先天性髋脱位的遗传流行病学研究以及与HOXB9基因和COL1A1基因的关联分..

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中国医科大学
博士学位论文
先天性髋脱位的遗传流行病学研究以及与HOXB9基因和COL1A1基
因的关联分析
姓名:***
申请学位级别:博士
专业:儿科学
指导教师:***
20050401
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论文作者签名:圭!塾
指导教师签名:2丝茎叠
<二:疆垂殖鑫董蔓二)
先天性髋脱位的遗传流行病学研究以及
与HOXBO基因和COLlAl基因的关联分析
目的
先天性髋脱位(congenitaldislocationofthehip,CDH)又称发育性髋关节发育不良(developmentaldysplasiaofthehip,DDH),是tJ,JL骨科常见的严重危害儿童健康的先天畸形之一,其发病率在世界范围内存在明显的种族和地区差异,我国发病率为0.91%o~3.80%o不等。

CDH的遗传模式及其发病机制至今不明,大量临床资料显示遗传因素以及宫内、产时和产后环境危险因素在CDH的发病中可能起重要作用,但迄今为止,国内外尚未见系统的遗传流行病学及分子遗传学研究报道。

研究CDH的遗传和环境危险因素以及相关基因,不仅有助于全面阐明其发病机理,还将有可能发现用于高危个体或人群检测的易感基因和遗传标记,具有重要的理论意义和实用价值。

CDH是胚胎发育过程中髋关节发育异常引起的先天畸形。

髋关节发育是一个极其复杂的多基因调控过程,它涉及不同时间、不同空间若干基因的有序表达。

近年来,国外有关胚胎发育的基因调控研究取得了初步进展,其中最主要的就是同源异型框基因。

同源异型框基因属于发育基因,它是一大类对生物体的生长和发育从时间和空间上进行协调的调控基因。

近千种同源异型框基因分布在基因组的不同位点上,其中一部分成簇存在,称为HOX基因;其他的散布在基因组中。

所有同源异型框基因特征性地共有一段180bp的DNA序列,即同源盒,同源盒在进化过程中高度保守。

同源盒编码的是一种含60个氨基酸的同源结构域,能够特征性地与DNA结合。

同源异型框基因编码的同源结构域蛋白是重要的转录因子,调节靶基因的表达,从而控制不同部位的形态发生和细胞分化。

近年来,大量动物实验表明HOX基因是脊椎动物胚胎发育和肢体发育的主要调控基因,其功能改变将导致肢体发育畸形,最近也发现了人类先天畸形与HOX基因相关的报道。

CDH从胚胎发育的过程来看很可能受HOX基因调控。

髋关节位于肢
体的近端,根据HOX基因表达的时空共线性原则,Davis等提出HOX基因
第9对位列的表达分布区域可能与髋关节区域相吻合,因此,在HOX基因
家族中,日0煳9、HOXB9、HOXC9和HOXD9可能与CDH的关联性最大。

I型胶原是机体主要的结构胶原,是构成皮肤、骨骼、软骨、肌腱、韧带以及关节囊等结构的主要成分。

人类I型胶原是由2条I型胶原d1链(collagentypeIalphal,COLlAl)和l条I型胶原以链(collagentypeIal—pha2,COLlA2)组成的三螺旋结构,I型胶原dl链基因(collagentypeIa1.
pha1,COLlAl)和I型胶原以链基因(collagentypeIalpha2,COLlA2)突变均可能导致肌腱、韧带及关节囊松弛和软骨细胞分化异常。

目前众多
学者认为髋关节囊松弛、有关韧带松弛(如圆韧带)和骨盆韧带松弛,以及软骨发育异常导致的髋臼发育不良是CDH的主要致病因素。

1999年Gi—unta等报道了因COLlAl和COLlA2基因杂合性突变导致的20名VII型Ehlers—Danlos综合征患者均表现有双侧CDH,因此提示COLlAl和COLLA2基因可能是CDH的候选基因。

根据CDH的发病特点,本研究采用候选克隆策略,从与生物体胚胎发育密切相关的调控基因家族和I型胶原蛋白基因人手,进行CDH遗传易感基因定位研究,首次将CDH遗传易感基因定位到HOXB9基因和COLlAl基因共同所在的染色体区域17q21,因此确定HOXB9基因和COLlAl基因为CDH的候选基因。

在此研究基础上,进一步对HOXB9基因同源盒进行突变检测以及COLlAl基因内PCOL2和Spl结合位点多态进行等位基因关联分析,从而在基因水平上探索CDH的发病根源。

方法
l。

CDH遗传流行病学研究
应用病例对照研究方法,对44J4例CDH先证者及其对照的家系资料进
行遗传流行病学调查,采用Logistic回归分析方法进行CDH家族史及其他危险因素的多因素分析,同时应用Falconer多基因阈值模型进行CDH遗传度估算。

