临床工具集 l 2021骨代谢/钙稳态单基因疾病的遗传学**

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CK：骨代谢存在一大类罕见病，难！本文厘清一个简单的方向....

临床工具集 l 2021 l 非校对版

钙稳态/骨代谢

单基因疾病遗传学

编译：陈康

摘要

钙稳态失调是内分泌学家遇到的最常见的骨和矿物质代谢疾病。这些疾病通常表现为原发性甲状旁腺功能亢进(PHPT)或甲状旁腺功能减退(HP)，在5%-10%的病例中有单基因病因，可作为孤立性内分泌病或复杂综合征的一部分出现。识别和诊断这些疾病对于促进最适当的患者管理(钙相关表型和任何相关临床特征)以及识别可能有疾病风险的其他家庭成员非常重要。基因检测是研究PHPT和HP患者的重要工具，通常只用于那些被视为单基因疾病风险增加的患者。然而，确定适合检测的表型需要对患者进行全面的临床评估，并了解相关表型的多样性及其遗传基础。本文内容涵盖旨单基因代谢性骨和矿物质疾病的遗传基础，主要关注与钙稳态异常相关的疾病，并为临床实施遗传检测提供实践指导。

1 .概述

代谢性骨和矿物质疾病代表了以骨骼稳态变化和/或钙、甲状旁腺激素(PTH)、磷酸盐和维生素D代谢产物循环浓度变化为特征的一组不同疾病。其中许多疾病都有遗传病因学，要么涉及单个基因(即单基因疾病)，要么有更大规模的遗传缺陷(如染色体异常，包括遗传物质的获得或丧失)，要么有寡基因/多基因遗传，涉及多个基因中的变体。基因检测越来越多地用于研究具有潜在单基因病因的患者。正确使用此类检测需要了解相关表型以及相应疾病的遗传基础。虽然许多以骨骼表型为特征的代谢性骨和矿物质疾病通常表现为一系列“非内分泌”疾病(如骨科、风湿科)，但通常表现与循环钙改变相关的疾病(即高钙血症和低钙血症)患者会首诊于内分泌医生。尽管这些钙相关疾病大多数为获得性(即散发性)疾病，但5-10%的生化表型提示原发性甲状旁腺功能亢进(PHPT)或甲状旁腺功能减退(HP)的患者将具有单基因病因，或作为孤立的内分泌病出现，或作为更广泛的临床综合征的一部分出现。识别单基因病因的患者对于促进适当的临床管理和识别可能有疾病风险的其他家庭成员非常重要。

2. 单基因钙和代谢性骨病的遗传基础

影响钙和骨代谢的单基因疾病通常由影响相关基因编码区的种系突变引起，主要以常染色体或X连锁性状遗传(表1–3)【Clin Endocrinol. 2019;91: 587‐607；Br J ClinPharmacol. 2019;85: 1147‐1160】。这包括常染色体显性(如多发性内分泌肿瘤1型[MEN1]和2A型[MEN2])、常染色体隐性(如自身免疫性多内分泌综合征1型[APS1])、X连锁显性(如X连锁低磷血症性佝偻病)和X连锁隐性(如登特/ Dent病)遗传模式。此外，可能观察到线粒体遗传(例如，与Kearns-Sayre综合征相关的HP)，种系嵌合体也可能观察到，其中一个亲代生殖细胞发生合子后突变，导致明显的常染色体隐性遗传模式，父母未受影响而自代受影响【Eur J Endocrinol. 2019;180:K15‐K19】。由于基因组印迹，也可能发生亲本起源效应（Parent‐of‐origin）；例如，母系遗传的失活GNAS突变(其编码G蛋白α亚单位(Gαs))，引起假性甲状旁腺功能减退症型1A (PHP1A)/Albright遗传性骨营养不良(AHO)，而等效的父系遗传突变引起AHO，但不伴有内分泌表现(例如，假性甲状旁腺功能减退症[PPHP])【Horm Res Paediatr. 2020;93:182‐196；Nat RevEndocrinol. 2018;14: 476‐500】。也可能存在突变等位基因的优先传递(即，传递比率失真)，如报告的PHP1A相关GNAS和假甲状旁腺功能减退症1B型(PHP1B)相关突触融合蛋白16(STX16)基因突变的母婴传递【J Bone Miner Res. 2021;36:696‐703；J Bone Miner Res. 2020;35:913‐919 】。在没有相关家族史的情况下，可能会出现单基因疾病；例如，McCune-Albright综合征起因于早期胚胎发育中的合子后体细胞GNAS突变【J Bone Miner Res. 2020;35:913‐919；Orphanet JRare Dis. 2019;14:139】；而许多疾病可能与新种系突变有关(例如，约10%的MEN1指数病例)【Endocr Rev. 2021;42:133‐170；J Clin EndocrinolMetab. 2012;97:2990‐3011】。

表1 通常与异常钙稳态无关的

骨代谢单基因疾病的实例

注:FGF，成纤维细胞生长因子；功能丧失(Loss of function，LOF)变体包括无义突变(即，由引入过早终止密码子的SNV突变引起)、通常导致移码改变的小插入或缺失(indels)，以及那些受影响的规范剪接位点导致异常转录物加工。

