X--性连锁鱼鳞病两家系STS基因及其侧翼序列研究

摘要

鱼鳞病(Ichthyosis)是一种表皮细胞动力学稳定机制紊乱或分化异常，导致以皮肤干燥伴有鱼鳞状鳞屑为特征的遗传性角化障碍性皮肤病，可分为寻常型鱼鳞病、X-性连锁鱼鳞病(XLI)、板层状鱼鳞病、先天性非大疱性鱼鳞病样红皮病、获得性鱼鳞病、火棉胶样婴儿和重型胶样婴儿。X-性连锁鱼鳞病(X-linkedichthyosis，XLI)是其中重要的一型，为X染色体隐性遗传，常于出生时或生后不久发病，病情不随年龄增大而改善，而且在范围和程度上逐渐加重，表现为全身皮肤干燥、粗糙、覆着黑褐色鳞屑，主要累及肢体伸侧和躯干侧面、颈部、面及耳部。皮肤表现往往在夏季减轻，而冬季和干燥季节加重。XLI可作为一种独立的皮肤病发病，也可伴随角膜混浊(50％)、隐睾症(20％)、点状软骨发育不良、智力障碍或癫痫等作为一种综合征发病，如Rud综合征、Conradi综合征、Kallmann综合征等。该病主要发生在男性，大多数女性仅为致病基因携带者。男性发病率为1/6000-1/2000，无明显的种族和地域差异。XLI组织病理表现为角化过度，颗粒层正常或稍增厚，偶可见颗粒层变薄，无毛囊角栓，表皮可稍增厚。由于XLI皮肤组织病理表现为非特异性，和正常皮肤或寻常型鱼鳞病皮肤组织学上很难区别，因此组织病理在XLI的诊断中价值不大。XLI的诊断往往依靠临床特点，但确诊还是要依赖于生化检测和遗传学信息分析。生物化学技术直接检测皮肤成纤维细胞、白细胞、角质形成细胞中STS酶的活性，如果检测阴性，即可确诊;Southern印迹、荧光原位杂交技术或聚合酶链反应可证实STS基因缺失或突变，进一步确诊XLI。XLI目前不能治愈，目前治疗主要以针对症状性治疗为主，主要是通过水合、润滑作用和角质层分离3个机制来缓解皮肤干燥和减少皮肤鳞屑，即外擦滋润霜和油剂等角质软化剂、局部使用或口服维A酸类药物，如10％胆固醇霜、40％～60％的丙二醇溶液、尿素、乳酸、羟基乙酸、0.5％～60％水杨酸、异维甲酸、0.1％维A酸软膏或类似物等。XLI并不影响患者的正常生活功能，但不同程度影响患者的外在形象，给患者及其家人带来困扰和身心压力，严重降低患者及其家庭的生活质量，由于XLI目前还不能治愈，鉴于本病是X染色体隐性遗传，所以鉴定是否为携带者，在预防患儿的出生非常重要。 目前研究表明该病主要由编码类固醇硫酸盐的类固醇硫酸酯酶(steroidsulfatase，STS)基因的缺失或突变引起的遗传病。STS是广泛分布于哺乳动物组织中的一种微粒体酶，分子量达62kDa，STS基因定位于Xp22.3，约164kb大小，含有10个外显子。STS降解胆固醇硫酸盐(CSO4)，产生一些胆固醇起到皮肤屏障作用，同时随着CSO4降解累积到一定程度，使桥粒降解，导致皮肤正常的脱屑。STS基因缺失或突变导致其底物胆固醇硫酸盐水解减少，在角质层堆积，而胆固醇硫酸盐在保持角质层细胞膜完整性和正常脱屑过程中起着重要作用。因此，胆固醇硫酸盐的过量堆积改变了角质层细胞膜间的物理特性，增加了细胞膜的稳定性和细胞间的凝聚程度，导致角质层细胞持久性黏着，从而导致皮肤正常脱屑过程延迟，形成鳞屑。由于STS基因定位于Xp22.3，该区域逃避了X染色体的功能失活，根据LYON假说，正常女性一条X染色体失活可以保证男女遗传平衡，而STS基因逃避了这种失活，使XLI女性携带者STS仅活性降低，因此她们除了冬季皮肤较干燥，无其他可识别的临床特征。但目前有7例女性患者被报道，其基因改变有待于进一步探讨。 据统计，90％ XLI患者表现为STS全基因及其侧翼序列缺失，少数患者为STS基因部分缺失或点突变引起。最常见的STS基因及其侧翼序列缺失范围为DXS1139到DXS22S1或DXS278位点之间缺失。研究表明由于DXS1139到DXS22S1或DXS278位点之间包含多数同源序列，这些同源序列重组导致了大多数XLI患者STS全基因及其侧翼序列缺失。G1.3和CRI-S232是分布在X染色体短臂的STS基因两端低拷贝短片段重复序列，这些低拷贝短片段重复序列的出现，促进了等位基因间的不等交换，在XLI这种高频率的大片段缺失中起着重要作用。X染色体上的CRI-S232呈现出高度多态性，而Y染色体上的CRI-S232不呈现多态性，故本病呈现为X-性连锁遗传。 目前关于XLI发病机制的研究主要针对STS基因，国外仅有数篇文献报道涉及到侧翼序列的研究，国内尚未有关于STS基因及侧翼序列检测分析的研究报道。