2。

CDH遗传易感基因的初步定位
在HOXB9基因和COLlAl基因共同所在的染色体区域17q21内选择微卫星DNA标记D17S1820,应用聚合酶链反应及变性聚丙烯酰胺凝胶电泳技术,对101个CDH核心家系的303名成员进行基因型分析,并进行传
递不平衡检验。

3.HOXA9、HOXB9和HOXD9基因同源盒突变研究
应用聚合酶链反应一单链构象多态技术,对130例CDH患者进行HOXA9、HOXB9和HOXD9基因第2外显子突变分析。

4.PCOL2和Spl结合位点多态与CDH关联分析
应用聚合酶链反应一限制性片段长度多态性技术,在81个CDH核心家系中,对位于COLlAl基因启动子内的PCOL2多态(一1997G/T)和转录调控区第1内含子内的Spl多态(1546G/T)进行基因分型,并进行传递不平衡检验。

5.PCOL2位点遗传多态性分析
选择156名无血缘关系个体进行PCOL2位点的基因型频率和等位基因频率分析,并进行Hardy—Weinberg平衡吻合度检验。

然后将中国北方人群PCOL2位点基因型和等位基因频率分布与文献报道的西班牙白人群和美国白人群进行比较,并进行X2检验。

结果
1.CDH遗传流行病学研究结果
在444例CDH先证者中,有42例(9.46%)具有CDH家族史;而在444例对照组中,仅7例(1.58%)具有CDH家族史,单因素分析其比值比(oddratio,OR)及95%可信区间(95%confidenceinterval,95%CI)为6.522(14.684~2.897);Logistic回归多因素分析在调整其他因素后,OR值降低为5.209(12.284~2.209),但仍是一显著的危险因素。

臀位妊娠和双下肢捆绑OR值及95%C1分别为3.504(5.626—2.182)、4.842(6.507~3.604)。

剖腹产与CDH发病无关联(P=0.579)。

先证者一级、二级亲属CDH患病率显著高于对照组亲属,其OR值及95%C1分别为25.441(188.150—3.440)、3.453(10.502~1.135)。

亲缘关系的远近与患病率也有关系,先证者一级亲属患病率>二级亲属患病率>三级亲属患病率>对照组亲属患病率。

先证者一级、二级、三级亲属的遗传度分别为67.88%±5.12%、48.53%±11.06%、31.82%4-42.89%,三者加权平均遗传度为41.74%±4.62%。

2.CDH遗传易感基因的初步定位结果
在D17S1820位点共检测到12个等位基因,42种基因型,杂合度为O.
7970。

CDH与D17S1820位点的第4个等位基因存在传递不平衡(X2=6.025,P=0.022),提示CDH与D17S1820位点的第4个等位基因存在关联。

3.HOXA9、HOXB9和HOXD9基因同源盒突变研究结果
全部130例CDH患者均未检测到HOXA9、HOXB9和HOXD9基因第2外显子扩增片段的单链泳动变位。

4.PCOL2和Spl结合位点多态与CDH关联分析结果
PCOL2结合位点G/T多态与CDH不存在明显关联(X2=0.381,P=0.537);Spl结合位点只检测到sS基因型,未检测到Ss或ss基因型。

5.PCOL2位点遗传多态性分析结果
PCOL2位点在156名中国北方人群中的基因型分布为:GG基因型35.9%(56例)、GT基因型53.8%(84例)、TT基因型10.3%(16例)。

