馬凡綜合征患兒原纖維蛋白-1基因突變篩查的研究

關(guān)欣亮，田小麗，謝進(jìn)生

馬凡綜合征(MFS)是15號(hào)染色體的原纖維蛋白-1基因(FBN1)缺陷導(dǎo)致的常染色體顯性遺傳性全身結(jié)締組織病變，最早是由法國(guó)兒科醫(yī)生Marfan在100多年前提出[1]。MFS患者臨床表現(xiàn)各異，發(fā)病率為1/5 000～1/10 000，主要累及骨骼、心血管、眼睛等系統(tǒng)，約25%的患者是自發(fā)突變，缺乏家族史[2-3]。FBN1定位于15q21.1，包括65個(gè)外顯子，長(zhǎng)度約為235 kb，編碼一種分子量為230 kDa的糖蛋白——原纖維蛋白-1，而原纖維蛋白-1是細(xì)胞外基質(zhì)微纖維的重要組成部分，因此FBN1突變影響了微纖維的結(jié)構(gòu)與功能[4-8]。至今已發(fā)現(xiàn)超過800余種的FBN1突變。FBN1由3種富含半胱氨酸的結(jié)構(gòu)域組成：(1)47個(gè)表皮生長(zhǎng)因子樣結(jié)構(gòu)域(EGF結(jié)構(gòu)域)，其中43個(gè)EGF結(jié)構(gòu)域含有鈣結(jié)合共有序列，可與鈣離子結(jié)合稱為鈣結(jié)合表皮生長(zhǎng)因子樣結(jié)構(gòu)(cbEGF結(jié)構(gòu)域)；(2)潛在的轉(zhuǎn)化生長(zhǎng)因子β1結(jié)合蛋白結(jié)構(gòu)域(LTBP結(jié)構(gòu)域)；(3)雜交分子結(jié)構(gòu)域(hybrid motif結(jié)構(gòu)域)[1，3-4，8-11]。近來由于分子生物學(xué)和遺傳學(xué)領(lǐng)域的進(jìn)展，分析FBN1突變對(duì)早期診斷、遺傳咨詢及對(duì)MFS及其類似疾病的認(rèn)識(shí)具有極為重要的意義。由于MFS是一種進(jìn)展性心血管疾病，一部分患兒隨年齡增大癥狀才逐漸明顯，臨床表現(xiàn)個(gè)體差異很大，早期癥狀不典型，且缺乏特異性，加之大部分患兒無家族史，因此MFS患兒的診斷存在一定的特殊性。而我國(guó)對(duì)FBN1與MFS的研究還處于落后階段，尤其對(duì)MFS患兒的早期診斷經(jīng)驗(yàn)不足。單鏈構(gòu)象多態(tài)性(SSCP)分析是目前應(yīng)用最廣泛的檢測(cè)基因突變的方法之一。為此，本研究應(yīng)用聚合酶鏈?zhǔn)椒磻?yīng)(PCR)-SSCP和DNA測(cè)序技術(shù)對(duì)MFS患兒進(jìn)行FBN1突變篩查。

1　資料與方法

1.1臨床資料選擇我院2010年1月—2011年12月心外科病房收治的MFS患兒8例，年齡均<18歲，符合1996年MFS的Ghent診斷標(biāo)準(zhǔn)[6]。

1.2方法

1.2.1DNA提取抽取2 ml外周靜脈血，置EDTA抗凝管，用全血基因組DNA抽提試劑盒(QIAGEN 公司)提取DNA。

1.2.2PCRFBN1的65個(gè)外顯子的PCR擴(kuò)增引物分別設(shè)計(jì)在外顯子兩側(cè)的內(nèi)含子區(qū)域。FBN1的PCR擴(kuò)增引物由北京大學(xué)分子醫(yī)學(xué)研究所的田小利教授惠贈(zèng)。其中，F(xiàn)BN1的第21號(hào)外顯子的PCR擴(kuò)增引物：上游引物：5′-ATATTATTCCCTCCTCTGCAG-3′，下游引物：5′-GTGGTATAGGAACCACAG-3′。第27號(hào)外顯子的PCR擴(kuò)增引物：上游引物：5′-CCCACCTTTAACATGGTCATT-3′，下游引物：5′-GAAAGTCTTTGCTCCTTACC-3′。第30號(hào)外顯子的PCR擴(kuò)增引物：上游引物：5′-CAACAACCTGTGGTGTTGG-3′，下游引物為：5′-CAACAACCTGTGGTGTTGG-3′。