简称:aCGH，阵列比较基因组杂交；chrom，染色体del-in；del，缺失(全部或部分基因缺失)；LOF，功能丧失；ms，错义；PTH，甲状旁腺激素；PZ·som，合子后体细胞嵌合体。

a遗传性骨骼疾病的种类繁多；2019年的分类包括分成42个不同组的469种不同条件，描述了437种不同基因的变体【Am J Med Genet A.2019;179:2393‐2419】。

b成骨不全症(OI)是一种遗传异质性疾病，有大量亚型(即I-XVIII型)。OI I–V型为常染色体显性遗传，而OI VI–XVIII型为常染色体隐性遗传。COL1A1和COL1A2突变引起的OI占>90%的病例。

c一些常染色体疾病可能发生在嵌合体背景下，或者作为胎儿发育中的合子后体细胞嵌合体出现，或者作为明显未受影响的亲代中的种系嵌合体出现。

d多发性骨骺发育不良（The MultipleEpiphyseal Dysplasias）是一组遗传异质性疾病，其特征为附肢骨骨骺异常发育。至少有10种不同的疾病被描述为具有常染色体显性或隐性遗传模式(MED类型1和4，如上所示)。

表2 与遗传性高钙血症相关的综合征和

非综合征单基因疾病/PHPT

简称:aCGH，阵列比较基因组杂交；AD，常染色体显性遗传；AR，常染色体隐性；chrom pos染色体位置；删除；FHH，家族性低尿钙高钙血症；FHIP，家族性孤立性甲状旁腺功能亢进；LOF，丧失机能；if-del，帧内删除；ms，missenseMLPA，多重连接依赖探针扩增；甲状旁腺激素。

a一些单基因疾病可能由部分或全部基因缺失引起，这可能无法通过单基因或基因panel来检测，可能需要替代检测方法(如MLPA或aCGH)，但一些下一代测序平台能够检测到这些异常。功能丧失(LOF)变体包括无义突变(即，由引入过早终止密码子的SNV突变引起)、通常导致移码改变的小插入或缺失(indels)，以及那些受影响的规范剪接位点导致异常转录物加工。

b除了与MEN4相关外，在无相关家族史的明显散发性甲状旁腺腺瘤中还报告了CDKN1B种系变异体以及其他细胞周期蛋白依赖性激酶抑制剂基因(如CDKN1A、CDKN2B、CDKN2C)，因此其作为遗传性PHPT易感基因的作用仍不确定。

c FIHP代表一种发病率不确定异质性疾病。据报告，约15% ~ 20%的FIHP家系存在GCM2突变，尽管据报告这些变异与低疾病外显率有关。还已确定FIHP家系含有MEN1和CDC73突变，但很难将FIHP与更广泛的PHPT临床综合征区分开来，因为PHPT往往是疾病的第一表现，出于实际目的，应分别根据MEN1和HPT-JT指南对这类家系进行随访。尽管已报告了少数具有明显FIHP的家系伴杂合子或纯合子失活CASR突变，但大多数具有失活CASR突变的个体/家系将具有与FHH一致的生化表型，这在甲状旁腺手术后并未改善。

表3 与低血钙/HP相关的

综合征和非综合征单基因疾病

注意:功能丧失(LOF)变体包括无义突变(即由SNV引入过早终止密码子引起)、通常导致移码改变的小插入或缺失(indels)以及那些受影响的导致异常转录物加工的规范剪接位点。

简称:aCGH，阵列比较基因组杂交；AD，常染色体显性遗传；AR，常染色体隐性；chrom del‐ins，染色体缺失-插入；del,，删除；del‐dup，删除、重复或复制；IMP，印迹位点；LOF，功能机能；Mit，线粒体；ms，错义；MS-MLPA，甲基化特异性多重连接依赖探针扩增；meth，甲基化缺陷；PTH，甲状旁腺激素；XLR，X连锁隐性。

a由GCM2突变引起的孤立性家族性甲状旁腺功能减退的发生率未知，但据报告为HP最常见的常染色体遗传原因。

b HP在这些疾病中是一种罕见或偶发性特征。

c MTP缺陷症通常在新生儿期通过生化检测诊断，但也可进行确认性基因检测。

d尽管Kenny‐Caffey 1型较为罕见，但据报告相关的Sanjad-Sakati综合征在中东人群中更为常见(患病率约为1/10-50，000)。

e GNAS基因位于一个复杂的印记位点。母系遗传的杂合失活GNAS突变与PHP1A/AHO相关，而等效的父系遗传变异与PPHP相关。PHP1B与GNAS位点的甲基化缺陷有关，最常见的原因是所连接的STX16基因中的母系遗传性缺失，但也可能是NESP55或NESP反义(NESPAS)转录物缺失所致。

大多数单基因疾病由影响负责基因编码区的遗传变异引起，以改变基因功能(如功能的获得或丧失)。这通常涉及DNA序列的小变化(如单核苷酸变体[snv])，导致错义或无义氨基酸取代或剪接位点变化，或核苷酸的小插入和/或缺失(如< 10个核苷酸)，导致氨基酸序列的移码内变化。在某些情况下，单基因疾病是由更大范围的染色体异常(即染色体缺失和/或插入导致的拷贝数变异[CNV])引起的，这些异常可能无法通过直接DNA测序方法进行鉴定，而是依赖于替代检测方法(例如，阵列比较基因组杂交[aCGH])。