x2检验显示,基因型频率的观察值和期望值无显著性差异(x2=3.638,P>0,05),提示该群体符合Hardy—Weinberg遗传平衡法则。

中国北方人群PCOL2位点的基因型频率和等位基因频率分布与西班牙白人群和美国白人群存在显著差异。

结论
1.CDH具有多基因遗传病的特点.遗传因素在决定CDH的易患性上起重要作用,臀位妊娠和双下肢捆绑是CDH的重要环境危险因素,剖腹产与CDH发病无关。

2.CDH与HOXB9基因和COLlAl基因共同所在的染色体区域17q21有关联,HOXB9基因和COLlAl基因是CDH的候选基因。

3.HOXA9、HOXB9和HOXD9基因同源盒可能不存在CDH的致病性突变。

4.中国北方人群PCOL2结合位点多态可能与CDH发病无关。

中国北方人群不存在Spl结合位点多态。

5.PCOL2结合位点多态和Spl结合位点多态分布在世界范围内存在明显的种族差异。

关键词
先天性髋脱位;遗传因素;遗传度;HOXB9基因;COLlAl基因;传递不平衡检验;同源盒;突变;单核苷酸多态;关联分析
C:甄餮匿藏£:二>
CongenitalDislocationoftheHip:Studyof
GeneticEpidemiologyandAssociations
with日0X且19andCOLIAlGenes
ABSTRACT
Objective
Congenitaldislocationofthehip(CDH),alsocalleddevelopmentaldys—plasiaofthehip(DDH),isoneofthemostcommoncongenitalmalformationsintheDepartmentofPediatricOrthopaedics,whichdoessevereharmtochildren§health.TheprevalenceofCDHvariesaccordingtoracialandgeographicpa—rametersthroughouttheworld.IthasbeenreportedthattheprevalenceinChinarangesbetween0.91%oand3.80%“Uptonow.thegeneticmodelandpatho-genesisofCDHremainselusive.Moreandmoreclinicaldatasupportsuchahy—pothesisthatgeneticfactorandsomerelatedenvironmentalfactorsinvolvedinutero,perinatally,orsubsequentlywithdevelopmentmayplayacrucialroleintheetiologyofCDH.However,nocomprehensivestudiesonepidemiologyandmoleculargeneticsofCDHhavebeenreportedSOfar.Therefore,thestudiesongeneticandenvironmentalriskfactors,aswellassusceptibilitygeneswouldbeofgreathelpnotonlytoshedlightOilthepathogenesisofCDH,butalsotoiden—tifythesusceptibilitygenesandgeneticmarkersforat——riskindividualsorpopu—-lation.
ItisconsideredthatCDHisakindofcongenitalmalformationthatresultsfromtheabnormaldevelopmentofthehipjointduringtheembryonicdevelop—ment.Thegrowthanddevelopmentofthehipjointisacomplicatedprocessin·volvedinthesequentialregulationandexpressionofmultiplegenesindifferenttemporalandspacialdevelopmentofembryogenesis.Recently,progresshasbeenmadeintheresearchintoregulatorygenesofembryonicdevelopment,of
whichhomeoboxgenefamilyisthemostimportant.ThefamilycomprisesalargeDumberofgenesthatplayafundamentalroleintemporalandspacialregulationofgrowthanddevelopmentoforganisms.Nearlythousandsofhomeoboxgenesdistributeindifferentregionsofgenome,ofwhichHOXgenesarepresentinaclusteredway,whileothersarescatteredthroughoutthegenome.Alltheho-meoboxgenescontainacommonsequenceelementof180bp,thehomeobox,whichhasbeenhighlyconservedthroughoutevolution.Thehomeoboxencodesa60一aminoacidhomeodomainthatisresponsibleforsequence—specificDNAbindingofmuchlargerheomodomainproteins.TheseproteinsaretranscriptiontrmasregulatorsthatregulatetheexpressionoftargetgenesandcontrolVariOUSas—pectsofembryogenesisandcelldifferentiation。

