1个遗传性牙本质发育不良Ⅰ型家系临床特征和基因突变分析

Clinical features and genetic mutation analysis of the hereditary dentin dysplasia type Ⅰ family

摘要

牙本质发育不良Ⅰ型（DD-Ⅰ）是一种罕见的常染色体显性遗传性牙本质发育异常疾病，主要特征为牙根短小、髓腔闭锁，其致病基因及分子机制尚未完全阐明。本文报道了1个包含4例患者的DD-Ⅰ家系，采用全外显子组测序结合家系共分离、生物信息学分析，对致病突变进行鉴定及致病性评估。结果显示，先证者存在牙根缩短、髓腔闭锁及牙槽骨吸收等典型DD-Ⅰ临床表型；家系中检出SSUH2基因高度保守的错义变异c.353C>A（p.P118Q），生物信息学预测提示该突变可显著改变蛋白二级结构与三维构象，判定为“可能有害”。结合生物信息学分析及临床表型关联，进一步验证该突变与DD-Ⅰ的因果关系，为p.P118Q突变的致病性提供补充性实验证据。

Abstract

Dentin dysplasia type Ⅰ (DD-Ⅰ) is a rare autosomal dominant hereditary disorder characterized by abnormal dentin development. Its primary clinical features include markedly shortened tooth roots and pulp chamber closure. The causative genes and molecular mechanisms have not been fully elucidated yet. This study reports a DD-Ⅰ family comprising four affected individuals. Pathogenic mutations were identified and assessed using whole-exome sequencing combined with co-inheritance analysis and bioinformatics methods. Results revealed that the proband exhibited typical DD-Ⅰ clinical phenotypes, including root shortening, pulp chamber closure, and alveolar bone resorption. A highly conserved missense mutation c.353C>A (p.P118Q) in the SSUH2 gene was detected within the family. Bioinforma-tics prediction indicated this mutation significantly alters protein secondary structure and three-dimensional conformation, classified as “likely harmful.” Combining bioinformatics analysis with clinical phenotype correlation further validated the causal relationship between this mutation and DD-Ⅰ, providing supplementary experimental evidence for the pathogenicity of the p.P118Q mutation.

Graphical abstract

关键词

牙本质发育不良Ⅰ型 / SSUH2 / 蛋白质构象 / 致病性预测 / 基因突变

Key words

dentin dysplasia type Ⅰ / SSUH2 / protein conformation / pathogenicity prediction / gene mutation

牙本质发育不良（dentin dysplasia，DD）是一种临床罕见的常染色体显性遗传病，患病率约为1∶100 000^[1-4]。传统Shields分类法将其分为Ⅰ型与Ⅱ型^[5]。DD‑Ⅰ最早由Ballschmiede于1920年描述为“无根牙”，后由Rushton于1939年正式命名为“牙本质发育不良”^[1,4,6]。该病以牙根发育异常为特征，表现为牙根显著缩短、髓腔闭锁及早发性牙齿脱落^[1,4]。影像学上，DD-Ⅰ患者通常可见根管系统缺失、髓石形成及根尖周低密度影，部分病例伴发根尖周囊肿等并发症^[4,7]。

尽管DD‑Ⅰ的临床特征已较为明确，但其致病机制尚未完全阐明。本文报道了一个包含4例患者的DD‑Ⅰ家系（随访5年），鉴定了Xiong等^[2]在2017年报道的SSUH2突变位点。结合生物信息学分析及临床表型关联，进一步验证该突变与DD-Ⅰ的因果关系，有助于提高对DD‑Ⅰ的认识及深入探索其遗传机制。

1 病例报道

1.1 基本资料

本研究报道1个包含4例患者的中国湖南省汉族遗传性DD-Ⅰ家系（图1），共6人，2男4女，14~74岁。

先证者（Ⅲ-2），女性，14岁。自8岁起出现牙齿松动，21牙因倒置阻生拔除。口腔专科检查显示：全口牙齿牙冠形态及颜色未见明显异常，但牙周状况较差，前、后牙均呈现不同程度松动。全景X线片检查示：全口牙根显著缩短（短根症），髓腔表现为普遍性钙化闭锁，部分牙根尖区可见不明原因的非龋性低密度透射影。

家系调查显示：该病呈常染色体显性遗传特征。先证者姐姐（Ⅲ‑1）具有与之类似的临床表现及影像学特征。其父亲（Ⅱ‑1）及祖母（Ⅰ‑2）均有青少年时期牙齿开始松动、中年时期全口牙齿脱落的病史；影像学检查显示先证者父亲及祖母的上、下颌牙槽骨均发生严重吸收，牙槽嵴高度显著降低（图2）。

