LEMD3基因突变导致骨斑点症1例报告及文献复习
赵骄, 刘丽, 章振林     
200233 上海,上海交通大学附属第六人民医院骨质疏松和骨病专科 骨代谢病和遗传研究室
摘要:分析1例骨斑点症患者的临床特点并检测LAP2-emerin-MAN1 domain-containing protein 3(LEMD3)基因突变,结合文献探讨骨斑点症的发病机制、临床表现、病理特征及影像学特点。患者,女性,37岁,汉族,因体检X线胸片发现肩关节异常就诊。父母非近亲结婚,家族中无类似病史。体格检查示四肢关节活动自如,无压痛。X线片检查发现肱骨、锁骨、肩胛骨及部分肋骨、骨盆、双膝关节和双踝关节骨内多发边缘清晰、密度均匀的圆形或卵圆形钙化点。实验室生化检查未见异常。基因组DNA进行LEMD3基因突变检测,结果显示在12号外显子上存在1个杂合错义突变,即c.2569G>A,导致p.Gly858Arg。骨斑点症是一种罕见的良性骨质硬化性疾病,临床症状常不明显。临床上对骨斑点症应常规检测LEMD3基因突变。
关键词骨斑点症    LEMD3基因    突变    
Osteopoikilosis caused by LEMD3 gene mutation: a case report and literature review
ZHAO Jiao, LIU Li, ZHANG Zhen-lin     
Metabolic Bone Disease and Genetic Research Unit, Department of Osteoporosis and Bone Disease, Shanghai Jiaotong University Affiliated the Sixth People's Hospital, Shanghai 200233, China
Abstract: The clinical characteristics of a patient with osteopoikilosis were analyzed and the LAP2-emerin-MAN1 domain-containing protein 3 (LEMD3) gene mutation was detected. The pathogenesis, clinical manifestations, pathological features and imaging features of osteopoikilosis were studied. Patient was a 37-year-old female, Han nationality. Chest radiograph found shoulder joint was abnormal. Patient's parents were not close relatives, and there was no similar medical history in the family. Physical examination showed that the joints of the limbs were free from movement and had no tenderness. X-ray examination revealed that there were multiple round or oval calcifications with clear edges and uniform density in humeri, clavicle, scapula and part of the ribs, pelvis, knee joints and double ankle joints. No abnormalities were found in the laboratory biochemical examination. The detection of LEMD3 gene mutation in genomic DNA showed that there was a heterozygous missense mutation in exon 12, c.2569G > A, resulting in p.Gly858Arg. Osteopoikilosis is a rare benign sclerosing disease, and clinical symptoms are not obvious. The LEMD3 gene mutation should be routinely detected for osteopoikilosis.
Key words: osteopoikilosis    LAP2-emerin-MAN1 domain-containing protein 3 gene    gene mutation    

骨斑点症(osteopoikilosis, OPK)因骨内含有斑点状的密度增高骨质而得名。1905年Stieda首先发现并描述了该病,1916年Ledowx将其命名为骨斑点症[1]。该病是一种罕见的常染色体显性遗传性疾病,属于硬化性骨发育不良。国外报道其发病率为1/50 000,散发病例多见,男女患病情况无性别差异,可见于各年龄段[2-3]。骨斑点症常没有明显临床症状,但有15%~20%的患者累及关节,可出现轻微的关节疼痛或关节积液[4]。因此,该病的诊断主要依据X线片表现。典型病灶表现为弥漫多发的圆形、类圆形高密度影, 好发于腕骨、跗骨、骨盆、不规则骨以及长管状骨两端的松质骨内,骨干、颅骨及脊柱则少见。骨斑点症并发皮肤改变,如结缔组织痣、皮肤弹力纤维、胶原组织增生等时, 称为Buschke-Ollendorff综合征(BOS)。骨斑点症有时也可与蜡油样骨病(melorheostosis)同时存在,称为重叠综合征(overlap syndrome)[5-6]

