重组人生长激素改善ACAN 基因变异致家族性矮小的疗效观察及文献复习

赵莉莉 朱一琳 袁 珂 梁 黎 王春林

1.浙江大学医学院附属第一医院儿科（浙江杭州 310003）；2.缙云县人民医院儿科（浙江丽水 321400）

家族性矮小（familial short stature，FSS）通常指患儿及其父母或父母之一的身高均小于同年龄同性别同种族身高标准差（HtSDS）-2 SD，其病因复杂，约80%患儿由遗传因素引起，大部分表现为常染色体显性遗传[1]。其中较为严重的FSS往往与单基因变异相关，迄今已发现10 余种基因变异可致FSS，大部分基因均与生长板发育密切相关，既往报道约2.5%的FSS由ACAN基因变异所致[2-4]。

重组人生长激素（recombinant human growth hormone，rhGH）目前常被用于改善ACAN基因变异所 致FSS 的矮身材，但单独rhGH 治疗的疗效仍有争议[5-7]。本研究通过回顾性分析确诊的ACAN基因变异所致的FSS家系的rhGH治疗疗效并复习国内外相关治疗文献，以观察rhGH治疗改善ACAN基因变异致FSS患儿身高的疗效。

1 临床资料

先证者1，男，4岁1月龄，汉族，主诉生长缓慢4年。先证者系G2P2，足月剖宫产，出生体质量2.9 kg，出生身长50 cm，生后生长速率较同龄儿慢。体格检查：身高90.5 cm（-3.6 SD），体质量13.5 kg，外生殖器G 1 期，阴毛PH 1 期，无特殊面容，身材匀称，智力发育无异常。先证者姐姐，9岁6个月，系G1P1，足月剖宫产娩出，出生体质量3.0 kg，出生身长不详，生后生长速率较同龄儿慢。体格检查：身高122.2 cm（-2.5 SD），体质量29.5 kg，双乳B3期，阴毛PH1期，无特殊面容，身材匀称，智力发育无异常。先证者姐姐于5岁6个月时因生长迟缓在浙江大学附属第一医院诊断为特发性矮小，当时身高98.8 cm（-3.4 SD），体质量16.5 kg，骨龄片示9岁5个月，曾予rhGH，50 μg/ (kg·d)治疗3个月，身高增加2.7 cm（101.5 cm，-3.1SD），但因家庭经济原因自行停止rhGH治疗。

先证者2，男，3 岁，汉族，主诉生长缓慢2 年余。先证者为G2P2，足月顺产，出生体质量2.9 kg，出生身长不详，生后生长速率较同龄儿慢。体格检查：身高82 cm（-3.9 SD），体质量12 kg，外生殖器G1期，阴毛PH 1 期，无特殊面容，匀称型身材，智力发育无异常。

经医院伦理委员会批准（No.2018-728）及家属知情同意，收集2 例先证者及其家系成员的外周血各5 mL（EDTA 真空抗凝采血管），于-80 ℃冻存备用。对先证者及其父母采用核心家系全外显子测序（trio-WES），根据临床表型、美国医学遗传学和基因组学协会/分子病理学协会（ACMGG/AMP）指南以及PredictSNP（https://loschmidt.chemi.muni.cz/predictsnp1/）、PolyPhen-2（http://genetics.bwh.harvard.edu/pph2/index.shtml）及SⅠFT（http://sift.jcvi.org/）等软件进行致病性预测，筛选出ACAN基因变异为致病基因，此后应用Sanger 测序检测该家系其余成员的ACAN基因碱基序列。

先证者1在ACAN基因第12号外显子存在杂合缺失变异c.5026_5027del（p.Ser1676Ter）。通过Sanger测序验证，先证者母亲、姐姐、外祖母、舅公均携带此位点杂合变异，父亲为野生型。经检索ClinVar、dbSNP、千人基因组等数据库未发现该变 异。先证者父亲及祖母均为矮身材，祖父身高无异常，三者行trio-WES 均未检出目前已知的致病基因。先证者2 在ACAN基因第8 号外显子处存在杂合错义变异c.1504 C＞T（p.R 502 C），其父亲也携带该变异，母亲为野生型。使用PredictSNP、PolyPhen-2及SⅠFT进行致病性分析均提示该位点变异为致病性变异。

