【佳學(xué)基因檢測】單純性大皰性表皮松解癥基因檢測Epidermolysis bullosa simplex

 

遺傳病、罕見病基因檢測導(dǎo)讀：

大皰性表皮松解癥 (EB)基因檢測是對一種罕見的遺傳病所進行的基因測序分析，并對發(fā)現(xiàn)的基因突變進行致病性確定。大皰性表皮松解癥臨床表現(xiàn)差異很大，難以建立起基因型和表型之間的清晰的關(guān)系。佳學(xué)基因檢測通過不斷為不同的患者進行檢測，從而確立基因型與表型之間的關(guān)系。在本案例中，一個中國家庭中的兩名成員被診斷出患有局限性單純性 EB（EBS），其臨床表現(xiàn)包括從嬰兒期起腳底出現(xiàn)水皰和糜爛。案例中采用的基因檢測包括兩名患者、其他健康家庭成員和 100 名正常對照。從每個參與者身上分離出基因組 DNA 樣本，然后進行聚合酶鏈反應(yīng) (PCR) 直接測序。PCR 直接測序基因檢測結(jié)果顯示， KRT5外顯子 7 的密碼子 461 發(fā)生了新的雜合錯義突變（c.1382T>C），導(dǎo)致 單純性大皰性表皮松解癥(EBS) 患者發(fā)生氨基酸變化（p.L461P），但未受影響的患者和100 個無關(guān)的對照樣本則不存在該突變

單純性大皰性表皮松解癥基因檢測關(guān)鍵詞：

單純性大皰性表皮松解癥，角蛋白 5，突變

單純性大皰性表皮松解癥基因檢測介紹

根據(jù)《皮膚病的臨床圖譜及其基因檢測項目推薦》，大皰性表皮松解癥 (EB) 包括一組遺傳性疾病，其中水泡自發(fā)出現(xiàn)或在輕微損傷或摩擦后出現(xiàn)。大皰性表皮松解癥 (EB) 的表型譜變化很大，不同類型大皰性表皮松解癥 (EB) 的嚴(yán)重程度和相關(guān)的外來表現(xiàn)存在差異。然而，所有類型的大皰性表皮松解癥 (EB) 都存在外傷性水泡和脆性。根據(jù)相對于基底膜的真皮-表皮分離程度，大皰性表皮松解癥 (EB) 可分為四種亞型——單純型、交界型、營養(yǎng)不良型和金德勒綜合征. 在最常見的亞型大皰性表皮松解癥 (EB) 單純性 (EBS) 中，分離發(fā)生在表皮角質(zhì)形成細胞基底層或基底層之上。1986年至2002年的統(tǒng)計顯示，大皰性表皮松解癥 (EB)的患病率約為每100萬居民11例，發(fā)病率約為每100萬活產(chǎn)19例。單純性大皰性表皮松解癥(EBS) 顯示出顯著的遺傳和臨床異質(zhì)性。單純性大皰性表皮松解癥(EBS) 可細分為全身重癥 (Dowling-Meara)、全身中度 (Koebner) 和局部亞型. 局限性 單純性大皰性表皮松解癥(EBS) (OMIM 131800) 是最溫和的亞型，其中大皰性病變通常發(fā)生在出生或嬰兒期，但也可能出現(xiàn)在青春期或成年早期。臨床上，水泡和大皰主要局限于手掌和足底區(qū)域，沒有指甲和粘膜損傷。

幾乎所有 單純性大皰性表皮松解癥(EBS) 突變都遵循常染色體顯性遺傳模式。單純性大皰性表皮松解癥(EBS) 主要與兩個基因KRT5和KRT14的突變有關(guān)。KRT5和KRT14基因分別編碼基底表皮角蛋白 5 和 14。角蛋白 5 和角蛋白 14 都具有中央桿狀 α 螺旋結(jié)構(gòu)和兩側(cè)的非螺旋結(jié)構(gòu)（頭部和尾部）。在中心棒狀區(qū)域的開始和末端，有兩個高度保守的氨基酸序列，稱為螺旋起始肽（HIP）和螺旋終止肽（HTP）. 在大多數(shù)情況下，突變的位置決定了臨床表型的嚴(yán)重程度。例如，影響角蛋白絲組裝的 HIP 和 HTP 突變導(dǎo)致最嚴(yán)重的 Dowling-Meara 單純性大皰性表皮松解癥(EBS)（EBS-DM；OMIM 131760）；突變通常會導(dǎo)致非螺旋接頭區(qū)域的局部 單純性大皰性表皮松解癥(EBS)，而 Koebner（EBS-K；OMIM 131900）突變更廣泛地分布在角蛋白 5 和角蛋白 14 多肽上。迄今為止，佳學(xué)基因已經(jīng)記錄了超過 150 種與這些基因相關(guān)的不同致病突變，其中大多數(shù)與更嚴(yán)重的 EBS-DM 相關(guān)。

