2020年兒童矮身材遺傳學(xué)診斷與研究的挑戰(zhàn)和機(jī)遇(全文)

1、2020 2020 年兒童矮身材遺傳學(xué)診斷與研究的挑戰(zhàn)和機(jī)遇（全文）線性生長(zhǎng)發(fā)生于胚胎期到青春期至成人早期， 受遺傳、內(nèi)分泌、營(yíng)養(yǎng)、線性生長(zhǎng)發(fā)生于胚胎期到青春期至成人早期， 受遺傳、內(nèi)分泌、營(yíng)養(yǎng)、疾病以及環(huán)境等多因素的影響。下丘腦垂體生長(zhǎng)激素胰島素樣生長(zhǎng)因疾病以及環(huán)境等多因素的影響。下丘腦垂體生長(zhǎng)激素胰島素樣生長(zhǎng)因子子factor，IGF）1 軸以及生長(zhǎng)板是調(diào)控生長(zhǎng)的重要因素。胚胎發(fā)育進(jìn)程中下丘腦垂體發(fā)育相關(guān)的基因變異通常會(huì)導(dǎo)致多種要因素。胚胎發(fā)育進(jìn)程中下丘腦垂體發(fā)育相關(guān)的基因變異通常會(huì)導(dǎo)致多種垂體激素缺乏，下丘腦垂體信號(hào)異?？捎绊懮L(zhǎng)激素的合成和釋放，靶垂體激素缺乏，下丘腦垂體信號(hào)異?？捎绊?/p>

2、生長(zhǎng)激素的合成和釋放，靶組織受體缺陷可致生長(zhǎng)激素、 組織受體缺陷可致生長(zhǎng)激素、 IGF1 功能異常，均引起身材矮小1,2,3,4,5 1,2,3,4,5 。在內(nèi)分泌和旁分泌因子的影響下，生長(zhǎng)板參與軟骨細(xì)胞增殖、肥大和分泌軟骨細(xì)胞外基質(zhì)進(jìn)程的基因異常也與身材矮小相關(guān)，但大多伴肥大和分泌軟骨細(xì)胞外基質(zhì)進(jìn)程的基因異常也與身材矮小相關(guān)，但大多伴有骨骼發(fā)育不良有骨骼發(fā)育不良1,2,3,4,5 。隨著遺傳學(xué)新技術(shù)的廣泛臨床應(yīng)用，越來越多的矮身材患兒得到了明確的病因診斷，提高了臨床醫(yī)師關(guān)于疾病的認(rèn)識(shí)和多的矮身材患兒得到了明確的病因診斷，提高了臨床醫(yī)師關(guān)于疾病的認(rèn)識(shí)和診斷水平。而關(guān)于矮身材患兒復(fù)雜的遺傳檢測(cè)結(jié)

3、果的解析與鑒定，臨床表型診斷水平。而關(guān)于矮身材患兒復(fù)雜的遺傳檢測(cè)結(jié)果的解析與鑒定，臨床表型和基因型的多樣性及復(fù)雜性分析方面，仍面臨諸多問題和挑戰(zhàn)。和基因型的多樣性及復(fù)雜性分析方面，仍面臨諸多問題和挑戰(zhàn)。一、矮身材相關(guān)基因的研究進(jìn)展（一）下丘腦垂體發(fā)育相關(guān)基因在胚胎發(fā)育進(jìn)程中，多種轉(zhuǎn)錄因子調(diào)控下丘腦垂體的正常發(fā)育。如早、SOX2 、SOX3 、PTX1、PTX2 基因以及晚期轉(zhuǎn)錄因子 PROP1 、POU1F1 基因等。這些轉(zhuǎn)錄因子的異常，除可導(dǎo)致生長(zhǎng)障礙、其他垂體激素缺乏通常還伴有相關(guān)發(fā)育異常，如視中隔 發(fā)育不良和（或）眼部缺陷（、OTX2SOX2SOX3 基因）、骨骼缺陷PITX2基因）、智

