探讨来自不同家系12例遗传性蛋白C(PC)缺陷症先证者的基因突变类型与临床特征。
采用发色底物法检测血浆PC活性,酶联免疫吸附法检测PC抗原含量。采用PCR直接测序法分析先证者PROC基因9个外显子及其侧翼序列,对发现的疑似突变用反向(缺失突变用克隆)测序予以验证。
12例先证者的PC活性均明显下降(18%~55%),其中10例先证者的PC抗原水平显著降低(13%~58%)。共发现11种PROC基因突变,其中c.383G>A(p.Gly128Asp)、c.997G>A(p.Ala291Thr)、c.1318C>T(p.Arg398Cys)和c.532G>C(p.Leu278Pro)4种杂合突变为首次发现;6种突变发生在丝氨酸蛋白酶结构域、4种发生在表皮生长因子同源区域(EGF)、1种突变在EGF和丝氨酸蛋白酶结构域之间的激活肽区域;缺失突变(p.Met364Trp fsX15和p.Lys192del)2种,其余为错义突变。有3例无亲缘关系的先证者检出p.Phe181Val和p.Arg189Trp纯合或杂合突变。所有基因突变可能来自先证者的父亲和(或)母亲,其中2个家系存在近亲婚配。先证者有9例出现静脉血栓形成、2例有不良妊娠表现、1例出现紫癜。
PROC基因缺陷导致的PC缺陷症患者易发生静脉血栓形成,尤其当同时存在其他易栓因素时。
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蛋白C(PC)是由肝脏合成的一种维生素K依赖性糖蛋白,为机体PC/蛋白S(PS)抗凝系统中的重要组成部分,在钙离子和磷脂的参与下,PC被内皮细胞表面的凝血酶-血栓调节蛋白复合物激活成活化蛋白C(APC)[1]。APC具有抗凝、促纤溶和维持血管内皮屏障稳定性等功能[2]。PC缺乏患者的临床表现具有高度多样性,并且是深静脉血栓形成(DVT)和肺血栓栓塞症的高危人群[3]。遗传性PC缺陷症通常为常染色体显性遗传,是一种由编码蛋白C的基因(PROC)突变导致PC含量或(和)功能异常的遗传性疾病。本研究对12例来自不同家系遗传性PC缺陷症患者的PROC基因和临床表现进行分析,并探讨其分子发病机制与临床特征的关系。
先证者1,女,43岁,因"左下肢疼痛27 d"就诊,B超显示"左下肢DVT",8岁开始四肢关节活动受限、疼痛,平时间断使用"丹参"和"布洛芬",育龄期长期口服避孕药,父母为姨表近亲婚配,其弟弟10岁始有与先证者相同症状。先证者2,男,8岁,因紫癜待查入院,血细胞计数检查血小板数量无异常,凝血功能检查结果仅PC水平显著降低。先证者3,男,55岁,左下肢出现发绀伴疼痛,B超检查提示"左侧髂外DVT",其父亲因"脑静脉窦血栓"而死亡。先证者4,女,32岁,不明原因停胎2次就诊。先证者5,男,25岁,左下肢疼痛1周,B超显示"左下肢DVT"。先证者6,女,39岁,因下肢疼痛伴头痛就诊,B超示"左下肢DVT",头颅MRI显示颅内静脉窦血栓形成(CVST),同时患有系统性红斑狼疮(SLE),其父亲死于"脑静脉窦血栓形成",哥哥因肺静脉栓塞而死亡。先证者7,女,27岁,不明原因停胎2次就诊。先证者8,男,53岁,因左下肢疼痛就诊,B超显示"左下肢DVT",有长期吸烟史。先证者9,男,17岁,持续性头痛就诊,头颅CT血管造影显示CVST,有长期制动生活习惯。先证者10,男,28岁,因咳嗽,痰中带血就诊,胸部CT血管造影显示"肺栓塞"。先证者11,女,30岁,因突发左侧肢体无力伴四肢抽搐就诊,头颅MRI提示CVST(上矢状窦),其大舅和二舅分别有脑梗死病史和下肢DVT病史。先证者12,女,46岁,因头痛就诊,头颅CT显示CVST,父母为姑表近亲婚配。
150名正常对照为我院健康体检者,男81名,女69名,中位年龄32(18~60)岁。对照组经查均无肝肾功能疾病,无出血和血栓史,研究通过本院伦理委员会审查(2012-17)。
采集受试者外周静脉血2.7 ml于含0.109 mol/L枸橼酸钠抗凝管9∶1抗凝,3 000 r/min离心10 min。上清乏血小板血浆用于表型指标检测,2 h内检测完毕;下层血细胞用于提取基因组DNA,-40 ℃冻存待检。基因组DNA提取试剂盒购自于北京天根生化科技有限公司,提取步骤按照说明书进行。