2例先证者在rhGH治疗过程中按rhGH儿科临床规范应用的建议[8]，规范随访观察，治疗期间无不良反应，各项检验检查指标未见异常。

先证者1 行精氨酸和可乐定激发试验示GH 峰值为20.4 ng/mL，先证者姐姐24.6 ng/mL。先证者1骨龄为5 岁6 个月（G-P 图谱法），先证者1 姐姐骨龄为11岁6个月（G-P图谱法）。姐弟的染色体核型与生理性别相符。先证者1 和姐姐类胰岛素样生长因子-1（ⅠGF-1）分别为67.5 ng/mL和135 ng/mL，类胰岛素样生长因子结合蛋白-3（ⅠGF-BP3）分别3.1 μg/mL和3.02 μg/mL。肝肾功能、电解质及甲状腺功能均无异常。垂体磁共振成像及脊柱全长片未见异常。父母均体健，否认近亲婚配；父亲身高158.8 cm（-2.3 SD），母亲身高136 cm（-4.6 SD），余见家系图（图1a）；家系所有成员均无骨关节炎或骨骼畸形。先证者1排除rhGH禁忌证后予以rhGH，50 μg/(kg·d)，皮下注射治疗。治疗12个月后身高增加13 cm（身高103.5 cm，-1.8 SD），第1年生长速率达到13 cm/a，身高明显改善（ΔHtSDS：1.8 SDS）；治疗18个月后身高增加17.1 cm（身高107.6 cm，-1.7 SD），第2年生长速率约8.2 cm/a，身高较治疗前改善明显（ΔHtSDS：1.9 SDS）（图2a）。rhGH治疗1年时复评骨龄为6岁6月龄，骨龄进展与年龄进展相仿。家系成员临床资料见表1。

图1 2 例家族性矮小家系图

表1 2个家系成员临床资料表

先证者2 行精氨酸和可乐定激发试验示GH 峰值3.91 ng/mL；骨龄1岁6个月（G-P图谱法）；染色体核型为46，XY；ⅠGF-1：80.7ng/mL、ⅠGF-BP3：3.2 μg/mL；肝肾功能、电解质及甲状腺功能均无异常；垂体磁共振成像及脊柱全长片未见异常。父母均体健，否认近亲婚配；父亲身高160 cm（-2.1 SD），母亲身高157 cm（-0.7 SD）；姐姐8周岁，身高123 cm（-1.0 SD），见家系图（图1 b）。家系所有成员均无骨关节炎或骨骼畸形。先证者2 排除rhGH 禁忌证后予以rhGH，33 μg/(kg·d)，皮下注射治疗。治疗12 个月后身高增加12 cm（身高94 cm，-2.6 SD），第1年生长速率达到12 cm/a，身高明显改善（ΔHtSDS：1.3 SDS）；治疗第22月时身高增加17 cm（身高99 cm，-2.86 SD），第2年生长速率约6 cm/a（图2b），身高标准差值较治疗前改善（ΔHtSDS：1.22 SDS）。rhGH治疗1年时复评骨龄为2岁6个月。家系成员临床资料见表1。

图2 先证者生长曲线图

2 讨论

通过万方、维普、中国知网、PubMed、及EMBase 等数据库，以“ACAN基因”、“ACANgene”、“Aggrecan”、“聚集蛋白聚糖”、“矮小”、“Short stature”为关键词，检索自建库起至2020 年3月的文献。文献入选标准为：①携带致病性ACAN基因变异；②患儿及其父母或者父母之一身高≤-2 SD；③排除其他常见的相关矮小基因变异；④未使用促性腺激素释放激素类似物（GnRHa）、芳香化酶抑制剂抑制等影响生长发育的药物。截至2020 年3 月，检索到ACAN基因变异所致家族性矮小的相关文献共23 篇，根据筛选标准纳入6篇文献，筛选出rhGH治疗ACAN基因变异致家族性矮小症患儿11 例。纳入本文的3 例患儿，共14 例患儿（表2）。14 例患儿开始给予rhGH 治疗的年龄为（8.10±3.18）岁，治疗前身高SD值为-3.15（-3.90～-2.60）；rhGH 治疗疗程为1.0（0.8，3.0）年；治疗后身高SD 为-2.60（-3.10～-1.70），均未达到成年终身高。统计分析示患儿rhGH 治疗前后身高SDS改善明显，ΔHtSDS为0.50（0.30～1.20），SDS（t=3.11，P=0.002），表明rhGH治疗短期能改善ACAN基因变异致家族性矮小症患儿身高。表2 中的例1经过rhGH治疗后身高改善不理想，我们推测例1的ACAN基因突变位点在exon 17，突变导致G3结构域改变、易影响关节软骨及生长板，导致严重的矮小表型，治疗效果欠佳[2]。

ACAN基因位于常染色体15q26.1区，包含19个外显子，其编码的聚集蛋白聚糖（aggrecan）参与生长板发育和维持关节软骨及椎间盘功能。Aggrecan包含3个球形结构域（G1、G2和G3）、1个球间结构域（G1和G2之间）及1个葡萄糖胺聚糖附着区（G2和G3之间），其中葡萄糖胺聚糖附着区分为KS 链及CS 链。Aggrecan 是生长板和关节软骨细胞外基质中的重要组成之一，其结合透明质酸形成aggrecan 聚合体，参与生长板的软骨内骨化过程来调控身高变化[13]。目前人类基因变异数据库上共收录67种ACAN基因变异，包括错义变异、缺失变异、无义变异及平衡易位等。ACAN基因变异所致的临床表型多样，矮小最为常见，还包括中面部发育不全、短指/趾、关节功能障碍、骨龄提前等。部分携带ACAN基因变异的患者表现为综合征型矮小：剥脱性骨软骨炎、蛋白聚糖型脊柱骨骺干骺端发育不良以及Kimberley型脊柱骨骺发育不良等[14-16]。研究发现ACAN基因上游（即第1～10号外显子）的变异主要与生长板相关，多引起特发性矮小；而下游（即第11～18 号外显子）的变异与关节软骨及生长板相关，除特发性矮小外，还可引起关节问题[2,17]，但本研究中2个家系（exon12，exon8）均无关节问题，提示其致病机制的复杂性。

