NPR2 基因与矮小症关系的研究进展

刘朔综述，郑荣秀审校

（天津医科大学总医院儿科，天津300052）

身高是描述儿童生长发育的重要指标之一，它由多种因素决定，如遗传、环境、内分泌、营养等。生长激素-胰岛素样生长因子轴（growth hormoneinsulin-like growth factor-1 axis，GH-IGF-1 轴）是调节儿童生长发育最为重要的内分泌轴，由垂体合成并分泌的GH 与生长激素受体（growth hormone receptor，GHR）结合，刺激肝脏等脏器产生IGF-1，GH 除自身促生长作用外，大部分通过IGF-1 介导，作用于软骨板促进软骨的增殖和分化，该轴的各个水平基因发生异常均可引起该轴的缺陷，从而引起矮小[1-2]。然而独立于经典的GH-IGF-1 相关基因以外，近年来发现利钠肽B 型受体（natriuretic peptide receptor-B gene，NPR2）基因突变在矮小症及软骨内骨生长中具有重要作用[3]，以下对此综述。

1 NPR2 基因的概述

1.1 定位及蛋白的表达 NPR2 基因位于9p13.3，包括22 个外显子，全长约16.5 kb，mRNA 全长约3 000 bp。NPR2 基因编码利钠肽受体B 型（natriuretic peptide receptor-B，NPR-B），是由1 047 个氨基酸组成，两条单体同源二聚体结构的跨膜蛋白，其分子结构功能区域包括：450 个氨基酸组成的细胞外配体结合结构域，20 个氨基酸组成的跨膜功能区，570 个氨基酸组成细胞内结构域，细胞内结构域包括3 个亚单位：250～260 个氨基酸组成的同源激酶结构域，40 个氨基酸组成的卷曲螺旋区，250个氨基酸组成的羧基末端鸟苷酸环化酶催化结构域[4]。细胞外结构域是C 型利钠肽（C-type natriuretic peptide，CNP）的结合位点。CNP 是利钠肽家族成员之一，广泛分布于机体的各个组织，如血管内皮、神经、肾脏等，尤其是软骨组织，它通过自分泌及旁分泌的方式与NPR-B 结合作用于骨骼生长板的肥大区，促进骨骼基质的合成并刺激软骨的增殖和分化[5]。

1.2 信号通路 NPR-B 与特异性配体CNP 结合后，同源激酶结构域构象发生变化，从而激活鸟苷酸环化酶（cGMP）活性，cGMP 水平升高并在胞内不断积累，cGMP 作为第二信使激活胞内靶分子，如依赖cGMP 的蛋白激酶Ⅰ和Ⅱ(cGMP dependent kinase I 和Ⅱ，cGK I 和cGK II)、磷酸二酯酶及环状核苷酸门控离子通道等，cGK II 在CNP 发挥生物效应中尤其重要，该活化抑制MAPK 途径，拮抗成纤维细胞生长因子受体3（FGFR3）信号传导，通过一系列信号转导调节软骨细胞的增殖和分化，最终促进软骨内成骨[6]。对于NPR2 信号通路的调节有多种途径，最近有研究表明NPR-B 的鸟苷酸环化酶的去磷酸化可以抑制骨骼生长，这种去磷酸化作用是由成纤维细胞生长因子信号途径对NPR2 信号通路的交联影响[7]，另外一项研究证实NPR2 在其激酶同源结构域（KHD）中的7 个丝氨酸和苏氨残基的磷酸化是NPR2 介导cGMP 信号转导的重要调节原件[8]，还有内质网介导的糖基化过程可能在鸟苷酸环化酶激活中具有重要作用[9]。NPR2 基因突变可以导致信号传导障碍，从而影响CNP 的生物活性，导致矮小症[10]。