几种疾病与遗传异质性有关，其中相似或重叠的临床表型可能由几种不同基因之一的突变引起。例如，三种形式的家族性低尿钙高钙血症(FHH)分别因钙敏感受体(CASR)、G蛋白亚基α11(GNA 11)和衔接子相关蛋白复合物2亚基适马1 (AP2S1)基因突变而被识别。此外，相反的临床表型可能源于同一基因内的功能丧失或功能获得变体。例如，功能丧失的胶质细胞缺失转录因子2 (GCM2)变体与分离的HP有关，而活化GCM2变体在家族性分离性甲状旁腺功能亢进症(FIHP)中有报告【J Clin Invest. 2001;108:1215‐1220；Am J HumGenet. 2016;99: 1034‐1044】。同样，虽然灭活CASR突变和GNA11突变与FHH 1型和2型有关，但这些基因的功能增益变体分别导致常染色体显性低钙血症(ADH)1型和2型【Am J HumGenet. 2020;106:734‐747；Hum Mol Genet.2018;27:3720‐3733】。最后，表型的严重程度可以通过变体是以显性还是隐性方式遗传来确定。例如，组织非特异性碱性磷酸酶(TNSALP)突变的常染色体隐性遗传与严重的围产期和婴儿型低磷酸盐血症有关，而常染色体显性TNF salp突变通常导致较轻的晚发型疾病(表1)【Nat Rev Endocrinol. 2016;12:233‐246】。

3. 临床中单基因钙稳态疾病的

鉴定及遗传检测的实用性

3.1 病史及体检

所有表现为钙稳态紊乱的患者均应考虑潜在的单基因紊乱，仔细的临床评估可提醒临床医生注意遗传原因。例如，家族性PHPT常发生于年轻时，性别分布对等，约50%的儿童期发生的PHPT具有单基因病因(例如，由于MEN1症、新生儿重度甲状旁腺功能亢进[NSHPT]、甲状旁腺功能亢进-颌骨肿瘤综合征[HPT-JT])【EurJ Endocrinol. 2021;184:347‐355；J Bone Miner Res.2017;32:2157‐2170】。同样，大多数儿童期发病的HP都有遗传原因，要么是由于染色体异常(例如，22q11.2缺失导致的DiGeorge型[DGS1]综合征)，要么是单基因病因(表3)【Front Genet. 2019;10:1365；J Clin EndocrinolMetab. 2016;101: 2284‐2299】。同样，婴儿期表现可能提示甲状旁腺发育异常(例如，由于GCM2或甲状旁腺激素[PTH]突变导致的孤立性HP)或异常CASR信号(例如，NSHPT)【J Clin Endocrinol Metab. 2017;102:3961‐3969；J Clin Endocrinol Metab. 2020;105:105‐1078】。

评估既往医疗记录、历史实验室结果和放射学成像可能有助于阐明原因。例如，长期生化异常可能提示单基因病因。因此，在FHH1–3和ADH 1–2中，相应的高钙血症和低钙血症通常是终身的【J MolEndocrinol. 2016;57: R127‐R142】。评估患者既往或当前的PHPT综合征或HP疾病表现可能会提供诊断线索。例如，PHPT患者既往有内分泌肿瘤(如胰岛素瘤和库欣病)可能提示MEN1病，而HP患者存在心脏缺陷或其他自身免疫性疾病可能分别提示DGS1型或自身免疫性多腺体综合征1型(APS1)诊断【Front Genet. 2019;10:1365；Hum Mutat.2020;41:1341‐1350；JCI Insight. 2016;1:1；J Clin Endocrinol Metab. 2015; 100:1568‐1577】。在某些情况下，只有在进一步调查或治疗后，才会引起对单基因疾病的注意。例如，甲状旁腺癌(PC)的发现应增加HPT-JT综合征的可能性，而甲状旁腺手术后未能恢复正常血钙可能增加FHH综合征的可能性。

3.2 家族史

确定患者的家族史对于临床评估至关重要。然而，由于患者不了解其亲属的病史，此类信息的可用性往往有限。同样，如果受影响的家庭成员(即携带疾病相关变体的成员)仍未确诊，则可能没有家族史，而对于疾病外显率降低的疾病，受影响的家庭成员可能仍无症状和/或“未发现疾病”。此外，从头变异（de novo variants）出现时，将没有相关的家族史。血亲史应增加常染色体隐性疾病(如GCM2突变导致的HP)的可能性，而特定的种族或地理背景可能增加已知的“奠基者（founder/创始人）”突变(如芬兰和撒丁岛人群中与APS1相关的AIRE突变)的可能性【JCI Insight. 2016;1:1；Curr Opin Immunol. 2016;43:8‐15；J Clin EndocrinolMetab. 2017;102:3546‐3556】。虽然家族史应可提供对遗传模式的见解，但偶尔也可能出现诊断混乱。例如，在MEN1环境中已报告了种系和体细胞嵌合体【Eur J Endocrinol.2019;180:K15‐K19；Eur J Endocrinol. 2019;180:L1‐L3】。