表2 14例ACAN基因变异致家族性矮小患儿的基本资料

先证者1携带的ACAN基因缺失变异c.5026_5027 del（p.Ser 1676 Ter）位于第12 外显子、CS 链结构域。CS 链是aggrecan 中最大的结构域，含有大量的负电荷，是维持软骨细胞外基质吸收大量水的能力的关键之一。该家系中携带的ACAN基因缺失变异可能造成CS 链结构发生变化而严重影响蛋白功能，进而阻碍生长板正常发育而引起矮小。先证者2所携带的ACAN基因错义变异c.1504C＞T（p.R502C）位于G2结构域。有报道在1例特发性矮小患儿中亦发现相同氨基酸位点变异c.1505 G＞C（p.R 502 P）[18]，结合致病性分析高度提示先证者2 所携带的变异为致病性变异。迄今已发现多例aggrecan 的G 2 结构域变化导致矮小、关节功能障碍等一系列表型，尽管尚未明确G2结构域的具体功能，但在聚集蛋白多糖家族中G2结构域是aggrecan所特有且高度保守的结构域，对于维持aggrecan 正常生理功能具有重要作用。先证者1及其姐姐均存在不同程度的骨龄提前，有研究认为aggrecan参与软骨细胞正常分化过程且具有抗血管生成作用，因此aggrecan功能异常可加速软骨细胞的分化和肥大并促进血管侵袭，导致骨龄提前[19]。以往认为，骨龄提前是ACAN基因变异的特征表型，但越来越多的文献报道部分携带ACAN基因变异的患儿可无骨龄提前，甚至出现骨龄落后[7,12,20]。但是，携带ACAN基因变异患儿可存在骨龄提前加速期，往往发生在女童7岁及男童11岁时。因此在临床治疗中应警惕该年龄段的骨龄变化，如下丘脑-垂体-性腺轴启动伴骨龄提前者及时予以GnRHa联合治疗[7]。值得注意的是，截至2020年3月的ACAN基因变异所致矮小的相关文献中，进行过生长激素激发试验的ACAN基因变异病例均未提示生长激素缺乏（峰值＜5 ng/mL）。因此，虽然先证者2 的骨龄稍落后，生长激素激发试验显示峰值为3.91 ng/mL，但其ⅠGF-1及ⅠGF-BP3在正常范围内，临床上考虑先证者2的生长激素激发试验可能存在假阳性，并最终诊断为矮小症。

目前对于ACAN基因变异引起的矮小症尚无规范的治疗指南，但鉴于rhGH 能有效改善特发性矮小的成年终身高，国内外有散发rhGH 治疗ACAN基因变异所致FSS的病例报告。文献报道，早期使用rhGH治疗 以及适时联合应用GnRHa，部分男性患儿同时联合应用芳香化酶抑制剂抑制骨龄进展，可使患儿身高获益[2,7,9,11-12,21]。在对携带ACAN基因变异成人研究中，接受rhGH治疗者（5例）的成年身高为-2.5 SD，而未接受治疗者（65 例）为-3 SD，并认为rhGH 对于ACAN基因变异患者的治疗效果与特发性矮小相似[11]。还有报道2例携带ACAN基因变异患儿予rhGH治疗后，身高均高于其携带相同变异的父母[7]。在对接受rhGH 治疗的ACAN基因变异致矮小患儿的研究中发现，rhGH 治疗的第1 年疗效欠佳[5]。也有研究显示，rhGH 治疗的第1、2、3 年的平均身高增长无明显差异[11]。本文统计示14 例家族性矮小患儿单纯使用rhGH 治疗的第1 年身高SDS 增长的中位数（0.7 SDS）高于ΔHtSDS（治疗前后身高SDS之差）中位数（0.5 SDS），见表3，说明rhGH治疗的第1年反应有效，短期可有效改善身高。目前rhGH治疗ACAN基因变异致家族性矮小患儿的疗效多为个案报道，且仅有少数病例随访至终身高，故rhGH 治疗是否能有效改善ACAN基因变异患者的终身高仍需要今后大样本量的随机对照研究结果来验证。

表3 14例ACAN基因变异致家族性矮小患儿的rhGH治疗效果分析

综上，本研究新发现ACAN基因c.5026_5027del杂合缺失变异及c.1504 C＞T 错义变异与家族性矮小相关，且临床表型具有异质性，两家系中的先证者及成员均未发现骨骼畸形及关节问题。rhGH 治疗能短期有效改善ACAN基因变异致矮小患者的身高，早期治疗身高获益更显著。临床工作中对家族中有多发矮小患者病史者，建议尽早开展遗传基因诊断，早期药物干预治疗。