先天性马蹄内翻足发病原因及产前诊断研究进展

孙佳星，李彬，杨泽宇，蔡爱露

(1中国医科大学附属盛京医院，沈阳110004；2莒南县人民医院)



先天性马蹄内翻足发病原因及产前诊断研究进展

孙佳星1，李彬2，杨泽宇1，蔡爱露1

(1中国医科大学附属盛京医院，沈阳110004；2莒南县人民医院)

摘要：先天性马蹄内翻足是小儿最常见的下肢先天性畸形，是由复杂的肌肉、骨骼、神经系统病变等而引起的，临床表现主要有马蹄畸形、后足内翻、前足内收和高弓畸形等。先天性马蹄内翻足的发病机制尚不明确，其发病主要与吸烟环境、遗传、基因突变(同源盒结构基因A和D、PITX1、TBX4、肌肉收缩基因)、血管和肌肉异常等有关。产前检查是筛查先天性马蹄内翻足的重要手段，二维超声、三维超声、MRI均为有效的诊断方法。

关键词：先天性马蹄内翻足；吸烟；遗传；基因突变；产前诊断

先天性马蹄内翻足是小儿常见的下肢先天性畸形，是由于复杂的肌肉、骨骼、神经系统病变等而引起的，临床表现主要有马蹄畸形、后足内翻、前足内收和高弓畸形等。尽管国内外学者对先天性马蹄内翻足的病因进行了大量的流行病学和遗传学研究，但是其具体机制仍然不能明确，遗传和环境的联合作用是本病比较明确的致病因素，基因突变、血管和肌肉异常亦与其发病有关。产前检查是筛查先天性马蹄内翻足的重要手段，二维超声、三维超声、MRI均为有效的诊断方法。现对先天性马蹄内翻足的发病原因及产前诊断作一综述。

1发病原因

1.1吸烟环境香烟的烟雾中含有超过4 000种化合物，包括一氧化碳、氰化氢、尼古丁等[1]。这些化合物大部分可自由穿过胎盘屏障，引起血管内皮功能障碍，从而影响发育中的胎儿[2,3]。研究表明，母亲吸烟是与先天性马蹄内翻足发病相关性最强的环境因素，可使胎儿患病风险升高1.5～3.9倍[4]。外源性基因单核苷酸多态性研究显示，吸烟导致的遗传变异可能会增加先天性马蹄内翻足的易患性[5]。

1.2遗传Gurnett等[6]研究表明，先天性马蹄内翻足是由多因素遗传引起的遗传性疾病。有报道，同卵双胎发生先天性马蹄内翻足的一致性为33%，异卵双胎则为3%，说明遗传因素对于该病的发生具有明显的影响作用[7]。来自家庭内部的遗传学研究表明，先天性马蹄内翻足在一级家属的患病率明显高于二级家属，同样提示了遗传因素致病的重要性[8,9]。

1.3基因突变

1.3.1同源盒结构基因A和D(HOXA、HOXD)已知的HOX基因家族包含39个成员，其中HOXA和HOXD在调节肢体和肌肉形成中具有重要作用，并与包括先天性马蹄内翻足在内的多种肢体发育异常疾病有关[10]。研究表明，一些肌肉疾病中存在着FHL1基因突变，而HOXD12、HOXD13可以直接调节FHL1的表达，说明HOXD可能是该病的重要易感基因[11]。HOXA基因能够调节肌肉、肌腱和软骨的同步发生，是与先天性马蹄内翻足发病相关的基因之一[12]，其中位于HOXA9启动子的SNPrs3801776与其发病的相关性最强[13]。

1.3.2PITX1基因在一项包括9例先天性马蹄内翻足患者的五代家庭的全基因组相关联研究中，PITX1(5q31∶LOD∶3.31)基因首次被发现，该研究同时证实了PITX1基因的E130K位点发生了错译突变，与先天性马蹄内翻足的发病有关[6]。Brunham等[14]以合并存在其他复杂肢体畸形(包括髌骨发育不良、距骨内翻)的先天性马蹄内翻足患者为研究对象，发现其多发畸形可能是sonic hedgehog信号通路和PITX1互相作用而引起的。另一项研究以40个先天性马蹄内翻足家庭为研究对象，发现并确定了该病的发生与PITX1相关位点的微缺失有关[15]。此外，PITX1基因的E130K位点突变与小腿肌肉和骨骼体积的减少有关[16]。