4、力缺陷（SOX3 SOX2 基因）等。PROP1POU1F1 PROP1 基因缺陷占6.7 11.6 GLI2FGF8FGFR1PROKR2 PROK2 、IGSF1 等基因與下丘腦垂體發(fā)育相關(guān)，患兒可出現(xiàn)身材矮小、多 基因變異的患兒易出現(xiàn)多指畸形，IGSF1 基因變異的男性患者還可出現(xiàn)巨睪癥發(fā)育相關(guān)基因的檢測(cè)和重點(diǎn)分析。（二）與生長(zhǎng)激素 IGF1 軸相關(guān)的基因生長(zhǎng)激素和IGF1 是縱向生長(zhǎng)的重要調(diào)節(jié)因子。迄今已證實(shí)了 余個(gè)可影響生長(zhǎng)激素分泌IGF1 生物利用度和作用的基因缺陷與生長(zhǎng)障礙相關(guān)。這些基因缺陷可導(dǎo)致生長(zhǎng)激素缺乏癥、生長(zhǎng)激素不敏感、 IGF 不敏感等，甚至在特發(fā)性矮身材（short，

5、ISS）及小于胎齡兒（for，SGA）中也可檢測(cè)到相應(yīng)的基因變異。 基因缺陷可導(dǎo)致單純性生長(zhǎng)激素缺乏癥，患兒的典范表現(xiàn)為勻稱性身材矮小、生長(zhǎng)速率降低，生長(zhǎng)激素及 IGF1 水平低1 。但也有研究顯示 GH1 雜合或純合變異與生長(zhǎng)激素生物失活有關(guān)，患兒可出現(xiàn)單純性生長(zhǎng)激素缺乏癥類似的表型，但生長(zhǎng)激素水平正常或升。甚至也有研究發(fā)現(xiàn) 基因啟動(dòng)子ISS 相關(guān)。GHSR 基因 是編碼受體的基因。GHSR 基因變異可致 ISS、生長(zhǎng)激素缺乏癥、體質(zhì)性生長(zhǎng)和青春期發(fā)育延遲，但其嚴(yán)重程度和外顯率各有不同，甚至在同一家族中可出現(xiàn)兩種不同的表型 臨床表現(xiàn)的異質(zhì)性可能是基因缺陷導(dǎo)致的蛋白改變，進(jìn)而影響了與 親和力和

6、受體的固有活性。 基因 基因純合或復(fù)合雜合變異可致完全性生長(zhǎng)激素不敏感如綜合征表現(xiàn)為顯著矮小、生長(zhǎng)激素水平升高或正常、IGF1及IGF接合蛋白水平較低。但 基因雜合變異也可致不同程度生長(zhǎng)激素不敏感，從 基因活性完全喪失到輕度受損，引起不同程度的臨床表型，表現(xiàn)為部分生長(zhǎng)激素不敏感或因 僅有輕度生長(zhǎng)激素不敏感的表型，而被歸類于 ISS2。在ISS 隊(duì)列研究中發(fā)現(xiàn) 基因雜合變異的頻率為 5.0 。IGF1、IGF1R 基因：IGF1基因是胎兒宮內(nèi)及生后生長(zhǎng)發(fā)育的重要IGF1 基因缺失或純合功能喪失基因變異可致嚴(yán)重的宮內(nèi)及生后生長(zhǎng)障礙、小頭畸形、智力發(fā)育障礙等，患兒 IGF1 水平顯著降低，生長(zhǎng)激素水

7、平正常或升高。與非攜帶者相比，IGF1 基因雜合變異的患兒也可 。IGF1R 基因雜合變異或IGF1 IGF1 基因變異患兒的表IGF1 水平正常或升高3SGA 患兒IGFR 缺陷。IGF2 基因：IGF2 是重要的宮內(nèi)生長(zhǎng)發(fā)育因子，但近期研究發(fā)現(xiàn)IGF2 關(guān)于生后的生長(zhǎng)也非常重要父源IGF2 基因變異致基因表達(dá)不足時(shí)， 患兒可出現(xiàn)生長(zhǎng)受限。如 Russell綜 合 征 （ Russell Synrome,SRS）中，約的病歷是由于的印記區(qū)域父源性 低甲基化，使父源性IGF2 表達(dá)減少所致。等在一家族中發(fā)現(xiàn)4 例有SRS 表型的個(gè)體，但未檢測(cè)到公認(rèn)的幾種已知SRS 缺陷經(jīng)過外顯子分析發(fā)現(xiàn) 4

