FGFR3基因变异所致疾病的临床特征及基因变异分析

Clinical features and variant spectrum of FGFR3-related disorders

摘要

目的 分析FGFR3基因变异患儿的基因型-表型特点，提高临床医生对相关疾病的认识。 方法 回顾性分析2012年1月—2023年12月在上海儿童医学中心经全外显子组测序确诊的95例0~18岁FGFR3基因变异患儿的临床资料，其中22例软骨发育不全（achondroplasia, ACH）患儿和10例软骨发育不良（hypochondroplasia, HCH）患儿纳入后续表型分析。 结果 95例患儿中，52例（55%）为ACH，24例（25%）为HCH，9例（9%）为致死性侏儒症，3例（3%）为综合征型骨骼异常，2例（2%）为严重软骨发育不全伴发育迟缓和黑棘皮病，5例（5%）诊断待明确。c.1663G>T为新发现变异位点。22例ACH患儿均表现为非匀称性矮小伴肢体发育不良，常伴大头畸形、鼻梁凹陷、弓形腿和前额突出，其中17例（77%）合并并发症。10例HCH患儿主要表现为非匀称性矮小、肢体发育不良和鼻梁凹陷。 结论 ACH是FGFR3基因变异最常见的疾病类型，错义变异是其主要变异形式。受体活化程度的强弱与骨骼发育异常临床表型的严重程度有关。

Abstract

Objective To study genotype-phenotype correlations in children with FGFR3 variants and to improve clinical recognition of related disorders. Methods Clinical data of 95 patients aged 0-18 years harboring FGFR3 variants, confirmed by whole‑exome sequencing at Shanghai Children's Medical Center from January 2012 to December 2023, were retrospectively reviewed. Detailed phenotypic characterization was performed for 22 patients with achondroplasia (ACH) and 10 with hypochondroplasia (HCH). Results Among the 95 patients, 52 (55%) had ACH, 24 (25%) had HCH, 9 (9%) had thanatophoric dysplasia, 3 (3%) had syndromic skeletal dysplasia, 2 (2%) had severe achondroplasia with developmental delay and acanthosis nigricans, and 5 (5%) remained unclassified. A previously unreported FGFR3 variant, c.1663G>T, was identified. All 22 ACH patients presented with disproportionate short stature accompanied by limb dysplasia, commonly with macrocephaly, a depressed nasal bridge, bowed legs, and frontal bossing; complications were present in 17 (77%). The 10 HCH patients predominantly exhibited disproportionate short stature with limb dysplasia and depressed nasal bridge. Conclusions ACH is the most frequent phenotype associated with FGFR3 variants, and missense variants constitute the predominant variant type. The degree of FGFR3 activation appears to correlate with the clinical severity of skeletal dysplasia.

Graphical abstract

关键词

成纤维细胞生长因子受体3 / 基因变异 / 骨骼发育异常 / 软骨发育不全 / 儿童

Key words

Fibroblast growth factor receptor 3 / Genetic variant / Skeletal dysplasia / Achondroplasia / Child

成纤维细胞生长因子受体3（fibroblast growth factor receptor 3, FGFR3）是一类跨膜受体酪氨酸激酶，在成纤维细胞生长因子（fibroblast growth factors, FGFs）作用下激活下游信号，参与胚胎生成、血管生成、损伤修复等多种生理过程，在骨骼分化和稳态维持方面具有重要意义^［1-3］。其异常表达常导致不同类型的骨骼发育异常。既往研究表明，FGFR3基因变异相关疾病表型差异较大，涵盖从相对轻型的软骨发育不良（hypochondroplasia, HCH），较为严重的软骨发育不全（achondroplasia, ACH），到致死性侏儒症（thanatophoric dysplasia, TD）、严重软骨发育不全伴发育迟缓和黑棘皮病（severe achondroplasia with developmental delay and acanthosis nigricans, SADDAN）等，但不同基因型与所致疾病和临床表型之间的关系尚未完全明确^［4-7］。此外，FGFR3基因的体细胞变异也与部分癌症相关，如多发性骨髓瘤、泌尿系肿瘤等，提示FGFR3基因与癌症存在潜在关联^［8-9］。

