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先天性肾上腺皮质增生
概况

先天性肾上腺皮质增生是一组常染色体隐性病症,因肾上腺类固醇合成通路中相关酶的缺乏导致皮质醇生物合成受损而引发的疾病。根据受损类固醇的类型和严重性不同,患者会通过激素替代疗法来针对在糖皮质激素、盐皮质激素和性类类固醇的合成中出现的障碍。
下图为Diala El-Maouche[2]等人在其关于先天性肾上腺皮质增生的一篇综述中所绘制的一条关于先天性肾上腺素大事件的时间轴,将其发现、治疗以及基因检测等大事件均作了言简意赅的描述,一目了然,非常值得参考!

 

肾上腺皮质由球状带、束状带、网状带组成。球状带位于最外层,约占皮质的5-10%,是盐皮质激素-醛固酮的唯一来源;束状带位于中间层,是最大的皮质带,约占75%,是皮质醇和少量盐皮质激素(脱氧皮质酮、脱氧皮质醇、皮质酮)的合成场所;网状带位于最内层,主要合成肾上腺雄激素和少量雌激素。
正常肾上腺以胆固醇为原料合成糖皮质激素、盐皮质激素、性激素(雄、雌激素和孕激素)三类主要激素,都是胆固醇的衍生物。其过程极为复杂,每一步骤都必须经过一系列酶催化,有些酶是合成这三类激素或其中两类激素的过程中所共同需要的。类固醇激素合成所需的酶,均位于线粒体,其中除3 β-羟类固醇脱氢酶(3 β-HSD)外,均为细胞色素P450(cytochrome P450)家族成员。肾上腺合成皮质醇是在垂体分泌的ACTH控制下进行的。

 

临床特点

典型的CAH发病率约为1/10000-1/15000,临床主要特点为肾上腺皮质功能不全、水盐代谢失调、性腺发育异常。男孩为同性性早熟,出生时无症状,6月龄后逐渐体格生长加速和性早熟,4-5岁明显,阴茎增大、睾丸不增大,骨龄提前,智力正常。女孩为出生时即出现不同程度的男性化体征,例如阴蒂肥大、不同程度阴唇融合类似尿道下裂,子宫卵巢发育正常,骨龄提前。
失盐型的CAH(21-OHD完全缺乏)会因醛固酮严重缺乏导致失盐的症状出现。生后1-4周出现失盐症状,又由于伴有皮质醇合成障碍,出现不同程度的肾上腺皮质功能不足表现,呕吐、腹泻、脱水,严重代酸、难以纠正的低血钠、高血钾,不及时诊治容易导致血容量下降,血压下降,休克,循环功能衰竭。而一些非典型型CAH,多属于21-OHD轻度缺乏。症状轻微,以性早熟多见。


遗传学背景

目前已有7个与先天性肾上腺皮质增生相关的基因被报道[2],这些基因编码的酶均在皮质醇的生物合成途径中参与作用,分别是:21-羟化酶(21OH),11 β-羟化酶(11 βOH),17α-羟化酶(17αOH),3 β羟化类固醇脱氢酶2型(3 β HSD2),类固醇激素合成急性调节蛋白(StAR),P450胆固醇侧链裂解酶(SCC)以及P450氧化还原酶(POR)。

 
 
传统的肾上腺激素合成在上图的非框标内,而其雄性激素合成的替代途径可见黄色框中。肾上腺类固醇是通过肾上腺区特异酶(adrenal zone-specific enzyme)的一系列步骤的表达作用合成的。对于不同类型的先天性肾上腺皮质增生,在这一系列步骤中对断在不同的点,导致整个合成路径被打断。除了经典的那一套完善的类固醇合成途径,另有其他途径激活雄激素生物合成存在(称为后门通道),而这一途径可能在先天性肾上腺皮质增生的病理生理学中起作用。先天性肾上腺皮质增生的临床表现与损伤类型和严重程度密切相关。
 

 
据研究报道显示,95%以上的先天性肾上腺皮质增生是由21OH不足导致的,其临床特点表现为皮质醇和醛固酮生产受损和雄激素过多。所以本文的笔墨大多着重在21OH不足导致的先天性肾上腺素增生。编码21OH的基因CYP21A2位于6号染色体上人体白细胞抗原III区域。CYP21A2和其同源假基因CYP21A1P在染色体上距离30kb的距离。由于复制出的基因的序列的高度一致性,会导致在减数分裂重组非常常见。CYP21A2致病案例中大约有95%的突变是由于CYP21A1P突变体或减数分裂重组时发生缺失导致的。而上图中黑叉显示的部位便是编码21OH的基因CYP21A2突变导致该通路受损,无法顺利进行下去。有缺陷的21OH羟基化导致糖皮质激素和盐皮质激素合成减少和前体升高,尤其是17-羟孕酮(17OHP),这一指标常用于先天性肾上腺皮质增生诊断。由于肾上腺激素合成途径上没有阻碍,受促肾上腺皮质激素刺激的雄激素将会不断合成。