基因检测：患者家系中总共有6位家庭成员同意参与本项目，经中南大学湘雅口腔医院伦理委员会批准（批号：20200060），所有参与者均签署纸质版知情同意书，未成年人（未满18岁）由监护人同意并签字。参与者的外周血样本在中南大学湘雅口腔医院采集，血样经处理后用于提取基因组DNA。北京贝瑞和康生物技术有限公司采用全外显子组测序方法对患者DNA样本进行了测序，以检测潜在的疾病相关突变。数据过滤策略如下：1）基于该近亲家系符合常染色体显性遗传模式，优先筛选杂合突变；2）保留非同义突变、剪切位点突变及预测可能影响剪切的突变；3）排除1000 Genomes Project数据库中次要等位基因频率（minor allele frequency，MAF）大于0.1%的突变；4）结合生物信息学预测结果，并参考相关文献中已报道的候选致病基因进行筛选。按美国医学遗传学与基因组学学会（American College of Medical Genetics and Genomics，ACMG）指南评估致病性，并应用Sanger测序对先证者及其家属进行突变结果验证。结果显示：该家系所有患病成员均携带SSUH2基因第6外显子的杂合错义突变c.353C>A（p.P118Q），而家系中表型正常者未检测到该突变，呈现家系共分离现象。结合病史、临床特征、影像学表现及基因检测结果，诊断为遗传性DD-Ⅰ型。

1.2 治疗计划

针对先证者（Ⅲ-2）的典型DD-Ⅰ表型，本研究制定了长期对症治疗及预防性维护方案。治疗过程：1）基础治疗：每1~2年定期进行全口牙超声波龈上洁治与龈下刮治，并开展严格的口腔卫生宣教；2）功能维护：针对松动度较明显的下前牙，采用石英纤维条进行松牙固定术。在长达5年的随访期内，先证者下前牙松动情况较初诊时明显好转，影像学复查结果显示，其牙槽嵴顶高度保持稳定，未见明显吸收，有效减缓了牙齿早失的进程（图3）。

1.3 变异位点筛选及生物信息学分析

全外显子组测序（whole-exome sequencing，WES）及家系验证结果显示，该家系存在SSUH2基因（NM_015931.4）的错义突变。Sanger测序证实，该变异在家系患病成员（Ⅰ-2、Ⅱ-1、Ⅲ-1、Ⅲ-2）中均存在，而未患病成员中均未检出（图4A），符合常染色体显性遗传的家系共分离规律。具体为第6外显子c.353C>A杂合变异，导致其编码的第118位氨基酸由脯氨酸转变为谷氨酰胺（p.P118Q）（图4B）。保守性分析显示，该突变位点的氨基酸在不同物种的进化过程中具有高度保守性（图4C）。

PolyPhen-2和Mutation Taster的预测结果分别为“可能有害”（评分：1）和“致病”（评分：0.992）（图5A、B）。SOPMA预测分析结果显示，与野生型相比，突变型蛋白在二级结构中α-螺旋含量增加0.57%、无规卷曲增加1.13%、延伸链和β-转角结构均减少0.85%（图5C、表1）。SWISS-MODEL分析显示，突变型蛋白与野生型蛋白在三维结构上存在明显差异（图5D）。综合临床表型与分子证据，判定SSUH2基因c.353C>A突变为该DD-Ⅰ家系的致病原因。

2 讨论

DD-Ⅰ是一种延迟起病的常染色体显性遗传病，虽已在临床上报道多年，但其发病率较低，导致对该病的认识不足，患病人群牙齿常出现自发性脱落。因此，早期发现与干预对于改善DD-Ⅰ患者的预后和生活质量至关重要。由于该病涉及牙本质矿化和牙根发育的异常，其诊断需要结合现病史、家族史、口腔临床检查、影像学检查、组织学分析以及基因检测进行综合判断。本研究列举了需要与DD-Ⅰ进行鉴别诊断的几种疾病（表2）。值得一提的是，基于DSPP基因[编码牙本质涎磷蛋白（dentin sialophosphoprotein，DSPP）等关键蛋白]突变的研究发现，Shields分类中的Ⅱ型及Ⅲ型牙本质发育不全（dentinogenesis imperfecta，DGI）和Ⅱ型DD实为同一病理的不同严重程度表现。新分类将孤立性DGI分为轻度（原DD-Ⅱ）、中度（原DGI-Ⅱ）、重度（原DGI-Ⅲ），DD-Ⅰ（根型发育异常）保留为独立疾病，其病因仍未明确。新分类简化了临床诊断，强调基因型-表型关联及病理连续性^[5,8]。

