先天性颈椎融合畸形致病基因的全外显子测序研究

Klipple-Feil Syndrome (KFS) is a severe malformation of cervical spine. The patients usually lose their ability of cervical normal motion due to multilevel fusion.It will cause psychophysical problems and bring great burden to families and society. Because of laking of early prediction methods, the deformities were often diagnosed in their late phase. Therefore, it is important to detect new diagnostic method and therapeutic target. Reported genes related with KFS could only cover very few cases. The occurrence of defromity could be caused by some somitic developing related genes mutation in the level of exome,and the clinical type and progression of KFS may also be determined by these mutations. Our group previously reported some SNPs and exomes in orthopedics diseases.In this project, whole exome sequencing will be used with the strategy of PPC family pedigrees combining with sporadic cases，further identification will also be done in another cases and normal population sample.Then, suspected genes will be analyzed in vitro experiment and model animal.The aim of the project is to find genes related to the onset and development of KFS, to provide theoretical foundation of genetic and biomolecular etiology, to explore new clinical/genetics typing. Furthermore, the related result could provide practical basis of early diagnosis and treatment of KFS.

先天性颈椎融合畸形（Klipple-Feil Syndrome,KFS）是一种先天性的颈椎融合畸形，可累及2个或多个节段，可导致严重的生理和心理问题，给家庭和社会造成极大负担。因缺乏早期预测手段，多在出现严重颈椎畸形后才被发现，治疗方法只能通过支具或手术控制病情发展。因此，探索早期预测、诊断方法和病因治疗靶点是当前KFS的研究热点。目前相关研究报道其可能与突变基因有关，某些体节发育相关基因的外显子水平突变可能导致KFS的发生，并决定KFS不同的表型及进展。本项目拟采用全外显子组测序方法，以KFS核心家系及散发病例作为研究对象，并在体外细胞、模式动物实验和大样本人群三个层面进行验证，确定与KFS发生发展相关的基因，为预测疾病发展和指导临床早期干预提供理论依据，探寻KFS的个体化早期诊断和治疗措施。

背景：先天性颈椎融合畸形（Klipple-Feil Syndrome, KFS）是一种累及2个或以上节段的先天性颈椎椎体和/或附件发育异常。由于遗传和表型异质性，KFS潜在的分子病因学机制尚不明确。因此，我们拟在外显子水平探索发现新的基因突变，并在蛋白质水平探索KFS的血清蛋白谱及可能的分子标记物，为预测疾病发展和指导临床早期干预提供理论依据。.方法：收集北京协和医院骨科收治的KFS患者37例，统计所有患者的人口学信息、临床表现、体格检查及影像学资料等。提取患者外周血样本DNA后进行全外显子测序研究，采用基因负荷检验分析比较KFS组和对照组中罕见突变的差别。随后，进一步收集KFS患者8例，同时纳入5名不伴有颈部畸形并除外综合征性脊柱侧凸的先天性脊柱侧凸（congenital scoliosis，CS）患者作为CS组；纳入7名健康志愿者作为对照组，采用数据非依赖型采集模式结合质谱分析的蛋白质组学方法，筛选KFS患者与健康对照组，及KFS患者与CS患者的差异富集蛋白并探究其功能。.结果与科学意义：在全外显子测序方面，我们首先关注已报道的五种KFS致病基因（GDF6，MEOX1，GDF3，MYO18B和RIPPLY2）的罕见突变，研究发现在MYO18B中具有三种致病性不明的新发突变。基于与椎体分节不良相关的96个候选基因，对照534例无骨骼畸形样本的全外显子测序结果，对罕见突变进行负荷检验分析，我们发现BAZ1B (P=0.00000002)与KFS具有最显著相关性，其次为FREM2，SUFU，VANGL1和KMT2D。此外，研究发现7名KFS患者具有多个候选基因的罕见突变，可能存在寡基因遗传模式，其频率显著高于对照组（P=0.00148)。而在蛋白质组学研究中，我们筛选出KFS患者与CS患者以及KFS患者与健康对照组两个比较中公共的15种差异蛋白，作为KFS的候选分子标记物。通过生物信息学分析，两组差异蛋白均可富集到与脂类代谢相关的LXR/RXR和FXR/RXR信号通路，7种在通路中差异表达的载脂蛋白可能在KFS的发病机制中起重要作用。本研究建立了目前已知最大的全外显子测序KFS队列，提出了与KFS相关的候选基因，扩展KFS的已知突变谱。此外，通过蛋白质组学研究推断颈椎椎体分节不良可能与脂代谢异常相关。