夏倩倩 趙 晴 孫樂樂 于功奇 楊 青 王廣進(jìn)吳 梅 劉永霞 陳聲利 孫勇虎 劉 紅 張福仁
毛囊角化病于1889年由Darier首次命名,故又稱Darier病(Darier’s disease, DD),是一種罕見的常染色體顯性遺傳病,人群發(fā)病率在1/30000到1/100000之間[1]。臨床表現(xiàn)為覆有油膩性結(jié)痂的毛囊性丘疹,有時(shí)可伴有惡臭和瘙癢,好發(fā)于腹股溝、腋下等皮膚脂溢部位,部分患者也可累積掌跖。DD常在青春期發(fā)病,日曬、高溫、潮濕可加重病情[2]。1993年Craddock等[3]對(duì)英國(guó)的DD家系進(jìn)行連鎖分析,首次將該病的致病基因定位于染色體12q23-24.1,1999年Sakuntabhai等[4]將DD致病基因定位于12q23-24.1上編碼肌漿/內(nèi)質(zhì)網(wǎng)鈣離子-ATP酶2(SERCA2)的ATP2A2基因。目前為止,研究者已在不同家系或散發(fā)病例中發(fā)現(xiàn)了250多種不同的ATP2A2基因突變(http://lovd.nl/ATP2A2),其突變類型多樣,以錯(cuò)義突變最為常見[5]。在本研究中,我們收集了1家系及3例散發(fā)DD患者,通過(guò)PCR擴(kuò)增和Sanger直接測(cè)序法對(duì)ATP2A2基因進(jìn)行突變檢測(cè),并對(duì)已報(bào)道的ATP2A2基因突變進(jìn)行了文獻(xiàn)回顧。
1.1 研究對(duì)象 在山東省皮膚病醫(yī)院皮膚科門診,收集經(jīng)臨床及組織病理確診的1家系及3例散發(fā)DD患者。
家系1共3代人,患者3例,其中男1例、女2例(圖1)。先證者(I1)男,67歲,自16歲開始頭、頸、背部及四肢開始出現(xiàn)淺褐色油膩性角化性丘疹,伴癢,夏季嚴(yán)重,皮損漸重,融合成片,因搔抓后出現(xiàn)疣狀增生,甚至破潰、滲出,結(jié)痂(圖2a)。其女(II2),與先證者臨床表現(xiàn)相似(圖2b);其外孫女 (III1),病情較輕,在頸部、腹部、下肢散見質(zhì)實(shí)小丘疹(圖2c)。
散發(fā)患者S1:女,53歲;頭面部、腋窩、腹部可見暗紫紅色丘疹,糜爛、少量滲液(圖2d)。散發(fā)患者S2:女,32歲;頭皮、腋窩、腹股溝、乳房下叢集分布褐色丘疹、表面覆有油膩性痂皮(圖2e)。散發(fā)患者S3:男,26歲;面頰、頸、軀干部角化性丘疹伴癢(圖2f)。
以上6位患者均經(jīng)組織病理確診(圖2g):表皮角化過(guò)度伴角化不全,棘層松解有腔隙形成,可見絨毛、圓體和谷粒細(xì)胞,真皮淺層炎細(xì)胞浸潤(rùn),診斷為毛囊角化病。并按照Burge等[2]制定的標(biāo)準(zhǔn)分為輕、中、重度。
圖1 家系圖
2a、2b:家系患者I1、II2軀干、上肢、頭面部,角化性丘疹,上覆褐色油膩性痂皮,部分融合成疣狀斑塊,可見破潰,結(jié)痂;2c:家系患者III1頸部散見質(zhì)實(shí)小丘疹;2d:散發(fā)患者S1腋部浸漬樣暗紫紅色斑丘疹;2e:散發(fā)患者S2胸腹部散在褐色角化性丘疹;2f:散發(fā)患者S3:軀干部彌漫分布的褐色角化性丘疹,上覆油膩性痂皮;2g:表皮角化過(guò)度伴角化不全,棘層松解有腔隙形成,可見絨毛、圓體和谷粒細(xì)胞(HE,×200)
圖2患者臨床和組織病理
1.2 研究方法
1.2.1 DNA 提取 本研究經(jīng)山東省皮膚病性病防治研究所倫理委員會(huì)批準(zhǔn),簽署知情同意書后,抽取患者及其家屬外周血5 mL(其中散發(fā)患者家屬外周血未取得),同時(shí)采集100名無(wú)親緣關(guān)系的正常個(gè)體外周血5 mL作為對(duì)照,-80℃保存。采用DNA提取試劑盒(天根生化科技有限公司,北京)提取基因組DNA,并用全波長(zhǎng)紫外/可見光掃描分光光度計(jì)ND-8000(Thermo Fisher公司,美國(guó))測(cè)定其純度及含量,將其標(biāo)化為30 ng/μL的DNA模板。
1.2.2 聚合酶鏈?zhǔn)椒磻?yīng)(PCR)擴(kuò)增ATP2A2基因全部外顯子及側(cè)翼序列 根據(jù)既往報(bào)道的文獻(xiàn)[6]設(shè)計(jì)特異性引物18對(duì),交由北京華大基因科技有限公司合成。25 μL PCR反應(yīng)體系為:PCR taq mix 12.5 μL,dNTP上下游引物各1 μL,DNA模板(30 ng/μL)0.5μL,ddH2O 10 μL。PCR反應(yīng)條件:預(yù)變性94℃ 10 min,變性94℃ 30 s,退火55℃~59℃ 45 s ,延伸72℃ 10 min,共進(jìn)行35個(gè)循環(huán),最后72℃延伸10 min。PCR產(chǎn)物經(jīng)1.2%瓊脂糖凝膠電泳檢測(cè)。