8、例患者均有遺傳自父親的IGF2 基因無義變異已發(fā)現(xiàn)IGF2 基因的1 種錯(cuò)義變異和6 種失功能變異與矮小相關(guān) 。STAT5B STAT5B 激活下游細(xì)胞內(nèi)信號(hào)途徑STAT5B 基因純合失活變異，可導(dǎo)致典范的生長(zhǎng)激素不敏感， 。STAT5B 基因雜合變異可導(dǎo)致身高輕度降低。攜帶變異的個(gè)體身高比無變異的家族成員矮，可能與部分單倍劑量不足有關(guān)2,3 。三聚體缺陷（PAPPA2 基因）IGF1在血循IGFBP3 和酸不穩(wěn)定亞基接合形成三聚體復(fù)合物，該復(fù)合物可延IGF1 雙等位基因功能喪失變異可導(dǎo)致患兒出現(xiàn)輕度矮身材伴性發(fā)育遲緩， IGF1、IGFBP3 水平升高?；螂s合變異可導(dǎo)致身高降低，部分ISS

9、。PAPPA2 基IGF1 IGFBP3 （但游IGF1 水平低），。IGF1 軸作用的進(jìn)程中任一基因缺陷均可導(dǎo)致身材矮小。而且同一臨床特征可由不同的基因缺陷所致，如生長(zhǎng)激素不敏感與GHR、STAT5B、IGF1 IGF1R、PAPPA2 等基因缺陷有關(guān)。同一個(gè)基因的不同變異形式可引起不同的臨床 基因缺陷既可導(dǎo)致完全性生長(zhǎng)激素不敏感，部分性生長(zhǎng)激ISSISS SGA 患兒中也發(fā)現(xiàn)了生長(zhǎng)激素IGF1 （三）調(diào)節(jié)生長(zhǎng)板的基因軟骨細(xì)胞的增殖、肥大、衰老以及軟骨基質(zhì)合成的進(jìn)程中，自分泌和旁分泌是主要的調(diào)節(jié)因子。編碼或調(diào)控這些因子的基因、編碼基質(zhì)蛋白和蛋白多糖的基因缺陷以及多種細(xì)胞內(nèi)途徑信號(hào)異常也可致不

10、同形式的矮 小和骨骼發(fā)育不良1,3 。SHOX 基因：SHOX 基因調(diào)節(jié)生長(zhǎng)板的具體作用機(jī)制不明。SHOX 基因作為轉(zhuǎn)錄激活劑，存在基因劑量效應(yīng)。SHOX 基因純合或復(fù)合雜合變異，可致肢中骨發(fā)育不良 ；而雜合變異或缺失則可致多種不同的表型如輕度骨骼發(fā)育異常、 軟骨生長(zhǎng)障礙、ISS1,3。622 的ISS 可發(fā)現(xiàn)SHOX 基因缺陷或調(diào)節(jié)因子異常（缺失、反復(fù)、插入等）4。NPPC基因型利鈉peptie,CNP)及其受體NPRB 是軟骨內(nèi)成骨的正調(diào)控因子，刺激軟骨細(xì)胞的增殖、分化、軟骨基質(zhì)合成編碼 的基因NPPC 與成人身高鮮明相關(guān)在家族性ISS的家系中發(fā)現(xiàn)存在NPPC 基因雜合變異，患兒除出現(xiàn)矮身

11、材，還伴有小手 。NPR2 雙等位基因功能喪失變異可致肢端肢中發(fā)育不全 。而雜合變異的表型與SHOX 基因單倍劑量不足的患兒相似，可致 ISS，但沒有或僅有輕微的骨骼發(fā)育不良特征，一般無馬德隆畸形 。在ISS 患NPR2 。 基因：ACAN 基因編碼細(xì)胞外基質(zhì)中的重要組成部分蛋白多糖 基因變異亦存在基因劑量效應(yīng)。 純合變異可致嚴(yán)重骨骼發(fā)育不（脊椎干骺端發(fā)育不良型而 雜合變異所致骨骼發(fā)育不全稍輕，或僅出現(xiàn)矮身材、骨齡超前，但不伴有鮮明影像學(xué) 可見的骨骼發(fā)育不良。另外，在 多個(gè)常顯矮身材家族中發(fā)現(xiàn) 基因變異者逾 余例。在SGA、ISS患兒中也證實(shí)存在 基因缺陷。FGFR3 基因：FGFR3 基因途

