假性甲状旁腺功能减退症的临床特点和分子遗传学机制研究进展

赵平平，刘靖芳

(兰州大学第一医院 内分泌科，甘肃 兰州 730000)

假性甲状旁腺功能减退症(pseudohypoparathyroidism,PHP)是一种以甲状旁腺激素(parathyroid hormone,PTH)抵抗、低血钙、高血磷为主要特征的罕见遗传性疾病。根据不同的临床表现分为PHPI型和II型。PHPI型又分为PHPIa、PHPIb、PHPIc、假-假性甲状旁腺功能减退症 (Pseud-PHP,PPHP)和进行性异位骨化症 (progressive osseous heteroplasia,POH)5个亚型。PHP患者的发病多与编码Gsα蛋白的GNAS基因突变导致Gsα表达减少或功能下降有关，本文主要从各亚型PHP的临床特点及分子遗传机制进行综述。

1 PHP的临床特点及分型

PHP是一组遗传性内分泌疾病，血清PTH水平升高、低血钙、高血磷是其主要特征。主要表现为癫痫和低钙血症导致的神经肌肉兴奋性增高，颅内基底神经节钙化和长期低钙血症和高磷血症导致的白内障[1-2]。

除PTH抵抗外，PHP患者还常表现其他激素抵抗，如促甲状腺激素(thyroid stimulating hormone，TSH)抵抗、(luteinizing hormone/follicle-stimulating hormone，LH/FSH)抵抗、生长激素释放激素(growth hormone releasing hormone，GHRH)抵抗。TSH抵抗主要表现为甲状腺功能减退。LH/FSH抵抗表现为性腺功能减退，女性性成熟延迟或不完全，闭经/月经过少，和/或不孕不育[3]。GHRH抵抗者生长激素分泌不足，导致身材矮小。

PTH作用于近端肾小管的PTH受体后，受体与G蛋白偶联，导致环磷酸腺苷(cyclic adenosine monophosphate, cAMP)生成，根据检测注射外源性PTH后尿液中cAMP和磷酸盐的含量，PHP分为I型(尿中cAMP和磷酸盐含量均不增加)和Ⅱ型(尿中cAMP增加，但磷酸盐含量不增加)。PHPI型又可分为PHPIa、PHPIb、PHPIc、PPHP和POH 5种亚型。PHPIa型患者除具有PTH、TSH、GHRH 等多种激素抵抗外，还常出现Albright遗传性骨营养不良症(albright’s hereditary qsteodystrophy，AHO)的体征，如短指/趾、圆脸、身材矮小和皮下钙化等，红细胞Gsα活性下降50%；PHPIb型患者仅有PTH抵抗，不具有其他激素抵抗和AHO表型，红细胞Gsα活性正常；PHPIc患者临床表现与PHPIa类似，但其Gsα活性正常；PPHP型表现为AHO，缺乏激素抵抗，Gsα活性下降[4-6]；POH缺乏激素抵抗的表现或AHO的典型特征，Gsα活性下降。

2 PHP不同亚型的临床特点和分子遗传学机制

2.1 GNAS基因的结构和表达

GNAS是一种位于染色体20 q13的复杂印记基因[[7]]。如图1，GNAS基因除通过1～13外显子产生刺激性 G蛋白α亚单位(Gsα)外，其上游的GNAS-XLαs、GNAS-A/ B、GNAS-NESP55转录本分别通过各自的第一外显子替代GNAS的1号外显子，并与GNAS的2～13号外显子拼接形成3种新的转录产物，GNAS-AS则反向转录形成一种产物[8]，包括Gsα特大片段(XLαs)、神经内分泌蛋白55(NESP55)、未翻译的外显子 A/ B(即外显子1 A)和附加反义转录本AS[4,9]。GNAS基因包含多个差异甲基化区域(differentially methylated region，DMR)，GNAS-AS、GNAS-XLαs、GNAS-A/B和GNAS-NESP55的启动子均位于该区域[10-11]，XLαs、 A/B及 AS转录本的启动子在母系GNAS基因上是甲基化的，在父系GNAS基因是未甲基化的，而 NESP55转录本启动子区域在父系GNAS基因是甲基化的，母系GNAS基因是未甲基化的[7, 12-13]。DNA甲基化是一种基因表达的调控方式，与其他基因位点相同，甲基化的启动子通常保持沉默，因此，XLαs、 A/B及AS转录本只能由父系GNAS基因单一表达，NESP55由母系GNAS基因单一表达[7]。而Gsα启动子不位于 DMR且在父母等位基因上均未甲基化，所以在大多数组织是双等位基因表达的，但在近端肾小管、新生儿棕色脂肪组织、垂体、甲状腺、性腺等组织中，父系基因保持沉默，单纯由母系基因表达，即Gsα的组织特异性表达[14-15]。

