楊萬嶺 班 博

(1香港大學兒童及青少年醫(yī)學系，香港 999077；2中國生長發(fā)育行為醫(yī)學研究中心，3濟寧醫(yī)學院附屬醫(yī)院內(nèi)分泌科，濟寧 272029)

身材矮小的原因很多，矮小常常是某些綜合征表現(xiàn)的一部分[1],如：小于胎齡兒而且缺乏生長追趕、不對稱性骨骼發(fā)育異常、小頭畸形、有明顯的智力發(fā)育異常、有明顯的生長激素缺乏或多種垂體激素缺乏、對生長激素或胰島素樣生長激素不敏感、明顯的面部或身體的特殊表現(xiàn)、第二性征發(fā)育異常等。觀察表現(xiàn)陽性往往提示矮小是某種綜合征表現(xiàn)的一部分，應(yīng)該結(jié)合患者的其他性狀綜合考慮，進一步行臨床和遺傳學檢測，明確分子診斷。另外，詳細采集三代家族史、孕史、發(fā)育史，全面評估骨骼發(fā)育、激素水平、功能試驗及生長激素治療效果等，均有利于對疾病做出準確診斷、規(guī)范治療。本文將著重闡述特發(fā)性矮小的遺傳學病因及鑒別，判斷是單一基因?qū)е碌倪z傳病，還是多種基因和環(huán)境因素共同造成的復雜性疾病，以及如何選擇有效的分子診斷方法對患者進行遺傳學檢測或研究。

1 特發(fā)性矮小

特發(fā)性矮小(idiopathic short stature，ISS)是指患者身高低于同年齡、同性別、同種族兒童身高平均值至少2個標準差(SD)，生長速率緩慢，無其他可識別的生長激素-胰島素樣生長因子軸異常，無明顯的骨骼發(fā)育不良、小頭畸形、智力發(fā)育障礙等。可分為家族性矮小和非家族性矮小。家族性矮小指患者身高較參考人群矮小，但依據(jù)父母的身高推算尚屬期待范圍。非家族性矮小指患者相對于參考人群和家庭都屬矮小。有些特發(fā)性矮小患者會有不太明顯的軟骨或骨發(fā)育不良。

人類的身高呈正態(tài)分布，遺傳在身高增長方面起最重要的作用，可以解釋大約80%的個體身高差異。在許多復雜性疾病或人類性狀的研究中，若樣本的其他性狀和疾病對身高的增長沒有明顯的影響，可以同時研究影響身高的遺傳因素。

2 特發(fā)性矮小的遺傳學

任何遺傳性疾病的研究，首先要明確它是復雜性疾病，還是單一遺傳因素導致的疾病，特發(fā)性矮小的研究也是如此。人類智力、性情等性狀及自身免疫性疾病、精神性疾病、2型糖尿病、中風、動脈粥樣硬化、高脂血癥等疾病，除極個別情況外，都與復雜性遺傳有關(guān)。遺傳因素對這些性狀或疾病起著重要作用。很多疾病有高度家族遺傳傾向，而其他非遺傳因素也與疾病有密切關(guān)系。遺傳因素起作用的方式較復雜，可能是成百上千個基因位點共同起作用的結(jié)果，每一個位點的作用比較細微。

如果矮小是某綜合征多種表現(xiàn)之一，往往是由單一遺傳因素導致。比較嚴重矮小(如身高小于3標準差或0.15個百分位)，即使沒有其他的明顯表現(xiàn)，其為單基因病的可能性也大大增加。除了依據(jù)病史、臨床表現(xiàn)和實驗室檢查外，如果有比較明確的家族史，并且能夠明確一種遺傳模式，如常染色體顯性、常染色體隱性遺傳和性染色體連鎖遺傳，也可以確定是單基因遺傳病。常染色體顯性遺傳的特點是每一代都有人發(fā)病。常染色體隱性遺傳的特點是先證者一代有一個或多個發(fā)病，而父母一代一般沒有人發(fā)病。性染色體連鎖遺傳的特點是攜帶者母親將致病基因遺傳給兒子。

家族性矮小一般認為是遺傳因素起主要作用。但應(yīng)該注意的是，這并不一定就是單基因病的表現(xiàn)。如果家系分析很難判斷是常染色體顯性遺傳、常染色體隱性或性染色體連鎖遺傳，則說明遺傳因素有可能較復雜，可能不是單一基因位點變異導致發(fā)病。相反，非家族性矮小未必不是單基因引起，因為有相當一部分致病突變是新發(fā)突變。因此，如果父母和家系中其他人身高都正常，患者身材非常矮小，則可能是新發(fā)突變造成的(也可能是常染色體隱性遺傳)。比較嚴重的特發(fā)性矮小，既可能是復雜性性狀的一部分，也可能是一些不同的單基因病的混合。即使他們不是由單基因造成的，但是否更有可能存在一些作用比較大的罕見變異，也是一個有待回答的問題。