12、徑在生長(zhǎng)板軟骨生成進(jìn)程中是一種負(fù)調(diào)節(jié)因子 FGFR3 基因變異可導(dǎo)致致死性發(fā)育不全、軟骨發(fā)育不全和軟骨發(fā)育不良，臨床表型的不同與變異的位置有關(guān) 。但在勻稱性矮FGFR3 變異。 基因編碼一種關(guān)鍵的軟骨內(nèi)骨化的旁分泌調(diào)節(jié)因 基因純合變異導(dǎo)致肢端骨發(fā)育不良。雜合變異可致短指 型，表現(xiàn)為中間指、趾骨顯著短小，可與末端指、趾骨融合。有報(bào)道在 ISS 3.4 雜合變異，現(xiàn)患者5 。調(diào)節(jié)生長(zhǎng)板的基因缺陷大多引起非勻稱性矮小和骨骼發(fā)育不良， 臨床相關(guān)于容易識(shí)別。但這些基因的雜合變異也可引起臨床及影像學(xué)不易識(shí)別的 骨骼發(fā)育不良，甚至在 ISS 患兒中，也檢測(cè)到這些基因的雜合變異，這進(jìn)一步加大了基因分析的難度。

13、除上述基因異常外，染色體異常、基因組印記基因異常等也可導(dǎo)致矮 身材，如綜合征、Russell綜合征、Praer 綜合征等。二、矮身材遺傳學(xué)分析的意義與挑戰(zhàn)矮小是一種臨床常見的臨床表征， 矮身材的診斷進(jìn)程實(shí)質(zhì)上是確定導(dǎo)致身材矮小病因的進(jìn)程。不管身高和生長(zhǎng)發(fā)育受多因素影響，但遺傳因素 的影響在其中占有較大比重。隨著新型、高通量醫(yī)學(xué)遺傳學(xué)技術(shù)的廣泛臨 床應(yīng)用，越來越多的基因被證實(shí)與矮小相關(guān)，越來越多的矮身材兒童經(jīng)過，（1）有助于明確診斷，判斷預(yù)后。在確定患兒致病基因的同時(shí)，經(jīng)過基因變異 的具體信息可了解該基因變異容易影響哪些組織器官，從而提示醫(yī)生應(yīng)注 意是否存在其他合并且癥的可能 。（2）有助于確定

14、矮身材患者的治療方案，避免重組人生長(zhǎng)激素（， ）的亂用。不管大多矮身材的患者可采用 治療以改善成人身高，但并且非一切矮身材的患者均可或適合應(yīng)用 治療。如生長(zhǎng)激素受receptor,GHR)缺陷者關(guān)于 治療反映差；生長(zhǎng)板相關(guān)基因異常導(dǎo)致的矮小，應(yīng)用 治療難以取得較好療效。綜合征等則禁用 治療。（3）關(guān)于可以應(yīng)用 治療的患兒，明確基因變異有助于判斷 的治療效應(yīng)。如 基因純合缺失患兒用 治療易產(chǎn)生生長(zhǎng)激素抗體，導(dǎo)致療效不佳IGFR缺陷的患兒治療后，患兒的IGF1 的水平可鮮明升高，但敏感性降低。SHOX 基因下游和上游增強(qiáng)子的雜合缺失，可引起與SHOX 基因缺陷相似的臨床表型，但攜帶SHOX 基因增

