COL1A1新发突变致儿童成骨不全症 1 例报道并文献复习

李静怡 樊倩影 李珊 王亭亭 李丽 郑丽丽*

1.首都医科大学附属北京天坛医院整形美容科，北京 100050 2. 郑州大学第一附属医院内分泌科，河南 郑州 450052

成骨不全症(osteogenesis imperfecta，OI)是一种常染色体遗传性的先天疾病, 是由于多基因异常突变而后，致中胚层的发育异常使胶原形成障碍而造成的罕见遗传性疾病[1]。OI以骨骼脆性增加、反复骨折为临床表现的遗传性结缔组织疾病，亦可累及眼、耳、牙、皮肤，造成骨畸形、蓝巩膜、身材矮小、牙本质发育不全、听力障碍、皮肤肌腱和韧带松弛等。有文献报道成骨不全的发病率为 1/15 000 ～20 000[2]。青少年型和家族性骨质疏松症患者中, 有相当一部分是未确诊的 OI[3]。

成骨不全Ⅰ型(OI-Ⅰ，MIM 166 200)最常见，但症状相对较轻， OI-Ⅰ为常染色体显性遗传，临床表现略有差异。本病是由Ⅰ型胶原蛋白基因突变所致。I型胶原蛋白是由2条α1链和1条α2链组成，分别由COL1A1基因和 COL1A2基因编码，已发现上千种基因突变型[4],其中 COL1A1 基因位于染色体7q21.31～q22.05，包括5 个外显子，COL1A2基因位于染色体 7q22.1，有52个外显子[5]。

OI至今仍无有效根治手段，双膦酸盐则是最主要的药物，也有学者提出长期使用双膦酸盐与青少年的非典型股骨骨折相关[6-7]。所以，防治是该病最佳应对措施，及时有效地检测出突变基因并进行鉴定，了解其分子机制也是开展孕早期诊断的必要条件。

本研究对一例OI-Ⅰ型的患儿进行了COL1A1和COL1A2 基因诊断，发现 COL1A1基因存在着一新的移码突变，并对该基因新突变进行了详细致病性鉴定。

1 材料和方法

1.1 病史

患者男性，13岁，以“反复骨折11年”为主诉入院，11年前摔伤后出现下肢活动障碍，于当地查下肢DR片示骨裂(具体不详)，制动1月后恢复正常。10年前摔倒后出现右上肢红肿、疼痛、活动障碍，当地医院嘱其制动1周，效差，后至上级医院给予石膏外固定1月，骨折处畸形愈合，期间发现双眼巩膜呈蓝色，疑诊“成骨不全”，未进一步确诊。9年来先后出现右手食指、双下肢胫骨、双侧尺骨、双侧桡骨骨折，平均每年出现1次，均保守膏药治疗，未遗留畸形(具体不详)。1年前摔倒后出现右侧尺骨鹰嘴骨折，行内固定手术治疗，术后1年愈合，未遗留畸形。1月前篮球砸伤手部后出现右手食指骨折，行内固定手术治疗，为求进一步治疗于我院内分泌与代谢科就诊。患者系第一胎第一产，足月顺产，出生身长不详，出生时体重3.5 kg，生产过程无产伤，母孕期无有害药物、射线接触史，生长发育过程与同龄人相当，身高低于同龄人，听力正常，视力正常，智力正常。

1.2 查体

身高158 cm、体重48 kg、BMI 19.2 kg/m2、坐高82 cm、上部量78 cm、下部量80 cm、指尖距 160 cm。正常面容，三角脸型，蓝色巩膜，无龋齿，右上肢肘关节背面可见长约10 cm手术瘢痕，右手食指可见一长约4 cm手术瘢痕，关节韧带松弛，左肘关节外凸，心肺腹、神经系统查体未见明显异常。

1.3 实验室检查

钙磷代谢无异常；骨代谢标志物示：骨钙素：179.80 ng/mL(参考范围：14～42ng/mL)；β-CTX 1.14 ng/mL(参考范围：<0.584 ng/mL)；PTH 50.86pg/mL(参考范围：15～65pg/mL)；PINP 296.70 ng/mL(参考范围：16.89～65.49ng/mL)；25(OH)D39.15ng/mL(参考范围>18 ng/mL)；骨碱性磷酸酶250 U/L(参考范围<200 U/L)，提示高转换水平。性激素六项、GH、IGF-1、血清蛋白电泳、血免疫固定电泳、尿本周电泳无明显异常。

1.4 影像学检查

患者骨密度腰椎L10.751 g/cm2、L20.775 g/cm2、L30.725 g/cm2、L40.690 g/cm2(Z总评分为-0.1)；股骨颈 0.617 g/cm2(Z评分-2.2)，转子 0.621 g/cm2，内部 0.834 g/cm2(Z总评分为-1.4)，提示骨量低下。双手正位X线片、双下肢正位X线片、颅骨侧位X线片、骨盆正位X线片如图1，可见四肢长骨纤细、骨皮质变薄。