在單純性大皰性表皮松解癥基因檢測中，對來自中國家庭的兩名被診斷為局限性單純性大皰性表皮松解癥(EBS) 的患者進行了基因檢測分析，發(fā)現(xiàn)位于 KRT5 2B 區(qū)段的新型錯義突變 c.1382T>C (p.L461P) 證實了局限性單純性大皰性表皮松解癥(EBS) 的診斷。新突變和基因型-表型關(guān)聯(lián)的鑒定有助于更好地了解局部單純性大皰性表皮松解癥(EBS) 的潛在病理生理學(xué)基礎(chǔ)，對于疾病進程預(yù)測、基因診斷、遺傳咨詢和基因治療非常重要。

臨床評估和 DNA 取樣

總共有五個局限性單純性大皰性表皮松解癥(EBS) 患者是這次單純性大皰性表皮松解癥基因檢測研究的對象（圖1) 參加了這項研究。成員 II:1（42 歲女性）和 III:1（15 歲女性；先證者）到佳學(xué)基因合作醫(yī)院就診。佳學(xué)基因檢測的分析還包括先證者的父親、祖父母和 100 名正常對照受試者。從所有參與的個人（或其監(jiān)護人）獲得書面知情同意書，并從每個參與者抽取 5 毫升抗凝靜脈血用于 DNA 提取。所有參與者的臨床檢查均由皮膚科醫(yī)生進行。研究的程序和過程遵照赫爾辛基宣言的原則進行的，得到了??醫(yī)院機構(gòu)審查委員會的授權(quán)。我們收到了患者關(guān)于發(fā)布所有攝影材料的同意書。銅陵市人民醫(yī)院倫理委員會 (2020001) 獲得倫理批準(zhǔn)。

 

 

圖1:家族血統(tǒng)。家譜顯示了三個世代中的兩個受影響的成員。未填充的符號代表譜系中未受影響的成員；深色符號表示受影響的成員。圓圈和正方形分別代表女性和男性。系譜的先證者已用紅色箭頭標(biāo)記。

突變分析和多序列比對

我們使用聚合酶鏈?zhǔn)椒磻?yīng) (PCR) 來擴增基因組 DNA 樣本（Humphries 等人，1996 年），之后用 Sanger 測序?qū)?PCR 產(chǎn)物進行測序。咨詢國家生物技術(shù)信息中心 (NCBI) cDNA 參考序列NM_000424.3用于KRT5和NM_000526.4用于KRT14，我們確定了僅存在于受臨床影響的家庭成員中的特定突變。多個在線生物信息學(xué)軟件程序，包括以下 PolyPhen2 ( http://genetics.bwh.harvard.edu/pph2 )、SIFT ( http://sift.bii.a-star.edu.sg ) 和 Mutation Taster ( http://genetics.bwh.harvard.edu/pph2 ) ://www.mutationtaster.org/), 用于預(yù)測由此產(chǎn)生的氨基酸取代是否會對 KRT5 和 KRT14 的結(jié)構(gòu)和功能產(chǎn)生影響。我們比對了不同物種的蛋白質(zhì)，包括Bos taurus、Gallus gallus、Gorilla gorilla、Mus musculus和Oryctolagus cuniculus。野生型和突變型 (p.L461P) 之間的結(jié)構(gòu)變化由 SWISS-MODEL ( https://swissmodel.expasy.org , PBD: 3TNU) 預(yù)測。野生型和突變型的結(jié)構(gòu)比較揭示了它們之間的顯著差異。

受影響患者的表型特征

這個家庭有兩個受影響的人。先證者是一名 15 歲的中國女孩，是無血緣關(guān)系的中國父母的獨生女。她和她媽媽有相似的臨床癥狀，沒有其他家族史。自出生以來，先證者和她的母親在足部受到機械損傷后容易出現(xiàn)水泡，但水泡愈合后空白痕。癥狀在夏季更嚴(yán)重，并隨著年齡的增長而改善。身體檢查除水泡外均正常（圖 2). 先證者右足底水皰病理檢查示表皮角化過度，顆粒層和棘層增厚，表皮內(nèi)形成水泡。真皮乳頭層血管輕度擴張，炎性細胞浸潤少，血管周圍間質(zhì)輕度黏液性（圖 2)本病的診斷是結(jié)合典型的臨床表現(xiàn)、家族史和病理檢查，故診斷為局限性單純性大皰性表皮松解癥(EBS)。我們進行的分子測試進一步證實了診斷。