在法国Stago STA-R全自动血凝仪上使用仪器配套试剂盒用发色底物法检测PC活性(PC∶A)和抗凝血酶活性(AT∶A);凝固法检测蛋白S活性(PS∶A)。PC抗原(PC∶Ag)采用酶联免疫吸附法(ELISA)检测,试剂盒购自温州长风生物技术有限公司。
在ABI Thermal cycler 2720扩增仪上扩增PROC基因所有9个外显子及侧翼序列,所用引物序列及实验过程参照文献[4]。整个PCR反应体系为25 μl,包括2×Taq PCR MasterMix(购自北京天根生化科技有限公司)12.5 μl,去离子水7.5 μl,模板DNA 3 μl以及引物2 μl(正向引物和反向引物各1 μl)。反应条件:95 ℃预变性5 min;95 ℃变性30 s,根据不同引物分别以相应退火温度(58~64 ℃)退火30 s,72 ℃延伸30 s,共30个循环;最后72 ℃延伸10 min;PCR扩增产物于4 ℃保存。
用GoldviewI做标志物,经1.5%琼脂糖凝胶电泳鉴定为阳性的PCR产物送上海派森诺生物科技股份有限公司进行纯化后直接测序。测序结果用Chromas软件与美国NCBI基因文库中的PROC基因序列进行比对,寻找基因突变位点。发现基因突变的序列则反向测序予以证实,疑似插入突变的序列则用克隆测序予以证实。对150名健康对照组人群相应的区域进行PCR扩增、测序,用于排除基因多态性。
将含有缺失突变的序列克隆入pMD18-TTA克隆载体中,分别对克隆入载体的单条染色体上的PROC基因序列进行测序。
所有先证者的PC∶A均呈不同程度降低,除先证者8、12的PC∶Ag正常外,其余10例PC∶Ag均呈同步下降。所有先证者的PS∶A、AT∶A均在正常范围内。12例先证者的PC水平及临床特征见表1。
例号 | 性别 | 年龄(岁) | PC∶A(%) | PC∶Ag(%) | 分型 | 临床表现 | 其他易栓诱因 |
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1 | 女 | 43 | 20 | 13 | Ⅰ型 | 下肢DVT | 口服避孕药 |
2 | 男 | 8 | 18 | 58 | Ⅰ型 | 紫癜 | 无 |
3 | 男 | 55 | 35 | 44 | Ⅰ型 | 下肢DVT | 高龄 |
4 | 女 | 32 | 46 | 50 | Ⅰ型 | 复发性流产 | 妊娠 |
5 | 男 | 25 | 40 | 53 | Ⅰ型 | 下肢DVT | 无 |
6 | 女 | 39 | 35 | 45 | Ⅰ型 | 下肢DVT、CVST | SLE |
7 | 女 | 27 | 55 | 53 | Ⅰ型 | 复发性流产 | 妊娠 |
8 | 男 | 53 | 50 | 75 | Ⅱ型 | 下肢DVT | 吸烟 |
9 | 男 | 17 | 40 | 51 | Ⅰ型 | CVST | 制动 |
10 | 男 | 28 | 23 | 57 | Ⅰ型 | 肺栓塞 | 无 |
11 | 女 | 30 | 26 | 19 | Ⅰ型 | CVST | 无 |
12 | 女 | 46 | 21 | 78 | Ⅱ型 | CVST | 无 |
注:DVT:深静脉血栓形成;CVST:颅内静脉窦血栓形成;SLE:系统性红斑狼疮。参考值:PC∶A 70%~130%,PC∶Ag 70%~140%
在12例遗传性PC缺陷症先证者中共发现11种类型的15个基因突变(表2、图1),其中c.383G>A(p.Gly128Asp)、c.997G>A(p.Ala291Thr)、c.1318C>T(p.Arg398Cys)和c.532G>C(p.Leu278Pro)4种突变为首次发现,150名健康对照者相同位点未发现上述突变,排除基因多态性的可能;11种基因突变中2种为缺失突变c.1212-1212delG (p.Met364Trp fsX15)和c.577-579delAAG(p.Lys192del),余9种均为错义突变;有6种突变发生在丝氨酸蛋白酶结构域、4种发生在EGF区域、1种突变在EGF和丝氨酸蛋白酶结构域之间的激活肽区域;各有3例先证者存在p.Phe181Val和p.Arg189Trp纯合或杂合突变,这两种突变在无亲缘关系的家系中重复出现。先证者1、12分别为p.Phe181Val和p.Arg189Trp纯合突变,先证者3、4、5、6、7、8、9分别为p.Leu278Pro、p.Met364Trp fsX15、p.Ala251Val、p.Ala291Thr、p.Arg398Cys、p.Arg189Trp和p.Ala178Pro杂合突变,先证者2、10、11分别为p.Gly128Asp和p.Arg189Trp、p.Lys192del和p.Phe181Val、p.Asp297His和p.Phe181Val双杂合突变;通过对家系成员分析,推测先证者的基因突变可能遗传自其父亲和(或)母亲,其中2个家系(先证者1、12)父母存在近亲婚配关系。
