先天性肌病临床、病理及分子生物学研究
先天性肌病（Congenital myopathies, CMs）是一组单基因遗传性骨骼肌疾病，临床多以新生儿/幼年起病肌无力，伴/不伴肌张力低下，病情稳定或缓慢进展，骨骼肌活检具有特征性病理改变。根据特征性病理表现分类：1）轴空性肌病（中央轴空病/多迷你轴空病，轴空结构）；2）中心核肌病（中心核/肌管肌病）；3）杆状体肌病（杆状体/轴空-杆体/帽状体）；4）肌球蛋白储积病（胞浆异常沉积）；5）肌纤维类型不均等症（选择性I型肌纤维萎缩）。先天性肌病共同病理变化为：肌纤维直径大小及类型分布异常，胞浆内存在病理性特殊结构；不同于肌营养不良及代谢性肌病的是：少见变性、坏死及再生肌纤维，无糖原及脂肪成分蓄积。 CMs遗传方式复杂多样，包括常染色体显性遗传（ Autosomal dominant inheritance, AD）、常染色体隐性遗传（ Autosomal recessive inheritance, AR）、X连锁隐性遗传（X-linked recessive inheritance, XR）及散发多种遗传方式，迄今为止发现30余种致病基因。CMs具有丰富的临床/遗传异质性。每一类先天性肌病均具遗传异质性，如杆状体肌病由NEB、TPM2、TPM3、ACTA1、TNNT1、CFL2、KBTBD13、KLHL40和KLHL41等基因变异致病；轴空性肌病由 RYR1、MYH7、SEPN1等基因变异致病；中心核肌病由MTM1、BIN1、DNM2、TTN基因变异致病；肌纤维类型不均由 TPM2、TPM3、RYR1、ACTA1、MYH7基因变异致病。临床异质性表现为：同一基因变异导致不同的病理现象，如RYR1变异可导致中央轴空病、迷你轴空病、中心核肌病、肌纤维类型不均；ACTA1变异可导致杆状体肌病（包括帽状体肌病）、肌动蛋白丝聚合病、肌纤维类型不均。 CMs临床诊断面临的问题如下：1）临床表型相似，造成CMs诊断困难；2）相同病理特点可由不同致病基因导致；3）CMs与肌原纤维病致病基因重叠；4）某些致病基因外显子数目巨大。复杂的临床/遗传异质性使CMs的诊断必须基于致病基因分析；传统的基于CMs骨骼肌病理活检特定的结构改变，可提示基因测序方向，但CMs上述临床及遗传学特点，使用传统 Sanger法基因分析在诊断阳性率、鉴别诊断、分型诊断及诊断时效方面均存在局限性，桎梏了CMs的分子生物学诊断广泛应用于临床。 目的基因捕获二代测序（Next generation sequencing, NGS）技术，能够一次性对多个基因的全部外显子捕获、测序，碱基覆盖度达到99％，对每一个碱基检测平均重数（测序深度）达100重以上，快速、准确、一次性完成多个目的基因的外显子测序，相比全外显子及全基因组测序，其所用时间少、单碱基测序费用低及生物信息分析相对简单，因此更多应用于临床。同时目的基因捕获NGS技术学特点，解决了Sanger测序在CMs分子生物学诊断中的不足，推动CMs分子生物学分型诊断及鉴别诊断。 本研究从河北医科大学第三医院骨骼肌遗传资源标本库（2005.3-2015.12，1471例）筛选：1）中央轴空病（9例）；2）中心核肌病（7例）；进行临床、病理分析，目的基因捕获NGS进行致病基因筛查，生物信息学分析得出的位点经患者及其无症状亲属（22例）Sanger法验证。 第一部分中央轴空病临床、病理及基因分析 目的：本部分基于临床、活检骨骼肌病理诊断，筛选9例中央轴空病（Central core disease, CCD）患者，采用轴空性肌病目的基因捕获NGS技术、Sanger验证，确定致病基因及突变类型，分析、总结中国人群CCD临床、病理及基因变异特点，并探讨目的基因捕获 NGS在 CCD诊断中的应用价值。 方法： 1临床病例入选标准：1）临床表现：婴幼儿起病的缓慢进展的四肢近端肌、腰带肌无力、萎缩，伴/不伴骨骼肌外并发症及面肌受累；2）CK正常或轻度升高，肌电图呈肌源性损害或正常；3）活检骨骼肌组织化学染色呈典型中央轴空结构，除外肌营养不良改变，糖原、脂类正常。 