赵娟 王仙金
上海市杨浦区中心医院（同济大学附属杨浦医院) 儿科 上海 200090
摘要：特发性矮小的病因目前暂不明确，临床中仍是排外性诊断，国内外广泛认为特发性矮小是多基因病。传统上，生长激素-胰岛素样生长因子I (GH - IGF-I)轴是生长中最重要的信号通路，该轴的缺陷可引起特发性矮小，最近的研究表明，许多因素独立于生长激素IGF-1系统调节生长板。本文介绍了4个基因CYP26C1、ACAN、ANKRD11、rs11205277、将有助对特发性矮小的理解及指导治疗。
关键词：特发性矮小、基因突变、对生长激素反应?
Novel genetic cause and research progress of idiopathic short stature
Zhaojuan Pediatric department Yangpu Hospital,Tongji University School of Medicine,450 Tengyue Road,Shanghai 200090,China.
Abstract: The etiology of idiopathic short stature is not clear at present and it is still an exclusive diagnosis in clinic.it is widely regarded to be polygenic disease. Traditionally, the growth hormone-insulin-like growth factor I (GH-IGF-I) axis is the most important signal pathway in linear growth, and its defects can cause idiopathic short stature. Recent studies have shown that many factors regulate the growth plate independently of the growth hormone IGF-1 system. In this paper, four genes CYP26C1, ACAN, ANKRD11 and rs11205277 are introduced, which will help to understand and guide the treatment of idiopathic short stature.
Key words : idiopathic short stature ;Gene mutation;Response to growth hormone
特发性矮小（ISS）指身高低于同年龄、同性别、同种族人群的平均身高２SD或第３百分位以下，且排除器质性、慢性系统性、先天性、遗传性、代谢性、染色体病变、营养性及精神心理等己知病因所导致的生长障碍，目前认为特发性矮小可能是一种多基因疾病，临床上无ＧＨ缺乏和明显的进行性病理改变。传统上，生长激素-胰岛素样生长因子I (GH - IGF-I)轴是生长中最重要的信号通路，该轴的缺陷表现为生长激素缺乏或IGF-I缺乏。由生长激素-IGF-1轴基因突变引起的血清生长激素或IGF-1水平的细微变化，可表现为特发性矮小。最近的研究表明，许多因素，包括旁分泌信号、细胞外基质和软骨细胞的细胞内机制，独立于生长激素IGF-1系统调节生长板[1]。诊断技术的快速发展使得能够发现许多遗传原因。目前已经发现的有SHOX，NPR2，NPPC，FGFR3，本文将介绍新的基因突变类型CYP26C1、ACAN、ANKRD11、rs11205277，这些基因与特发性矮小有关。
一、CYP26C1基因
视黄酸降解酶CYP26C1是一种属于细胞色素 P450 超家族的酶，参与细胞内视黄酸的降解，而视黄酸已被证明在骨骼形成过程中发挥重要作用。CYP26C1基因发生突变后使酶活性改变，使视黄酸的分解代谢障碍，导致视黄酸的过量。在出生后的小鼠实验中，发现过量的视黄酸通过抑制骨的增殖和肥大生长板软骨细胞及合成基质来阻碍纵向骨生[2]，从而导致肢体模式的改变，最终导致身材矮小。Montalbano等人通过 exome 和 Sanger 测序，分析无SHOX缺陷症的856 名身材矮小的人。在六个独立个体中鉴定出三种不同的破坏性错义变异体和一种剪接变异体，然后使用斑马鱼作为模型，在体外或体内测试了所鉴定的变体的功能重要性。最终鉴定了三种不同的罕见错义变异体，p.(Pro50Ser)，p.(Gln119Pro)，和 p.(Ala304Thr)，和一种剪接变异体改变c.706-2A>C，它们均改变了 CYP26C1 的酶活性。突变 CYP26C1 蛋白，即使异位表达，也不能减少视黄酸。因此携带 CYP26C1基因有害变异体的个体可能有视黄酸的分解代谢缺陷，导致视黄酸的过量，从而导致肢体模式的改变，最终导致身材矮小。另外Montalbano等人研究发现，CYP26C1基因作为一种遗传修饰物，在缺乏 SHOX 变体的情况下，破坏性变体可导致身材矮小，引起更严重的临床表现[3]。原理是 CYP26C1基因改变后导致高视黄酸水平，进而抑制 SHOX 表达，从而加剧 SHOX 缺乏表型[4]。到目前为止，所有 SHOX 和 CYP26C1的联合变异体都是在 LeriWeill 软骨发育不良症患者中发现的，这是 SHOX 缺陷的严重形式。