3.3 基因检测的效用

对可能患有单基因疾病的个体进行基因检测有几个潜在的好处【Clin Endocrinol. 2019;91: 587‐607；J EndocrSoc. 2017;1:1507‐1526】。基因诊断的确认不仅有助于适当的治疗(例如，FHH的保守治疗，与MEN1相关的PHPT的手术方法)，还可以帮助进一步识别临床上不明显的相关特征(例如，MEN1的无功能胰腺神经内分泌肿瘤)。在某些情况下，基因诊断可促进个体化治疗策略(例如，使用asfotase‐alfa的酶替代疗法治疗儿童起病低磷酸盐血症，或使用抗成纤维细胞生长因子(FGF)23单克隆抗体burosumab治疗X连锁低磷酸盐血症性佝偻病儿童)【J Clin Endocrinol Metab. 2021；J Endocr Soc. 2020;4:4 bvaa151；JCI Insight. 2016;1:e85971】。此外，建立遗传诊断可能有助于:对无症状家庭成员进行预测性检测；孕前遗传咨询；产前基因检测；以及在一些情况下植入前遗传诊断。1基因检测还可以解决由现象引起的诊断不确定性，在这些现象中，表现出特定遗传疾病临床表型的患者被发现不具有预期的基因突变。实际上，广泛报告了涉及具有MEN1、MEN2A,HPT‐JT和FHH临床表现患者的现象【J Endocr Soc.2020;4:4.bvaa142；Eur J Endocrinol. 2020;182:35‐45】。证明不存在致病突变的基因检测也很有价值，可能会让患者和更大范围的家族成员放心。

4. 遗传性高钙血症

高钙血症的单基因病因广义分为PHPT综合征、作为孤立性内分泌疾病发生的PHPT、与CaSR信号传导受损相关的疾病以及与维生素D代谢异常相关的疾病(表2)。在内分泌临床中，MEN1和FHH 1型可能是最常遇到的【Clin Endocrinol. 2020;93: 409‐418】。

4.1 PHPT综合征

4.1.1多发性内分泌肿瘤1型(MEN1)

GCM2编码甲状旁腺特异性转录因子GCMb。大多数与FIHP相关的GCM2突变是与转录活性增强相关的错义变体，发生在C末端保守的抑制结构域内。在明显散发性甲状旁腺腺瘤患者中，种系错义GCM2变异体的患病率也有所增加，而某些FIHP和PHPT相关的GCM2变异体在特定种族背景的个体中富集(如德系犹太人)，且可能与低疾病外显率相关【J Endocr Soc. 2017;1:488‐499；J ClinEndocrinol Metab. 2019;104:1948‐1952】。在出现明显FIHP的患者中，应考虑对每种遗传性PHPT综合征、FHH 1-3型和GCM2突变进行遗传检测，以解决诊断混乱(图2)。

图1 突出显示与钙和骨代谢单基因疾病相关

分子成分示意图

细胞外钙的变化由钙传感受体(CaSR)检测，在甲状旁腺、肾和骨细胞中表达。CaSR信号通过Gq/11蛋白刺激磷脂酶C(PLC)，后者催化磷酸肌醇(PIP2)水解为三磷酸肌醇(IP3)，从而增加细胞内钙(Ca2+i)和二酰基甘油(DAG)。CaSR的表达也受参与网格蛋白介导的内吞作用的AP2衔接子复合物(AP2)调节。在甲状旁腺细胞中，CaSR激活会减少PTH分泌。甲状旁腺的发育和功能受编码以下内容的基因调节:转录因子(如GCM2、GATA3、TBX1)、表观遗传调节复合体成员(如MEN1、CDC73)以及线粒体和细胞骨架蛋白。甲状旁腺细胞表达可能影响其增殖/行为的其他受体(如RET)。PTH1受体在肾和骨中大量表达，可调节钙和磷的稳态。PTH与PTH1受体结合导致两种第二信使途径激活:Gs依赖性环磷酸腺苷(cAMP)/蛋白激酶A (PKA)和Gq/11依赖性IP3/蛋白激酶C (PKC)。cAMP的产生导致与PKA调节亚基(R)的结合和催化亚基(C)的释放，从而促进下游靶蛋白的丝氨酸-苏氨酸磷酸化。cAMP水平也受磷酸二酯酶(如PDE4D)介导的降解调节。肾磷酸盐稳态主要在近端肾小管由两个顶部表达的Na/Pi共转运体调节。PTH1受体和FGF受体的激活会抑制磷酸盐重吸收。在后一种情况下，配体FGF23(其表达受内肽酶PHEX调节)在膜结合klotho (K)共受体存在的情况下与FGF受体结合，以激活MAPK和Na+-H+交换调节因子1(NHERF1)的下游磷酸化以及NPT2a和NPT2c蛋白的内化。参与甲状旁腺发育和功能的几个基因和/或参与PTH依赖性靶组织(如肾和骨)活动的基因的突变与钙和骨代谢的单基因疾病有关。在本示意图中，表现为HP/低钙血症的疾病以粗体红色字体突出显示在图的右侧，与PHPT/高钙血症相关的疾病以粗体蓝色字体显示在图的左侧，而通常与低钙或高钙血症钙无关的骨/矿物质代谢相关疾病以斜体绿色字体显示(示意图的两侧)。表1–3中提供了每种疾病的其他详情