GeneticanalysesinanimalshaverevealedthattheHOXgenesarethemajorregulatorygenesofthemorphogenesisofthevertebrateembryoandlimb,and
thealterationsoftheirfunctionresultinabnormalitiesoflimbdevelopment.Mo—
malformationsarereover,Ithasbeenreportedthatsomeofhumancongenital
causedbymutaionsofHOXgenes.ThereisapossibilitythatHOXgenesplayaregulatoryroleinpathogenesisofCDH.AccordingtotheruleoftemporalandspacialcolinearityofHOXgeneexpression,Daviseta1.suggestedthattheex—pressionoftheninthparalogousHOXgenesliewithintheregionofthehipjoint.Therefore,oftheHOXfamily,HOXA9,HOXB9,HOX69andHOXD9aremostlikelyassociatedwithpathogenesisofCDH.
T、TpeIcollagen,amajorextracellularmatrixcomponentintissuessuchasskin,bone,cartilage,tendon,ligament,andcapsule,eta1.,playsasignifi—cantroleinfluencingcellbehaviorandmaintainingtissuestructure.Collagentype1iscomposedofthreepolypeptidechainsencodedbycollagentypeIalpha1gene(COLlAl)andcollagentypeIalpha2gene(COLlA2).Asaresult,mutationsinCOLlAIandCOLlA2genesmayresultinlaxityoftendon,ligamentandcapsule,aswellasabnormaldifferentiationofcartilagecell.Thelaxityoftendon,ligamentandcapsule,aswellasacetabulardysplasiaresultedfromab—normaldifferentiationofcartilagecellarethoughttobethecrucialcausesofCDH.In1999.Giuntaeta1.reposedthat20patientswithEhlers—Danlossyn—drometypeVIIallpresentedwithbilateralCDH,suggestingthatCOLlAland
·6·
COLlA2becandidategenes0tCDH.
AccordingtotheforementionedcharacteristicsofpathogenesisofCDH,wechosethecandidatecloningstrategytofocusthestudyontheregulatorygenein·volvedintheembryonicdevelopmentandTypeIcollagengene.Forthefirsttime,ourstudymappedthesusceptibilityregionofCDHto17q21whereexistsHOXB9geneandCOLlAIgene,SOHOXB9geneandCOLlAlgeneareconsid—eredtobecandidategenesofCDH.FurtherstudiesonmutationscreeningofthehomeoboxofHOXB9geneinCDHpatientsandassociationanalysisbetweenCDHandPCOL2andSplpolymorphismsoftheCOLlAIgenewouldbeofgreatvaluetoelucidatethepathogenesisofCDH.
Methods
1.GeneticepidemiologyOICDH
Acase——controlstudyincluding444pairsofCDHpmbandandnormalcon—·trolpedigreeswasperformedtoanalyzetheeffectofgeneticfactorandotherriskfactorsontheliabilityofCDH.Logisticregressionmodelwasusedformultifae—toranalysis,andFalconerThresholdModelwasutilizedtoestimatetheheritabil·ity.
2.MappingofsusceptibilitygeneofCDH
AmicrosatelliteDNAmarkerD1751820intheregionofchromosome17q21whereexistsHOXB9genewhichregulatestheembryoniclimbdevelopmentandCOLlAlgenewaschosen.Genotypesof303membersin101CDHnuclearfami—lytrioswereanalyzedbythetechniquesofpolymerasechainreaction(PCR)anddenaturingpolyacrylamidegelelectrophoresis.Thentransmissiondisequilib-riumtest(TDT)wasusedtotestthedataofgenotypes.
3.Mutationanalysisofthehomeobox
Polymerasechainreaction—singlestrandconformationpolymorphism(PCR—SSCP)wasusedtodetectthemutationofexon2ofHOXA9,HOXB9andHOXD9genesin130CDHpatients.
4.AssociationbetweenpolymorphismsofPCOL2andSplandCDH
ThePCOL2polymorphism(一1997G/T)inthepromoterandSplpoly一
·7·
morphism(1546G/T)intheintron1ofCOLlAlgeneweregenotypedin81CDHnuclearfamiliesbythetechniqueofpolymerasechainreaction—restrictionfragmentlengthpolymorphism(PCR—RFLP),andthenTDTwasusedtoana-lyzethedataofgenotypes.
5.DistributionofPCOL2polymorphisminvariouspopulations
156ChineseNorthpopulationswerechosentoanalyzethegenotypeandal—lelefrequencydistributions,andthentoperformHardy—WeinbergEquilibriumtest.ThesignificantdifferencesofgenotypeandaHelefrequencydistributionsweredetectedbetweentheChineseNorthpopulationandSpanishCaucasianpop—ulation,andtheChineseNorthpopulationandAmericanCaucasianpopulationbyX2test.
Resuits
1.GeneticepidemiologyofCDH
42CDHprobandsin掣M(9.46%)hadtheCDHhistory,comparedwith