15、強(qiáng)子缺失的兒童關(guān)于 治療的反映優(yōu)于攜帶SHOX 基因缺陷者。（4）利于新藥開發(fā)和臨床應(yīng)用。 及其受體在生長(zhǎng)板中的功能是近年生長(zhǎng)遺傳學(xué)研究領(lǐng)域的突破，闡明 CNP/NPR B這一途徑在線性生長(zhǎng)中的作用，利于關(guān)于軟骨發(fā)育不全患兒的治療藥物開發(fā)。 類似物在軟骨發(fā)育不全小鼠模型中已取得較好療效，針關(guān)于軟骨發(fā)育不全兒童的臨床試驗(yàn)正在進(jìn)行中 長(zhǎng)效 類似物還有望作為非綜合征矮小，特別是NPR2 或NPPC 基因雜合變異患兒的潛在治療。（5） 基因診斷還有利于關(guān)于家系進(jìn)行遺傳咨詢，特別是針關(guān)于部分同時(shí)嚴(yán)重影響骨 骼發(fā)育以及可合并且智力發(fā)育障礙的基因異常，可早期實(shí)施家系調(diào)查、攜帶 者檢出、產(chǎn)前診斷等，有效實(shí)施優(yōu)

16、生優(yōu)育。（ 6 ）經(jīng)過矮小相關(guān)基因的大 數(shù)據(jù)分析可進(jìn)一步了解基因與矮小的關(guān)系、基因型與表型的關(guān)系，總結(jié)分 析導(dǎo)致矮小的某種基因檢查指征，利于選擇恰當(dāng)?shù)臋z測(cè)方法實(shí)施精準(zhǔn)診斷。如鑒于當(dāng)前的研究結(jié)果，有學(xué)者推薦宮內(nèi)生長(zhǎng)遲緩、小頭畸形、精神運(yùn)動(dòng)發(fā)育遲緩、耳聾者宜考慮是否存在 IGF1 基因異常；家族性矮身材、IGF1 IGF1R SRS 的臨床SRS IGF2 缺陷；矮身材伴多指畸形應(yīng)進(jìn)行 基因檢測(cè)；矮身材伴骨齡 基因變異等。 1）遺傳缺陷種類和臨床表型的復(fù)雜多變使基因型表型的相關(guān)性分析較為困難。主要表現(xiàn)為與矮身材相關(guān)的基因眾多；一種臨床異?？捎蓭追N不同的基因變異所 致；同一個(gè)基因可出現(xiàn)不同的變異，部

17、分存在基因劑量效應(yīng)，患兒可出現(xiàn)較寬的表型譜從骨骼發(fā)育不良到如NPR2IGF1、IGF1RFGFR3 基因變異等。某些基因變異不僅可影響生長(zhǎng) 發(fā)育，還可影響其他組織器官，導(dǎo)致先天畸形或多系統(tǒng)表型。所以如何識(shí) 別這些異常也是臨床醫(yī)生面臨的挑戰(zhàn)。（ 2）部分概念或觀念需做出轉(zhuǎn)變。如 ISS 是一種排他性診斷，其實(shí)質(zhì)是目前病因未明的矮小的總稱。在矮身材患者中 可單純出現(xiàn)矮身材，而無其他任何臨床和實(shí)驗(yàn)室檢查可見的異常，這些患者通常被歸類于 ISS1 。而隨著基因檢測(cè)技術(shù)的普及，在越來越多的 ISS 患兒（囊括家族性和非家族性）中，發(fā)現(xiàn)了不同的基因變異類型確定了一些新的基因缺陷 進(jìn)而明確了這些矮小患兒的病因。隨著新一代測(cè)序技術(shù)的廣泛臨床應(yīng)用和時(shí)間的推移，被診斷為 ISS 的兒童有望日益減少，ISS 的概念也有可能終被摒棄。另外以IGF1 水平降低作為矮身材篩查一線基礎(chǔ)檢測(cè)有可能導(dǎo)致生長(zhǎng)激素IGF1 軸功能異常IGF1 自身的基因缺陷外，GHR 后的信號(hào)途徑、異常、IGFR IGF1 正常發(fā)揮作用，出現(xiàn)生長(zhǎng)激素不敏感或 IGF1 IGF1 水平可以降低、正?；蛏逫GF1 水平進(jìn)行矮身材的臨床篩查難以進(jìn)行生長(zhǎng)激素 IGF1 軸