1.3.3TBX4基因TBX转录因子/TBX4是PITX1基因的直接转录靶向目标，表达于下肢肌肉和肌腱组织中[17，18]。一项关于家族性先天性马蹄内翻足家系的基因拷贝数变异的研究发现，TBX4基因17q23.1-q23.2的微重复是家族性孤立性先天性马蹄内翻足的主要原因[15]。Lu等[19]研究发现，一个多代先天性马蹄内翻足家庭中分隔出现TBX4基因17q23.1-q23.2的微重复，进一步证实TBX4基因为重复表达的多样性基因，并与先天性马蹄内翻足发病有关。

1.3.4肌肉收缩基因肌肉收缩基因包括TPM2、重组人类肌球蛋白3、肌钙蛋白I2和PIEZO2等[20]。孟德尔综合征可导致一些肌肉疾病，其中包括先天性马蹄内翻足，因此肌肉收缩基因突变可能是导致其发生的原因之一[21，22]。为了探索肌肉收缩基因的调控区，Weymouth等[23]对15种肌肉收缩基因和包含在上游及下游的基因组区域进行了研究，发现对单核苷酸多态性影响最大的是位于潜在调节区域的TPM1和TPM2。研究发现，TPM2 rs2025126和rs2145925多态性可改变C2C12鼠细胞核和蛋白的结合，使启动子活性发生改变，而rs4075583/TPM1替代等位基因则不具备这种作用[24]。以上研究结果表明，肌肉收缩基因的转录调节作用发生改变可能与先天性马蹄内翻足的发病有关。

1.3.5其他基因N-乙酰转移酶(NAT)基因可以使香烟中的自由基乙酰化，因此被认为是导致先天性马蹄内翻足发病的候选基因[24]。研究表明，包括NAT1和NAT2在内的8种外源性代谢基因在通路中的作用因子rs1048943/CYP1A1与nonHispanic white通路显著相关；该研究假设多基因变异在这条通路中会增加单基因变异的风险，最终发现105740/EPHX1和rs1799929/NAT2等位组合与先天性马蹄内翻足的发病风险增加有关[12]。此外，该研究还发现，rs11854147/CYP1A2是与先天性马蹄内翻足的发病有关的母体基因相关危险因素，rs2470890/CYP1A2是胎儿基因相关危险因素。

1.4血管和肌肉异常先天性马蹄内翻足患者存在胫前动脉和足背动脉的缺失和发育不良，在其胚胎发育早期即可出现这一缺陷，表明血管和肌肉异常可能在先天性马蹄内翻足的发病过程中起重要作用[25，26]。

2产前诊断

2.1超声检查先天性马蹄内翻足可以经产前超声诊断，最早的诊断时间为妊娠12周(经阴道超声检查)，最晚的诊断时间为妊娠晚期，妊娠20～24周的诊断结果比20周之前更加可靠。但是，既往报道的产前超声诊断的准确性差异很大[27～29]。最近一项研究表明，产前超声检查诊断先天性马蹄内翻足的阳性预测值为83%，阴性预测值为17%，且该研究强调连续超声检查在该病的产前诊断中具有重要意义[30]。超声检查分为二维超声和三维超声，三维超声的诊断价值及准确率明显优于二维超声。

2.1.1二维超声1985年，Benacerraf等描述了5例先天性马蹄内翻足胎儿的超声表现，认为正常胎足应该与小腿垂直，而当同一切面显示足底与小腿变成平行关系时，即可做出诊断[31]。此诊断标准比较经典，一直沿用至今。应用二维超声对胎儿肢体进行检查时，应遵循从近端到远端、连续追踪扫查的原则，以免漏检某一肢体。检查下肢时应首先沿股骨长轴从近端开始扫查，沿下肢自然伸展的方向连续追踪扫查胫、腓骨，并应显示小腿横切面；然后继续沿长轴向足底方向扫查，观察足的形态、趾的形态及数目、足与小腿的位置关系，同时判断下肢及长骨的有无、长短、数目、形态、结构、姿势、位置、活动等。当发现小腿(胫腓骨)的长轴与足底的长轴在同一切面显示，足的周围无子宫壁和胎盘的压迫，且此姿势不随胎儿下肢包括足的运动而改变，多次扫查均显示同样声像特征时，可诊断为先天性马蹄内翻足[32,33]。

2.1.2三维超声三维超声可以同时获取冠状面、矢状面和横断面信息以及表面结构信息，在某些方面较二维超声更优越，尤其是对胎儿的表面三维成像，可以更直观地显示胎儿的结构与特征，从而更利于诊断病变或畸形。研究认为，三维超声在评价胎儿肢体畸形如马蹄内翻足时可发挥较大的作用，胎儿肢体的三维表面成像可以更清楚地显示足与小腿间的立体关系，有利于作出正确的诊断[34]。