1.2.3 DNA測(cè)序 PCR產(chǎn)物經(jīng)醋酸鈉-乙醇沉淀法純化后直接于ABI 3130XL基因分析儀(Applied Biosystems,美國(guó))上進(jìn)行測(cè)序。
1.2.4 突變分析 所有測(cè)序結(jié)果經(jīng)NCBI blast(http://blast.ncbi.nlm.nih.gov/Blast.cgi)等數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行分析比對(duì),利用SIFT及Polyphen-2軟件對(duì)基因突變進(jìn)行功能預(yù)測(cè)。
家系中3例患者均攜帶同一突變,為ATP2A2基因第380位鳥嘌呤突變?yōu)榘奏?c.380 G>A),導(dǎo)致密碼子出現(xiàn)GGC→GAC的改變,使得第127位氨基酸從甘氨酸(G)變?yōu)樘於彼?D)(p.G127D)(圖3a),家系中非患者及100名正常對(duì)照均未發(fā)現(xiàn)該突變。
散發(fā)病例S1中發(fā)現(xiàn)ATP2A2基因第1676位鳥嘌呤突變?yōu)榘奏?C.1676G>A),使第559位密碼子由CGA變?yōu)镃AA,導(dǎo)致精氨酸(R)被谷氨酰胺(Q)替代(p.R559Q)(圖3b);散發(fā)病例S2患者ATP2A2基因第2001位發(fā)現(xiàn)一同義突變c.2001C>T,密碼子GAC被GAT替代,但氨基酸Asp未變化(圖3c);散發(fā)病例S3未發(fā)現(xiàn)ATP2A2突變。在家系中非患者和100名正常對(duì)照中未發(fā)現(xiàn)上述突變(3a~f)。
利用Polyphen-2(http://genetics.bwh.harvard.edu)對(duì)非同義突變對(duì)蛋白質(zhì)的影響進(jìn)行分析,發(fā)現(xiàn)p.G127D與p.R559Q的預(yù)測(cè)值分別為0.973和1,預(yù)測(cè)表明對(duì)蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)影響均為“probably damaging”。
利用ExAC、TOPMed數(shù)據(jù)庫(kù)對(duì)該突變檢索,結(jié)果顯示T的基因頻率分別為0.00002474、2.38910e-05,檢索gnomAD數(shù)據(jù)庫(kù)顯示在東亞人群中T的基因頻率為1.08767e-05。此外,我們利用ASSP(http://wangcomputing.com/assp/)對(duì)該突變位點(diǎn)所在序列進(jìn)行選擇性剪接位點(diǎn)預(yù)測(cè),結(jié)果顯示該突變位點(diǎn)對(duì)剪接位點(diǎn)無(wú)影響。
檢索Pubmed和萬(wàn)方數(shù)據(jù)庫(kù)自1999年至今發(fā)表的有關(guān)本病ATP2A2基因突變的文章,發(fā)現(xiàn)已有250多種不同的突變被報(bào)道,其中在 2009年報(bào)道了一例38歲的突尼斯重癥DD女性患者,其與本研究中散發(fā)患者S1攜帶相同突變基因c.1676G>A[6];2010年在一斯洛文尼亞家系中發(fā)現(xiàn)同為第559位氨基酸的突變,由于第1675位堿基由胞嘧啶突變?yōu)轼B嘌呤(c.1675C>G),而使精氨酸變?yōu)楦拾彼?p.R559G)[7];2011年意大利人群中在第559位氨基酸上發(fā)現(xiàn)一無(wú)義突變c.1675C>T(p.G559*)[8]。
3a:家系的5號(hào)外顯子上存在一新發(fā)錯(cuò)義突變c.380G>A(p.G127D);3b: S1患者13號(hào)外顯子上存在一錯(cuò)義突變C.1676G>A (p.R559Q);3c: S2患者14號(hào)外顯子上存在一同義突變c. 2001C>T (p.D667D);3d、3e、3f:正常對(duì)照序列
圖3患者突變檢測(cè)結(jié)果