3 特發(fā)性矮小遺傳檢測方法

不同的遺傳方式要選擇不同的檢測或研究手段(圖1)。對于懷疑單一位點變異導致的疾病，可以用核型分析、染色體微陣列(chromosomal microarray，CMA)，也可對全基因組、全外顯子組、一組備選基因進行二代測序。這些方法各有其適應(yīng)癥、優(yōu)缺點(表1)，應(yīng)該選擇性使用或聯(lián)合使用。如染色體核型分析用于檢測大的結(jié)構(gòu)性缺失和擴增、染色體單體、染色體三體和平衡異位等。女性矮小常常需要進行核型分析以排除Turner 綜合征。另外，熒光原位雜交(fluorescence in situ hybridization,FISH)可以定位檢測特定位點的變異，如SHOX基因的全缺失、22q11.2、Xp13.2 區(qū)域的微缺失等。

3.1 靶基因測序

單一基因的檢測曾經(jīng)在遺傳檢測中占有重要地位，如不對稱骨骼發(fā)育不良者需檢查FGFR3，懷疑Noonan綜合征的患者需檢查PTPN11或其他 ras-MAPK通路的基因等。下丘腦-垂體-生長激素軸的異常，可以檢查GH1，GHRHr或IGF1R。對于不同機制造成的矮小的已知致病基因[2]見表2。

圖1 矮小遺傳學研究思維

表2 不同機制造成的矮小已知致病基因

注：AR，常染色體隱性;AD，常染色體顯性;XLR，性染色體連鎖隱性

3.2 特發(fā)性矮小的單基因研究

對特發(fā)性矮小的單基因研究主要是外顯子測序，一個或一組基因的靶向測序[3]。近年來，一些針對性較強的檢測發(fā)現(xiàn)了一些已知的嚴重疾病致病基因中有雜合而非純合的突變，或者對功能沖擊相對較小的突變造成較不典型的臨床表現(xiàn)。如對86個特發(fā)性矮小患者，Hattori等[4]檢測了ACAN,FGFR3,NPR2,SHOX，GHRHG,GH1,STAT5B,IGF1,IGFALS,IGF1R等10個基因，因為這些基因和骨骼發(fā)育異常、生長激素-胰島素樣生長因子軸有關(guān)，但也有報道這些基因的某些突變或雜合子的變異可能造成特發(fā)性矮小。在19個病人中他們發(fā)現(xiàn)了18個較罕見的雜合突變。他們認為ACAN 的突變有可能和無明顯骨骼異常的特發(fā)性矮小有關(guān)。SHOX基因的雜合缺失造成的單體劑量不足也是最常見的單基因性矮小的致病基因之一，據(jù)認為大概出現(xiàn)于2%～15%的特發(fā)性矮小患者中[5]。David等[6]研究了144名特發(fā)性矮小患者SHOX基因的雜合缺失，發(fā)現(xiàn)有7.6%的患者有SHOX缺失。另外，雜合子的NPR2突變和IGF1 雜合缺失造成的單倍劑量不足也有報道[7]。Quintos 等[8]對一家三代疑似常染色體顯性遺傳的矮小研究發(fā)現(xiàn)了ACAN 上的一個無義突變，且患者伴有明顯的骨齡超前。Hauer等[9]研究了428個特發(fā)性矮小的家庭，發(fā)現(xiàn)4個家庭有ACAN 基因的雜合無義突變，2個家庭有可能致病的錯義突變。這些患者平均身高在-3.2SD左右。需要指出的是，這些研究一般樣本量不大，要完全證實這些常見致病基因的一些突變是否導致相對較輕微的臨床表現(xiàn)，還需要更大樣本的獨立研究加以驗證。從另一角度來說，針對這些基因，設(shè)計整個基因的捕獲和深度二代測序，也許是增加靈敏度和診斷成功率、降低費用的有益嘗試。