国人XLI患者STS基因及侧翼序列的缺失范围是否与国外文献报道相一致，目前尚不清楚，有必要对其进行研究。鉴于目前尚无根治本病的方法，鉴定致病基因是进行产前诊断、基因治疗的必经之路。本实验的目的旨在对所收集家系成员进行STS基因及侧翼序列缺失范围检测，确定该家系患者基因突变情况。 本次实验收集了2个家系，家系1成员共8人，其中患者3人;家系2成员共7人，其中患者1人。诊断标准主要根据患者特有临床表现足月顺产出生后即出现全身皮肤干燥，附着大片状、多角形、深褐色鳞屑，瘙痒明显，面部、甲部及掌跖部未累及，冬重夏轻及随年龄增长逐渐加重，结合家族遗传信息，最后确诊为XLI。经知情同意后，采集家系中患者、患者亲属及与家系成员无关的50例健康对照者外周静脉血，进行全血基因组DNA提取;设计引物，覆盖了STS基因及侧翼序列DXS89-DXS1134的全部编码区和外显子-内含子交界区;通过PCR技术扩增出上述区域;将PCR扩增产物进行琼脂糖凝胶电泳，紫外灯下观察扩增条带;扩增产物纯化后送至上海英潍捷基生物技术有限公司进行测序(采用ABI-PRISM3730测序仪进行直接测序，测序试剂为BigDyeterminatorv3.1);测序结果用chromaS软件分析，所得序列与PubMed Genebank所公布的STS基因及侧翼序列DXS89-DXS1134序列比对，进行同源性分析。 本研究发现，家系1中3个患者的STS基因10个外显子及侧翼序列DXS1139到DXS22S1均无PCR扩增产物，即存在STS全基因及侧翼序列DXS1139到DXS22S1缺失，而家系中表型正常的其他成员及与家系成员无关的50例健康对照者均扩增出相应大小的DNA片段，测序结果进行同源性分析未发现基因点突变或部分缺失;家系2中患者、表型正常者及健康对照者的STS基因10个外显子及侧翼序列DXS89到DXS1134均扩增出相应大小的DNA片段，测序结果进行同源性分析未发现点突变或部分缺失。 家系1中3个患者突变类型均表现为STS全基因及侧翼序列DXS1139到DXS22S1范围缺失，与本病文献报道最常见的缺失范围相一致，约25.7Mbp大小，导致综合征表现的Kallman基因位于此缺失范围之外，因此该家系患者临床表型除皮肤表现外并未伴随综合征及皮肤外表现。但该家系中患者皮损严重程度存在差异，其中以先证者最为严重。Ramesh R等报道在XLI患者中，如果STS基因和FLG基因均突变，则XLI患者将表现为更严重的临床症状。从功能上来说，STS的缺乏影响了角质层脂类的生成，然而FLG的突变主要影响角质层蛋白质的生成。据推测，FLG基因突变和STS基因突变将会产生叠加作用，由于角质层脂类和蛋白质成分都受到影响，因此导致了更严重的临床表型。但可能还存在有其他未知因素在起调控作用，例如存在修饰基因、环境因素等，所以该家系中患者临床表型严重程度差异是否由于FLG基因突变叠加导致，有待进一步的深入研究。家系2中患者STS基因及侧翼序列DXS89-DXS1134未发现缺失或点突变，可能存在一定的遗传异质性，具体突变类型有待深入研究。 目前国人对XLI的研究仍比较少，本研究结果为进一步研究本病发病机制、STS基因及其侧翼序列的功能、产前诊断及基因学治疗均提供了科学的理论依据。但中国人种的基因突变类型及缺失范围与国外报道是否相符仍需加大家系样本量进一步研究。具体基因缺失断裂位点目前国内外均未见报道，进一步缩小范围寻找具体断裂位点是我们后期要进行的主要工作。

目录

摘要

前言

第一章 材料与方法

1．1 研究对象

1．2 主要实验试剂、仪器

1．3 外周血标本的采集及全血基因组DNA的提取

1．4 引物设计

1．5 聚合酶链式反应(Polymerase Chain Reaction，PCR)

1．6 琼脂糖凝胶电泳检测分析扩增结果

1．7 PCR扩增产物测序和序列分析

1．8 实验室检查

第二章 结果

2．1 临床特征

2．2 PCR产物琼脂糖凝胶电泳结果

2．3 测序结果

2．4 体格检查及实验室检查结果

第三章 讨论

3．1 家系进行遗传学检测意义

3．2 两个XLI家系基因突变类型及发生机制

3．3 FLG基因同时突变产生叠加效应或作为修饰基因导致XLI患者临床表型存在差异

3．4 由STS基因第8个外显子点突变导致的XLI患者会同时伴随角膜混浊发生

3．5 STS基因缺失断裂位点的确定

第四章 结论

参考文献

在读期间发表的文章

致谢

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