图1 GNAS基因的结构和表达Fig 1 Structure and expression of GNAS gene

另外，目前认为GNAS内部或附近至少存在两个印记控制区域，一个是GNAS基因上游220 kb处存在编码突出融合蛋白16的STX16基因，推测其对GANS-A/ B甲基化状态的调节至关重要，可以影响Gsα的表达[14-16]，另一个包含AS第3和第4外显子，控制整个GNAS的印记状态[7,9]。

GNAS基因编码的Gsα与β和γ形成异源三聚体，当 PTH作用于靶细胞上的PTH受体后，形成Gsα/cAMP /PKA通路，产生一系列生物效应[1, 7]。

2.2 PHPI型的临床特点和分子遗传学机制

PHPI型的发病主要与GNAS基因异常有关，不同亚型GNAS基因异常的特点不同。

PHPIa型的发病机制主要是母系遗传的GNAS基因1-13号外显子突变[16]，目前报道的GNAS突变方式包括移码、错义、无义、剪接点突变、框内缺失或插入，以及全部或部分基因缺失导致蛋白质被截断，Gsα表达减少和活性下降[17]。GNAS基因第7外显子4 bp缺失突变(c.56-5568 delGACT)是伴有AHO体型患者的突变热点[7]。

在多数组织中，Gsα是父母双方的等位基因同时表达，Gsα仍可有50%存留，但在近端肾小管、新生儿棕色脂肪组织、垂体、甲状腺和性腺这些组织中，由于Gsα缺失，导致这些组织中Gsα/cAMP/PKA信号通路受损，进而产生PTH、TSH、GHRH、LH/FSH等多种激素抵抗，因此，临床上不仅出现痉挛、癫痫、颅内基底神经节钙化和白内障等低血钙症状，还可表现为身材矮小、甲状腺功能减退、性腺功能减退等[4-5,18]。

PHPIa型患者常出现肥胖和智力发育障碍，提示大脑某些部位也存在Gsα印记状态，即父系基因沉默，母系基因表达[7]。在多数组织中Gsα蛋白活性降低50%，足以维持大多数细胞的正常信号活动，但在皮肤成纤维细胞、红细胞、骨骼细胞及生长板，由于Gsα单链表达不足，导致了AHO表型的出现。研究显示Gsα单倍体不足，甲状旁腺激素相关蛋白(parathyroid hormone-related protein, PTH/PTHRP)依赖的Gsα/cAMP/PKA信号通路异常可以导致管状骨和长骨骨骺端提前融合，生长板提前关闭，从而造成短趾/指和矮小等骨骼异常[7,19]。

PHPIb型分为家族性和散发性。家族性PHPIb最常见的原因是母系GNAS基因上A/B-DMR甲基化缺失，而其余3个外显子(XLa、AS、NESP55)甲基化状态正常，并通常伴有GNAS上游220 kb处的STX16 基因第4～6号外显子3.0 kb大片段缺失，这种缺失导致母系GNAS-AS甲基化缺失[14-15,20]。另外，STX16基因第2～4外显子4.4 kb的大片段缺失也有个别家系报道[7]，而且有研究显示来源于母系的AS(3～4号外显子)缺失伴或不伴有NESP缺失也与家族性PHPIb有关[7,10]。由于母系A/B甲基化缺失，近端肾小管、垂体等组织特异性表达一个负性调控元件，结合母系未甲基化的GNAS-A/B，从而抑制Gsα启动子,导致Gsα缺失，故而PHPIb型患者会出现PTH抵抗[10,20]。而在皮肤成纤维细胞、红细胞、骨骼细胞等组织中由于不表达这种负性调控元件，Gsα表达正常，因此PHPIb型患者常不出现AHO表型。散发型PHPIb患者目前病因不清，既往多认为母系GNAS基因上XLαs、AS、A/BDMR区域的甲基化缺失及NESP55DMR区域的过度甲基化是散发型PHPIb患者的主要病因，但近年来发现部分散发型PHPIb患者也存在单纯母系GNAS-AS缺失或伴有NESP缺失[1]。

既往认为PHPIb型患者仅存在PTH抵抗，无AHO表型[11]。但近年来也有部分PHPIb患者出现了轻微的AHO表型和TSH抵抗[21]，而且部分PHPIb患者红细胞Gsα活性下降，尤其是合并短趾等骨骼畸形的PHP患者[7]。因此，临床上有时鉴别PHPIb型和PHPIa型患者存在一定困难。