病历摘要

患者,女,37岁,汉族,因体检X线胸片发现双肩病灶就诊。父母为非近亲结婚,家族中无类似病史。体格检查一般情况好,四肢关节活动自如,无压痛。骨骼X线片示:右肱骨、锁骨、肩胛骨及部分肋骨,骨盆诸骨,双膝关节诸骨以及双足踝均可见多发钙化病灶。全身骨核素显像未见异常(图 1)。采用双能X线吸收仪测定腰椎1-4和左侧股骨近端各部位骨密度Z值分别为L1-4:4.1,股骨颈:1.5和全髋部1.9。实验室生化检查:碱性磷酸酶(alkaline phosphatase,ALP)69 U/L,尿酸203 μmol/L,钙2.29 nmol/L,磷1.06 nmol/L。血清Ⅰ型胶原羧基端肽交联(beta C-terminal cross-linked telopeptides of type Ⅰ collagen,β-CTX)352.60 ng/L、骨钙素N端中分子(osteocalcin in the form of N-terminal midmole-cule fragment,N-MID)值14.92 μg/L、甲状旁腺素(parathyroid hormone,PTH)37.89 ng/L和25羟维生素D(25-hydroxy vitamin D,25OHD)13.46 μg/L, 以上生化检查结果均未见异常。根据该患者影像学检查分别在肩关节、髋部、膝关节、踝关节处发现骨内多发边缘清晰、密度均匀、大小不一的圆形或卵圆形钙化点,血钙、血磷、碱性磷酸酶和骨转换指标未见异常,拟诊为骨斑点症。因患者无不适未给予治疗。

图 1 患者骨骼影像学检查 Figure 1 Imaging examination of the patient A:右肱骨、锁骨、肩胛骨及部分肋骨骨密度异常(箭头);B:骨盆诸骨骨质内多发高密度影(箭头);C:双膝关节诸骨骨质多发高密度影(箭头);D:双足踝多发骨密度异常(箭头);E:核素显像未见异常放射性分布增高或减低

患者签署知情同意书后,抽取其外周血2 mL,提取基因组DNA,进行LEMD3基因突变检测。本研究对此样本的LEMD3基因全编码外显子进行了测序,总共设计了14对引物(表 1)。引物用在线Primer3软件设计(http://bioinfo.ut.ee/primer3-0.4.0/)。PCR产物经虾碱酶(SAP)(from Promega)和外切酶Ⅰ(EXO Ⅰ)(from Epicentre)纯化后用ABI公司的BigDye3.1试剂盒测序。测序反应经乙醇纯化后在ABI3730上样。测序产物上ABI3130XL测序仪, 测序文件用Polyphred软件分析, 并结合人工校对记录后整理出结果。检测结果显示,在12号外显子上发生一个杂合错义突变,即c.2569G>A (NM_001167614.1),导致p.Gly858Arg。由于患者父母拒绝抽外周血,故无法进行该突变位点检测。

表 1 LEMD3测序引物 Table 1 Primers sequence for LEMD3
LEMD3 序列(5′→3′) 退火温度
(℃)
P1R1 CCGCCCTAGACCCTGAACTA 50
P2R1 CCGAGCTGAAGCCCAGCAGCA 50
P3F1 GCGGCAACAAGACGCGGAACA 50
P4R1 CCGCACTGGGAGGGAGACTGTTAGA 50
P5F1 GGAGGAGGGTGTGATCAAGTG 50
P6F1 CACCAGTTTGTTTACATTTGGTTCA 50
P7R1 AGGCAGGAAAAAAGCCTTCAT 50
P8F1 TGGATAGGCATCAGTGTGACAT 50
P9F1 AAGGATACTTTACAGAGAGTCGAATG 50
P10F1 TTCAGCCATCTGTCTTGAAGG 50
P10R1 TGAGAAGGGTCACAGCTCTCAA 50
P11F1 TTTGAACAAACTCCATGAGTAGTGG 50
P12F1 TAACCAGGGGTCTGGCTCCTA 50
P13F1 CCTCCTGTTAGTCAACAAGCATTT 50
P13R1 TGTGGTAAAAGACATATGAGCACAA 50
P14F1 TTGTGCTCATATGTCTTTTACCACAG 50
讨论 病因分析