3.3 染色體微陣列

隨著測序價格的進一步降低，一個或數(shù)個基因的檢測將會逐漸被全外顯子或全基因組測序所取代。對于核型分析無法檢測到的缺失或擴增，可以用染色體微陣列的方法。它對于生長發(fā)育不良和先天性異常的檢測，已經(jīng)達到了取代核型分析的地位[10]。二代測序的方法則是分辨率可以高到單核苷酸變異的程度，而且可以發(fā)現(xiàn)新的致病基因。缺點是對結(jié)構(gòu)性的突變敏感性不高，數(shù)據(jù)的分析和解讀比較復雜。目前對于懷疑單基因異常導致的疾病，且核型分析沒有明確發(fā)現(xiàn)的，可以采取微陣列加全外顯子測序的方法。

3.4 全基因組關(guān)聯(lián)分析

對于大部分非嚴重矮小，且無明顯的其他異常，則可能是復雜性狀的一種較極端表現(xiàn)。目前對于復雜性疾病的遺傳因素，最有效的研究方法是全基因組的關(guān)聯(lián)分析(genome-wide association studies,GWAS)。這是一種對基因組中的單核苷酸多態(tài)性(single nucleotide polymorphism，SNP)進行分析的方法。每個芯片可以同時對基因組中數(shù)萬到上百萬不等的SNP進行分析。SNP 的選擇是基因組中人群頻度較高的位點，再略去那些相互之間有高度連鎖不平衡性，信息重復的位點。因為不同種族之間SNP的頻度有很大區(qū)別，有些芯片針對特別人群設(shè)計，如中華芯片。也有專門注重于編碼區(qū)域的外顯子芯片等。2010年發(fā)表的一項身高全基因組關(guān)聯(lián)分析研究[11]，發(fā)現(xiàn)基因組中的180個位點和身高有關(guān)，這些位點解釋了大約10%的身高差異。然而，這些位點并非在基因組中隨機分布，而是突出表現(xiàn)了骨骼發(fā)育信息通路和已知的與骨骼發(fā)育有關(guān)的基因在身高增長中的作用。另一方面，這也表示對身高的關(guān)聯(lián)分析有可能會發(fā)現(xiàn)與身高有關(guān)的重要基因，加深對生長發(fā)育機制的認識。2014年，《自然遺傳學雜志》發(fā)表了一項基于25萬多人的研究，發(fā)現(xiàn)了697個遺傳多態(tài)性變異[12]。他們報道基因組中頻度較高的常見遺傳變異大約能夠解釋身高差異的60%。2017年發(fā)表重點研究頻度較低的編碼區(qū)域變異的一篇文章，報道了83個與身高相關(guān)的編碼位點。其中，IHH，STC2，AR和CRISPLD2 4個基因上的位點對身高有較大的作用[13]。最近一項待發(fā)表的研究，在以前工作的基礎(chǔ)上加上了45萬個英國生物樣本庫(UK Biobank)的樣本，把總樣本量增加到70萬人，同時把與身高有關(guān)的位點增加到3200多個。然而，這些研究都是在歐洲人群中進行的，目前基于亞洲人的研究尚少。許多復雜性疾病的遺傳易感位點都表現(xiàn)出了明顯的種族差異，對于身高在亞洲人的研究是否會有不同的發(fā)現(xiàn)，我們拭目以待。

4 小結(jié)與展望

綜上所述，人類疾病發(fā)生、人類的性狀是極端復雜的。既有單一位點造成的遺傳性疾病，也有成百上千的多態(tài)性位點相關(guān)的復雜性性狀和疾病。目前的方法是對比較嚴重和/或伴有其他表現(xiàn)的患者進行針對單基因的檢查，如染色體微陣列和全外顯子測序，或者針對一些常見致病基因的全面測序。對于身高介于-2.5SD 和-2SD之間的且不伴有其他表現(xiàn)的矮小，和群體的身高分布，我們可以考慮用SNP全基因組分析的方法進行研究。魯西南地區(qū)是孔孟之鄉(xiāng)，歷史悠久，人口流動性不高，是理想的群體遺傳學研究對象。我們近年來在臨床診斷和治療方面已經(jīng)取得了一些進展，但如何把臨床實踐和分子水平的研究結(jié)合起來，是我們需要進一步探索的問題。目前我們對基因的功能和遺傳突變對基因組的影響所知不多。未來的發(fā)展，一方面依賴于我們對基因生物學的深入理解，另一方面依賴于我們對基因型和表型之間關(guān)系的深入分析。要實現(xiàn)這一點，我們需要有人群的遺傳學大樣本和大數(shù)據(jù)。我們需要充分利用國內(nèi)、國際的廣泛合作，并鼓勵患者積極參與。群體遺傳數(shù)據(jù)的積累無論對我們診斷單基因突變導致的矮小，還是理解對身高有關(guān)聯(lián)的常見多態(tài)性位點和機制，都會起到重要的作用。

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