图2 PHPT/FHH患者基因诊断的临床方法。

对于所有表现出PHPT和/或FHH生化表型的患者，应考虑单基因病因。确定适合进行基因检测的患者取决于全面的临床评估，包括获取相关既往病史和家族史。在检查或治疗期间确定的特定特征可能提示遗传病因(例如，多腺体甲状旁腺增生、非典型甲状旁腺腺瘤或甲状旁腺癌)。检测的具体适应症和遗传检测采用的策略(即单基因检测与疾病靶向基因panel)将取决于临床表现以及当地和国家方案。在大多数情况下，采用疾病靶向基因panel，鉴于生化表型重叠，同时/联合评估PHPT和FHH基因可能是合适的。对于全部或部分基因缺失可能导致疾病的基因，应考虑多重连接依赖性探针扩增(MLPA)和/或拷贝数分析(如MEN1，CDC73)。遗传变异的解释应遵循标准化流程(即遵循ACMG指南)，将变异分为五类之一:致病性、可能致病性、良性、可能良性或不确定意义的变异(VUS)。然而，这种分子分类并不等同于临床诊断，应将检测结果纳入患者的整体临床评估中，从而实现“临床-遗传学”诊断。已有建议对特定疾病(如MEN1病)的ACMG指导进行调整，以提高诊断准确性【Hum Mutat.2019;40:661‐674】。当临床-遗传学诊断存在不确定性时，与遗传学团队的讨论应旨在确定是否可以为特定诊断建立额外的支持。同样，如果临床表型强烈提示特定的遗传诊断，但初始遗传检测未显示致病突变，则可考虑替代检测策略/平台。当分子分类识别VUS时，应尽可能寻找支持更具体分类的额外证据(例如，检测更多受影响的家庭成员、额外的体外/计算机功能分析)。应注意，变体分类可能会随时间变化，因此建议定期重新评估变体。如果确定了可能的致病/致病变异体，通常建议对“高危”家庭成员进行预测性基因检测(在临床遗传学团队的职权范围内，并提供适当的基因咨询)。

ACMG，美国医学遗传学和基因组学学院；CNV，拷贝数变体；FDR，一级亲属；MLPA，多重连接依赖探针扩增；PHPT，原发性甲状旁腺功能亢进

4.2.2 家族性低尿钙高钙血症(FHH) & NSHPT

临床特征

FHH是一种遗传异质性常染色体显性遗传疾病，其特征为终身非进行性轻度至中度高钙血症、轻度高镁血症、PTH浓度正常或升高以及尿钙排泄量低(如钙肌酐清除率[CCCR]为< 0.01)【J Bone Miner Res. 2017;32:2157‐2170；J Mol Endocrinol.2016;57: R127‐R142；Nat Rev Endocrinol. 2018;15:33‐51；Best Pract Res Clin Endocrinol Metab. 2018;32: 609‐619】。分别由于CASR、GNA11和AP2S1中的功能缺失突变，报告了三种不同的FHH变体，命名为FHH 1-3型(图1)【J Mol Endocrinol.2016;57: R127‐R142；Nat Rev Endocrinol. 2018;15:33‐51】。大多数FHH患者无症状，但据报告，与FHH 1型和2型相比，FHH 3型患者的血清钙较高，尿钙排泄减少，高钙血症症状、骨矿物质密度降低和神经发育异常的风险增加【J Mol Endocrinol. 2016;57: R127‐R142；HumMol Genet. 2015; 24:5079‐5092】。大多数FHH患者不需要治疗，但据报告西那卡塞可改善FHH 1-3型症状患者的生化参数【J Bone Miner Res.2017;32:2157‐2170；J Mol Endocrinol. 2016;57: R127‐R142；Best Pract Res Clin Endocrinol Metab. 2018;32: 609‐619；J Bone Miner Res. 2018;33:32‐41；NEngl J Med. 2016;374:1396‐1398】。尽管FHH的甲状旁腺可能增大，但甲状旁腺手术并不能改善高钙血症，应避免手术【Histopathology. 2018;72: 117‐132；Best PractRes Clin Endocrinol Metab. 2018;32: 609‐619】。父母患有FHH的后代在新生儿期有高钙血症和低钙血症的风险。例如，遗传父系FHH突变的婴儿可能表现出显著的高钙血症，而FHH母亲的未受影响后代可能表现出短暂的新生儿HP【J Bone Miner Res. 2017;32:2157‐2170；J Clin Endocrinol Metab. 2020;105:105；Eur J Endocrinol. 2016;175:421‐431】。

遗传学

FHH1占所报告的> 150种不同的功能丧失CASR突变的所有FHH的~65%，最近的一项基于人群的研究表明遗传患病率为~75/100，000【Am J HumGenet. 2020;106:734‐747；Hum Mol Genet.2018;27:3720‐3733；Nat Rev Endocrinol. 2018;15:33‐51；J Mol Endocrinol. 2018;61:R1‐R12】。FHH2是FHH最不常见的形式，源自编码Gα11的GNA11发生失活突变，Gα11是与CaSR信号传导相关的异源三聚体G蛋白复合物的一个组成部分(图1) 【J Bone Miner Res.2016; 31:1200‐1206；N Engl J Med. 2013;368:2476‐2486；J Mol Endocrinol. 2016;57: R127‐R142；J BoneMiner Res. 2018;33:32‐41】。FHH3由影响AP2S1基因密码子15的种系失活突变产生，该基因编码参与网格蛋白介导的内吞作用的衔接蛋白2σ(AP 2σ)亚单位【J Mol Endocrinol. 2016;57:R127‐R142；Nat Genet. 2013; 45:93‐97】。对于具有提示性生化表型(即血清钙升高、PTH正常/升高和低尿钙)的所有患者，应考虑进行FHH 1-3型遗传检测(图2)。

