案例分享 | 基因檢測助力遺傳病診斷——多發性骨骺發育不良
多發性骨骺發育不良（multiple epiphyseal dysplasia，MED）又稱 Catel s 病、遺傳性內生骨軟骨發育障礙等，是一種少見的軟骨和骨骺發育疾病，主要影響四肢長骨末端（即骨骺）。多發性骨骺發育不良根據遺傳模式不同分為兩種類型，顯性類型和隱性類型，兩種類型都有相對輕微的癥狀和體徵，其中最常見的是髖關節和膝關節的疼痛，早發性關節炎和步態不穩。
MED的臨牀表型複雜，大致分為三型：一型為Ribbing型，即輕型，特點有身形正常或接近正常，骨骺扁平，髖關節早發骨關節炎，輕微腕關節受累或沒有；
另一型為Fairbank型，即重型，其特徵是身材矮小，手指短粗，多個關節呈現小骨骺，尤其是髖關節，股骨頭小且圓，與其他型MED扁平型股骨頭不同，不規則的掌骨和腕骨延遲骨化。
還有一類未分類的類型。
臨牀表現
常染色體顯性多發性骨骺發育不良（dMED）存在於兒童早期，通常在運動後臀部或膝蓋疼痛。受影響的孩子抱怨長途跋涉疲勞。蹣跚步態可能存在。成人身高在正常的較低範圍或略微縮短。與軀幹相比，肢體相對較短。疼痛和關節畸形進展，導致早發性骨關節炎，特別是大負重關節。
常染色體隱性多發性骨骺發育不良（rMED）一般出現在青春期晚期或成年早期，特徵是關節疼痛（通常在臀部或膝蓋處），手、腳、膝蓋畸形和脊柱側凸。然而，大約50％的患者生來至少有一個異常特徵，例如向內和向上翻腳（馬蹄足）、口腔頂部開口（齶裂）、手指或腳趾的不尋常彎曲（手指彎曲變形）或（很少）囊性耳腫脹。
疾病診斷
常染色體顯性多發骨骺發育不良
1. 臨牀診斷
臨牀表現：
臀部和/或膝蓋疼痛和疲勞，通常在運動後(通常從幼兒開始)；
成人身高在正常或輕度縮短的較低範圍內；
主要關節(如肘關節)活動範圍受限；
早發性骨關節炎，通常在生命的第二或第三個十年需要進行關節置換。
影像學發現：
最初，通常在臨牀癥狀出現之前，觀察到長管狀骨骺延遲骨化。當骨骺出現時，骨化中心小，輪廓不規則。骨骺異常通常在膝關節或髖關節最為明顯，可能類似於雙側的Perthes病。
在兒童時期，管狀骨可能輕度縮短。手可能存在象牙色（非常緻密）的骨骺。根據定義，脊柱是正常的；然而，可以觀察到Schmorl體（即椎間盤組織移位到椎體中）和不規則的椎體端板（圖1）。
2. 分子基因檢測
如果上述臨牀和影像學特徵尚無定論，則鑒定下表中列出的一種基因中的雜合致病變體可確定診斷。
常染色體隱性多發骨骺發育不良在臨牀和影像學上表現為:
1. 臨牀診斷
臨牀表現：
關節疼痛(通常發生在臀部和膝蓋)，疼痛的發作是可變的，但通常發生在兒童晚期；
手、腳和膝蓋畸形；
脊柱側凸。
影像學發現：
典型的發現包括以下內容：扁平骨骺伴早期關節炎(髖關節關節軟骨退行性疼痛改變)；
輕度短指症；
在側膝關節X線片上約60％的個體中觀察到雙層髕骨（即，存在單獨的前和後骨化層）（圖2）。這一發現似乎與年齡有關，可能在成人中消失。
2. 分子基因檢測
SLC26A2和CANT1是目前已知引起rMED致病變異的基因。如果上述臨牀和影像學特徵尚無定論，則鑒定出這兩個基因中的純合或複合雜合致病變體可確定診斷。
四種最常見的SLC26A2致病變異體（p.Arg279Trp, c.-26+2T>C, p.Arg178Ter和p.Cys653Ser）約佔所有SLC26A2相關發育不良疾病等位基因的70%。
p.Arg279Trp是除芬蘭以外最常見的SLC26A2致病變異（佔等位基因的45%)，是一種溫和的致病變異，純合子時導致EDM4/rMED表型，複合體時主要表現為畸形發育不良（DTD）表型。p.Arg178Ter是第二常見的致病變異（佔等位基因的9%），與更嚴重的DTD表型或甚至圍產期致死的骨發育不全症2型（AO2）表型相關。p.Cys653Ser和c.-26 + 2T> C是第三種最常見的致病變異（各佔等位基因的8％）。
