GLI3基因新发突变致多指（趾）畸形一家系

邹倩倩，田志刚，郑洁，杜晓杰，舒剑波，蔡春泉

多指（趾）畸形是人类最常见的手足畸形之一。全球新生儿患病率约为0.03%～0.36%，且男性发病率约为女性的2倍［1］。该畸形可单独发生（非综合征型），也可合并多种其他疾病（综合征型）［2］。已有研究发现，非综合征型多指（趾）的遗传方式主要为常染色体显性遗传。众多研究者已定位了100多个与多指（趾）相关的基因，其中位于常染色体7p13区的GLI家族锌指3（GLI family zinc finger 3,GLI3）基因可能引起包括轴前多指（趾）和轴后多指（趾）在内的多种表型［3］。本研究对一个多指（趾）家系进行了基因型与临床表型的分析及验证，为深入研究多指（趾）畸形的发病机制提供参考。

1 病例报告

患儿 男，1岁，主因左、右手第5指外赘生额外指，左脚第1、5趾外赘生额外趾，右脚第5趾外赘生额外趾，于2018年12月25日入我院。患儿系胎1产1足月阴道分娩，出生体质量3.5 kg，其母亲否认孕期异常。患儿出生后除四肢肢端发育异常外，言语、认知、社交能力均正常（图1）。遗传家族史明确（图2）。患儿父亲，男，31 岁，右脚第5 趾外侧赘生额外趾，双脚第1 趾均明显短趾（图3）；先证者曾祖母、祖母及姑姑双脚第5趾均有外侧赘生额外趾（已手术切除）。根据临床表现、各项实验室及影像学检查等结果，临床诊断患儿为轴后多指（趾）畸形，于2018年12月26日行多余肢端切除手术。患儿术后伤口恢复良好，住院5 d后出院。

基因突变分析：在征得患儿家属知情同意后，共收集到该家系7例成员标本，包括4例患者和3例表型正常者静脉血各2 mL，置于EDTA 抗凝管中，混匀后置于-80 ℃冰箱中保存。解冻后使用外周血DNA提取试剂盒（康为世纪生物科技有限公司）提取患儿及家系其他成员外周血DNA。将患儿DNA 送往艾吉泰康生物科技（北京）有限公司行全外显子测序后检测到GLI3基因发生c.2783delG（p.Arg928Profs24X）框移突变。使用金唯智生物科技有限公司合成的引物，对家系其他成员外周血DNA中GLI3基因相应片段进行Sanger测序验证。结果显示，患儿及该家系其他患者的GLI3基因（NM 000168.5）发生了c.2783delG（p.Arg928Profs24X）框移突变，导致其编码的蛋白质第928 位氨基酸由精氨酸突变为脯氨酸，且在第24个氨基酸位置提前结束编码。而该家系中表型正常的成员未见上述突变（图4）。

Fig.1 The phenotype of the child图1 患儿四肢畸形表型

Fig.2 Family tree of the child图2 患儿家系图

Fig.3 The phenotype of father of the patient图3 患儿父亲双脚表型

Fig.4 Genetic sequencing results of the patient and his family members图4 患儿及家属基因测序图

2 讨论

2.1 多指（趾）畸形概述 多指（趾）畸形是出生缺陷中一种最为常见的先天性重复性四肢畸形，表现为一个或多个指（趾）全部或部分重复。人的胚芽在胚胎发育的第4周结束时开始形成。大约4周后，基因和各种因子的相互作用促成了正常形态、功能和数目的指（趾）的形成。在肢体的形成过程中，有3个相互作用的信号中心指导其发生和形成，这些信号中心的基因若出现异常，会导致先天性肢体畸形［4］。这方面目前研究的重点是与肢体发育相关的基因及基因家族，如音猬因子（Sonic hedgehog，SHH）、极化活性区调控序列（zone of polarizing activity regulatory sequence，ZRS）及GLI3等［2］。目前已知GLI3是调控人类胚芽发育的前后轴方向［第1指（趾）到第5指（趾）的方向］的重要信号分子［5］。

2.2 遗传学分子基础GLI3基因定位于染色体7p13 区，由 14 个外显子组成，其 mRNA 长度为 8.5 kb，编码由1 580 个氨基酸组成的多肽链，包含5 个高度保守的串联锌指结构，具有特异的DNA序列亲和力，是脊椎动物肢体发育早期重要的锌指转录因子［6-7］。基因型-表型相关研究表明，GLI3的锌指上游或锌指区域内截短突变常导致格雷格头、多指（趾）、并指（趾）综合征（Greig cephalo polysyndactyly syndrome，GCPS）。GLI3蛋白中段翻译提前终止形成的截短蛋白与姑息性霍尔综合征（Pallister-Hall syndrome，PHS）有关。预测GLI3蛋白C 端截短的突变导致GCPS、轴后多指A/B 型（PAP A/B）或轴前多指Ⅳ型（PPD Ⅳ）的可变表型［3］。

2.3 患者家系携带基因型与表型分析 在本文病例中，先证者及其家系其他患病者仅表现手或足多指（趾）症状，并无其他脏器受影响，但仍旧发现了GLI3基因新的c.2783delG（p.Arg928Profs24X）框移突变，这可能是导致先天性多指（趾）畸形的致病突变，上述发现为明确该家系的发病原因提供了线索。

已知GLI3 蛋白C 端截短的突变可导致GCPS、PAP A/B 或PPD Ⅳ的可变表型。本文病例的GLI3基因框移突变位于c.2783delG，导致其编码的蛋白质第928 位氨基酸出现紊乱，由精氨酸突变为脯氨酸，且在第24个氨基酸位置提前结束编码。根据临床表型与基因型的验证发现，该病例的基因型符合GLI3基因C端蛋白截短导致的PAP A型。但是除右脚第5 趾多趾外，患儿父亲的临床表型还包括双脚第1趾短趾。该症状并不符合已知的GLI3突变导致的多指（趾）畸形。目前已验证与短趾畸形相关的基因包括IHH、BMPR1B、HOXD13等。短趾畸形分型中的BDD型指的是拇指（趾）末节指骨短小，且基底部较宽。HOXD13同源结构域的无义突变可引起该表型的符合表型［8］。但在本文病例中，该家系并无HOXD13相关的突变。因此笔者考虑患儿父亲的短趾畸形主要是由于GLI3蛋白C端截短后导致功能失常，进而影响其下游HOXD蛋白的正常表达所致。两者的相互作用异常影响了患者父亲的双脚趾骨形成。而这一表型为何仅在患儿父亲身上出现还未可知，需要进一步针对多指（趾）的发病机制进行研究。

本例家系主要临床表型为四肢肢端多指（趾）畸形。基因测序结果提示GLI3基因c.2783delG（p.Arg928Profs24X）框移突变，该突变导致蛋白质C 端截短后引起功能异常。经查询人类基因突变数据库（HGMD）、Clinvar遗传变异数据库及dbSNP数据库，该突变位点为新发突变，丰富了GLI3基因突变谱，为多指（趾）畸形的发病机制研究提供了新的内容。