1.3 组织细胞特异性 在脑、肾上腺、肾脏、子宫、卵巢、肺、软骨等组织中均发现了NPR-B mRNA 的表达。研究发现NPR-B 是大脑中主要的利钠肽受体，在皮质、垂体、小脑中可检测到NPR-B mRNA，在整个神经轴上检测NPR-B mRNA，发现在边缘皮质、海马、新皮质、杏仁核、嗅球高度表达[11]。另一项研究在整个下丘脑和神经垂体中发现了高水平的NPR-B mRNA[12]。细胞水平中，NPR-B 蛋白存在于软骨细胞、血管平滑肌细胞、成纤维细胞等细胞，其中成纤维细胞中NPR-B 蛋白浓度相对较高[13]。

2 NPR2 基因与矮小症

2.1 NPR2 基因与M 型肢端肢中发育不良 肢端肢中发育不良（Acromesomelic Dysplasia，AMD）是一种常染色体隐性遗传的骨发育不良疾病，M 型肢端肢中发育不良（Acromesomelic Dysplasia Maroteaux type，AMDM)是其中一种类型。AMDM 的身材矮小是不成比例，主要为四肢的中端和远端的骨发育不良，同时中轴骨发育也受到影响，椎体成楔形造成背侧短于腹侧，AMDM 涉及中轴骨，这一点区别于其他类型的AMD[5]。1998 年Kant 等[14]将AMDM 的基因定位于9p13.3，2004 年Bartels 等[15]在AMDM患者中发现NPR2 基因的突变。2006 年Olney 等[16]的动物实验支持NPR2 基因的纯合突变和复杂杂合突变导致AMDM 的发生。NPR2 基因的纯合突变和复杂杂合突变阻断了CNP-NPRB 信号通路，从而导致骨骼发育不良，即AMDM 的发生。

表1 在AMDM 中报道的NPR2 基因突变

随着基因检测技术的发展及AMDM 的认识加深，不断地有NPR2 基因的新发突变被检测到，如2015 年Irfanullah 等[17]在3 个患有AMDM 疾病的巴基斯坦裔家族中发现了2 个新的错义突变体（p.Arg601Ser;p.Arg749Trp）。2016 年Srivastava 等[18]在4 个不同印度家族中检测到了4 个纯合突变。这些包括3 个新的突变，包括1 个缺失移码突变（p.Cys586Ter），1 个无义突变（p.Arg479Ter），1 个错义突变（p.Val187Asp）和1 个已经报道的错义突变（p.Tyr338Cys）。2018 年Lin 等[19]报道了1 例台湾的AMDM 患者，同时在核苷酸2 635 处检测到一个新的错义纯合突变（C-to-T），导致密码子879 处的脯氨酸至丝氨酸取代（p.P879S）。Ain 等[20]在4 个不同家族中发现了5 种的变异，这些研究拓宽了AMDM患者NPR2 突变的基因谱。AMDM 的NPR2 基因突变见表1[15,17-19,21]。

2.2 NPR2 基因与特发性矮小 特发性矮小（idiopathic short stature ，ISS)是一种病因不清，机制未明的排除性诊断。当一个矮小患者通过相关检查除外慢性系统性疾病、骨骼或内分泌异常、染色体异常等疾病后可归为ISS，又称非内分泌性矮小、正常身材矮小、非生长激素依赖性身材矮小。

近年来一些研究在ISS 人群中发现NPR2 基因的杂合突变。Vasques 等[22]一项研究表明在47 例患有ISS 的巴西患者中NPR2 杂合性突变率达6%。日本的1 项研究则在101 例独立的矮小患者中检测NPR2 基因，有2%患者发生了杂合突变[23]。Wang 等[24]报道了在13.6%家族性矮小病例中发现了NPR2 功能缺失型变异，表明这种变异将为家族性ISS 患者提供一种常见的解释。然而，在2017 年Hattori 等[25]为无矮小同源盒基因 (short stature homeoboxcontaining gene，SHOX gene) 突变的86 例特发性矮小患者做基因筛选，并未发现NPR2 基因的致病性突变。需要进一步的研究来确定ISS 患者中NPR2基因突变的确切突变频率及其相关作用机制。ISS的NPR2 基因突变见表2[22-23,29]。