2归纳整理入组患者临床资料，包括：性别、发病年龄、血 CK、电生理检查结果，2例（病例1、7）行骨盆CT（Computerized Tomography, CT）检查。 3活检骨骼肌组织化学，病理分析；4例患者（病例2、3、4、8）行电子显微镜超微结构分析。 4轴空性肌病目的基因富集（RYR1、MYH7、SEPN1）二代测序，生物信息学分析致病基因，对发现的突变应用 Sanger法对患者（9例）及部分无症状亲属（9例）验证。 结果： 19例CCD患者中，男性3例，女性6例，阳性家族史者3例，年龄2-32岁，全部为出生后或婴幼儿期起病。临床表现为轻-中度的非进行性近端肌无力、肌张力低下；5例具有特殊容貌（高腭弓、倒V型嘴、细长脸等），6例患者伴骨骼肌外并发症（关节过伸展、跟腱挛缩等、脊柱侧弯先天性髋关节脱位）。血CK轻度升高1例，正常8例。EMG呈肌源性损害6例，正常3例。 2例骨盆CT示髋臼发育不良及臀肌萎缩。 2活检骨骼肌组织化学染色（9例）：肌纤维未见明显变性、坏死和再生，肌纤维轻-中度大小不等，可见典型中央轴空结构，呈单个或多个，位于肌纤维中央或偏侧。所有病例均表现为I型肌纤维萎缩；肌纤维类型分布：单一I型肌纤维5例，I型肌纤维优势4例。 电子显微镜超微结构特点（4例）：轴空区域肌纤维结构紊乱，线粒体缺失。 3目的基因捕获NGS分析、Sanger验证，8例患者致病基因为RYR1，共发现5个杂合突变（新发突变2个，已报位点3个）。具体如下：3例新发突变（c.13732T>G和 c.13915_13923del），3例 c.14582G>A，1例c.14581C>T，1例 c.13919T>G。其中2例 RYR1为 de novo突变（c.13919T>G和c.13915_13923del）。 1例（例6）于RYR1、MYH7、SEPN1均未发现具有临床意义致病突变。 结论： 1 CCD符合CMs的一般临床表现。 2活检骨骼肌病理分析，中央轴空是诊断与鉴别诊断其他类型CMs、儿童遗传性骨骼肌疾病的重要方法。 3 RYR1可能为中国人CCD常见致病基因，可能存在外显子94-101的附近热点突变区域。 4 NGS对于发现CCD的RYR1以外基因变异具有筛查价值。 第二部分中心核肌病临床、病理及分子生物学分析 目的：中心核肌病（Centronuclear myopathies, CNMs）根据遗传方式及临床表现分为三类：XR遗传（MTM1）、AD遗传（DNM2、CCDC78等）及 AR遗传（BIN1、RYR1等）。不同的类型存在不同的临床表现和不同的预后。其中女性 MTM1变异携带者患者仅有个例报道，其发病机制可能与X染色体失活偏移（Skewed X-chromosome inactivation, SXCI）有关。 本部分筛选经临床、活检骨骼肌病理诊断的CNMs患者7例，使用中心核肌病目的基因捕获NGS测序技术，筛选致病基因，并对2例MTM1女性携带者进行X染色体失活分析。总结不同亚型CNMs临床、下肢骨骼肌MRI特点、骨骼肌病理特点；确定一组中国人群CNMs致病基因及突变类型，总结基因变异特点。 方法： 1临床病例入选标准：1）临床表现：符合 CMs，包括婴幼儿起病的缓慢进行性加重肌无力、萎缩，运动发育迟缓，伴/不伴骨骼肌外并发症（关节挛缩、脊柱侧弯）及面肌受累（细长脸、高腭弓、眼外肌麻痹等）；2）CK正常或轻度升高，肌电图正常或呈肌源性损害；3）活检骨骼肌组织化学染色中心核肌纤维比例增加，除外肌营养不良改变，糖原、脂类正常。 2归纳整理入组患者临床资料，包括：性别、发病年龄、血 CK、电生理检查结果，5例患者（病例2、3、4、6、7）行双下肢骨骼肌核磁共振成像（Magnetic resonance imaging, MRI）检查。 3活检骨骼肌组织化学，病理分析；2例患者（病例1、7）行电子显微镜超微结构分析。 4中心核肌病目的基因捕获（MTM1、DNM2、BIN1、RYR1、CCDC78、TTN、SPEG、MTMR14）NGS测序，生物信息学分析致病基因，对发现的突变应用Sanger法对患者（7例）及无症状亲属（12例）家系验证。 