2.2MRI检查先天性马蹄内翻足胎儿常常伴发神经血管畸形，有研究为了观察先天性马蹄内翻足的产前MRI表现并探讨其诊断价值，选择20例脊髓脊膜膨出症胎儿作为研究对象，分别进行超声和MRI检查，结果发现有13只马蹄内翻足(6例双足内翻，1例单足内翻)，发病率为33%，说明MRI检查对伴发神经血管畸形的先天性马蹄内翻足诊断率较高[35]。该研究指出，先天性马蹄内翻足的MRI表现与超声类似，最有价值的诊断切面为踝关节区的矢状切面，以超声检查结果作为参照标准，MRI诊断马蹄内翻足畸形的敏感性为100%，特异性为85.2%。但由于受到胎儿肢体活动以及无法重复观察足的变化等因素影响，产前MRI诊断马蹄内翻足的价值还有待进一步研究。

综上所述，先天性马蹄内翻足的发病主要与吸烟环境、遗传、基因突变(HOXA、HOXD、PITX1、TBX4、肌肉收缩基因)、血管和肌肉异常等有关，其病因学研究还存在争议，部分机制尚不清楚，仍有待于进一步研究。二维超声、三维超声以及MRI均可对先天性马蹄内翻足进行产前诊断，随着技术的提高和设施的改善，诊断准确率也越来越高。但是目前关于马蹄内翻足患者肌肉萎缩超声评价的报道较少，对肌肉萎缩情况采取定量测量以评价其严重程度将成为未来研究的热点。

参考文献：

[1] Haines-Saah RJ, Bell K, Dennis S. A qualitative content analysis of cigarette health warning labels in Australia, Canada, the United Kingdom, and the United States[J]. Am J Public Health, 2015,105(2):e61-e69.

[2] Banderali G, Martelli A, Landi M, et al. Short and long term health effects of parental tobacco smoking during pregnancy and lactation: a descriptive review[J]. J Transl Med, 2015,13(1):327.

[3] Bienz M, He X. Biochemistry. A lipid linchpin for Wnt-Fz docking[J]. Science, 2012,337(6090):44-45.

[4] Bacino CA, Hecht JT. Etiopathogenesis of equinovarus foot malformations[J]. Eur J Med Genet, 2014,57(8):473-479.

[5] Marengo L, Farag NH, Canfield M. Body mass index and birth defects: Texas, 2005-2008[J]. Matern Child Health J, 2013,17(10):1898-1907.

[6] Gurnett CA, Alaee F, Kruse LM, et al. Asymmetric lower-limb malformations in individuals with homeobox PITX1 gene mutation[J]. Am J Hum Genet, 2008,83(5):616-622.

[7] Wynne-Davies R. Genetic and environmental factors in the etiology of talipes equinovarus[J]. Clin Orthop, 1972,(84):9-13.

[8] Tecos M, Mark PR. Comment on critical region for talipes equinovarus in patients with 5q23 deletions[J]. Eur J Med Genet, 2015,58(4):243.

[9] Esplin ED, Li B, Slavotinek A, et al. Nine patients with Xp22.31 microduplication, cognitive deficits, seizures, and talipes anomalies[J]. Am J Med Genet A, 2014,164(8):2097-2103.

[10] Bacino CA, Hecht JT. Etiopathogenesis of equinovarus foot malformations[J]. Eur J Med Genet, 2014,57(8):473-479.

[11] Ippolito E, De Maio F, Mancini F, et al. Leg muscle atrophy in idiopathic congenital clubfoot: is it primitive or acquired[J]. J Child Orthop, 2009,3(3):171-178.

[12] Rifai L, Port-Lis M, Tabet AC, et al. Ectodermal dysplasia-like syndrome with mental retardation due to contiguous gene deletion: further clinical and molecular delineation of del(2q32) syndrome[J]. Am J Med Genet A, 2010,152(1):111-117.

[13] Weymouth KS, Chandrashekhar PV. Variation in HOXA9, TPM1 and TPM2 contributes to clubfoot[J]. Clin Orthop Relat Res， 2014，38(41):126-135.

[14] Brunham LR, Hayden MR. Medicine. Whole-genome sequencing: the new standard of care[J]. Science, 2012,336(6085):1112-1113.

[15] Alvarado DM, McCall K, Aferol H, et al. Pitx1 haploinsufficiency causes clubfoot in humans and a clubfoot-like phenotype in mice[J]. Hum Mol Genet, 2011,20(20):3943-3952.

[16] Alvarado DM, Aferol H, McCall K, et al. Familial isolated clubfoot is associated with recurrent chromosome 17q23.1q23.2 microduplications containing TBX4[J]. Am J Hum Genet, 2010,87(1):154-60.