only7controlsin444(1.58%).’rheoddratio(OR)and95%confidencein—terval(95%CI)oftheCDHfamilyhistorywereslightlylowerinmultifactora—nalysis(5.209,95%CI=12.284~2.209)thanthoseinmonofactorialanalysis(6.522,95%CI=14.684~2.897),butstillsuggestingthatitwassignificant—lyrelatedtoCDH.Additionally.0Rvalueand95%CIofbreechpositionandswaddlingpositioninextensionandadductionwere3.504(5.626—2.t82)and4.842(6.507—3.604),respectively.NoassociationwasidentifiedbetweenCesareansectionandCDHfP=0.579).7rheprevalencerateofthefirst—de—greeandthesecond—degreerelativesinprobandgroupwassignificantlyhigherthanthatincontrolgroup,andtheirORvalueand95%C1were25.44l(188.150—3.440)and3.453(10.502~1.135),respectively.Theorderofpreva—lenceratewasasfollows:first—degreerelatives>second—degreerelatives>third—degreerelatives>controlrelatives.theheritabilityofliabilitytoCDHwas67.88%±5.12%inthefirst—degreerelatives.48.53%±11.06%inthesecond—degreerelatives,31.82%4-42.89%inthethird—degreerelatives,andtheirweightedmeanheritabilitywas41.74%-4-4.62%.
·8·
2.MappingofsusceptibilitygeneofCDH
12allelesand42genotypeswereobservedatD17S1820polymorphysm.Theheterozygositywas0.7970.Transmissiondisequilibriumwasidentifiedbe—tweenCDHandthefourthalleleofD17S1820(<=6.025,P=0.022),sugges—ringthatCDHissignificantlyassociatedwiththefourthalleleofD17S1820.3.Mutationanalysisofthehomeobox
Nomutationinexon2ofHOXA9,HOXB9andHOXD9geneswasidentifiedin130CDHpatients.
4.AssociationbetweenpolymorphismsofPCOL2andSplandCDH
NosignificantassociationwasobservedbetweenCDHandPCOL2polymor-phism(x2=0.381,P=0.537).Forthe120individualstested,nopolymorphicrestrictionenzymesiteofSplpolymorphismwasidentifiedinoursample,andthea11eleswasabsent
5.DistributionofPCOL2polymorphisminvariouspopulations
ThegenotypedistributionofPCOL2polymorphismin156ChineseNorthpopulationsisasfollows:GG35.9%,GT53.8%,1t1110.3%.Nosignificantdifferencebetweentheobservedandexpectednumbersofdifferentgenotypeswasfound.suggestingthatthepopulationwasunderHardy—WeinbergEquilibrium.GenotypeandallelefrequencydistributionsinChineseNorthpopulationweresignificantlydifferentfromthoseinSpanishCaucasianpopulation,andAmericanCaucasianpopulation.
Conclusion
1.CDHconformstothecharacteristicsofpolygenicdisorder.GeneticfactorplaysanimportantroleintheliabilityofCDH.Thebreechpositionandswadd·lingpositioninextensionandadductionaretwocrucialenvironmentalriskfac—torsofCDH.CesareansectioniSnottheriskfactorofCDH.
2.CDHissignificantlyassociatedwiththeregionofchromosome17q21.HOXB9geneandCOLIA1genearecandidategenesofCDH.
3.NopathogenicmutationofCDHmayexistinthehomeoboxofHOXA9,HOXB9andHOXD9genes.
·q·
4.PCOL2polymorphismmaynotberesponsibleforthepathogenesisofCDH.NoSplpolymorphismexistsinChineseNorthpopulation.
5.ThereexistsracialdifferenceinthedistributionofthePCOL2andSplpolymorphismsofCOLlAlgenethroughouttheworld.
Kevwords
Congenitaldislocationofthehip;geneticfactor;heritability;HOXB9gene;COLlAlgene;transmissiondisequilibriumtest;homeobox;mutation;singlenucleotidepolymorphism;associationanalysis
·10·
<一一菱襄绩堕透一..>
英文缩写英文全称中文全称
CDHcongenitaldislocationofthehip先天性髋脱位
DDHdevelopmentaldysplasiaofthehip发育性髋关节发育不良ORoddratio比值比
95%CI95%confidenceinterval95%可信区间
HGPHumanGenomeProjeet人类基因组计划
COLIAlcollagentypeIalpha1I型胶原dl链
COLlA2collagentypeIalpha2I型胶原以链
COLIAlcollagentypeIalpha1I型胶原d1链基因
COLlA2collagentypeIalpha2I型胶原以链基因
EDSEhlers—DanlossyndromeEhlers—Danlos综合征PCRpolymerasechainreaction聚合酶链反应
GDBGenomeDatabase基因组数据库
ASPaffectedsib—pair受累同胞对
APMaffected—pedigree—member受累家系成员
Lodlogoddsscoremethod优势对数记分法
IBDidenticalbydescent血缘一致性
IBSidenticalbystate状态一致性
TDTtransmissiondisequilibriumtest传递不平衡检验
PICpolymorphisminformationcontent多态信息含量
STRshorttandemrepeat短串联重复序列
SSCPsinglestrandconformationpolymor-单链构象多态
phism
:一墓裹缱蜷j劐…>
·12·
<二二蠹通蠹=二:>
先天性髋脱位的遗传流行病学研究
前言
先天性髋脱位(congenitaldislocationofthehip,CDH)又称发育性髋关节发育不良(developmentaldysplasiaofthehip,DDH),是t]、JL骨科常见的严重危害儿童健康的先天畸形之一,其发病率在世界范围内存在明显的种族和地区差异,白种人发病率高,黑种人罕见,而黄种人介于两者之间¨。

