智因助力复杂的家族性遗传性出血性毛细血管扩张症的基因诊断

2020年8月20日

近日，北京儿童医院呼吸科刘金荣博士、赵顺英教授等研究者在著名儿科杂志PEDIATRICS（IF: 5.4，中科院1区）发表的一篇病例报道，为GDF2基因相关的遗传性出血性毛细血管扩张症（HHT）提供了宝贵的临床研究实例。

HHT是一类以鼻出血、皮肤和粘膜毛细血管扩张，以及脏器动静脉畸形（AVM）为特征的常染色体显性遗传病。HHT具有遗传异质性，多数为ENG或ALK1（即ACVRL1）基因缺陷导致的HHT1和2型，生长/分化因子2（GDF2）基因杂合性突变导致的HHT被称为第5型（HHT5），以往报导较少，因此对其突变谱以及临床表型的异质性还知之甚少。

HHT发病具有显著的年龄特征，例如儿童期患者毛细血管扩张的表现往往缺如，或仅有轻微鼻衄，因此临床对疑似患儿或HHT患者家系成员，往往要随访至成年才能获得明确的HHT临床证据。现今，基因诊断技术的应用为早期HHT诊断提供了“金标准”，也为HHT临床表型和诊疗，以及发病机制研究均提供了方法和依据。

先证者描述

患儿为5岁2个月男孩，父母为近亲婚配（图1）。临床初诊发现，该男孩主要表现为非综合征性低氧血症，体格检查有杵状指及手指甲床发绀。动脉血氧饱和度（SaO2）仅为82％-86％。肺功能（脉冲示波系统，IOS），肺部增强CT和非造影超声心动图均未发现异常。肺灌注扫描显示大脑和双侧肾脏具有放射性，表明由于肺动静脉畸形而存在肺外分流。根据以上临床发现，患儿诊断为HHT。通过全外显子组测序和突变位点家系成员验证，进一步诊断为GDF2基因纯合变异c.1060_1062delinsAG（p.Tyr354ArgfsTer15）导致的HHT5。该截断突变分别遗传自父母，然而患者家族并无HHT家族史。有趣的是，基因检测进一步发现，患儿7岁的同胞姐姐同样有该GDF2基因纯合变异，但没有临床症状。

图 1 患者5代家系图。

HHT家族的回顾发现

鉴于以上的初步发现，研究者进一步对核心家系成员进行了细致的检测，并仔细探寻了包括先证者在内的五代成员病史。进一步调研发现患者母亲有躯干的一处毛细血管扩张，其姐姐左额部也有同样性状的先天性病损，然而一直被当作痣（图2A）；患儿父亲和父亲的舅舅均有幼年时的鼻衄史，后者症状相对较重，持续至成年（图1）。这些发现展示了HHT家族性发病的特征，然而在缺少典型先证者及正确诊断的情况下，家族病史易被忽略。

图 2 A. 示患儿姐姐左眉内上部的毛细血管扩张，3 X 2mm。B-D. 支气管镜检查显示小血管轻度增生、支气管壁局部出现粘膜下出血点。E, F，肺通气/灌注扫描示双侧肾脏出现放射性影像，表明存在肺内分流。

患儿存在肺动脉畸形的证据

鉴于患者较重的血氧分压降低，考虑存在肺AVM。通过肺通气/灌注扫描，发现患儿脑及双肾均有显影。由于灌注的放射性分子，例如Tc-99m，大于微血管的直径，因此进入肺动脉的造影分子无法再进入体循环。因此，脑及双肾均有显影表明肺内存在AVM，导致放射性分子溢出到体循环，即存在肺内分流。（图2 E, F）

GDF2截断突变的基因-表型分析

从该案例的发现推测，GDF2截短突变Tyr354ArgfsTer15可能并未影响GDF2-ALK1的TGF-β信号通路激活功能，然而对ENG-GDF2复合物的形成和功能将造成影响，这也许能够解释这一HHT家系较轻微的HHT表型。

在内皮细胞中，GDF2与I型受体ALK1结合，通过TGF-β信号通路激活下游的SMAD1/SMAD5，从而调控内皮细胞的正常生成。其中GDF2的Ser24和Arg78是所有TGF-β配体的共有保守位点，而Lys64被实验证实是与GDF2-ALK1复合物形成的核心位点，因此在理论上，截短的GDF2蛋白链可能并不影响GDF2介导的TGF-β信号通路激活；同ALK1一样，ENG，一种TGF-β1和TGF-β3的辅助受体，主要与GDF2结合来激活TGF-β信号通路。

GDF2主要通过AA402 – 416蛋白链区域与ENG结合，这提示该区域丢失的截短GDF2将导致ENG-GDF2信号通路的失活，而非GDF2-ALK1介导的TGF-β信号通路。在以往所明确报导的HHT5案例中，GDF2的致病突变主要发生在GDF2-ALK1复合物形成的核心区域，Pro85和Arg68，而一个例外是Arg333位点的错义突变，功能验证表明Arg333突变主要影响GDF2蛋白质的加工和成熟，导致其活性降低。因此，ENG-GDF2功能缺陷能够解释该家系的表型特征，然而有待于进一步的功能验证。

HHT5分子标志物的临床意义探索

在该病例家系中，作者进行了已知HHT标志物ENG（血清内联素）和VEGF（血管上皮生长因子）的分析。（表1）结果表明VEGF可能与疾病的严重程度不完全相关（缺少HHT特异性），因其在肺炎支原体肺炎患者和其他对照个体中也可能会出现升高，但可用于动态评估治疗反应；ENG在该家系成员中是正常的，这有助于排除ENG缺陷引起的HHT（如上所推测，ENG-GDF2复合物形成/功能障碍，而非ENG本身的缺陷）。对这些建议具有临床参考意义，但需要更多HHT案例的临床研究进一步来证明。

表1 家庭成员血清内皮素和VEGF检测结果。AO：气管闭塞性脉管炎；ILD：间质性肺炎；PL：肺淋巴管瘤；SMPP：重度肺炎支原体肺炎

该HHT家系成员的临床表型轻微且存在较大差异，即使患儿及其同胞有相同的纯合突变，表型异质性仍使得临床诊断存在诸多疑虑。作者通过细致的家族病史复检和回顾、表型（动脉血低氧分压）的深入探究、基因突变的分子功能分析，以及临床标志物的探索验证，对该HHT家系从表型特征、病理和分子机制，到临床应用进行层层剥茧，展示了一个疑难HHT诊断的优秀范例。最后，作者在文中对智因东方团队的贡献表达了致谢。

参考文献：Liu J, Yang J, Tang X, et al. Homozygous GDF2-Related Hereditary Hemorrhagic Telangiectasia in a Chinese Family. Pediatrics. 2020;146(2):e20191970. doi:10.1542/peds.2019-1970

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