2.3 NPR2 基因与Léri-Weill 综合征 Léri-Weill综合征(LWD)是以前臂和四肢匀称性短小为特征的矮小性疾病。患者的双侧桡骨均缩短并呈弓形凸出，远侧尺骨呈半脱位，即马德龙畸形，是由Léri 和Weill 于1929 年首先报道。既往的研究表明约60%的LWD 患者可检测到SHOX 或其增强子的突变，剩余的约40%LWD 的分子机制尚不清楚[26-28]。

Hisado-Oliva 等[29]做了一项研究，他们在173例疑似LWD 患者中对NPR2 基因进行筛选，同时这些患者已经确定无SHOX 或其增强子的突变，结果显示约3%患者检测到了NPR2 基因突变，提示在SHOX 阴性的LWD 患者中NPR2 基因检测应该被推广。LWD 的NPR2 基因突变见表3[29]。

表2 在ISS 中报道的NPR2 基因失去功能型杂合突变列表

表3 在LWD 中报道的NPR2 基因突变列表

3 治疗相关

1985 年美国食品和药物管理局（Food and Drug Administration，FDA） 批 准 重 组 人 生 长 激 素(recombinant human growth hormone，rhGH)应用于生长激素缺乏的患儿，2003 年批准应用于ISS 患儿。rhGH 治疗矮身材可以增加身高增长速率、调节骨矿代谢、改善最终成年身高，其安全性也有保障[30-31]。最近一项病例报告报道了1 例7 岁矮身材的女孩，该女孩和其母亲均检测出NPR2 基因的突变，临床表现为身材矮小、轻度的骨骼发育不良但无马德龙畸形，父亲和2 个年幼的弟弟妹妹却无矮小等表现，该患儿在7.75 岁开始应用rhGH 治疗，年生长速度从第1 年后的4.4 cm/年，增长到9.3 cm/年，在第2年结束时达到10.5 cm/年，证明rhGH 治疗NPR2 基因突变引起的矮小是有作用的[32]。另外也有人尝试用促红细胞生成素、粒细胞集落刺激因子等治疗，但是疗效不确定。对于伴有骨骼发育问题的矮小，如AMDM、LWD 类，外科介入治疗是目前最好的手段[33]。

NPR2 基因不仅仅有失去功能型的基因突变，还有获得功能型的突变，一些研究报道在过度生长的患者中检测到NPR2 基因获得功能型的杂合突变，表型呈现身材高大、脊柱侧弯、长手长脚、宽大的脚趾、踝外翻畸形等[34-36]。通过研究过度生长的患者获得功能型NPR2 基因突变，未来或许可以应用基因编辑的手段对矮小症患者NPR2 基因进行特定的修改，使其获得促进身高增长的部分功能，或者直接将正确的基因替代靶细胞突变的基因从而达到改善身高目的。

另外，由于CNP/NPR-B 系统在软骨细胞的增殖分化中起到重要作用，CNP 可能是一种有前景的治疗药物，CNP 类似物药物的研发及临床研究将有助于揭示其在骨骼发育不良和其他身材矮小中促生长作用的具体机制。

4 结语

矮小症是儿童内分泌疾病最为常见的一种，其病因复杂多样，NPR2 基因突变在矮小症中占有一定比例，成为矮小症分子诊断的一部分，为临床的诊断与治疗提供依据。当然独立于GH-IGF-1 轴以外还有诸多的矮小症相关基因，如矮小同源盒基因（SHOX）、C 型利钠肽基因（NPPC）、成纤维生长因子受体3 基因（FGFR3）、蛋白聚糖基因（ACAN）等[37-38]。矮小症患儿有时是多基因共同作用，这就造成了其遗传学病因的复杂性，但随着基因检测相关技术的发展，会更加深入的了解矮小的背后原因，研发更多有效的药物，最后希望更多的矮小症患儿，尤其是病因未明的，能通过基因学检测明确病因，进而给予更加合理、有效的治疗。