实例解读

本公司针对先天性肾上腺皮质增生采用了long-PCR+NGS+MLPA的方式进行检测即先进行long-PCR对CYP21A2和其假基因CYP21A1P进行区分,排除假基因干扰,随后通过NGS和MLPA进行变异筛查。该MLPA试剂盒除了可以检测CYP21A2基因的缺失重复外,另外还可以检测6个常见的点突变及1个影响基因表达的SNP位点(覆盖了65-90%的21-OHD的患者和62-86%的CAH患者),而NGS检测涵盖了除MLPA外的其他异常包括其他相关基因,如CYP11B1/HSD3B2/CYP17A1/STAR等与CAH鉴别诊断相关基因,结合多个平台以保证结果的准确性。
半岁男孩因卵圆孔未闭,生后反复腹泻,体重不增、皮肤色素沉着入院检查,医院辅助检查提示代谢性酸中毒、低钠高钾,怀疑为肾上腺皮质增生入检本公司的肾上腺皮质增生症整体解决方案。
检测结果如下:
 
NGS结果显示该患者在CYP1A2基因发现了一个c.955C>T导致p.Q319X的恶性突变,并且已经有文献报道。
家系验证如下:
结果显示在该突变位点,患者为纯合突变,患者的父亲为杂合突变,而患者的母亲没有突变。

 

常染色隐性遗传的基因,经家系验证后,仅在父方发现了一个相同的突变,母亲没有,那么是否存在以下可能?
    1.患者在另一条染色体上有一个相同突变的de novo变异?
    2.患者另一条染色体上存在片段的缺失?如存在该缺失,是来自母亲还是自发的?
随后,我们进行了MLPA的验证。
MLPA结果验证后发现CYP21A2基因1-7杂合缺失。

 

家系验证结果如下:
患者之父:

MLPA结果显示该患者之父并无变异;
患者之母:
MLPA结果显示该患者之母也存在CYP21A2基因1-7杂合缺失。

 

综上,该患者分别遗传到了父亲CYP21A2基因的点突变以及母亲的CYP21A2基因1-7的缺失变异,构成了复合杂合变异,理论上致病。

案例小结与遗传咨询

虽然所有典型的先天性肾上腺皮质增生的亚型都属于孤儿病,但由21OH缺乏导致的非典型肾上腺增生已经被预估为最常见的常染色体隐性遗传疾病之一了。先天性肾上腺皮质增生由于其直接或间接地影响类固醇合成通路并且每一种情况都十分罕见,该病仍然是内分泌疾病中最具挑战之一的疾病。基于分子生物学和代谢组学的发展,以及一些治疗方案的不断优化,我们对这些复杂疾病的认知也将不断提升,改善患者的生活质量。
为保证优生优育,我们结合GeneReviews有关遗传咨询建议如下:

    · 对于一个患有先天性肾上腺皮质增生的先证者父母而言,大多数的父母均为携带一个致病位点的携带者;
    · 携带者是没有临床症状的,跟两条染色体均为正常的健康人相比可能会有轻微的17-羟孕酮(17OHP)指标升高;
    
· 如果先证者父母均为携带者,那他们的后代仍有25%的可能患病;50%的可能性为携带者,即只携带一个致病突变;25%的可能性两条染色体均正常;
    · 先证者若与正常人(两条染色体均无CYP21A2致病突变)婚配,其后代均为携带者,即无临床症状;若与携带者婚配,则后代有50%的可能性患病,50%的可能性为携带者;
    · 如果父母双方只有一方是CYP21A2致病突变携带者,其子代会有1%的可能性发生de novo变异,最终形成复合杂合或纯和突变导致患病。


参考文献:
    1. Adam MP, Ardinger HH, Pagon RA, et al., editors. GeneReviews® [Internet]. Seattle (WA): University of Washington, Seattle; 1993-2017. Available from: https://www.ncbi.nlm.nih.gov/books/NBK1116/
    2. Diala El-Maouche, Wiebke Arlt, Deborah P Merke., Congenital adrenal hyperplasia. Lancet. 2017 May 30. pii: S0140-6736(17)31431-9.

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