然而，目前针对FGFR3基因变异患儿的队列研究较少，临床数据有限。本研究纳入我中心确诊的95例FGFR3基因变异患儿，分析其基因型-表型特点，并与既往报道病例进行对比，以增加临床医生对本病的认识。

1 资料与方法

1.1　研究对象

回顾性纳入2012年1月—2023年12月于上海儿童医学中心就诊，并经全外显子组测序证实存在FGFR3基因变异的95例0~18岁患儿（含产前诊断）。其中，有完整临床随访数据的ACH患儿22例和HCH患儿10例被纳入后续临床表型的统计分析（随访时间1~10年）。

纳入标准：基因确诊为FGFR3基因变异者。排除标准：（1）临床表现疑似ACH或HCH等骨骼发育异常疾病，且经基因检测排除FGFR3基因变异者；（2）临床资料不全者。

本研究经我院伦理委员会批准（SCMCIRB-K2020060-1），并获得患儿监护人知情同意。

1.2　诊断标准

ACH诊断标准参考2021年《软骨发育不全诊断及治疗专家共识》^［10］，包括：（1）临床表现：非匀称性矮小及四肢短小（身高<-3 SD，臂展/身高<0.96）；四肢近端缩短；大头畸形伴前额突出（头围>1 SD）；面中部发育不良，鼻梁扁平、鼻棘短小及鼻前倾；手指短小和三叉戟手。（2）影像学检查：骨盆和股骨的单次前后位X线片提示方形髂翼；扁平、水平移位的髋臼；坐骨切迹明显变窄；股骨近端透亮度增加，腰椎椎弓根间距变窄。（3）基因检测：FGFR3基因存在c.1138G>A或c.1138G>C变异。

HCH诊断需结合临床表现与基因检测，表型类似ACH但程度较轻，表现为身材矮小、四肢缩短，无ACH典型的三叉戟手和特征性面容。常见FGFR3基因变异包括c.1620C>A和c.1620C>G，亦可见其他位点变异。

1.3　临床数据收集

通过门诊病历、随访等方式收集22例ACH和10例HCH患儿的临床数据，包括：（1）性别、身高、体重、出生日期、诊断日期等基本信息；（2）患儿表型和并发症；（3）基因检测结果；（4）患儿及其直系亲属（父母、祖父母和外祖父母）的肿瘤史。

1.4　遗传学检测

通过全外显子组测序明确患儿变异基因。采集患儿及其父母外周血2 mL，置于乙二胺四乙酸管中保存并用于检测。利用Illumina测序平台进行高通量测序，采用Agilent Sureselect方法捕获外显子，所测序数据经NextGENe^®软件进行匹配分析，再经Ingenuity在线软件系统进行变异的过滤及解释，最后用Sanger测序验证候选变异基因。

依据美国医学遗传学和基因组学学会（American College of Medical Genetics and Genomics, ACMG）指南^［11］对检测到的变异分为：良性（benign）、可能良性（likely benign）、意义不明确（variant of uncertain significance）、可能致病（likely pathogenic）、致病（pathogenic）。针对新的变异位点利用Alamut等蛋白功能软件进行功能预测。

1.5　文献回顾

通过检索中国知网、万方数据知识服务平台和PubMed数据库，以“软骨发育不全”“软骨发育不良”“achondroplasia”“hypochondroplasia”为关键词，检索建库以来至2023年12月发表的相关文献，最终选取2000年1月—2023年10月国内外报道的ACH患者308例及HCH患者95例，与本中心患儿进行对比分析。

