥胖和青春期延迟^[26]。也有报道GHRHR基因无义突变引起的家族性侏儒症^[27]。

7 Pit-1基因

Pit-1基因位于人3号染色体3pll区，含6个外显子，全长约14 kb，编码291个氨基酸，是一种POU同源结构域蛋白，与GH1近端启动子中两个高度保守元件结合。联合垂体激素缺乏症（CPHD）即是由Pit-1基因突变引起，其包括GH和TSH缺乏所致生长障碍，以及FSH和LH缺乏所致第二性征发育延迟。最近有发现3M综合征、Silver-Russell综合征（SRS）和Noonan综合征（NS），其表型可能与GHI有重叠部分。在来自不同背景的家族性和散发性CPHD患者中，已有大约35种不同的POU1F1大多错义突变被描述。该基因异常表达可表现为身材矮小、婴儿期全面发育迟缓、前额突出、面中线发育不良、眼球内陷、垂体发育不良、智力障碍等，垂体MRI提示垂体发育不良。从而对有CPHD临床表现的患儿需考虑筛查Pit-1基因。

8 小结

综上所述，在遗传因素导致的矮小儿童中，病因涉及染色体结构、数目异常，单基因突变及表观遗传学改变等各个层面，其中GH-IGF-1轴集中了绝大多数基因变异，尤其是特发性矮小原因不明，临床表现从仅有骨骼系统受累，到全身多脏器多系统同时受累，但是通过基因分析及单核苷酸多态性分析，其中有些已从基因水平找到病因。但基因检测技术本身存在漏诊可能，目前已知矮小相关综合征越来越多，临床遇到骨骼异常或多器官系统受累及特殊面容患儿，应根据临床综合信息选择恰当分子遗传学检测手段以明确诊断，提高识别罕见基因变异的能力，为临床内分泌医生提供诊疗方向，并为治疗和遗传咨询提供更多的依据。

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通信作者：王愛萍，Email： wangaiping@etyy.cn