NSHPT

NSHPT在出生后几周内出现严重高钙血症(血清钙通常为3.0–6.0 mmol/L)、PTH升高、骨骼脱矿质导致骨折、呼吸窘迫，如果未得到治疗，通常会在3–6个月内致命【J Bone Miner Res. 2017;32:2157‐2170；J Mol Endocrinol. 2016;57: R127‐R142；Histopathology.2018;72: 117‐132；Nat Rev Endocrinol. 2018;15:33‐51】。NSHPT最常见的原因是双等位基因(即纯合子或复合杂合子)的功能性CASR变体缺失，但也可能与一些杂合子CASR突变一起发生，并导致不太严重的高钙血症，随着时间的推移，可能改善为与FHH1一致的表型【J Bone Miner Res. 2017;32:2157‐2170；Eur JEndocrinol. 2016;175:421‐431；J Mol Endocrinol.2019;63:R1‐R16】。NSHPT通常采用紧急甲状旁腺切除术治疗，但术前可使用双膦酸盐和/或西那卡塞控制高钙血症【J Mol Endocrinol.2019;63:R1‐R16】。

其他几种罕见遗传疾病可能与高钙血症有关，通常出现在新生儿和儿科环境中【J Bone Miner Res. 2017;32:2157‐2170；PediatrNephrol. 2021】。这些疾病的详情见表2。

5、遗传性低钙血症

低钙血症/HP的单基因病因可分为

作为发育性或自身免疫性综合征的一部分出现的病因
作为明显孤立特征出现的病因。

其中，DGS 1型和ADH1型最为常见。

5.1 HP相关综合征

5.1.1 DiGeorge综合征/22q11.2综合征

临床特征

DGS病在4000例活产中约占1例，占儿童家族性或特发性HP病例的60%【Clin Endocrinol. 2015;83:790‐796】。其特征为心脏流出道畸形、面部畸形、腭功能障碍、HP和胸腺发育不全相关的免疫缺陷，但临床特征的严重程度有明显差异【Clin Endocrinol. 2015;83:790‐796；Front Genet. 2019;10:1365】。HP表型可能出现在新生儿期(如癫痫发作和喉痉挛)有症状的低血钙症，或后期(如青春期或成年期)【J Pediatr. 2014;164(1475‐1480):1475‐1480】。

遗传学

大多数DGS病例是散发性的，由涉及22q11.2号染色体(DGS 1型)的0.25–3 Mb新杂合性微缺失引起，但在~10%的病例中是从受影响的亲代遗传的【Front Genet.2019;10:1365；Am J Hum Genet. 2020;106:26‐40】。虽然微缺失通常会导致30-40个基因的缺失，但大多数DGS 1型临床特征被认为是由于T-Box转录因子1 (TBX1)基因的缺失，该基因参与甲状旁腺和胸腺的发育【Front Genet. 2019;10:1365；J Endocr Soc.2020;4:4. bvz028】。报告了与10p号染色体染色体缺失相关的更严重的DGS表型(DGS 2型)，伴明显认知功能损害，可能是由于NEBL基因缺失【Genomics. 2002;80:593‐600】。具有相关临床特征(包括婴儿期或儿童期HP)的患者需接受DGS病的基因检测。

5.1.2 自身免疫性多内分泌腺综合征1型(APS1)

临床特征

APS1也被称为自身免疫性多内分泌腺病-念珠菌病-外胚层营养不良(APECED)综合征，患病率约为1:100，000，其特征为免疫缺陷以及一系列自身免疫性内分泌和非内分泌疾病【JCI Insight. 2016;1:1；J Clin Immunol.2015;35:463‐478】。APS1通常被定义为HP、Addison病和皮肤粘膜念珠菌病三联征中≥2。它还与1型糖尿病、生长激素缺乏、原发性性腺功能衰竭、甲状腺功能减退、脱发、荨麻疹、恶性贫血、慢性活动性肝炎和白癜风有关。APS1在芬兰、伊朗犹太和Sardinian等特定地理区域更为常见。

遗传学

APS1由AIRE基因突变产生，该基因编码自身免疫调节蛋白，在胸腺髓质上皮细胞中表达，调节器官特异性自身反应性T细胞的消除，从而促进对自身抗原的免疫耐受【Curr Opin Immunol.2016;43:8‐15；Immunol Rev. 2019;287:103‐120；Immunity. 2015;42: 1185‐1196】。

5.1.3 其他综合征型HP

甲状旁腺功能减退、耳聋和肾异常综合征(The Hypoparathyroidism, Deafness and RenalAnomalies Syndrome，HDR)是一种罕见疾病，其特征为HP伴双侧感音神经性耳聋和肾异常(如双侧囊肿)【Hum Mutat.2020;41:1341‐1350】。HDR病是由于GATA3的失活突变所致，GATA 3编码一种双锌指转录因子，参与普通甲状旁腺-胸腺原基的胚胎发育和PTH表达的调节【Hum Mutat. 2020;41:1341‐1350】。三种线粒体疾病偶尔与HP相关，包括Kearns–Sayre综合征(KSS)、MELAS综合征和线粒体三功能蛋白(MTP)缺乏综合征(表3)【Clin Endocrinol. 2015;83:790‐796；J EndocrSoc. 2018;2:361‐373；Mol Genet Metab. 2015;116:4‐12】。其他罕见HP综合征疾病的详情见表3。