]。

高发区如美国和意大利北部为9%o一12%o。

我国发病率为0.9l‰~3.80%0不等,即每年约有5万左右CDH患儿出生,严重影响我国的人口素质。

大量临床资料显示遗传因素以及宫内、产时和产后环境危险因素在CDH的发病中起重要作用¨“1,但迄今为止,CDH的病因及遗传模式尚未完全阐明,故CDH的致病基因研究进展缓慢。

研究CDH遗传和环境危险因素,不仅为阐明其发病机理和遗传干预提供理论依据,还将为CDH的遗传易感基因定位奠定基础。

国内外统计资料显示,CDH亲属患病率比一般群体患病率明显增高。

1970年Wynne—Davies等p1对589例CDH患儿及其家系进行调查,发现如果家系中只有一个子女患病而父母正常,则下一胎发病风险为6%;如果家系中双亲之一患病,则下一胎发病风险为12%;但如果家系中双亲之一和一个子女同时患病,则下一胎发病风险高达36%。

1996年我国彭明惺等¨叫对706例CDH患儿进行家系调查,发现一级亲属患病率明显高于一般群体。

另外,双生子研究表明单卵双胎CDH同病率比异卵双胎高3~4倍Ⅲ““。

上述资料提示CDH具有明显的家族聚集倾向,遗传因素在CDH的发病中可能起重要作用。

众多学者认为CDH发病率的种族和地区差异不仅与遗传因素有关,还可能与生活习惯和环境因素密切相关【l…。

来自不同国家和地区的研究资料均显示臀位妊娠胎儿CDH发病率明显高于一般群体¨5,”J。

另外,习惯背背婴儿的民族,如朝鲜、香港和非洲等一些国家CDH发病率非常低;相
·13·
反,位于寒冷地区习惯双下肢捆绑式襁褓的一些民族,如意大利北部、加拿大、北美印第安人等CDH发病率明显增高Ⅲ川,因此推测生后伸直内收位(双下肢捆绑)的襁褓方式也可能与CDH的发病有关。

近年来有些学者认为剖驻产也是导致CDH发生的一个环境危险因素,但国外关于剖腹产与CDH是否相关的研究结果相互冲突¨9’”j。

尽管CDH的遗传模式至今尚未明确,但根据遗传因素以及上述环境因索在CDH发病中所起的作用,国内外学者一致认为CDH属于多基因遗传病,而且具有明显的遗传异质性,不同的种族和地区对CDH发病机制的影响可能存在不同。

目前我国尚未见系统的CDH遗传流行病学研究报道。

本研究采用病例对照研究方法,结合Falconer多基因易患性阈值模型,对444例CDH家系进行遗传流行病学调查,从而探讨遗传因素以及其他相关危险因素在CDH发病中的作用。

实验对象与方法
一、实验对象
采用1:l匹配的方法收集先证者和对照组家系资料。

全部444例CDH先证者均来自2001年5月~2005年3月期间在中国医科大学附属第二医院小儿骨科病房住院治疗的现患病例,所有患者均有典型的临床表现,经x线检查及/或手术确诊,其中男73人,女371人,男:女=5.08:1,年龄0—6月23人;~1岁43人;一3岁208人;~10岁138人;10岁以上32人。

同期在我院儿童保健科门诊随机选择民族、性别相同,年龄相差±1岁的正常体检儿童作为对照,共收集CDH病例和对照444对。

二、实验方法
1.资料收集
采用统一设计的CDH遗传流行病学调查表。

先证者的家系资料由研究者本人详细问卷后完成;对照组的家系资料由研究者本人以及同专业的两名硕士研究生详细问卷后完成。

调查方法为门诊、病房询问和电话询问相结合。

调查内容包括两大部分,一部分为因素调查,主要包括先证者和正常对照的民族、性别、年龄、胎位、产式、生后包裹方式及包裹时间等因素;另一部分为遗传调查,包括先证者和正常对照的一级亲属(父母、同胞),二级亲属(伯、叔、舅、姑、姨、祖父母、外祖父母)和三级亲属(堂表兄、弟、姐、妹)
·14·
的人数、患病人数以及民族、性别、年龄等一般情况。

所有患病亲属均有典型的临床表现,曾经x线检查及/或手术确诊。

2.统计分析
(1)Logistic回归分析方法进行CDH危险因素分析及多因素分析
分别计算先证者组和对照组一级、二级和三级亲属的患病率,进一步对CDH的遗传因素和其他危险因素进行单因素和多因素的比值比(oddratio,OR)和95%可信区间(95%confidenceinterval,95%CI)估算。

(2)Falconer多基因阈值模型【2¨估算CDH遗传度
h2:b

b:—(Xc-—Xr)Pc
V。

=(缸×(去)r’P小q
一、二两亲属加权平均遗传度=觜。

I=高
遗传度的标准误Sh2:卫生
加权平均遗传度标准误=_=二兰==
√11+12+13
h2:遗传度
b:亲属易患性对先证者易患性的回归系数
r:亲缘系数(一级亲属是1/2、二级亲属是I/4、三级亲属是1/8)
xc:对照亲属的易患性均值至阈值之差
Xr:先证者亲属的易患性均值至阈值之差
a:阈值概率密度与一般人群发病之比值
A:先证者亲属的患者绝对数
q为患病率
其中xc、Xr、a均可由对照亲属患病率和先证者亲属患病率查Falconer表‘211得到。