5 X染色体失活（X chromosome inactivation，XCI）分析：2例MTM1变异的女性患者， PCR其外周血 DNA扩增雄性激素受体（ Androgen receptor, AR）基因第1外显子CAG重复序列的多肽性分析X染色体失活。X染色体失活时，位于该重复序列附近的甲基化敏感性内切酶Hpa II的酶切位点被甲基化而不能被切断，而有活性的 X染色体则相反。因此，如先用Hpa II对基因组DNA酶切后再进行PCR扩增，仅有失活X染色体有产物。 结果： 17例CNMs患者中，男性3例，女性4例，例1具阳性家族史，其余患者无阳性家族史。年龄3-47岁，均为生后或婴幼儿期起病，病情缓慢进展。3例（病例4、5、6）为远端肌无力为主要及首发症状，其余4例主要表现为四肢近端肌无力。5例具有特殊面容（细长面容、高腭弓），3例伴眼外肌受累（眼睑下垂、眼外肌麻痹），4例伴骨关节异常（脊柱侧凸、跟腱挛缩、手指关节畸形及过伸展）；CK正常6例，升高1例；EMG呈肌源性改变。 下肢骨骼肌MRI：例4、6为小腿重于大腿，例2、3、7大腿重于小腿。其中例4、6大腿前群肌（股中间肌）重于后群，而小腿以后群肌受累为主（比目鱼肌）；例3、7大腿后群肌受累重于前群，小腿以腓肠肌及胫骨前肌轻度受累；例3小腿肌群无明显受累。 2活检骨骼肌组织化学染色（7例）：未见明显肌纤维变性、坏死和再生，肌纤维大小不等，脂肪结缔组织轻-重度增生（例2弥漫性脂肪浸润）。中心核及核集中肌纤维显著增加；I型肌纤维小径化，2例为I型肌纤维优势，2例为单一I型肌纤维，其中MTM1-CNM（例1）可见项圈纤维， DNM2-CNM（例4、5、6）及RYR1-CNM（例7）可见轮辐状肌纤维(Radial sarcoplasmic strands，RSS)。 电子显微镜超微结构特点（2例）：可见中心核呈链状排列，中心核周边区域线粒体、内质网、高尔基复合体、糖原颗粒聚集。 3目的基因捕获NGS测序、Sanger验证，病例1、2、3为MTM1变异（分别为 c.1054-1G>A、c.286dupA、 c.1405C>G）；病例4、5、6为DNM2变异（分别为c.1106G>A、c.1102G>A、c.1105C>T）；例7为RYR1变异（c.12237delC、c.12536G>A），其中 MTM1（c.1405C>G）及 RYR1（c.12237delC）为新发突变，病例4、5为de novo突变。根据基因分析结果，将7例患者分型诊断：病例1、2、3为MTM1变异X连锁隐性遗传肌管疾病（X-linked recessive myotubular myopathy, XLMTM），病例4、5、6为DNM2变异的常染色体显性遗传CNM,病例7为RYR1变异常染色体隐性遗传CNM。 4病例1和2X染色体失活分析：XCI>80%(病例1XCI倾斜率为84:16，病例2XCI倾斜率为83:17)，为SXCI。 结论： 1 CNMsCNMs表型相似，临床不能明确分型诊断； DNM2-CNM具有相对一致的临床表型，表现为下肢远端为重的肌无力，有待进一步增加样本量研究。 2特征性骨骼肌受累肌群，一定程度上提示 CNMs亚型，指导致病基因测序方向，同时可以进一步指导骨骼肌活检部位。 3中心核肌纤维明显增多是特征性病理改变，对 CNMs与其他类型CMs及其他遗传性骨骼肌疾病的具有诊断、鉴别诊断价值。 4 CNMs多个基因、点突变致病，应将CNMs视为一疾病谱系，临床表型相似、高度遗传异质性，建议基因分析首选 NGS，一次性完成诊断与鉴别诊断。 5 MTM1变异的女性携带者能够发病并有较严重的临床表现及典型中心核病理特点，症状较男性患者轻，可能与SXCI有关，女性XLMTM携带必要时应行XCI分析。 6 CNMs高度致残，正确的分子生物学诊断可使先证者及其家系获得正确的遗传咨询及产前诊断，避免出生缺陷。
先天性肌病;单基因遗传病;临床病理;中心核肌病;分子生物学
河北医科大学
博士
神经病学
胡静
2016
中文
R596
118
2016-09-14（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）