例号 | 核苷酸突变 | 氨基酸变化 | 外显子 | 功能区 | 突变类型 |
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1 | c.6128T>G | p.Phe181Val | 7 | EGF | 纯合 |
2 | c.383G>A | p.Gly128Asp | 5 | EGF | 杂合 |
c.565C>T | p.Arg189Trp | 7 | 激活肽 | 杂合 | |
3 | c.833T>C | p.Leu278Pro | 9 | 丝氨酸蛋白酶结构域 | 杂合 |
4 | c.1212-1212delG | p.Met364Trp fsX15 | 9 | 丝氨酸蛋白酶结构域 | 杂合 |
5 | c.752C>T | p.Ala251Val | 9 | 丝氨酸蛋白酶结构域 | 杂合 |
6 | c.997G>A | p.Ala291Thr | 9 | 丝氨酸蛋白酶结构域 | 杂合 |
7 | c.1318C>T | p.Arg398Cys | 9 | 丝氨酸蛋白酶结构域 | 杂合 |
8 | c.565C>T | p.Arg189Trp | 7 | 激活肽 | 杂合 |
9 | c.532G>C | p.Ala178Pro | 5 | EGF | 杂合 |
10 | c.577-579delAAG | p.Lys192del | 7 | EGF | 杂合 |
c.541T>G | p.Phe181Val | 7 | EGF | 杂合 | |
11 | c.8478G>C | p.Asp297His | 9 | 丝氨酸蛋白酶结构域 | 杂合 |
c.6128T>G | p.Phe181Val | 7 | EGF | 杂合 | |
12 | c.565C>T | p.Arg189Trp | 7 | 激活肽 | 纯合 |
注:EGF:表皮生长因子同源区域
A:先证者1 PROC基因7号外显子c.6128T>G纯合突变;B、C:先证者2 PROC基因5号外显子c.383G>A和7号外显子c.565C>T杂合突变;D:先证者3 PROC基因9号外显子c.833T>C杂合突变;E:先证者4 PROC基因9号外显子c.1212-1212delG杂合突变;F:先证者5 PROC基因9号外显子c.752C>T杂合突变;G:先证者6 PROC基因9号外显子c.997G>A杂合突变;H:先证者7 PROC基因9号外显子c.1318C>T杂合突变;I:先证者8 PROC基因7号外显子c.565C>T杂合突变;J:先证者9 PROC基因5号外显子c.532G>C杂合突变;K、L:先证者10 PROC基因7号外显子c.577-579delAAG和c.541T>G杂合突变;M、N:先证者11 PROC基因9号外显子c.8478G>C和7号外显子c.6128T>G杂合突变;O:先证者12 PROC基因7号外显子c.565C>T纯合突变
人类PROC基因定位于染色体2q13-q14,全长11.2kb,由9个外显子组成,分别编码羧基谷氨酸(Gla)结构域、EGF、连接肽、激活肽和丝氨酸蛋白酶样结构域,其中丝氨酸蛋白酶样结构域为蛋白C的活化中心[5]。遗传性PC缺陷症分为两种类型[6]:Ⅰ型为PC∶A和PC∶Ag同步降低,Ⅱ型为PC∶A降低、PC∶Ag正常,约75%的PC缺乏症患者为Ⅰ型。遗传性PC缺陷症主要与PROC基因突变有关,1981年由Griffin等首次报道[7]。由于PROC基因的突变导致PC产生、聚合、分泌及功能受影响。