(3)统计分析使用SPSS12.0软件
·15·
实验结果
一、均衡性检验
先证者与对照组家系中一、二、三级亲属人数的均衡性比较差异无显著性(见表l一1),说明两组核心家系的均衡性较好。

表1一lCDH先证者与对照家系各级亲属人数的均衡性比较
二、Logistic回归单因素分析结果
首先对CDH家族史及其他可能的环境危险因素进行单因素Logistic回归分析,结果表明CDH家族史、臀位妊娠和双下肢捆绑是CDH的危险因素,而剖腹产与CDH发病无关联(见表1—2)。

表l一2CDH家族史及其他可能危险因素单因素l_ogistic回归分析
三、Logistic回归多因素分析结果
考虑各因素之间可能存在联系或混杂作用,对单因素Logistic回归有意义的变量选人多因素Logistic回归模型,采用逐步回归分析法,以0.10作为剔除变量的显著性水平,O.05作为选人变量的显著性水平,进行多因素k—gistic回归分析,结果表明CDH家族史、臀位妊娠和双下肢捆绑是影响CDH发病的危险因素(见表1—5)。

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进~步对双下肢不同捆绑时间进行分层分析,结果显示双下肢捆绑大于2个月的OR值>双下肢捆绑1~2个月的OR值>双下肢捆绑小于1个月的0R值(见表l一4),其趋势分析x2=88.82l,P<0.001。

表1—3CDH危险因素多因素条件Logistic回归分析
表1—4双下肢不同捆绑时间的OR值比较
注:上述X2值是捆绑组与未捆绑组之间的比较。

四、先证者家系与对照家系亲属CDH发病情况比较
先证者一级、二级亲属CDH患病率显著高于对照组亲属,其OR值及95%C1分别为25.44l(188.150~3,440)、3.453(10.502~1.135),先证者三级亲属CDH患病率也高于对照组亲属,但两者差异无显著性(见表1—5),提示本病具有家族聚集性。

表1—5、各级亲属CDH患病情况比较
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五、CDH遗传度估算
先证者一级、二级、三级亲属的遗传度分别为67.88%±5.12%、48.53a/o±11.06%、31.82%±42.89%,三者加权平均遗传度为41.74%±4.62%,见表l一6。

表1—6各级亲属CDH遗传度估算
Ⅳ:亲属人数;A:患病人数
讨论
一、遗传因素在CDH发病中的作用
CDH是胚胎发育过程中髋臼、股骨头、圆韧带、关节囊以及周围肌肉发育异常引起的畸形。

胚胎第5周,下肢芽开始分化,在未来髓关节区域,位于体壁中胚层的间充质细胞开始分裂,并聚集成致密的细胞团,称为胚基,胚基有两个分化方向,一部分分化成股骨头和髋臼的透明软骨;另一部分分化成髋关节滑膜、关节囊和韧带。

胚胎第6周,在胚基将要形成透明软骨的部位,间充质细胞体积增大,细胞间出现基质而逐渐演化为前软骨,代表未来股骨和髓臼的前软骨来自同一块胚基。

在胚胎7~8周时,髋臼与股骨头之间出现一裂隙,髋关节轮廓逐渐出现。

胚胎第1l周,髋关节完全形成、纠J。

出生时,股骨头和髋臼主要由软骨组成,生后髋臼继续发育,因此髋关节发育不良既可发生于宫内,又可发生于生后。

“o。

1994年Hinderaker等。

孙’对l,059,479名挪威儿童进行了新生儿髋关节不稳定的宫内危险因素研究,结果提出CDH存在4个高危期:①妊娠12周;②妊娠18周;③妊娠最后4周;④生后。

妊娠12周时胎儿下肢开始向中间旋转,此阶段髋关节的各种组织结构都可能出现发育异常,导致畸形型CDH的发生,此型CDH比较严重,常常伴有其他器官畸形;妊娠18周时髋关节周围的肌肉开
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始发育,此阶段可能出现神经肌肉发育异常,如脊髓发育不良和关节弯曲等,也将导致畸形型CDH发生;妊娠最后4周,臀位妊娠、羊水过少等因素可能产生一种不利于髋关节稳定的机械力的变化,这种机械力的变化也可能促使CDH发生;生后,新生儿关节囊和韧带相对松弛,在此阶段如果施行伸直内收位(双下肢捆绑)的襁褓方式,将同样促使CDH发生。