Balasubramanian等（2017）在一個近親拉丁裔家庭報道了多發性骨骺發育不良患者的CANT1基因（I171F和V226M）錯義純合突變。
鑒別診斷
MED的鑒別診斷包括Legg-Calvé-Perthes病（LCP），先天性脊椎骨骺發育不良（SED），先天性甲狀腺功能減退症，粘多糖病和幾種遺傳相關疾病，包括假性軟骨發育不全（PSACH）和萎縮性發育不良等。
SED是由COL2A基因突變引起的，並且呈現與MED相似的關節表現。然而，SED表現出椎體異常和顯著的脊柱側凸，而MED通常表現出很少或沒有脊柱受累。粘多糖-糖尿病可與尿分析區分，先天性甲狀腺功能減退症可通過甲狀腺功能檢查評估確診。
MED的輕度形式可能仍然未被診斷或被誤診為雙側Perthes病或甚至早發性家族性骨關節炎。重型MED與輕型假性軟骨發育不全（PSACH）表型重疊，然而PSACH患者在影像學上表現為短肢侏儒伴椎體骺端受累。PSACH幾乎完全來自COMP基因的突變，而MED顯示出相當大的遺傳異質性。
在Legg-Calve-Perthes病（LCPD）中觀察到的放射學變化與MED的不同，更多地涉及幹骺端和股骨頸。對於童年時期的MED，遺傳信息對於MED與其他髖關節疾病（如Beukes家族性髖關節發育不良(BFHD)）之間的區別尤為重要。
發病原因
到目前為止，五種不同的基因與顯性遺傳的MED有關：軟骨寡聚基質蛋白基因COMP；編碼膠原蛋白IX a1，a2和a3鏈的基因COL9A1、COL9A2和COL9A3；matrilin-3的基因MATN3。兩種基因與隱性遺傳的MED有關：硫酸鹽轉運蛋白基因DTDST / SLC26A2和鈣活化核苷酸酶1基因CANT1。
其中，COMP 基因大小約為 26 kb, gDNA 全長8532bp, 由19個外顯子和18個內含子組成, cDNA 長為2 274 bp, 編碼757個氨基酸的軟骨低聚物基質蛋白，一種同源五聚體糖蛋白，分子量 550 kDa，多數存在於軟骨、腱和韌帶的細胞外基質(ECM) 中。
外顯子4-19編碼4個EGF樣（II型）重複序列（EGF），8個鈣調蛋白樣（III型）重複序列（CLRs）和1個大的羧基末端球狀區域（CTD），序列和內含子位置對應於血小板反應蛋白基因，而外顯子1 -3是COMP獨有的。COMP中大約70％的MED引起的變異存在於外顯子10,11和13中。
CLINVAR收錄COMP基因變異100+7個，缺失突變9個，重複突變9個，插入缺失indel 1個，插入突變3個，移框突變2個，錯義突變48個，UTR區突變5個，無義突變0個，剪接突變2個；HGMD（公共版）收錄情況：COMP基因總共156個突變（專業版187），其中錯義/無義突變126個，剪接突變1個，小缺失18個，小插入4個，插入缺失4個，大片段缺失3個。其中多發性骨骺發育不良（MED）60個。
基因型-表型相關性
由COMP致病變異引起的MED的特點是主要累及股骨骺和髖臼不規則；COMP III型重複序列特異性殘基或區域的致病變異與MED或假性軟骨發育不全顯著相關。
IX型膠原蛋白缺陷導致更加嚴重的膝關節和相對鬆弛的髖關節。
MATN3致病性變異也會導致股骨小而圓的骨骺，但髖臼改變和短指畸形並不常見。也導致與COL9A2致病性變異個體相似的膝關節異常；髖關節異常更為嚴重（但沒有COMP致病變異患者嚴重）。
COL9A突變與膝關節嚴重的發育不良改變有關，但與髖部相對較少。
雙層髕骨標誌可能代表隱性基因型。硫酸轉運蛋白SLC26A2的殘餘活性量調節從致死性軟骨發生1B（ACG1B）到輕度EDM4 / rMED的表型譜。