圖 2: 局限性單純性大皰性表皮松解癥患者的臨床表現(xiàn)。圖中的水泡已用紅色箭頭標(biāo)記。(A) 在先證者的右腳上觀察到水泡和糜爛。(B) 在母親的左腳底發(fā)現(xiàn)了類似的水泡。(C)表皮上皮過度角化，棘層增厚，表皮內(nèi)有小泡(H&E, ×40)。(D) 裂隙位于表皮內(nèi) (H&E, ×200)。

突變分析和蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)建模

局限性 單純性大皰性表皮松解癥(EBS) 是 單純性大皰性表皮松解癥(EBS) 最常見的臨床變異性疾病之一，也是最輕的一種。根據(jù)已發(fā)表的數(shù)據(jù)，許多基因的突變與 單純性大皰性表皮松解癥(EBS) 表型相關(guān)，包括TGM5、PLEC、PKP1、KRT5、KRT14、DSP、JUP、DST和EXPH5，但超過 75% 的 單純性大皰性表皮松解癥(EBS) 病例歸因于 KRT5 的突變或KRT14基因¹²。因此，我們在這里選擇這兩個基因作為候選致病基因來篩選突變。

先證者 DNA 的分子分析表明，在KRT5基因外顯子 7 的核苷酸位置 1382 (c.1382T>C) 存在雜合的 T 到 C 轉(zhuǎn)變。該突變導(dǎo)致密碼子 461 (p. Leu461Pro) 的脯氨酸殘基被亮氨酸取代。在先證者的母親中檢測到KRT5中的相同突變。該突變位于KRT5的 2B 區(qū)段，證實了局部 單純性大皰性表皮松解癥(EBS) 的診斷。在KRT5或KRT14中未發(fā)現(xiàn)其他突變。在未受影響的家庭成員或 100 名人口匹配的健康對照中未發(fā)現(xiàn)突變（圖 3). PolyPhen2 ( http://genetics.bwh.harvard.edu/pph2 )、SIFT ( http://sift.bii.a-star.edu.sg ) 和 Mutation Taster ( http://www.mutationtaster.org/ ) 都預(yù)測突變 c.1382T>C (p.L461P) 可能會破壞蛋白質(zhì)功能，盡管脯氨酸和亮氨酸具有相似的極性。

 

 

圖 3:KRT5突變分析。分子分析表明KRT5基因中存在從頭雜合錯義突變 c.1382T>C (p.Leu461Pro) 。(A) 未受影響的成員，(B) 受影響的成員。

我們比較了來自不同物種的蛋白質(zhì)，并獲得了來自不同物種的 KRT5 的基于結(jié)構(gòu)的多序列比對，表明突變 (p. l 461pro) 位于高度保守的區(qū)域 (圖 4).

 

 

圖 4：來自不同物種的 KRT5 的多序列比對。來自不同物種的 KRT5 基于結(jié)構(gòu)的多序列比對顯示突變 (p.Leu461Pro) 位于高度保守的區(qū)域內(nèi)。

在野生型 KRT5 中，Leu461 與 Met457 和 Val465 形成兩個氫鍵，而突變體 Pro461 僅與 Val465 形成一個氫鍵。氫鍵的減少可能會影響 2B α 螺旋結(jié)構(gòu)域的穩(wěn)定性，其空間結(jié)構(gòu)由氫鍵維持（圖 5). c.1382T>C(p.L461P)突變發(fā)生在非螺旋連接區(qū)，同極性的脯氨酸取代了亮氨酸，導(dǎo)致存在最輕的單純性大皰性表皮松解癥(EBS)?？偟膩碚f，這些結(jié)果表明KRT5中的 p.L461P 是該家族中局部 單純性大皰性表皮松解癥(EBS) 的致病突變。

 

圖 5：L461P 突變的結(jié)構(gòu)模型。黃色虛線表示兩個氨基酸之間的氫鍵并顯示結(jié)構(gòu)之間的差異。(A) LEU-461 和 PRO-461 分別為綠色和紅色。(B) 在野生型 KRT5 中，LEU-461 形成兩個氫鍵（與 MET-457 和 VAL-465）。(C) 突變體 PRO-461 僅形成一個氫鍵（與 VAL-465）。