1.5 基因检测

应用高通量测序技术，采用骨骼遗传病检测包，对先证者进行共225个相关致病基因各外显子编码区域的序列变异筛查，在COL1A1基因编码区发现杂合变异c.2911_2912insAG (p.G971Efs*138)。采用PCR结合Sanger测序的方法，检测分析了患儿及其父亲、母亲、妹妹COL1A1基因c.2911_2912insAG(p.G971Efs*138)位点变异情况，其父亲、母亲及妹妹均未携带COL1A1基因c.2911_2912insAG(p.G971Efs*138)杂合变异。该变异属于移码突变，可造成编码提前终止，产生截断蛋白，影响蛋白功能，该变异不属于多态性位点，但其在正常人群中发生频率极低，暂无该位点致病性相关报道，经Mutatiaon Taster预测显示为致病性突变。DNA测序结果如图2。

图1 先证者影像学检查注：A 双手正位X线片；B 双下肢正位X线片；C 颅骨侧片X线片； D 骨盆正位X线片Fig.1 The image examination of the proband

图2 COL1A1 基因测序图Fig.2 The gene sequencing map of COL1A1 gene

2 讨论

I型胶原蛋白占骨有机质成分的 90%以上, 对于维持骨骼结构的完整性和生物力学性能至关重要，其基因或代谢相关调控基因突变，致使胶原蛋白数量减少或质量异常和胶原三螺旋结构紊乱，是致成骨不全的主要原因[8]，多数呈常染色体显性遗传[9]。OI患儿的影像学表现为：长骨多发性骨折、大量骨痂、骨皮质变薄、松质骨密度降低、骨小梁稀疏或消失、头颅增大、囟门及颅缝闭合延迟和伴轻度钙化不全[10]。OI的临床表现有明显的异质性，主要表现为骨脆性增加，轻微创伤可引起骨折，甚至严重者为自发性骨折。根据临床表现Sillence等[11]将OI分为Ⅰ～Ⅳ型，症状大都相似，临床表现的轻重程度因Ⅰ型胶原数量和质量上损害和缺陷程度不同而定[12]。

Ⅰ型OI临床表现为身材正常或矮小、轻度到中度的骨折发生率、蓝色巩膜。是由于COL1A1或COL1A2发生突变所致，COL1A1和COL1A2分别编码Ⅰ型胶原α1链和α2链,定位于17q21.31-q22和7q22.1，Ⅰ型胶原分子的每条链包括338个重复的Gly-Xaa-Yaa单位(X、Y为其他氨基酸)，相互折叠成紧密的三螺旋结构，甘氨酸在三螺旋结构中起到重要作用[13]。COL1A1基因的杂合无义突变、移码位点突变等突变破坏了mRNA的稳定性，而减少了50%Ⅰ型胶原的合成，而其他氨基酸替代了起重要作用的甘氨酸，导致Ⅰ型胶原分子结构异常，最终导致疾病的发生[14]。目前在 COL1A1基因中发现上千种突变，其中位于 CpG双核苷酸区域的突变大于80%。也就是说在所有突变中, 在遗传上无亲缘关系患者中重复出现的突变可达20%, 而在不同个体相同的突变表型存在明显差异[15]。

本文通过对先证者COL1A1和COL1A2进行详细的检测，在COLLA1基因编码区发现杂合变异c.2911_2912insAG (p.G971Efs*138)。复习资料示，该变异属于移码突变，可造成提前终止编码，而产生截断蛋白，从而导致Ⅰ型胶原合成异常，致Ⅰ型(轻型)成骨不全。本文先证者临床表现为蓝色巩膜、反复骨折、骨代谢活跃、骨量减少、身材较同龄人矮小。而在其同家系健康对照组中均未携带COLLA1基因c.2911_2912insAG (p.G971Efs*138)杂合变异，结合家系验证分析结果，考虑患者为新发突变可能性大，但不排除患者父母为生殖腺嵌合的可能。

成骨不全的治疗和预后：国内外目前治疗 OI的药物主要包括双膦酸盐、甲状旁腺素、生长激素、降钙素、维生素等，双膦酸盐是目前治疗OI的主要药物[16-17]。对儿童OI患者静脉注射pamidronate能减少骨痛、改善运动和肌肉强度、增加骨量、减少骨折的发生。OI治疗可以用药物结合外科治疗，其可针对骨折并有严重畸形的患者。较轻的患者多用手法复位小夹板固定或牵引治疗，重者或畸形者可行截骨矫正内固定术等，预防后遗症发生[18]。OI的预后决定于临床类型和严重程度，除极为严重者在青春期后死亡外多数病人寿命正常。本病通常在青春期前后不再发生骨折，但可残留畸形和身材矮小。还可由于骨折的畸形愈合、关节挛缩和骨质疏松、软化等，引起长骨弯曲畸形、关节半脱位、脊柱侧后凸、髋臼内陷或三角形骨盆、内耳硬化致耳聋等并发症。

诊断OI的直接证据是反复发生的骨折和阳性家族史，由于 OI-Ⅰ型临床症状较轻，故易出现漏诊和误诊，此时基因诊断对该病的确诊至关重要。本研究通过对患儿及家系基因检测发现了COL1A1基因新的移码突变c.2911_c.2912insAG致成骨不全临床表现，丰富了中国人OI群体COL1A1基因致病突变谱。