硬化性骨发育不良以靶点通道(target site approach)为基础,可分为3类:(1)软骨内成骨发育异常,包括骨硬化症(osteopetrosis)、Maroteaux-Lamy综合征、骨岛(bone spot)、骨斑点症、条纹状骨病(osteopathia striata)等;(2)膜内成骨发育异常,包括进行性骨干发育不良(progressive diaphyseal dysplasia)、Van-Buchem病等;(3)混合型骨硬化性发育异常,包括蜡油样骨病和重叠综合征[7]

迄今,国外共有400余篇文献报道了骨斑点症,以散发病例为主,但也有少量家族性病例报道。国内报道了近200例散发病例和25个家系病例[8],但骨斑点症的发病机制尚不明确。2004年Hellemans等[9]首先报道骨斑点症的致病基因——LAP2-emerin-MAN1 domain-containing protein 3(LEMD3),该研究对3个家系进行了研究,在骨斑点症患者中发现了LEMD3基因功能缺失突变,包括移码突变以及LEMD3等位基因之一的缺失。同时进行了病变部位体细胞突变的检测,但未发现异常。2007年Mumm等[10]在骨斑点症患者中发现了LEMD3基因的一个杂合无义突变,进一步证实了Hellemans等[9]的观点。目前国内外已报道了26个与骨斑点症相关的LEMD3基因突变位点,其中包括国内报道的3个位点,分别是c.2573-2delA和c.1323C>A[8],Zhang等[12]报道的c.2612_2613insA。LEMD3基因位于12q12-14.3,全长79 kb,包含13个外显子,编码LEMD3核膜内在蛋白。该蛋白羧基末端结构域在611~911位氨基酸是SMAD的结合位点,通过与SMAD蛋白家族结合,抑制转化生长因子β(transforming growth factor-β,TGF-β)和骨形态发生蛋白(bone morphogenetic protein,BMP)信号通路的活性。一旦LEMD3基因发生突变,导致外显子跳读, 提前出现终止密码,形成截短蛋白, 就会失去与SMAD结合的位点。不能与SMAD结合的LEMD3核膜内在蛋白丧失了对TGF-β和BMP信号转导通路的负反馈调节功能, 从而使成骨增加[9, 13-14]

本研究对本例患者的外周血基因组DNA进行LEMD3基因突变检测,确定为新突变位点,患者在12号外显子上存在一个杂合错义突变,即c.2569G>A,导致p.Gly858Arg。检索HGMD数据库和PubMed文献,无该突变位点的报道。另外,从本科室标本库中选取了250例正常人对照进行了该位点的检测,均未发现突变。使用在线计算机功能模拟分析程序Mutation Taster分析该突变位点为致病性突变,概率值为1。多物种LEMD3蛋白质序列比对显示:该位点在进化上完全保守,均为Gly858,提示Gly858对LEMD3蛋白发挥正常功能具有重要作用(图 2)。

图 2 患者LEMD3基因突变检测结果 Figure 2 Results of LEMD3 gene mutation of patient A:12号外显子上发生一个杂合错义突变c.2569G>A, 致p.Gly858Arg; B:LEMD3基因突变c.2569G>A致病性预测;C:LEMD3基因突变p.Gly858Arg保守性预测
临床表现

本病多无明显症状,有些病例为影像学检查时偶然发现。15%~20%的患者有不同程度的关节疼痛,伴或不伴关节积液[4]。本病最常见的伴发症是皮肤损害,约占全部患者的25%,称为Buschke-Ollendorff综合征,呈孤立性凸起的白色胶原纤维浸润、瘢痕形成和硬皮样损害,也有表现为纤维瘤者[15]。合并蜡油样骨病者称为重叠综合征,这种患者同时存在多种硬化性骨发育不良的特征,影像学上常表现为斑点状钙化灶及“滴蜡状”病灶同时存在[16]。国内也曾报道并发骨肉瘤的病例[17]

本病最常累及手足短骨及长骨干骺端、骨骺等软骨内成骨活跃部位,而膜内成骨和混合成骨如下颌骨、锁骨及颅骨等常无异常改变。本例患者病灶分别位于肩关节、髋部、膝关节、踝关节处,与文献报道[18]一致。