1.6　统计学分析

采用R 4.5.0软件分析相关研究数据。计数资料采用Barnard精确检验进行分析，以双侧P<0.05为差异有统计学意义。

2 结果

2.1　 FGFR3基因变异谱

2012年1月—2023年12月期间至我院完善基因检测的患儿中，共有95例（含产前诊断）患儿存在FGFR3基因变异。95例患儿中，52例（55%）为ACH，24例（25%）为HCH，9例（9%）为TD，2例（2%）为SADDAN，3例（3%）为综合征型骨骼异常，5例（5%）因临床表型与基因变异所致疾病不符而未能明确诊断。见表1。

52例ACH患儿均存在FGFR3基因c.1138G>A杂合变异，其中2例为母系遗传，其余为新发变异。24例HCH患儿中，12例（50%）存在c.1620C>G杂合变异，7例（29%）存在c.1620C>A杂合变异；其余5例分别存在c.791C>T、c.833A>G、c.1127T>A、c.1612A>G和c.1619A>G杂合变异。9例TD患儿中，c.742C>T为最常见的变异（6例，67%）。有1例患儿存在c.1663G>T杂合变异，既往未见报道，根据ACMG指南评级为可能致病变异。然而，该变异为母系遗传，且患儿及其母亲仅表现为身材矮小，未见其他表型，因此其致病性仍待进一步验证。

95例患儿中，94例（99%）为错义变异，且绝大多数变异位于9号外显子（56例，59%），其次是12号外显子（10例，11%）和7号外显子（9例，9%）。见图1。

2.2　ACH临床表型特征

22例ACH患儿均表现为典型非匀称性矮小伴肢体发育不良（22例，100%），常见表型包括大头畸形（16例，73%）、鼻梁凹陷（15例，68%）、弓形腿（12例，55%）、前额突出（11例，50%）、中面部发育异常（9例，41%）和三叉戟手（9例，41%），智力发育均正常。17例（77%）患儿合并并发症，包括脑积水9例（5例行手术）、肘关节伸展受限9例、脊椎异常（胸腰椎后突、椎管狭窄等）8例、阻塞性睡眠呼吸暂停6例、黑棘皮病6例、中耳功能障碍/听力异常3例、关节活动过度3例。

本队列中肘关节伸展受限、婴儿肌张力低下、黑棘皮病和肥胖的发生率高于已报道病例（P<0.05）；而前额突出、三叉戟手和胸廓发育不全的发生率相对较低（P<0.05）。见表2。此外，文献中尚有ACH患者合并肿瘤、眼部病变、牙齿发育异常、胆道闭锁等相关报道，但在本队列中均未观察到。

2.3　HCH临床表型特征

10例HCH患儿均表现为非匀称性矮小，常见表现包括肢体发育不良（8例，80%）、鼻梁凹陷（8例，80%）、大头畸形（6例，60%）、短指（5例，50%）、前额突出（5例，50%）和黑棘皮病（5例，50%）。1例因黑色素瘤行手术治疗，1例因脑积水行外科干预，另有1例因再生障碍性贫血行造血干细胞移植治疗。本队列中鼻梁凹陷、肢体发育不良、短指和前额突出较已报道病例更常见（P<0.05），未见智力障碍。见表3。

2.4　家族肿瘤史

22例ACH患儿均无肿瘤表型，1例患儿的外祖父患甲状腺癌，1例患儿的祖父有肠道肿瘤。10例HCH患儿中，有1例黑色素瘤，1例再生障碍性贫血；在亲属中，黑色素瘤患儿的外祖父罹患膀胱癌，再生障碍性贫血患儿的外祖母同时患有直肠癌、乳腺癌及肺癌。

3 讨论

FGFR3基因位于4号染色体短臂（4p16.3），编码的FGFR3蛋白包含1个胞外配体结合结构域（含免疫球蛋白样结构域IgⅠ~Ⅲ）、1个疏水跨膜结构域和1个胞内酪氨酸激酶结构域（含2个亚结构域）。在硫酸化糖胺聚糖的存在下，FGF配体与受体相互作用，促使胞内激酶结构域中的酪氨酸残基二聚化和自身磷酸化，激活下游信号通路^［12-14］。