目前DD-Ⅰ的致病机制尚不明确，现有研究仅提示DD-Ⅰ的形成与赫特维希上皮根鞘（Hertwig epithelial root sheath，HERS）的发育缺陷有关^[1]。在牙齿发育进程中，根部牙本质的形成时间相对较晚。具体而言，其形成是由HERS的内层细胞诱导牙乳头细胞，使其分化为成熟成牙本质细胞。待根部牙本质形成之后，HERS细胞会逐渐发生断裂，这一过程能够促使邻近的牙囊间充质细胞分化为成牙骨质细胞。当HERS结构出现断裂异常时，该结构便无法与牙乳头协同发挥作用，进而导致成牙骨质细胞无法正常形成，最终引发牙本质发育异常。近年来，分子遗传学研究鉴定出SMOC2、SSUH2及VPS4B等基因突变与DD-Ⅰ的发生密切相关^[2,9-10]。SMOC2作为分泌型钙结合基质蛋白，通过调控细胞-细胞外基质互作影响牙齿发育，其缺失导致DLX2b、BMP2a表达缺失及PITX2表达异常，干扰牙胚起始与形态发生，表明SMOC2可能通过整合素-ILK通路及生长因子信号，在保守的上皮-间充质交互中发挥关键作用^[11]。VPS4B基因则是通过突变致异常转录本插入45 bp序列，使蛋白腺嘌呤核苷三磷酸结合盒结构改变、表达降低且亚细胞定位异常，其通过调控Wnt/β-catenin信号通路影响成牙本质细胞分化^[12]。此外，DSPP基因在DD-Ⅰ发生中起重要调控作用^[1,13-14]。本研究结合Xiong等^[2]的研究表明，提示SSUH2可能在牙本质发育过程中作为HERS的转运蛋白发挥功能。在P141Q敲入小鼠（Ssuh2^+/-和Ssuh2^-/-）中观察到与DD-Ⅰ患者相似的临床表型：牙髓腔狭窄、牙本质增厚及异常磨耗。该突变通过抑制成骨关键信号通路——骨形态发生蛋白（bone morphogenetic protein，BMP）信号通路核心因子BMP2、BMP4、DLX2的表达下调；并上调成牙本质重要信号通路——DSPP信号通路相关基因DSPP、DMP1、PAX9、RUNX2的表达，从而导致牙本质异常增厚以及牙根部牙骨质缺失。

典型的DD-Ⅰ由于牙根短小，易发生牙齿早期脱落。因此，早期诊断、预防及干预对于防止牙齿早失和维持剩余牙槽嵴高度至关重要^[15]。对于牙根较短者来说，如发现牙周膜间隙增宽或根尖区出现阴影，应尽早拔除患牙以保留更多可用骨量。牙根长度尚可的患牙，可采用根尖外科手术联合逆行充填治疗。对于已发生牙齿早失的患者，可通过嵌体植骨联合上颌窦提升技术实现种植修复。此外，良好的口腔卫生管理，对已出现牙齿松动的DD-Ⅰ患者尤为重要^[1]。

目前，DD-Ⅰ的治疗仍以对症处理为主，包括树脂修复、根管治疗、牙周治疗以及囊肿刮除术等^[3-4,6]。但该类治疗仅针对临床症状，尚无法治疗DD-Ⅰ的根本病因。因此，识别并干预引发牙根发育异常的机制，对防止DD-Ⅰ的发生具有重要意义^[6]。

有文献^[16]指出，相较于其他基因递送方式，信使RNA（messenger RNA，mRNA）递送治疗具有更高的安全性。mRNA递送治疗是一种利用mRNA分子指导细胞合成特定蛋白质，从而治疗疾病的前沿生物技术。其核心原理是通过递送设计好的mRNA进入人体细胞，利用细胞自身的蛋白质合成机制产生目标蛋白，以纠正疾病相关的基因缺陷、激活免疫反应或补充功能性蛋白。Xiong等^[2]通过将野生型mRNA注射入携带相同ssuh2突变的斑马鱼体内可改善其表型，提示可作为基因治疗的前期证据。但这一方法仍需更多研究和文献证实其有效性与可行性。

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基金资助

国家自然科学基金(82201081)

湖南省自然科学基金(2023JJ60092)

湖南省卫生健康委课题(202108011225)

中南大学研究生自由探索项目(512340014)