截至目前,人类基因突变数据库(HGMD)共列出了400多个PROC基因突变,其中错义/无义突变占主要部分,小部分为插入/缺失突变和剪接突变。本组12例遗传性PC缺陷症患者检出11种类型的基因突变,其中5号外显子c.383G>A(p.Gly128Asp)、9号外显子c.997G>A(p.Ala291Thr)、c.1318C>T(p.Arg398Cys)和c.532G>C(p.Leu278Pro)共4种突变为新发现的突变位点。突变类型包括错义突变(9种)和缺失突变(2种),其中6种突变发生在丝氨酸蛋白酶结构域、4种发生在EGF区域,可见这些区域可能是本地区PROC基因较易发生突变及导致蛋白C功能异常的主要区域,1种突变在EGF和丝氨酸蛋白酶结构域之间的激活肽区域。并且还发现了本地区人群中存在导致遗传性PC缺陷的突变热点:各有3例存在p.Arg189Trp和p.Phe181Val纯合或杂合突变在无亲缘关系的家系中重复出现。一些突变位点(p.Arg272Cys、p.Arg220Trp、p.Gln174X、p.Val339Met和p.Pro210Leu)一般多见于高加索人,然而其他一些突变位点(p.Phe181Val、p.Arg211Trp、p.Val339Met、p.Met406Ile和p.G8857del)在日本人中常见[8]。Ding等[9]发现p.Arg189Trp及p.Lys192del是导致中国人群PROC基因缺陷的主要突变类型。此外,p.Arg189Trp也是中国台湾人群中最常见的突变类型[10]。这些研究结果表明PROC基因突变受种族的影响,亚洲地区与欧洲地区PROC基因突变类型有很大不同。
PC缺陷症常导致血栓形成,通常表现为静脉血栓,本组病例以DVT和CVST常见。Gu等[11]在202例中国静脉血栓患者中发现PC缺陷症患病率约为8%。根据突变基因型不同,可分为纯合子型和杂合子型(单杂合子型和复合杂合子型);纯合子型和复合杂合子型为严重遗传性PC缺陷,PC∶A非常低;大部分遗传性PC缺陷症患者为单一位点杂合突变所致,PC检测水平大约为正常值的50%左右,一般无临床症状或成年期才发生静脉血栓栓塞[12]。朱铁楠等[13]研究发现,PC∶A在不同性别中国汉族人群中随年龄增长而增加,但在50岁以上男性人群中呈下降趋势。本研究中先证者1、12为纯合突变,先证者2、10、11为复合杂合突变,PC∶A均明显低于单杂合子型患者,且在无明显其他易栓诱因情况下即有血栓形成表现。PC缺陷症患者发生血栓的危险性随年龄增高而增加,是否出现血栓形成临床症状还与多种环境危险因素(妊娠、外伤、服用避孕药、吸烟、制动等)及基因突变共同作用有关。本研究中,先证者1于8岁开始发生四肢关节活动受限、疼痛,成年后又长期口服避孕药;先证者3为高龄患者;先证者4、7为妊娠妇女;先证者6患有SLE;先证者8有吸烟嗜好;先证者9有制动生活习惯。这些因素均可能是患者静脉血栓形成的发病诱因。
与PC功能密切相关的位点突变对PC水平影响较大,其中p.Phe181Val[14]、p.Asp297His[15]、p.Met364Trp fsX15[16]、p.Gly128Asp[4]和p.Ala178Pro[17]通过构建蛋白模型或体外表达研究,发现蛋白质结构改变或分泌障碍或细胞内部分降解加速,是导致血浆中PC含量降低或活性异常的主要原因。p.Ala251Val和p.Ala291Thr位于丝氨酸蛋白酶样结构域,氨基酸取代可能会损害重链的结构完整性和稳定性,并削弱蛋白质的催化活性,导致PC∶A降低[18,19]。在本研究中,先证者11两个突变基因所在区域功能不同,可能对PC∶A的影响也不同,但两个突变的相互作用可能会加重这种影响。有研究报道,p.Arg189Trp[4]和p.Lys192del[20,21]在激活位点及Gla结构域中具有正常功能,对PC的分泌和降解并没有显著影响,但在与PS或活化凝血因子Ⅴ和Ⅷ相互作用的功能中存在缺陷,其导致的结构变化,会阻碍PC与细胞表面、磷脂、PS以及部分凝血因子的作用,因此表现为Ⅱ型PC缺陷症(PC∶Ag含量正常)。p.Arg189Trp和p.Lys192del二者可分别使血栓栓塞的发生风险增加5~7倍和2~3倍[22]。p.Arg398Cys和p.Leu278Pro对PC功能的影响将有待于进一步的研究。
综上所述,我们对12例遗传性PC缺陷症患者的基因突变和临床特征进行了分析,发现本地区人群中存在导致遗传性PC缺陷的突变热点p.Arg189Trp和p.Phe181Val。通过调查先证者家系情况及临床表现,表明PROC基因缺陷导致的PC缺陷症患者易发生静脉血栓形成,尤其当同时存在其他易栓因素时。
所有作者声明无利益冲突