一型轴前多指的遗传突变并揭示了其分子机制

轴前多指(趾)(preaxial polydactyly,PPD)为发生在肢体桡(胫)侧的多余指(趾)，是最常见的先天性手畸形，每10000个新生儿中就有5-19名患儿。根据Temtamy-McKusick分类，PPD一般分为四种亚型：Ⅰ型(PPD I，OMIM 174400)，二指节拇指多指；II型（PPDII，Omim174500），三指节拇指多指（TPT）；III型（PPDIII，OMIM174600），食指多指；IV型(PPD IV，OMIM 174700)，多指并指。其中PPDⅠ最常发生，但其遗传基础尚不清楚。

2019年8月9日，中山大学附属第一医院的苏培强课题组在Genetics in Medicine杂志上发表了题为“A novel ZRS variant causes preaxial polydactyly type I by increased sonic hedgehog expression in the developing limb bud”的文章，首次报道了导致独立发生的PPDI的遗传突变：LMBR 1基因g.101779T>A，该突变导致PPDⅠ可能与HnRNP K介导的SHH表达增强有关。

PPD可以单独发生，也可以作为综合征的一部分伴随其他症状而出现。当它单独发生时，通常涉及单个基因的常染色体显性突变。7q36染色体上LMBR1基因第五内含子中存在约800bp的极化活性区调控序列(ZRS)与大多数类型的PPD相关，表明ZRS突变可导致不同的PPD表型。这一高度保守的大约(800)bp的序列位于其目标基因sonic hedgehog(SHH)上游约1Mb的区域内，是SHH的增强子。ZRS通常控制位于肢芽后部边缘的极化活性区域(ZPA)中的SHH的表达,ZRS中的点突变和重复与前肢芽中SHH的异位表达有关，通常导致PPD表型。然而，在PPD的病理生理学中，特异性ZRS突变对SHH的异位表达产生影响的潜在机制仅被部分阐明。

苏培强课题组采用全基因组基因分型和序列分析，对一个大型的患有独立发生的PPDI的四代家族进行了研究，发现ZRS 在446 bp处的T/A点突变导致了PPDI。然而，在另外7例来自不同家庭的散发性PPDI患者的后续测序中，没有发现ZRS中的突变。一个可能的原因是，散发性PPDI可能是由其他遗传机制引起的。 

接下来，研究人员在CaCO-2细胞、293T细胞和基因敲入小鼠模型中进行了体外和体内功能研究。携带这种ZRS突变的基因敲入小鼠（由赛业生物构建）表现出PPDI表型，伴随着SHH的异位和过度表达。体外功能研究表明HnRNPK与ZRS区域和SHH启动子结合，这种遗传突变增强了HnRNPK与ZRS靶区的结合潜能，促进了SHH的上调，这可能与PPDI有关。 

总之，该研究首次报道了导致PPDI的遗传突变。该点突变可改变HnRNPK在体外与ZRS靶点结合的亲和力，还导致SHH在发育小鼠胚胎肢体中的异位前表达和异位后表达增加。确定其他的远距离顺式调控元件及其相关结合因子，以及来自非编码基因组区域的遗传信息，将加深我们对SHH时空表达异常如何导致多指的理解。