5.2 孤立性甲状旁腺功能减退

孤立性HP可作为常染色体隐性、常染色体显性或X连锁隐性疾病遗传。因此，GCM2基因突变与分离的HP的常染色体隐性和显性形式有关，可能表现为严重低钙血症和低/检测不到的PTH浓度【Hum MolGenet. 2010;19:2028‐2038；J Clin Endocrinol Metab.2008;93: 3568‐3576】。引起常染色体隐性HP的GCM2突变损害编码的GCMb转录因子的核定位、DNA结合和/或转录活性【Hum Mol Genet. 2010;19:2028‐2038】，而引起常染色体显性HP的杂合GCM2突变导致截短的蛋白，其抑制野生型GCMb蛋白(即显性-阴性效应)【Mol Genet Metab. 2015;116:4‐12】。通常，常染色体显性和隐性形式的HP也可能由失活的PTH突变引起【JClin Endocrinol Metab. 2016;101: 2284‐2299；J ClinEndocrinol Metab. 2017;102: 3961‐3969；J ClinEndocrinol Metab. 2020;105:105；J Bone Miner Res.2015;30: 1803‐1813；Endocrinol Metab (Seoul). 2020;35:64‐70】，而由于涉及染色体2p25和Xq27的缺失-插入，报告了超罕见X连锁隐性形式的HP(表3)【J Clin Invest. 2005; 115:2822‐2831】。

5.2.1常染色体显性低钙血症

临床特征

ADH包括两种遗传上不同的形式，命名为ADH类型1和2，分别由CASR和GNA11基因的种系激活突变产生【Hum Mol Genet.2018;27:3720‐3733；J Mol Endocrinol. 2016;57: R127‐R142；Nat Rev Endocrinol. 2018;15:33‐51；JClin Endocrinol Metab. 2020;105: 105；Br J Pharmacol.2018;175:4083‐4094】。ADH1占大多数病例，其特征为轻度至中度低钙血症伴低镁血症、高磷血症和PTH浓度过低【Hum Mol Genet. 2018;27:3720‐3733；J Mol Endocrinol. 2016;57: R127‐R142；NatRev Endocrinol. 2018;15:33‐51】。约50%的患者出现感觉异常、肌肉痉挛或癫痫发作【Clin Endocrinol. 2011;75:760‐765；N Engl JMed. 2021; 385:189‐191】。ADH1患者有高钙尿症，可能有肾钙质沉着症或肾结石的风险，尤其是在用钙和/或维生素D类似物(如阿法骨化醇和骨化三醇)治疗时【J Mol Endocrinol. 2016;57: R127‐R142；Nat Rev Endocrinol. 2018;15:33‐51】。小型临床研究报告称，重组PTH可有效治疗有症状的ADH1患者，且不会增加尿钙排泄【N Engl J Med. 2021; 385:189‐191；Eur JEndocrinol. 2020;183:K13‐K21】。临床前和临床研究也表明，作为ADH1靶向治疗的钙溶解药物(CaSR阴性变构调节剂)具有潜在用途【Br J Pharmacol. 2018;175:4083‐4094；JBMR Plus. 2020;4:e10402；J Bone Miner Res. 2019;34:1609‐1618；J Endocr Soc. 2021;5:A269】。ADH1患者也可能表现出异位钙化，一些患者发展为巴特综合征，其特征为肾性盐耗导致容量耗竭、高肾素血症性醛固酮增多症和低钾血症性碱中毒【Best Pract Res Clin Endocrinol Metab. 2013;27:359‐371】。仅报告了少数ADH2亚型，这些患者具有与ADH1相似的生化特征，但似乎具有较轻的尿表型，高钙尿较少。ADH2患者通常有症状，而据报道，身材矮小会影响某些家系【J MolEndocrinol. 2016;57: R127‐R142；J Mol Endocrinol.2018;61:R1‐R12；Endocrinol Metab (Seoul). 2020;35:64‐70】。

遗传学

迄今为止，已报告了≥100例与ADH1相关的CASR突变，而< 10例与ADH2相关的GNA11突变【J Mol Endocrinol. 2016;57: R127‐R142；J BoneMiner Res. 2016; 31:1200‐1206；J Clin Endocrinol Metab.2020;105: 105】。所有孤立性特发性HP患者均应考虑ADH基因检测(图3)。

图3 甲状旁腺功能减退症(HP)患者

遗传学诊断的临床方法。

对有HP生化证据的患者的初步评估应旨在确定是否存在获得性病因。排除这些病因后，将根据发病年龄、相关家族史以及与HP综合征/单基因型相关的临床特征确定遗传病因的可能性。遗传检测策略由临床表型决定，并根据疑似病因是综合征还是非综合征进行划分。对于HP综合征病因，针对特定疾病进行遗传检测(例如，aCGH针对DGS 1型，检测22q11.2缺失)。对于包括分离的HP和ADH型和2型在内的非综合征病因，疾病靶向基因panel可能是合适的(即包括CASR、GNA11、PTH和GCM2基因)。在遗传病因尚不明确的情况下(例如检测到Xq26-27缺失)，可能需要使用替代方法。综合征HP的基因确认应有助于对患者任何相关临床特征的调查和管理，并确定是否需要对其他家庭成员进行基因检测。同样，对孤立性HP或ADH型或2型进行基因诊断不仅可对疾病进行适当管理，还可促进一级亲属(FDR)的级联检测。