人類ATP2A2基因長(zhǎng)約76 Kb,包含21個(gè)外顯子,該基因編碼SERCA2蛋白,SERCA2將鈣離子從胞漿轉(zhuǎn)移至內(nèi)質(zhì)網(wǎng)內(nèi)并對(duì)表皮的細(xì)胞連接和分化起重要作用[9]。1999年Ruiz-Perez等發(fā)現(xiàn)只有該基因編碼的SERCA2b亞型在皮膚中高表達(dá),SERCA2b亞型主要由胞質(zhì)部分的3個(gè)結(jié)構(gòu)域:執(zhí)行元件域(A)、磷酸化域(P)、ATP結(jié)合域(N)和11個(gè)跨膜蛋白(M1-M11)組成,其中3個(gè)結(jié)構(gòu)域在鈣離子結(jié)合和構(gòu)型改變方面起重要作用[10]。SERCA2b亞型具有更高的鈣離子親和力,同時(shí)其催化周轉(zhuǎn)率更低,當(dāng)其發(fā)生突變時(shí)會(huì)通過(guò)降低鈣離子親和力和加快鈣離子周轉(zhuǎn)率來(lái)使內(nèi)質(zhì)網(wǎng)內(nèi)的鈣離子濃度發(fā)生改變,也可通過(guò)內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激反應(yīng)引起棘層松解、細(xì)胞凋亡,最終導(dǎo)致DD的發(fā)生[11]。目前已發(fā)現(xiàn)的突變位點(diǎn)分散于整個(gè)基因,很少出現(xiàn)相同突變,且基因型和表型的相關(guān)性也尚未明確[5,10]。
本研究共發(fā)現(xiàn)兩個(gè)錯(cuò)義突變,在該家系的5號(hào)外顯子上存在一新發(fā)錯(cuò)義突變,即c.380G>A,使其編碼的甘氨酸變?yōu)樘於彼?p.G127D),該突變位于A結(jié)構(gòu)域,該結(jié)構(gòu)域在鈣離子通過(guò)SERCA2時(shí)起杠桿作用[10]。檢索國(guó)內(nèi)外文獻(xiàn)在該氨基酸上尚未發(fā)現(xiàn)其他突變。散發(fā)患者S1的13號(hào)外顯子上發(fā)現(xiàn)一錯(cuò)義突變C.1676G>A,使599位的精氨酸變?yōu)楣劝孵0罚磒.R559Q,該突變位于ATP結(jié)合域,回顧文獻(xiàn)發(fā)現(xiàn),在突尼斯人群中發(fā)現(xiàn)相同突變,在斯洛文尼亞和意大利人群中發(fā)現(xiàn)同為第559位氨基酸的突變,由此進(jìn)一步證實(shí)了該病不存在種族差異,并推測(cè)位于559位的精氨酸為該基因的突變熱點(diǎn)。這兩種突變均可能導(dǎo)致SERCA2蛋白翻譯異常,或表達(dá)單倍劑量不足,引起鈣離子儲(chǔ)備耗盡或內(nèi)質(zhì)網(wǎng)中鈣離子濃度變化,從而影響到表皮細(xì)胞分化、細(xì)胞間連接等,最終導(dǎo)致DD的發(fā)生[12]。在S2患者14號(hào)外顯子上發(fā)現(xiàn)一同義突變c. 2001C>T,利用ExAC、TOPMed、gnomAD數(shù)據(jù)庫(kù)對(duì)該突變檢索,均顯示該突變極為罕見。此外,我們利用ASSP對(duì)該突變位點(diǎn)所在序列進(jìn)行選擇性剪接位點(diǎn)預(yù)測(cè),結(jié)果顯示該突變位點(diǎn)對(duì)剪接位點(diǎn)無(wú)影響,散發(fā)患者S3中未發(fā)現(xiàn)突變,猜測(cè)致病突變位點(diǎn)可能發(fā)生在未測(cè)序區(qū):如啟動(dòng)子區(qū)域、內(nèi)含子序列或3’非翻譯區(qū)域[4]。環(huán)境、生活習(xí)慣等其他因素也可能影響ATP2A2基因的表達(dá),從而影響SERCA2蛋白的功能,另外,該病可能存在其他致病基因。
本家系中三位患者攜帶相同的突變位點(diǎn),I1、II2患者的病情均十分嚴(yán)重,只有III1的癥狀輕微,認(rèn)為可能與該患兒年齡較小有關(guān)。總結(jié)存在第559位氨基酸突變的患者的臨床表現(xiàn),其中有3例臨床表現(xiàn)為重度、1例為輕度、1例為中度,提示DD病情的嚴(yán)重程度與基因型相關(guān)性的復(fù)雜性。
總之,本研究共發(fā)現(xiàn)2種錯(cuò)義突變,均在國(guó)內(nèi)首次報(bào)道,豐富了ATP2A2基因的突變數(shù)據(jù),有助于進(jìn)一步探討ATP2A2突變和DD之間的關(guān)系,進(jìn)而有助于今后開展DD的遺傳咨詢和產(chǎn)前診斷。DD臨床表型和基因型之間的關(guān)系有待進(jìn)一步研究。