病理改变

Scozzafava等[19]和Taranta等[20]首先提出骨斑点症与软骨内成骨发育不良有关的理论。1984年Lagier等[21]进一步指出骨斑点症反映了海绵骨由于机械应力而发生的重构。这种重构主要位于海绵骨骨小梁交叉处。本症病灶海绵骨内呈现圆形或卵圆形致密骨块,显微镜下表现为厚薄不等、排列较规则的骨小梁。这种骨小梁比正常骨小梁稍厚,排列比较紧密,大部分与骨长轴平行,少数斜行排列。同时骨皮质及关节软骨正常。

骨斑点症可能是由于外围的层板骨与增厚的骨小梁相粘连,骨板和小梁又伴有缓慢的骨质增生而缺乏相应的骨吸收,从而导致骨重建过程发生障碍。但病灶的核心部位存在潜在的骨改建势能,这也是病灶消失或增大的病理学基础。类似骨病还包括骨岛、条纹状骨病和蜡油样骨病,其区别仅在于病灶直径、数量以及形态与分布不同[15, 18]

影像学特征

X线:表现为大小不一、边缘清晰、密度均匀的致密结节,常见于手、足、骨盆及长骨骨骺和干骺端。病变结节可从数毫米到数厘米不等,形状可为斑点状、片状或条状。病变常表现为双侧同时受累,并且基本呈对称分布。可以根据X线表现将骨斑点结节分为3型:(1)斑点型或结节型:此型最常见,病变呈圆形或卵圆形结节;(2)线条型:表现为清晰可辨的线条状阴影,一般与长骨的长轴平行且规则排列于干骺端,此型少见;(3)混合型:斑点和条状阴影同时存在[7, 15]

其他影像学表现:(1)CT:表现与X线大致相同。但因CT分辨率更高,可发现更多更小的病变;(2)MRI:表现为松质骨内多发弥漫的点状或条状长T1短T2异常信号影,边界清晰;(3)骨扫描:病灶区常无明显核素浓聚[18]

鉴别诊断

蜡油样骨病:该病临床表现差异大,可无症状,也可出现骨痛、关节畸形,甚至致残。病变部位X线表现为长条状蜡油状骨质增生,附近软组织内可见骨质沉着。该病可累及全身骨骼,长骨多见,多不累及关节。但是,骨斑点症可伴有蜡油样骨病。

条纹状骨病:多见于青少年男性,好发于四肢长骨。特征性表现为双侧对称性纵行条状阴影,与骨干长轴平行,垂直于关节面,以干骺端最为明显。条纹宽度、长度不尽相同。大多数患者骨皮质正常。

成骨性骨转移瘤:此类患者骨痛症状明显,绝大部分可发现原发肿瘤病灶。转移灶多位于四肢骨近端及躯干骨,病灶不对称,直径较大,形态不一,全身骨扫描可呈现“超级骨显像”。骨转换指标可显著增高。

骨软骨瘤:可累及任何软骨内成骨的骨骼,但长骨比扁骨短骨更多见。特征为病变部位的皮质和髓腔是连续的,而蜡油样骨病患者可见到典型的骨旁和骨内膜受累。

骨硬化症:是一种以破骨细胞缺乏或功能低下导致骨吸收障碍、成骨细胞功能增强、骨密度增加为特点的遗传性代谢性骨病。临床表现可出现骨痛、骨折、贫血、感染等。X线检查可见中轴骨骨密度增高,骨皮质增厚,髓腔狭窄或消失[8, 22]

预后

徐德永等[23]对6例骨斑点症患者进行随访观察后发现骨骺闭合之前,病灶可增大、缩小或消失,亦可融合;成年人病灶变化则不显著。Al Attia等[24]分别研究了患骨斑点症的多胎妊娠妇女和骨折患者,认为骨斑点症对妊娠和骨折愈合无负面影响。就目前的文献报道,骨斑点症尚无恶变病例。

骨斑点症的治疗以对症处理为主。少数有关节疼痛的患者可用非甾体抗炎药等缓解疼痛[25]。曾有用双膦酸盐治疗的报道,但疗效存议[26-28]。临床医生应正确认识骨斑点症,减少误诊,避免不必要的检查和治疗。对明确有骨斑点症的患者进行外周血基因组DNA的LEMD3基因突变检测,可以协助临床诊断。

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(收稿日期:2018-08-02)