FGFR3蛋白主要表达于骨细胞，在骨骼生长及软骨内骨化过程中发挥作用，生理状态下可抑制骨骼过度生长，对骨骼发育及细胞增殖的维持具有重要意义。其功能获得性胚系变异可通过配体非依赖性受体激活途径，增强FGFR3对软骨内骨化的抑制作用，从而导致骨骼发育异常^{［4，6，15］}。在本研究中，95例FGFR3基因变异的患儿均以骨骼发育异常为主，疾病类型多样，以ACH和HCH为主，亦包括TD、SADDAN、Muenke综合征、Crouzon综合征和泪-耳-牙-指（趾）综合征。本研究发现，ACH及HCH患儿和已报道患者队列间的部分表型存在差异，除人种和地区外，年龄结构亦是重要影响因素。本研究纳入18岁以下患儿，而文献中患者年龄范围更广，部分表型可能随年龄增长逐渐显现，从而影响统计结果。此外，国内产前筛查普及，存在FGFR3基因变异的胎儿多被终止妊娠，也可能影响表型分布。本队列无明确家族史，部分文献为家系研究，提示亦应考虑遗传背景。

FGFR3基因变异多为错义变异^［16］，以9号外显子最常见（59%），其次为12号（11%）和7号（9%）。部分错义变异可导致未配对的半胱氨酸残基的产生，这些变异位于胞外免疫球蛋白样结构域IgⅡ和IgⅢ之间的连接区中（如Arg248Cys和Ser249Cys），或胞外和跨膜结构域的交界处（如Gly370Cys）^［17-18］，促使受体同源二聚化和酪氨酸磷酸化，导致配体非依赖性组成型受体的活化^［19-20］。其他错义变异会影响跨膜结构域或胞内激酶结构域，如Gly380Arg（ACH）变异促使受体间形成氢键，导致组成性受体激活^［21］；Ala391Glu（Crouzon综合征）变异导致二聚体稳定化^［22］；Lys650Glu（TD）或Asn540Lys（HCH）等变异通过激活受体酪氨酸激酶活性和下游ERK 1/2途径，或延迟受体的下调和内吞作用，使受体积聚无法被降解^{［7，23-25］}，从而增强FGFR3活性。受体活化程度与表型的严重程度相关，与ACH、HCH等疾病相比，TD中受体活化更强烈，表型更重^［19］。图1显示，跨膜结构域和胞内酪氨酸激酶结构域1附近的变异多致ACH和HCH；而胞外结构域和胞内酪氨酸激酶结构域2附近的变异多见于TD，亦可见于HCH和SADDAN，符合文献报道^［6］。因此我们认为，248、373、650、807位氨基酸的变异易致严重表型，而134、264、278、376、379、380、538、540、555、669位氨基酸的变异所致骨骼异常更轻。

此外，亦有研究指出FGFR3基因变异和肿瘤性疾病的潜在关联，如多发性骨髓瘤、尿路上皮癌、宫颈癌和结直肠癌。在本研究中，1例HCH患儿患黑色素瘤（母系来源），其外祖父患膀胱癌；另1例HCH患儿患再生障碍性贫血，其外祖母曾罹患多种癌症，提示家族肿瘤史或为潜在危险因素。

本研究存在一定局限性。第一，研究样本量较少，部分病例因失访导致资料不全；第二，队列内随访时间不一致，可能影响表型评估，产生偏倚。

综上，ACH是最常见的疾病类型，错义变异是其主要变异形式。受体活化程度的强弱与骨骼发育异常临床表型的严重程度有关。未来需扩大样本量，开展多中心、长期随访研究，进一步完善基因型-表型数据，为疾病的诊断与治疗提供依据。

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