二、ACAN基因
聚集蛋白聚糖是生长板和关节软骨细胞外基质的关键蛋白多糖成分，在软骨的生物物理和生物力学特性中起着关键作用。编码聚集蛋白聚糖的ACAN基因位于15q26.1，其突变导致聚集蛋白聚糖缺乏、软骨细胞外基质结构异常、软骨细胞增殖减少和肥大软骨细胞分化加速。这些患者表现为特发性身材矮小、骨龄加快以及L1/2至L5/S1水平的早发型腰椎间盘突出症相关[5] 。迄今为止，在具有高度易变表型的患者中已鉴定出至少24种病理性ACAN突变，单个家族中的常染色体隐性遗传疾病的特征是极矮身材、短颈、桶状胸和颅面异常，包括大头、短指和面中部发育不全，以上表现称为脊椎骨骺发育不良症[6]。而杂合子突变表现出骨提前成熟、早发性骨关节炎和轻度变形特征(包括面中部)相关的矮身材，它的广泛表型谱还可以表现为面中部发育不全、短指症、拇指宽和腰椎前凸，没有明显的基因型表型相关性。即使在同一家族的患者中，表型也是高度可变的。ACAN基因c.5026_5027del杂合缺失变异以及c.1504C>T错义变异可引起家族性矮小[7]；rhGH治疗短期可有效改善ACAN基因致家族性矮小患儿的身高[7]。Dandan Xu等人在2个特发性矮小患儿和1个矮小家族的患儿中发现了一个新的ACAN基因变异体c.7465 T > C (p. Gln2364Pro)，该变异体被预测为致病的，但是没有明显的症状性矮小；它与轻微的骨骼异常有关，但没有常见骨骼畸形的高发病率。与GHD儿童的疗效相比，生长激素治疗的反应较差[8]。
三、ANKRD11基因
ANKRD11基因(OMIM#611192)定位于16q24.3，编码一个含有ankyrin重复结构域的蛋白11,Herrmann、Novara等人发现当ANKRD11基因功能缺失突变或染色体16q24.3(包括ANKRD11)微缺失可导致身材矮小、面部特征性外观、智力残疾、大牙缺失和骨骼异常。Barbaric等人的实验室研究还表明，ENU诱导的ANKRD11基因突变导致小鼠突变Yoda的体型缩小和骨质减少样表型，表明该基因在调节骨生长和发育中起重要作用。已有大量ANKRD11突变的病例报道，其中大多数患者表现出身材矮小的表型。Yabin Kang等人发现一个14岁的ISS中国男孩，他的母亲也有类似的特征。两者的基因检测显示ANKRD11 (c.2579C>T)中有一个杂合子点突变，随后进行致病性分析发现他们共享ISS和ANKRD11中的一个错义突变(c.2579C>T)。
外显子9中核苷酸c.2579的这种C‐A颠换被预测会导致密码子860 (p. Ser860Leu)中核仁低聚化序列内从丝氨酸到亮氨酸的氨基酸改变。这种突变影响了ANKRD11蛋白核定位信号区的高度进化保守的氨基酸，并且似乎通过改变位置导致了细胞内的蛋白质的功能丧失。然而，需要进一步的功能研究来充分理解ANKRD11突变在骨形成和发育中的机制。
四、rs11205277基因
在基础GWA成人身高研究中[9]，rs11205277被确定为一个与身高相关的变异体，rs11205277位于染色体1q21上，靠近4个已知的编码不同蛋白质的基因：MTMR11（编码肌管蛋白相关蛋白11的基因）、SV2A（编码突触囊泡糖蛋白2A）、HIST2H2AA3(编码组蛋白类2A)和SF3B4（编码剪接因子3B，亚基4[SF3B4]，也称为剪接体-相关蛋白49-kD [SAP49]）。SF3B4的两个有趣特征表明它可能是与rs11205277相关的生长相关基因位点。首先，SF3B4中的杂合突变已在Nager顶面骨发育不全综合征的异常骨骼发育患者中得到鉴定[10]。第二，SF3B4通过结合骨形态发生蛋白受体抑制骨形态发生蛋白介导的骨软骨体外分化[11]。
此外，还有一家族遗传性综合症，例如Meier Gorlin 综合症，除了引起身材矮小，还有小耳畸形、髌骨不发育的表现。目前大部分患者发病与ＤＮＡ的复制缺陷或中心体及纤毛形成障碍相关的基因有关[12]。
总之，ISS是一种未知但可能是多基因病因的生长障碍，代表一种表型而非诊断。有关ISS相关基因的研究可能有局限性，特别是样本量小，检测关联性的能力有限，而且遗传效应很小时。如果按性别细分，样本量甚至更小。另外，要注意分析方法的两层结构可能会限制找到与第2层变量关联的机会。此外，非经典的病例对照分析：对照样本是从DNA文库中获得的，并且在年龄和性别方面与个体ISS受试者不匹配，这些因素都会增加研究的局限性[13]。轻微但特定的表型，包括那些涉及身体比例或骨骼发育异常特征的表型，可能会提供许多线索，有助于生长板内相关基因的筛选工作。最后，在研究ISS可能相关基因与生长激素治疗反应之间联系时，要注意因为不同基因型的治疗反应有很大重叠[14]，因此目前在临床实践中应用有限。ISS可能相关基因的研究及不同突基因患儿对生长激素的反应不同，所以相关研究工作意义重大，需要进一步的研究，以便根据表型和基因型更好地对ISS儿童进行分类，从而获得有助于推动个性化方法的信息。
参考文献：
[1] Kang M J. Novel genetic cause of idiopathic short stature[J]. Annals of Pediatric Endocrinology & Metabolism, 2017,22(3):153-157.
