先天性马蹄内翻足致病基因及遗传因素的研究进展

卢冠锦 李盛华 周明旺 吉 星 陈彦同 王鹏志 李 毅 岳百川

先天性马蹄内翻足(congenital talipes equinovarus，CTEV) 是目前儿童骨科领域最常见的先天性四肢畸形，发病率为0.1%～0.4%[1,2]。当前，国内外学者对该病的发病机制提出了不同的观点，HOX基因等多个基因的突变被证明与先天性马蹄内翻足具有较大相关性，但影响CTEV发病的关键机制还有待进一步研究[3-5]。现将近年来国内外有关CTEV致病基因及遗传因素的研究进行综述。

一、先天性马蹄内翻足的基因及遗传学机制研究

基因及遗传学机制早已被证明在CTEV的发病中有重要作用。研究证明，CTEV的遗传模式是在多基因、多因素影响下产生的，但至今影响CTEV发病的关键机制仍没有足够确切的证据[6,7]。针对CTEV的分子生物学发病机制，国内外学者做出了许多种不同的假设，研究认为携带HOX基因家族、PITX1-TBX4途径、COL1A1基因和COL9A1基因、肌肉收缩基因和骨畸形发育不良硫酸盐转移因子(DTDST)基因、Filamin B蛋白、RBM10基因会增加CTEV发病的风险。

二、HOX基因家族

HOX基因家族包括39个基因，包含4个基因簇，在机体发育、细胞代谢、细胞分化中发挥重要作用。其中，骨骼细胞的生长与HOX基因家族的多个基因型有着密切的关联。研究显示，HOX基因不仅在胚胎发育期对骨骼的生成和修复发挥着关键作用，同时HOX基因的表达在成年骨骼中也得到广泛维持[8]。骨组织由胚胎中胚层经过分化发育而成，而HOXA10在前体细胞中胚层参与表达，同时与HOXD11等同源基因相互协同作用促进中胚层发育，从而对骨发生产生积极影响[9]。有研究者通过生成一个HOX11的等位基因并在成年期诱导基因缺失，导致成骨细胞无法成熟，从而证明了HOX11基因在骨骼形态的稳定中发挥关键作用[10]。目前CTEV发病基因的相关性研究中，HOX基因与CTEV发病相关性取得了较为深入的研究进展。有学者指出，调节肌肉和肌腱发育中细胞凋亡的CASP3与HOX基因相互作用，会导致肢体肌肉的发育过程被破坏，最终导致先天性马蹄内翻足，而CASP3的个体变异则不能引起马蹄内翻足[11]。也有研究者通过基因分型测定HOXA9rs3801776 G>A多态性与CTEV的关联性，对结果进行分层分析后发现，无论单侧还是双侧患者，其HOXA9rs3801776 G>A基因多态性与CTEV敏感性之间存在显著关联性[12]。这些研究证明了HOX基因是CTEV的易感基因，但其与CTEV发病的关联程度及因果关系还需进一步验证。

三、PITX1-TBX4途径

PITX1是与肢体发育和二倍体均相关的同源域转录因子。有学者发现，PITX1基因突变会引起下肢畸形，其中包括CTEV[13]。Gurnett等[14]发现，转录因子PITX1基因的错义突变PITX1E130K位于高度保守的同源域中，降低了PITX1激活萤光素酶报道分子的能力，从而对转录表现出一种负效应。在PITX1E130K突变的前提下,Alvarado等[15]研究者假设PITX1单倍体不足也可能引起CTEV，通过拷贝数分析，在CTEV患者中鉴定了有关PITX1的241 kb染色体5q31微缺失，表明PITX1单倍体不足可能导致CTEV发病。而Alvarado等在2010年的研究中发现，染色体17q23.1q23.2q区包含T-box转录因子TBX4，而该染色体17q23.1q23.2q微复制是家族孤立性马蹄内翻足的原因之一[16]。

四、COL1A1基因和COL9A1基因

Ⅰ型胶原是骨、韧带和肌腱等间质组织的主要组成成分,其组成链之一的α1链由COL1A1基因负责编码。Ⅸ型胶原是透明软骨中的主要成分，其α1链则由COL9A1基因进行编码。有学者研究发现，COL1A1基因与骨骼发育异常疾病的发生高度相关[17]。刘丽英等[18]第一次将CTEV的易感基因定位在6q12-13 区域，而该区域的已知基因是COL9A1基因，并通过研究COL9A1基因中的2个SNP发现了COL9A1基因与足部发育异常的关联。有学者通过聚合酶链反应-限制性片段长度多态性对COL9A1rs1135056、rs35470562 和 rs592121 进行基因分型，并认为COL9A1基因多态性与中国人群CTEV的发病存在关联性[19]。COL1A1基因和COL9A1基因作为CTEV的可能易感基因，其具体的遗传机制有待进一步探究。

五、肌肉收缩基因

肌肉发育不全与肌肉收缩都是CTEV的特征性表现。有研究表明影响肌肉发育的基因变异是CTEV发病的危险因素，而影响肌肉收缩的基因突变则会导致某些先天性畸形[20]。肌球蛋白(tropomypsin，TPM)在横纹肌中属于结合肌钙蛋白复合物，并控制肌球蛋白头与肌动蛋白通路。其中TPM3中的TPM3.12点突变被证明与骨骼肌的病变有关[21]。一项关于成年兔骨骼肌肌球蛋白的研究也观察到，骨骼肌蛋白与TPM肌球蛋白具有牢固的粘合性，进一步证明了肌球蛋白基因与骨骼发育的关联[22]。Weymouth等[23]通过动物实验研究证明TPM2的表达增加可能会产生肌动蛋白抑制作用，从而限制肌肉收缩和足部运动，而肌肉功能的受限可能导致CTEV。