目前推测PHPIc型患者可能是由于G蛋白偶联信号通路受到影响而引起的，因为部分PHPIc型患者存在母系GNAS基因第13号外显子突变[6]，突变的Gsα激活cAMP，选择性地影响配体-G蛋白偶联，使得Gsα功能丧失。在体外用GTP类似物激活Gsα后，红细胞Gsα活性正常[1,4]。 目前认为这些突变位于Gsα的C端，该区域是受体偶联重要的区域，因此可能干扰受体偶联导致患者出现多种激素抵抗和AHO表型[7]。但近来报道一些PHPIc型患者存在GNAS基因印记异常[6]。

PPHP型患者的发病机制与PHPIa型患者类似，不同的是，PPHP型患者常由于父系GNAS基因失活突变[14]，由于Gsα的组织特异性表达，来源于父系的突变不影响Gsα在近端肾小管、垂体等组织中的表达，但影响其在皮肤成纤维细胞、红细胞、骨骼细胞及生长板等组织中的表达，因此PPHP型患者仅表现为AHO表型，不出现激素抵抗。

大多数POH型患者是由父系GNAS基因杂合性失活突变引起的。POH是AHO的一种特殊表型，这型患者通常没有激素抵抗和AHO的典型表型[7]，主要表现为从婴儿期开始的皮肤骨化，然后在深部肌肉和筋膜中增加，并导致广泛的骨形成。父系遗传的Gsα失活突变会损害骨髓间充质干细胞的脂肪生成并促进成骨，患者通常体型瘦小，比较虚弱[7]。尽管在POH、PHPIa和PPHP型患者中发现了相同的GNAS突变，但为何有些患者表现为POH，目前尚不清楚，可能这些GNAS突变所致的表型受环境和遗传背景影响，且大多数病例显示这些GNAS突变来源于父亲，类似于PPHP，来源于父亲的突变不会导致激素抵抗，或许这可以解释POH患者没有激素抵抗[7]。

2.3 PHPII型的临床特点和分子遗传学机制

截至目前，PHPII型的分子遗传学机制仍不十分清楚。推测PHPII型患者可能是继发于维生素D缺乏的获得性缺陷导致，因为补充钙剂和维生素D可使一些患者对PTH的磷酸反应正常化。另外，也可能是由于Gsα下游缺陷，如肢端发育不良(acrodysostosis, ACRDYS)患者中存在蛋白激酶cAMP依赖性I型调节亚基(protein kinase cAMP-dependent type I regulatory subunit alpha，PRKAR1A)和磷酸二酯酶-4D(phosphodiesterase 4D，PDE4D)杂合突变，PRKAR1A和PDE4D都在Gsα下游cAMP的产生中起作用，部分肢端发育不良患者出现PHPII型患者相同的生化异常，如注射外源性PTH后，尿中cAMP增加，但磷酸盐含量改变不明显[22]。目前报道的PHPII型患者多是因为手足抽搐、四肢麻木和肌肉痉挛等低血钙症状就诊，无典型的AHO体征，多数患者同时合并其他自身免疫性疾病，例如桥本甲状腺炎、干燥综合征和Graves病[23]。因此对于维生素D缺乏、低血钙症且合并其他自身免疫性疾病的患者，需要考虑合并PHPII的可能性。

3 问题与展望

综上所述，PHP主要的分子遗传学机制是GNAS基因失活突变或印记缺陷导致Gsα表达减少或活性下降，不同的分子机制会导致不同的PHP亚型，母系GNAS基因突变与PHPIa和PHPIc型有关；父系GNAS突变与PPHP型和POH型相关；母系GNAS印记缺陷与PHPIb型相关。探讨不同类型PHP患者的表现型与发病机制之间的联系具有重要的临床价值。但近年来的研究数据显示，PHP各亚型之间存在表型重叠，部分PHPIb型患者出现了轻度的AHO表型和TSH抵抗，红细胞Gsa活性下降。部分PHPIc型患者存在GNAS基因印记异常，而且在ACRDYS、高血压合并短趾综合征等疾病的患者中也出现了AHO表型，因此，仅依据GNAS突变、AHO表型、激素抵抗、甲基化异常等确定PHP分型已不准确。目前国际上有学者提出了IPPSD(inactivating PTH/PTHrP signaling disorder)的概念，即PTH/PTHRP信号传导障碍类疾病，包括了上述提到的PHPIa、PHPIb、PHPIc、PPHP，还包括POH、ACRDYS、高血压合并短趾综合征等[2,22]，不久的将来这种新的分类方式有可能会逐渐运用到PHP的诊断和治疗中。

短篇综述