PCR反應(yīng)體系：10×Buffer 2 μl〔含氯化鎂(MgCl2) 10 mmol/L〕，2×dNTP 2 μl (2 mmol/L),上下游引物共2 μl(10 mmol/L)，DNA模板1 μl (1 mmol/L)，Taq plus Ⅰ DNA聚合酶0.5 μl(510 U/L)，加雙蒸水至100 μl。95 ℃變性1 min進(jìn)入循環(huán)。95 ℃ 30 s，退火30 s，退火溫度50～70 ℃(不同外顯子、不同溫度)。72 ℃延伸30 s，共30個(gè)循環(huán)。最后72 ℃ 再延伸7 min。

1.2.3電泳鑒定DNA取擴(kuò)增產(chǎn)物5 μl在2%瓊脂糖凝膠電泳后進(jìn)行溴化乙錠(EB)染色，同時(shí)加Marker標(biāo)記DNA相對(duì)分子質(zhì)量進(jìn)行電泳檢測(cè)。

1.2.4SSCP分析硅化玻璃板后玻璃板傾斜45°灌膠，倒入新鮮配制的0.5×TBE Buffer。行300 V預(yù)電泳30 min。將5 μl PCR樣品與10 μl Loading Buffer混合，水浴鍋 96 ℃變性5 min，置冰上5 min。電壓300 V，層析柜中電泳，300 bp電泳8 h。置于脫色搖床45 r/min，固定30 min，超純水洗2次，置于脫色搖床45 r/min，5 min/次。將膠放入新鮮染色液中，置于脫色搖床45 r/min，染色80～90 min。盛超純水，置于脫色搖床45 r/min，膠放入洗10 s后立即取出。將膠放入新鮮配制預(yù)冷的顯色液中，觀察其顯色，轉(zhuǎn)速可調(diào)高至100 r/min。條帶出現(xiàn)后將膠取出，棄顯色液，盛固定液，固定液固定7 min，超純水洗凈。

1.2.5PEG純化SSCP分析現(xiàn)有變異帶時(shí)，則將該P(yáng)CR產(chǎn)物純化待用。聚乙二醇(PEG)純化：將DNA轉(zhuǎn)入EP管中，加入等體積30%聚甲基丙烯酸甲酯(PM)，冰上10 min，vortex；13 000 r/min，4 ℃，20 min離心，棄上清；加入100 ml預(yù)冷75%乙醇，13 000 r/min，4 ℃，5 min，離心，棄上清；空干，加入20 ml重蒸餾水(ddH2O)。

1.2.6DNA測(cè)序與FBN1突變數(shù)據(jù)庫(http://www.umd.be/FBN1/)[9]及正常人FBN1的DNA進(jìn)行比對(duì)，應(yīng)用全自動(dòng)分析儀(ABI377型)對(duì)SSCP發(fā)現(xiàn)異常條帶的PCR產(chǎn)物進(jìn)行DNA測(cè)序，以確定突變位點(diǎn)及類型。每個(gè)突變均重復(fù)3 次。

2　結(jié)果

2.1一般資料8例MFS患兒中男女各4例；年齡1～13歲,平均(7.8±4.2)歲；家族史陽性3例(37.5%)；身高(136.5±29.6)cm，體質(zhì)量(29.9±17.1)kg；心功能Ⅰ級(jí)3例，Ⅱ級(jí)1例，Ⅲ級(jí)3例，Ⅳ級(jí)1例(見表1)。6例患兒行心臟手術(shù)，其中2例行帶主動(dòng)脈瓣人工血管升主動(dòng)脈替換術(shù)(Bentall術(shù))；1例行左房室瓣+主動(dòng)脈瓣雙瓣置換術(shù)(DVR術(shù))+ “背心式”人工血管包裹術(shù)(Robicsek術(shù))+房間隔缺損修補(bǔ)術(shù)(ASD修補(bǔ)術(shù))，后因急性左心衰竭、呼吸衰竭死亡；1 例行主動(dòng)脈瓣置換術(shù)(AVR術(shù))+Robicsek術(shù)+左房室瓣成形術(shù)(MVP術(shù))+右房室瓣成形術(shù)(TVP術(shù))；1例行保留無冠竇同種瓣置換+Robicsek術(shù)；1例行Robicsek術(shù)。手術(shù)平均年齡為(8.6±1.0)歲。術(shù)后平均隨訪(9.3±2.7)個(gè)月，隨訪期間無死亡，心功能均為Ⅰ級(jí)，生活質(zhì)量明顯改善。二次手術(shù)2例，1例Robicsek術(shù)后竇部擴(kuò)張出現(xiàn)呼吸困難等壓迫癥狀行二次Bentall術(shù)，另1例行保留無冠竇同種瓣置換+Robicsek術(shù)，后因瓣膜毀損行AVR術(shù)。所有患兒術(shù)后未發(fā)生感染、出血和血栓等并發(fā)癥。