[17] Aradhya S, Lewis R, Bonaga T, et al. Exon-level array CGH in a large clinical cohort demonstrates increased sensitivity of diagnostic testing for Mendelian disorders[J]. Genet Med, 2012,14(6):594-603.

[18] Peterson JF, Ghaloul-Gonzalez L, Madan-Khetarpal S, et al. Familial microduplication of 17q23.1-q23.2 involving TBX4 is associated with congenital clubfoot and reduced penetrance in females[J]. Am J Med Genet A, 2014,164A(2):364-369.

[19] Lu W, Bacino CA, Richards BS, et al. Studies of TBX4 and chromosome 17q23.1q23.2: an uncommon cause of nonsyndromic clubfoot[J]. Am J Med Genet A, 2012,158(7):1620-1627.

[20] Coste B, Houge G, Murray MF, et al. Gain-of-function mutations in the mechanically activated ion channel PIEZO2 cause a subtype of distal arthrogryposis[J]. Proc Natl Acad Sci USA, 2013,110(12):4667-4672.

[21] Gurnett CA, Alaee F, Desruisseau D, et al. Skeletal muscle contractile gene (TNNT3, MYH3, TPM2) mutations not found in vertical talus or clubfoot[J]. Clin Orthop Relat Res, 2009,467(5):1195-1200.

[22] Shyy W, Wang K, Sheffield VC, et al. Evaluation of embryonic and perinatal myosin gene mutations and the etiology of congenital idiopathic clubfoot[J]. J Pediatr Orthop, 2010,30(3):231-234.

[23] Weymouth KS, Blanton SH, Bamshad MJ, et al. Variants in genes that encode muscle contractile proteins influence risk for isolated clubfoot[J]. Am J Med Genet A, 2011,155(9):2170-2179.

[24] Wang ll, Fu WN, Li-Ling J, et al. HOXD13 may play a role in idiopathic congenital clubfoot by regulating the expression of FHL1[J]. Cytogenet Genome, 2008,121(2-4):189-195.

[25] Kruse L, Gurnett CA, Hootnick D, et al. Magnetic resonance angiography in clubfoot and vertical talus: a feasibility study[J]. Clin Orthop Relat Res, 2009,467(5):1250-1255.

[26] Honein MA, Paulozzi LJ, Moore CA. Family history, maternal smoking, and clubfoot: an indication of a gene-environment interaction[J]. Am J Epidemiol, 2000,152(7):658-665.

[27] De Vivo A, Giacobbe A, De Vivo D, et al. Usefulness of three-dimensional ultrasonography in the prenatal evaluation of acromelic deviations[J]. J Clin Ultrasound, 2009,37(7):399-400.

[28] Servaes S, Hernandez A, Gonzalez L, et al. Fetal MRI of clubfoot associated with myelomeningocele[J]. Pediatr Radiol, 2010,40(12):344-349.

[29] Weymouth KS, Blanton SH, Bamshad MJ, et al. Variants in genes that encode muscle contractile proteins influence risk for isolated clubfoot[J]. Am J Med Genet A, 2011,155(9):2170-2179.

[30] Weymouth KS, Chandrashekhar PV. Variation in HOXA9, TPM1 and TPM2 contributes to clubfoot[J]. Clin Orthop Relat Res, 2014,53(21):106-120.

[31] Brewer C, Holloway S, Zawalnyski P, et al. A chromosomal duplication map of malformations: regions of suspected haplo and trip lolethalityeand tolerance of segmental aneuploidyein humans[J]. Am J Hum Genet, 2013,64(6):1702-1708.

[32] Ester AR, Weymouth KS, Burt A, et al. Altered transmission of HOX and apoptotic SNPs identify a potential common pathway for clubfoot[J]. Am J Med Genet A, 2009,149(12):2745-2752.

[33] Heck AL, Bray MS, Scott A, et al. Variation in CASP10 gene is associated with idiopathic talipes equinovarus[J]. J Pediatr Orthop, 2005,25(5):598-602.

[34] Dobbs MB, Gurnett CA, Pierce B, et al. HOXD10 M319K mutation in a family with isolated congenital vertical talus[J]. J Orthop Res, 2006,24(3):448-453.

[35] Kruse L, Gurnett CA, Hootnick D, et al. Magnetic resonance angiography in clubfoot and vertical talus: a feasibility study[J]. Clin Orthop Relat Res, 2009,467(5):1250-1255.

收稿日期：(2015-08-01)

中图分类号：R726.2

文献标志码：A

文章编号：1002-266X(2015)48-0096-04

doi:10.3969/j.issn.1002-266X.2015.48.037

通信作者：蔡爱露，E-mail: caial1224@sina.com

基金项目：国家自然科学基金资助项目(81401143)。