2020, Vol. 19
2. 甘肃省中医院(甘肃省兰州市, 730050)
2. Gansu Provincial Hospital of Traditional Chinese Medicine, Lanzhou 730050, China
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HOXA9 rs3801776 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HOXA9 rs3801776 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PITX1 E130K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PITX1 E130K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COL9A1 rs1135056、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，DTDST cDNA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。
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