2.28例患兒中3例SSCP電泳有變異DNA條帶。然后分別進(jìn)行DNA測(cè)序，并與FBN1突變數(shù)據(jù)庫及正常人FBN1的DNA進(jìn)行對(duì)比。發(fā)現(xiàn)2例錯(cuò)義突變和1例終止密碼突變(PTC突變)或稱為移碼突變。病例6 PTC突變(移碼突變)位于16號(hào)cbEGF結(jié)構(gòu)域的30號(hào)外顯子第3 775位插入一堿基A產(chǎn)生移碼突變，最終在1 267位形成TGA終止密碼子。病例7是位于第13號(hào)cbEGF結(jié)構(gòu)域的27號(hào)外顯子第3 349位發(fā)生T→C置換TGT>CGT導(dǎo)致第1 117位的半胱氨酸Cys>精氨酸Arg。病例8錯(cuò)義突變位于第2個(gè)雜交分子的21號(hào)外顯子的第2 638位發(fā)生G→A置換GGT>AGT，導(dǎo)致第879 位甘氨酸Gly>絲氨酸Ser(見表2)。

3　討論

本研究中1例錯(cuò)義突變c.2638G>A，位于21號(hào)外顯子的第2個(gè)雜交分子結(jié)構(gòu)域，導(dǎo)致了第879位甘氨酸Gly被絲氨酸Ser替換。檢索各大數(shù)據(jù)庫，此突變國(guó)內(nèi)外均未報(bào)道，考慮是MFS新發(fā)錯(cuò)義突變。此例突變發(fā)生在第2個(gè)雜交分子結(jié)構(gòu)域，在MFS數(shù)據(jù)庫里很少有突變涉及雜交分子結(jié)構(gòu)域[12]。此例突變沒有影響到半胱氨酸殘基，但是此位置的甘氨酸是高度保守的氨基酸，可能通過顯性負(fù)效應(yīng)影響了半胱氨酸對(duì)微纖維的組裝，影響了蛋白質(zhì)二級(jí)結(jié)構(gòu)，因此導(dǎo)致了MFS，但由于cbEGF結(jié)構(gòu)域之間仍存在一定的鈣連接，所以患者癥狀相對(duì)較輕，發(fā)病較晚[5]。有研究顯示影響非半胱氨酸殘基的患者與影響半胱氨酸殘基的患者相比，在晶狀體脫位的發(fā)生率上明顯降低，影響半胱氨酸的錯(cuò)義突變與晶狀體脫位有一定相關(guān)性，正常的半胱氨酸殘基和二硫鍵在晶狀體懸韌帶的結(jié)構(gòu)完整性上起重要作用，這點(diǎn)在本研究也得到了證實(shí)[8，13-16]。

本研究發(fā)現(xiàn)1例已知新生兒馬凡綜合征(Neonatal MFS)，位于27號(hào)外顯子的第13號(hào)cbEGF結(jié)構(gòu)域，為c.3349T>C，導(dǎo)致第1 117位的半胱氨酸Cys被精氨酸Arg替換。至今，F(xiàn)BN1的基因型-表型關(guān)系的研究顯示發(fā)生在24～32號(hào)外顯子的突變與Neonatal MFS密切相關(guān)[8]。Neonatal MFS與其他外顯子突變的患兒相比，發(fā)病年齡早，脊柱側(cè)凸，左房室瓣異常，升主動(dòng)脈擴(kuò)張和晶狀體脫位的發(fā)生率更高，且生存率低，與本研究結(jié)果相似[8，12]。22%的Neonatal MFS在兒童時(shí)期發(fā)病，僅有76%存活到40歲，而在其他外顯子僅有0.6%的患兒在兒童時(shí)期發(fā)病，98%的患兒能存活到40歲[8]。這種嚴(yán)重的MFS可能因?yàn)?4～32號(hào)外顯子位于cbEGF結(jié)構(gòu)域的中心位置，對(duì)于微纖維的分配和穩(wěn)定起著更加重要的作用[8]。