六、Filamin B蛋白

Filamin B蛋白是一种肌动蛋白结合蛋白，通过交联肌动蛋白的细胞骨架使其成为一种动态结构。目前在关于Filamin B蛋白的研究中，我们发现Filamin B中的致病性突变只引起骨骼畸形[24]。在其致病性突变中，已有研究显示M633V、Y732C和D1573Y这三个错义突变影响了Filamin B蛋白的表达水平，导致细胞质的局灶性聚集，进而破坏了动态的细胞骨架引起骨骼畸形[25]。有研究者认为，FLNB的功能性突变可能是由TGF-β信号通路抑制功能丧失引起，而TGF-β的信号传导与refilin家族蛋白存在相关性，提出了采用filamin-B-refilin 轴作为骨骼发育的调节因子，为CTEV发病机制提供了新的研究途径[26]。

七、RBM10蛋白

RBM10是大多数人类及动物细胞中参与表达的RNA结合基序蛋白，其功能缺失突变已经被证实能够引起TARP综合征[27]。TARP综合征是一种患儿异常发育综合征，其症状表现包括睑裂、房间隔缺损，此外远端肢体的缺损或畸形也被证明是TARP可能的临床表现[28]。目前有关RBM10的研究越来越多，并可能是未来针对先天性发育异常疾病研究的一个突破口，但对其功能以及其对疾病进展调控的认识仍然不清晰，因此对RBM10结构及作用机制的更深入研究将十分重要。

八、骨畸形发育不良硫酸盐转移因子(DTDST)基因

骨畸形发育不良硫酸盐转移因子 (diastrophic dysplasia sulfate transporter,DTDST) 基因是一种在身体的多个组织中参与表达的硫酸盐转运蛋白，DTDSTcDNA翻译后会形成一种含氨基酸蛋白。当其出现突变时，会导致软骨蛋白多糖的亚硫酸化和软骨结构的异常改变。有学者[29]通过DTDST基因测序和硫酸盐吸收测定，发现DTDST基因突变患者对硫酸盐的吸收能力下降。结果表明，CTEV的发病与DTDST基因突变具有相关性，但不具有唯一性[30]。

九、T-box(TBX)基因

TBX基因被认为是动物心脏、乳腺、四肢等多种结构组织在胚胎发育过程中的关键调节器[31,32]。TBX相关基因如TBX3、TBX4、TBX5等突变会导致相关结构发生畸形，有学者通过小鼠实验模型发现小鼠5号染色体中的一个遗传片段包含TBX3基因，而TBX3的血清表达水平随着关节炎严重程度的加重而升高，表明了TBX3基因与关节炎的发生具有重要的相关性[33]。也有研究者对TBX3进行了序列分析，显示了新的突变，而这种突变会导致外显子发生转码，与一些肢体缺陷也存在相关性[34]。TBX4基因是人类肺部、骨盆和下肢器官发育的重要转录因子，研究发现爪蟾胚胎中CRISPR/Cas9介导的TBX缺失对其腿的发育具有限制作用[35]。有学者通过利用组蛋白乙酰转移酶KAT2A和KAT2B对TBX5进行乙酰化，发现了TBX5对KAT2A和KAT2B的调节及其对心脏和四肢发育有重要影响[36]。

十、CASP基因

CASP8与CASP10基因均属于可以介导细胞凋亡的半胱氨酸蛋白酶基因，研究表明CASP基因通过介导细胞凋亡对胚胎的发育进行调节，以维持胚胎的正常发育[37]。有学者认为CASP8是细胞凋亡的分子开关，其研究发现小鼠中的CASP8缺乏会引起胚胎凋亡，而通过删除RIPK3和MLKL可以改变这一状况，表明CASP8在控制细胞凋亡中起作用[38]。此外，一项关于CASP8突变与肌肉骨骼损伤的研究认为，CASP8凋亡途径在肌肉骨骼损伤的潜在发病机制中具有重要的生物学意义[39]。有研究对CTEV发病的相关基因家族进行分析发现，染色体区域2q31-33中的缺失与CTEV发病相关，而对该区域的基因进行分型分析发现，CASP10变异的主要等位基因与CTEV发病呈正相关[40]。

十一、生长分化因子-5(growth differentiation factor-5,GDF5)基因

GDF5基因又被称为软骨形态发生蛋白，其在胚胎发育、调节骨髓分化以及促进肢体发育过程中均发挥着重要的作用[41]。GDF5基因对关节、软骨细胞的调控已经被证实。有研究提出，GDF5基因在损伤后组织的重塑和修复中发挥重要作用[42]。另有学者提出可以利用GDF5与一些骨关节疾病之间的遗传关联，采用3D打印进行功能重建与修复，通过基因研究来治疗相关遗传性疾病[43]。

十二、小结

随着CTEV的致病基因及遗传学机制研究不断深入，目前已经有多种致病基因及遗传因素被证明与CTEV的发病有着密切的联系。虽然目前还没有充足的证据可以确定影响CTEV发病的关键机制，但相信随着科技手段的不断进步，对CTEV的致病基因及遗传学机制的认识会更加明确，将有助于CTEV等先天性发育异常疾病的诊断和预防，并为合适和及时的治疗干预提供更好的指导。