檢索報告的 KRT5 突變和分析

為了研究 KRT5 突變是否存在任何富含突變的外顯子，我們檢索了 KRT5 中所有報告的突變。如圖所示表格1，自 2008 年 1 月 1 日以來，已發(fā)現(xiàn)約 28 個導(dǎo)致 單純性大皰性表皮松解癥(EBS) 的新型 KRT5 突變。KRT5 尾部結(jié)構(gòu)域的突變通常與 單純性大皰性表皮松解癥(EBS) 游走性環(huán)狀紅斑 (EBS-Migr) 和疾病的色素形式相關(guān)，表明該區(qū)域可能在調(diào)節(jié)色素沉著和炎癥方面發(fā)揮作用。另外，在基因診斷方面，篩查引起單純性大皰性表皮松解癥(EBS)的突變時，更應(yīng)注意這些編碼尾區(qū)的外顯子。我們注意到只有少數(shù)突變與局部 單純性大皰性表皮松解癥(EBS) 相關(guān)，這些突變分布在 KRT5 的所有區(qū)域，但主要聚集在頭部和非螺旋接頭區(qū)域。^{示例包括 p.Val133Met、p.Asn146Lys、p.Met327Thr、p.Asp328Gly 和我們研究中的新突變 ( p.Leu} 461Pro) 。它表明，如果患者被診斷為局限性 單純性大皰性表皮松解癥(EBS)，則編碼 KRT5 頭部和非螺旋接頭區(qū)域的序列應(yīng)該適合突變篩查。由于基因表達過程復(fù)雜，易受其他基因和外界因素的影響，因此在預(yù)測基因型與表型之間的關(guān)系時需謹慎。

表格1：局限性大皰性表皮松解癥的新型KRT5突變

作者（年）	外顯子	核苷酸變化	蛋白質(zhì)變化	角蛋白結(jié)構(gòu)域
Jerábková 等人(2010)	1個	c.428T>C	p.V143A	頭
Wertheim-Tysarowska 等人(2016)	1個	c.436A>T	p.N146Y	頭
金等人(2017)	1個	c.464T>C	p.L155P	頭
金等人(2017)	1個	c.502G>C	p.E168Q	頭
皆川等(2013)	1個	c.505C>G	p.R169G	1A
阿林等人(2010)	1個	c.514A>G	p.I172V	1A，髖關(guān)節(jié)
金等人(2017)	1個	c.535T>C	p.F179L	1A
Glasz-Bóna 等人(2009)	1個	c.547A>G	p.I183V	1A
加西亞等人(2011)	1個	c.557T>A	p.V186E	1A
Glasz-Bóna 等人(2009)	1個	c.570G>C	p.E190D	1A
鮑登等(2009)	1個	c.593C>G	p.T198S	1A
弗洛希爾等(2010)	1個	c.596A>T	p.K199T	1A
高等(2015)	1個	c.605T>C	p.L202Q	1A
趙等人(2014)	1個	c.608T>C	p.L203P	L1
加西亞等人(2011)	3個	c.961A>C	p.T321P	L12
蔣等人(2008)	3個	c.971T>C	p.V324A	L12
Wertheim-Tysarowska 等人(2016)	3個	c.974T>C	p.L325P	L12
阿林等人(2010)	3個	c.991C>A	p.R331S	L12
Glasz-Bóna 等人(2009)	3個	c.991C>G	p.R331G	L12
Lev-Tov 等人(2012)	6個	c.1270G>C	p.A424P	2B
加西亞等人(2011)	6個	c.1283G>A	p.A428T	2B
皆川等(2013)	6個	c.1327A>G	p.K443E	2B
阿林等人(2010)	6個	c.1362del4insAGCTGGTA	p.E455AfsX117	2B
Wertheim-Tysarowska 等人(2016)	7	c.1412G>A	p.R471H	2B
阿林等人(2010)	7	c.1438A>G	p.R480G	2B、HTP
阿林等人(2010)	8個	c.1636C>A	p.L546I	尾巴
皆川等(2013)	9	c.1644del4	p.G550A	尾巴
Bchetnia 等人(2012)	9	c.1675C>T	fsX82 p.R559X	尾巴

 