*假性甲状旁腺功能减退患者的血浆PTH升高。

ADH，常染色体显性低血钙症；acGH，阵列比较基因组杂交；DGS 1型，迪戈热综合征1型；HP，甲状旁腺功能减退

5.3 假性甲状旁腺功能减退(PHP)/AHO

5.3.1临床特点

PHP源于对PTH作用的抵抗，主要发生在肾近端小管，导致低钙血症、高磷血症和PTH升高【Horm Res Paediatr. 2020;93:182‐196；Nat Rev Endocrinol. 2018;14: 476‐500；EurJ Endocrinol. 2021;184:311‐320；Clin Endocrinol.2016;84:904‐911】。描述了PHP的两种主要形式，PHP类型1A (PHP1A)和1B(PHP1B)。PHP1A患者表现出多种激素耐药性(如对促甲状腺激素、白血病激素/卵泡刺激素、生长激素释放激素的耐药性)、肥胖和AHO特征，包括身材矮小、手指短、皮下钙化和圆脸【Horm Res Paediatr.2020;93:182‐196；Nat Rev Endocrinol. 2018;14: 476‐500】。相比之下，PHP1B患者通常不具有多激素抵抗或AHO病。

5.3.2 遗传

PHP主要由影响GNAS位点的突变产生，该位点编码并调节Gαs的表达，形成G蛋白偶联受体(GPCRs)用来刺激cAMP合成的异源三聚体G蛋白复合物的一部分(图1) 【Horm Res Paediatr.2020;93:182‐196；Nat Rev Endocrinol. 2018;14: 476‐500；J Clin Endocrinol Metab. 2021;106:1541‐1552；Hum Mutat. 2015;36: 11‐19】。GNAS是一个复杂的印迹基因座，母系遗传的杂合失活GNAS突变导致PHP1A 【J Clin Endocrinol Metab. 2021;106:1541‐1552；Hum Mutat.2015;36: 11‐19】。相比之下，在没有PTH耐药性的情况下，父系遗传的等效GNAS突变会导致相关的PPHP病，其特征为AHO表型【J Clin Endocrinol Metab.2021;106:1541‐1552；Hum Mutat. 2015;36: 11‐19】。大多数PHP1A/PPHP突变会影响GNAS编码区并使Gαs失活。影响GNAS甲基化的GNAS位点上游区或GNAS簇内基因或转录物(即STX16、NESP55和NESPAS)的异常会在PHP1B中报告【J Clin Endocrinol Metab. 2021;106:1541‐1552；Hum Mutat. 2015;36: 11‐19】。AHO表型(即PHP1A/PPHP)患者的遗传检测最初应包括GNAS测序，因为这显示约70%的患者存在编码区突变，而PHP1B检测可能包括外显子1A差异甲基化区的甲基化分析(DMR)和/或STX16、NESP55或NESPAS基因缺失的评估【J Clin Endocrinol Metab. 2021;106:1541‐1552；Hum Mutat. 2015;36: 11‐19；Nat RevEndocrinol. 2018;14: 476‐500；Horm Res Paediatr.2020;93:182‐196】。

6. 基因检测工作流程

对于钙和骨代谢紊乱的患者，如果单基因病因的可能性增加，并且确定此类病因将有助于改善患者和/或更广泛家庭的健康结果，则应考虑进行遗传检测。表现为高钙血症和低钙血症表型的指标病例的基因检测工作流程如图所示2和3。除非有令人信服的理由进行单基因检测(即临床特征或家族史提示有特定疾病)，否则越来越多地建议使用疾病靶向基因检测组。所有检测都应在经认证的实验室进行，并使用标准化方法(即美国医学遗传学和基因组学学院[ACMG]指南)对变体进行评估【Genet Med. 2015;17:405‐424】。应注意，变量分类取决于评估时可用证据的准确性。识别不确定意义的变体(VUS)是一个特殊的挑战，在可能的情况下，应寻求额外的信息，以促进更明确的分类。此外，检测VUSs的可能性随着基因组含量(即基因数量)的增加而增加【J Endocr Soc. 2017;1:1507‐1526】。此外，应根据患者的临床情况解释遗传结果。因此，如果结果与患者的表型不一致，则可能需要进一步的临床和/或基因评估【Clin Endocrinol. 2019;91: 587‐607】。例如，遗传检测平台的改变可能产生诊断，如在先前的MEN1测序未鉴定出致病突变的患者中使用下一代测序鉴定MEN1突变所示【Eur J Endocrinol. 2019;180:L1‐L3；Eur JEndocrinol. 2020;182:35‐45】。最后，在确定致病性/可能致病性变异体后，需要对家庭成员进行预测性检测，并提供相关的遗传咨询。

7 .结论

钙稳态的单基因疾病主要影响甲状旁腺功能，从而导致孤立或综合征形式的PHPT或HP。全面的临床评估对于选择进行基因检测的患者至关重要。识别具有单基因病因的患者对于指导适当的治疗以及识别可能有疾病风险的家庭成员非常重要。基因检测策略取决于临床表现和遗传模式，越来越多地涉及疾病靶向基因panel的分析。

全文约17000字

陈康 2022-01

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