在FBN1突變數(shù)據(jù)庫中，2/3的突變都是錯(cuò)義突變，其中大部分突變發(fā)生在cbEGF結(jié)構(gòu)域，且多數(shù)影響半胱氨酸殘基。有研究顯示半胱氨酸殘基缺失，與引入一個(gè)新的半胱氨酸殘基相比，會(huì)產(chǎn)生更嚴(yán)重的結(jié)構(gòu)破壞，此例患者相對(duì)發(fā)病早，且病情嚴(yán)重[5，13]。過多或過少的半胱氨酸殘基干擾了對(duì)維持結(jié)構(gòu)和鈣結(jié)合至關(guān)重要的3個(gè)二硫鍵，不易形成穩(wěn)定的反向平行β折疊結(jié)構(gòu)，進(jìn)而破壞FBN1或微纖維的空間構(gòu)象，影響了蛋白質(zhì)的二級(jí)結(jié)構(gòu)；同時(shí)二硫鍵的喪失將直接影響cbEGF結(jié)構(gòu)域的空間構(gòu)象，使其結(jié)合鈣的能力下降，進(jìn)而降低了兩個(gè)相鄰cbEGF結(jié)構(gòu)域的穩(wěn)定性，導(dǎo)致蛋白水解性增高和原纖維蛋白-1的異常功能[4，6，8，12-14，17]。

表1　8例MFS患兒的臨床特點(diǎn)

表2　3例MFS患兒的基因突變

另有1例是國(guó)內(nèi)外均未報(bào)道的新發(fā)PTC突變(移碼突變)，位于30號(hào)外顯子的第16號(hào)cbEGF結(jié)構(gòu)域，即c.IVS30+1A>G，第3 775位插入堿基A使1 259位GGA>AGG，導(dǎo)致甘氨酸Gly>精氨酸Arg，最終在1 267位形成TGA終止密碼子。雖然目前FBN1突變與表型沒有可靠的證據(jù)，但據(jù)文獻(xiàn)報(bào)道PTC突變與Neonatal MFS關(guān)系密切，傾向于引起嚴(yán)重的骨骼畸形和心血管異常，但晶狀體脫位的發(fā)生率較低[8，18]。PTC突變由于形成不完全的蛋白質(zhì)，通過顯性負(fù)效應(yīng)干擾正常蛋白的聚合或者由于產(chǎn)生大量無活性的蛋白質(zhì)減少了FBN1的總數(shù)量而導(dǎo)致MFS(單倍劑量不足)[8，15]。

1989年問世的PCR-SSCP是一種基于DNA構(gòu)象差別來檢測(cè)突變的方法，是目前廣泛使用的一種基因突變檢測(cè)技術(shù)。應(yīng)用PCR-SSCP-DNA測(cè)序方法可以檢測(cè)出MFS患兒FBN1的雜合突變。該方法簡(jiǎn)便、快速、靈敏，不需要特殊的儀器，具有較高的敏感性，可以發(fā)現(xiàn)靶DNA片段中未知位置的堿基突變，經(jīng)實(shí)驗(yàn)證明<300 bp的DNA片段中的單一堿基的變化，90%可被SSCP發(fā)現(xiàn)。本研究中3例存在異常電泳帶，經(jīng)DNA測(cè)序均發(fā)現(xiàn)FBN1突變。與其他基因突變篩選方法相比，雖然其也有不足之處，但是該方法具有靈敏度高、特異性強(qiáng)、成本低廉等優(yōu)點(diǎn)，能為MFS基因診斷提供依據(jù)。

4　結(jié)論

本研究發(fā)現(xiàn)了2例國(guó)內(nèi)外均未報(bào)道的新發(fā)突變，1例是新發(fā)錯(cuò)義突變，c.2638G>A，位于21號(hào)外顯子的第2個(gè)雜交分子結(jié)構(gòu)域，導(dǎo)致了第879位甘氨酸Gly變?yōu)榻z氨酸Ser；另1例是新發(fā)PTC突變(移碼突變)，c.IVS30+1A>G，位于30號(hào)外顯子的第16號(hào)cbEGF結(jié)構(gòu)域，第3 775位插入堿基A使1 259位GGA>AGG，導(dǎo)致甘氨酸Gly>精氨酸Arg，最終在1 267位形成TGA終止密碼子，這2種突變可能是MFS的致病原因。

本研究同時(shí)發(fā)現(xiàn)1例已知Neonatal MFS的錯(cuò)義突變，位于27號(hào)外顯子的第13號(hào)cbEGF結(jié)構(gòu)域，為c.3349T>C，導(dǎo)致第1 117位的半胱氨酸Cys變?yōu)榫彼酇rg。

PCR-SSCP-DNA測(cè)序方法簡(jiǎn)便、快速、靈敏，不需要特殊的儀器，具有敏感度高、特異性強(qiáng)、成本低廉等優(yōu)點(diǎn)，能為兒童MFS基因診斷提供依據(jù)，是一種具有廣泛前途的檢測(cè)方法。

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