HIP：螺旋起始肽，HTP：螺旋終止肽。

KRT5和KRT14基因編碼表皮基底層和相關(guān)復(fù)合上皮細胞中的中間絲 (IF) 蛋白。角蛋白中間絲 (KIF) 網(wǎng)絡(luò)附著于橋粒和半橋粒，將角質(zhì)形成細胞連接到相鄰細胞和基底膜，形成細胞間粘附，保護上皮細胞免受機械和其他應(yīng)力。單純性大皰性表皮松解癥(EBS) 與KRT5和KRT14的突變密切相關(guān)，但突變導(dǎo)致角蛋白網(wǎng)絡(luò)形成和崩潰的機制仍不清楚。

據(jù)報道，KRT5/KRT14細絲網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的破壞會導(dǎo)致基底角質(zhì)形成細胞的脆弱性，使細胞無法承受機械壓力，進而導(dǎo)致細胞內(nèi)出現(xiàn)空泡，最終導(dǎo)致皮膚起泡。薩萬特等人。發(fā)現(xiàn)蘇氨酸 150 (T150) KRT5 磷酸化在 KIF 網(wǎng)絡(luò)的形成中起重要作用，與 單純性大皰性表皮松解癥(EBS) 的發(fā)病機制有關(guān)。此外，其他病理機制在單純性大皰性表皮松解癥(EBS)的病理生理學(xué)中起著重要作用，包括炎癥前細胞因子、腫瘤壞死因子、白細胞介素-1β（IL-1β）以及與之相關(guān)的信號通路。羅素等人。發(fā)現(xiàn)由于機械應(yīng)力導(dǎo)致ERK和PKB的細胞外信號調(diào)節(jié)激酶（ERK）和蛋白激酶B（PKB）信號轉(zhuǎn)導(dǎo)通道的激活參與了單純性大皰性表皮松解癥(EBS)，導(dǎo)致角蛋白突變細胞在通道激活后對細胞凋亡產(chǎn)生抗性 . 除此之外，疾病的發(fā)生還涉及其他機制，包括機械應(yīng)力恢復(fù)受損、細胞連接元件下調(diào)和上皮細胞粘附破壞。到目前為止，我們不知道該突變 (p.L461P) 如何導(dǎo)致該家族的臨床表現(xiàn)；需要進一步的研究來深入了解本研究中發(fā)現(xiàn)的突變的詳細分子發(fā)病機制。

目前，單純性大皰性表皮松解癥(EBS)尚無有效的治療方法；主要治療是對癥處理。例如足底注射肉毒毒素，作為一種安全且持久的方法，可以有效阻止水泡的發(fā)生。此外，據(jù)報道長期口服紅霉素可能對EBS-DM有效 。1% 雙醋瑞因軟膏被認為是一種耐受性良好且安全的靶向治療，可顯著減少大多數(shù) EBS-DM 患者的水皰。由于在 EBS-DM 患者的水皰頂部和皮膚液體中發(fā)現(xiàn) Th17 細胞因子過度表達，在使用抗 IL-17 藥物治療后，觀察到所有患者的水皰數(shù)量急劇減少. 西蘭花產(chǎn)生的天然化學(xué)物質(zhì)蘿卜硫素已被證明可以通過誘導(dǎo)表皮基底層中 KRT16 和 KRT17 的表達并改善 單純性大皰性表皮松解癥(EBS) 表型來治療 KRT14 缺陷小鼠的水皰。最近，北京等人。成功開發(fā)了一種體外基因療法，使用成簇規(guī)律間隔的短回文重復(fù)序列 (CRISPR)/Cas9 來糾正反復(fù)性COL7A1異種移植小鼠模型中營養(yǎng)不良性 大皰性表皮松解癥 (EB) 的突變。顯然，在用 RNA 治療 大皰性表皮松解癥 (EB) 方面取得了相當(dāng)大的進展，但也存在局限性。由于它是一種遺傳疾病，基因組編輯作為最先進的基因治療方法可以用于臨床治療。具體而言，由于KRT5基因中的突變?yōu)?c.1382T>C，因此可以使用胞苷堿基編輯器對其進行校正，從而實現(xiàn) C 到 T 的轉(zhuǎn)換。

總之，這是一項報告 KRT5 的研究：2B 螺旋處的 p.L461P 錯義突變，或 KRT5 密碼子 461 中的任何突變。鑒定 KRT5 中的這種新突變 (p.L461P) 將有助于更好地了解局部 單純性大皰性表皮松解癥(EBS) 的潛在病理生理學(xué)基礎(chǔ)，可用于基因診斷、遺傳咨詢和基因治療。此外，它還可以更深入地了解 單純性大皰性表皮松解癥(EBS) 中的表型-基因型相關(guān)性。

 

 

 

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