[2] De Luca F, Uyeda JA, Mericq V, et al. Retinoic acid is a potent regulator of growth plate chondrogenesis. Endocrinology.
[3] Montalbano, A., et al. Functional missense and splicing variants in the retinoic acid catabolizing enzyme CYP26C1 in idiopathic short stature. European Journal of Human Genetics, 2018. 26(8): p. 1113-1120.
[4] Marchini A, Ogata T, Rappold GA. A track record on SHOX: from basic research to complex model and therapy. Endocr Rev. 2016;37:417–48.
[5] Dateki S, Nakatomi A, Watanabe S, et al. Identification of a novel heterozygous mutation of the Aggrecan gene in a family with idiopathic short stature and multiple intervertebral disc herniation[J]. Journal of Human Genetics, 2017,62(7):717-721.
[6] Tompson SW, Merriman B, Funari VA, Fresquet M, Lachman RS, Rimoin DL, et al. A recessive skeletal dysplasia, SEMD aggrecan type, results from a missense mutation affecting the C-type lectin domain of aggrecan. Am J Hum Genet 2009;84:72-9.
[7]赵莉莉,朱一琳,袁珂,梁黎,王春林.重组人生长激素改善ACAN基因变异致家族性矮小的疗效观察及文献复习[J].临床儿科杂志,2021,39(1):59-64.
[8] Xu D, Sun C, Zhou Z, et al. Novel aggrecan variant, p. Gln2364Pro, causes severe familial nonsyndromic adult short stature and poor growth hormone response in Chinese children[J]. BMC Medical Genetics, 2018,19(1).
[9] Gudbjartsson DF, Walters GB, Thorleifsson G, Stefansson H, Halldorsson BV, Zusmano vich P, et al. Many sequence variants affecting diversity of adult human height. Nat Genet. 2008 May;40(5):609–15.
[10] Petit F, Escande F, Jourdain AS, Porchet N, Amiel J, Doray B, et al. Nager syndrome: confirmation of SF3B4 haploinsufficiency as the major cause. Clin Genet. 2014 Sep;86(3):246–51
[11] Watanabe H, Shionyu M, Kimura T, Kimata K, Watanabe H. Splicing factor 3b subunit 4 binds BMPR-IA and inhibits osteochondral cell differentiation. J Biol Chem. 2007 Jul;282(28):20728–38.
[12]郭佩佩,潘博,蒋海越.Meier-Gorlin综合征诊疗研究进展[J].中华整形外科杂志,2021,37(3):335-339.
[13] Quigley CA, Li YG, Brown MR, et al. Genetic Polymorphisms Associated with Idiopathic Short Stature and First-Year Response to Growth Hormone Treatment[J]. Hormone Research in Paediatrics, 2019,91(3):164-174.
[14] Quigley CA, Li YG, Brown MR, et al. Genetic Polymorphisms Associated with Idiopathic Short Stature and First-Year Response to Growth Hormone Treatment[J]. Hormone Research in Paediatrics, 2019,91(3):164-174
作者介绍：赵娟，女，28岁，祖籍河南，2019年研究生毕业于大理大学。目前在杨浦区中心医院儿科就职。通信地址：上海市杨浦区定海街道波阳路173弄1号楼202室；邮编：200090；电话：18787073734；邮箱：zhaojuan202011@163.com.