基源基因案例分享
臨牀信息：女，10歲，先天性多發性骨骺發育不良
檢測項目：送檢基源基因全外顯子組測序檢出1個匹配受檢者臨牀表型的致病性的基因變異：
COMP基因IVS14-2T>C雜合剪接突變。
1. COMP基因關聯疾病表型簡介
COMP基因（cartilage oligomeric matrix protein）編碼非膠原區細胞外基質蛋白，參與基質形成。OMIM收錄匹配受檢者表型：
2. 變異位點解析
①受檢者檢出COMP基因IVS14-2T>C雜合剪接突變，該變異位點未被ClinVar資料庫收錄，MutationTaster軟體預測可能有害，多個人羣資料庫無注釋。
②COMP基因變異關聯常染色體顯性遺傳多發性骨骺發育不良，受檢者臨牀診斷為先天性多發性骨骺發育不良，檢出變異匹配臨牀表型。
③經家系一代測序驗證，檢出變異在父親樣本中檢出，父親無表型，考慮不完全外顯或表現度原因，根據ACMG遺傳變異分類標準與指南，判定檢出變異為致病性的變異。
3. 遺傳諮詢建議
①受檢者檢出變異位點（COMP基因IVS14-2T>C雜合剪接突變），關聯常染色體顯性遺傳多發性骨骺發育不良，該位點有50%概率遺傳給下一代，建議受檢者將來婚育前再行遺傳諮詢。
②檢出變異在受檢者父親樣本中檢出，建議受檢者父親隨診臨牀表型，必要時進行查體或檢查，若受檢者父母再生育，子代有50%概率遺傳該變異，患病風險小於50%（考慮不完全外顯），建議再行遺傳諮詢和產前診斷。
4. 一代測序驗證結果
受檢者：
受檢者父親：
受檢者母親：
5. 治療
治療的目的是延遲早期骨關節炎的發病，改善功能。非手術治療，如抗炎藥物、疼痛控制、物理治療和活性改變，是初期護理的支柱。適當的重量控制和避免高強度活動對於減輕關節的壓力是必不可少的。
兒童MED治療的目的是保護關節和調整肢體。成人MED的治療主要包括全關節成形術或關節固定術。對下肢關節疼痛可採用臥牀或牽引治療。髖內翻和膝內翻畸形嚴重時，需要截骨矯形，對病情嚴重的病例可行關節置換術。對手指運動受限可行掌指或近節指間關節囊切開鬆解術，以改善抓握功能。
參考文獻
劉曉梅, 麻宏偉. 多發性骨骺發育不良遺傳學研究進展[J]. 國際遺傳學雜誌, 2001, 24(6):292-295.
王晶晶, 郭奕斌. 假性軟骨發育不全、多發性骨骺發育不良的分子遺傳學研究進展[J]. 遺傳, 2008, 30(5):537-542.
Balasubramanian, K., Li, B., Krakow, D., Nevarez, L., Ho, P. J., Ainsworth, J. A., Nickerson, D. A., Bamshad, M. J., Immken, L., Lachman, R. S., Cohn, D. H. MED resulting from recessively inherited mutations in the gene encoding calcium-activated nucleotidase CANT1. Am. J. Med. Genet. 173A: 2415-2421, 2017.
Anthony S, Munk R, Skakun W, Masini M.Multiple epiphyseal dysplasia.J Am Acad Orthop Surg. 2015 Mar;23(3):164-72. doi: 10.5435/JAAOS-D-13-00173. Epub 2015 Feb 9.
https://www.ncbi.nlm.nih.gov/books/
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