遗传性骨病是一大类临床和遗传异质性较强的骨软骨发育不良疾病,常见的临床表现包括矮身材、畸形、不成比例生长以及单个或一组骨骼发育不良,主要有软骨发育不全(ACH)、脊柱骨骺发育不良(SED)、多发性骨骺发育不全(MED)等疾病。遗传性骨病的致病基因主要包括成纤维细胞生长因子受体3 (FGFR3)、Ⅰ型胶原(COL1A1)、Ⅱ型胶原(COL2A1)等。本研究对迟发性脊柱骨骺发育不良(SEDT,MIM271600)、软骨发育不全(ACH, MIM 100800)、成骨不全(01, MIM 166200)以及先天性脊柱骨骺发育不良(SEDC, OMIM 183900)等遗传家系进行研究,在明确其临床诊断的基础上,检测致病基因,为疾病的基因诊断、产前诊断、遗传咨询以及致病机制的研究奠定基础。本研究分为三部分：第一部分报告1个涉及5代63人6例迟发性脊柱骨骺发育不良(spondyloepiphyseal dysplasia tarda, SEDT)患者的家系,临床特征主要为短躯干性侏儒和脊柱侧弯,X线表现为腰椎体前部上下缘凹陷,中后部呈驼峰状突起等。分子遗传学研究发现一个新的基因突变位点,丰富了SEDT的基因型-表型谱,并探讨基因突变致选择性剪接的可能机制。方法：针对SEDL基因编码区设计引物,PCR扩增,并进行序列分析与比对。提取外周血淋巴细胞总RNA, RT-PCR扩增转录本,克隆测序并进行序列分析与比对。结果：基因组DNA测序结果显示,家系中所有患者SEDL基因exon3均发生突变(c.61 G>T, p.Glu21stop),所有携带者均为杂合突变,家系中其他成员及400例正常对照中均未见该突变,提示SEDL基因c.61 G>T突变是导致该SEDT家系患者发病的原因。检索基因突变数据库和已发表文献显示c.61 G>T突变是SEDL基因新的突变位点。SEDL基因cDNA测序亦发现c.61 G>T突变,证实了DNA测序结果。有趣的是,RT-PCR结果发现所有患者和携带者均存在两种转录本,较长者为正常大小的转录本,较短者缺失了112bp(c.-19-c.93 del)。生物信息学分析显示,SEDL基因c.61 G>T突变后产生3个剪接抑制子。结论：SEDL基因c.61 G>T突变是一新突变方式,详细的临床与分子遗传学研究丰富了SEDT的基因型-表型谱。SEDL基因突变结果对携带者检测、症状前诊断以及患者和携带者的产前基因诊断具有重要意义。SEDL基因c.61 G>T(p.Glu21stop)突变可能激活了潜在可变剪接调控元件,抑制了exon3的剪接,转录本跳跃exon3产生转录变异体。该基因突变致选择性剪接的分子机制及生物学效应值得进一步研究。第二部分报告了3例散发的软骨发育不全(achondroplasia, ACH)病例,临床主要表现为身材矮小不成比例,短而粗的三叉手,X线特征为腰椎椎弓根间距进行性狭窄,管状骨短。进行分子遗传学研究,为ACH的产前分子诊断奠定基础。方法：针对FGFR3基因突变位点exon10片段设计引物,PCR扩增,并进行序列分析与比对。结果：3例患者FGFR3基因均发生c.1138 G>A杂合突变,导致氨基酸发生Gly380Cys改变。其中1例已妊娠11周,等待进行产前分子诊断。结论：3例患者均由于FGFR3基因发生c.1138 G>A突变导致ACH,明确了ACH临床诊断,为产前分子诊断提供了实验依据。第三部分研究胶原基因COL1A1和COL2A1突变所致疾病的基因诊断与产前诊断。报告1例成骨不全(osteogenesis imperfecta,OI)患者,并进行Ⅰ型胶原基因突变筛查,OI临床表现为骨脆性增加,蓝巩膜,易骨折,X线表现为骨质疏松,长骨皮质菲薄,骺端膨大。另外,对1例Ⅱ型胶原COL2A1基因G504S突变致先天性脊柱骨骺发育不良(spondylepiphyseal dysplasia congenita, SEDC)患者的妻子进行产前分子诊断,避免患儿出生。SEDC临床特征为身材矮小,短颈、跛行,手部正常,X线特征为扁平椎体、脊柱侧弯、股骨头骨化缺如等。方法：针对COL1A1基因编码区设计引物,PCR扩增,并进行序列分析与比对。SEDC患者妻子于20孕周在B超引导下进行羊膜囊穿刺,抽取羊水10ml,提取羊水细胞基因组DNA。选择3个多态性STR位点,即D3S1358、D16S539和D21S11,排除母体细胞污染。在此基础上,对COL2A1基因exon23进行扩增,PCR产物进行正、反向测序。结果：OI患者COL1A1基因exon45发生c.3263 G>A (p.Gly1088Glu)杂合突变,其父母、妹妹以及250例正常对照均未见该突变,提示COL1A1基因c.3263 G>A是该OI患者的遗传基础。检索基因突变数据库和已发表文献显示c.3263 G>A突变是COL1Al基因新的突变位点。进行SEDC产前分子诊断的胎儿COL2A1基因exon23正常,未带有与父亲相同的突变,且胎儿产前分子诊断结果与B超监测结果一致。结论：OI患者COL1A1基因发生c.3263 G>A(p.Gly1088Glu)突变,导致Gly-X-Y重复序列三螺旋区的Gly被Glu替代,使三螺旋结构遭到破坏,导致OI。COL1A1基因c.3263 G>A突变是一新突变方式,详细的临床与分子遗传学研究丰富了OI的基因型-表型谱。行产前分子诊断的胎儿正常,SEDC患者妻子可以继续妊娠。对于有SEDC风险的胎儿进行产前分子诊断非常重要,可以在B超诊断前了解胎儿基因型并明确诊断。