目前众多学者认为原发性髋臼发育不良是CDH的首发原因ⅢJ。

早在1942年Hatt提出髋臼发育不良是一种显性遗传,1981年Lingg等瞄。

曾对llo名有先天性髋脱位患儿的父母做x光测定,其中25%有平髋畸形,而12%有病理性深髋,进一步证实了髋臼发育不良的可遗传性。

国内外大量的家系及双生子研究结果也证实了遗传因素是构成CDH易患性的重要因素之一。

因此,本研究首先对CDH的家族史进行了分析,在444例CDH先证者中,有42例(9.46%)具有CDH家族史,而在444例对照组中,仅7例(1.58%)具有CDH家族史。

在单因素分析的基础上,进行多因素Logistic回归模型的拟合,结果在经过两个因素校正后,其OR值虽有所降低(由6.522降至5.209),但仍是一显著的危险因素,表明遗传因素在CDH发生中的作用并不是由混杂等偏倚所造成,CDH家族史可显著增加个体对CDH的患病危险性。

多基因遗传病是由多对微效基因协同作用并与环境因素共同导致的疾病,由于发病过程中需要许多因子共同参与,故又称为多因子遗传病或复杂性疾病。

多基因病的遗传规律远比单基因病复杂,具有如下遗传特点Ⅲ]:①发病有家族聚集倾向,患者亲属的发病率明显高于群体发病率,但绘成系谱后,不符合任何一种单基因遗传方式,同胞的发病率远低于1/2或1/4;
②患者双亲、同胞、子女的亲缘系数相同,均为1/2,故有相同的发病风险;
③随着亲属级别的降低,患者亲属的发病风险迅速降低,群体发病率越低的病种中,这种特征越明显;④近亲婚配时,子女患病风险增高,但不如常染色体隐性遗传显著,这可能与多基因的累积效应有关;⑤发病率有明显的民族或种族差异,这表明不同民族或种族的基因库是不同的。

本研究的家系资料表明先证者一级、二级亲属CDH患病率显著高于对照组亲属,其OR值及95%C1分别为25.441(188.150~3.440)、3.453(10.502~1.135)。

而且,亲缘关系的远近与患病率也有关系,先证者一级亲属患病率>二级亲属患病率>三级亲属患病率>对照组亲属患病率,先证者二级亲属的患病率(0.45%)显著低于一级亲属(2.68%)而不是降低1/2或1/4,上述结果提
示CDH具有明显的家族聚集性,但不表现为简单的孟德尔方式遗传,符合多基因遗传病的特点,其发病可能有许多因素的共同参与,即由多对微效基因的累加和某些环境因素共同作用所致。

由于我们的调查对象多为独生子女家庭,因此本研究不宜应用需要同胞患病数的分离比方法进行CDH的遗传模式估算。

本研究中先证者一级亲属患病率为2.68%,低于1996年我国彭明惺的报道结果(4.95%)¨…,分析原因可能与下列因素有关:一是在收集CDH家系资料时仍有不完整之处,可能遗漏一些临床样本,二是由于种种原因,亲属可能不愿意透露家族中有疾病史的家庭成员情况。

因此更精确的CDH遗传流行病学研究数据需要我们进行更细致的家系资料收集工作,进一步证实本研究结果。

在多基因病中,易患性的高低受遗传基础和环境因素的双重影响,其中遗传基础所起作用的大小称为遗传度(heritalility)。

一种遗传病如果完全由遗传基础决定,遗传度就是100%,这种情况在多基因病中是非常少见的。

在遗传度高的多基因病中,遗传度可高达’O一80%,这表明遗传基础在决定易患性变异和发病上有重要作用,环境因素的作用较小;在遗传度低的疾病中,遗传度可仅为30~40%,这表明在决定易患性变异和发病上,环境因素有重要作用,而遗传因素的作用不显著一“。

为了探讨遗传因素在CDH发病中所起作用的大小,本研究采用Falconer多基因阈值模型拉川进行了CDH遗传度估算,结果显示先证者一级亲属的遗传度为67.88%,说明在CDH的致病因素中,CDH受到遗传因素的影响远远超过环境因素,其中67.88%与遗传因素有关,32.12%与环境因素有关。

但因遗传度低于70%,所以环境因素在发病中也占有相当重要的地位。

本研究同时对臀位妊娠、双下肢捆绑和剖腹产等CDH可能的环境危险因素进行Logistic回归多因素分析,结果提示臀位妊娠和双下肢捆绑是CDH的重要环境危险因素,而剖腹产与CDH发病无关。

二、CDH的环境危险因素
髋关节的正常发育依赖于股骨头与髋臼同心的相互生理刺激。

在髋关节开始形成时,髋臼先呈深凹圆形,然后在发育过程中逐渐变浅,呈半圆形,出生时因髂骨、坐骨及耻骨部分融合,髋臼窝变得更浅K“。

靛臼的加深有赖于半球形股骨头的存在,股骨头与髋臼同心且头臼相匹配是髋臼正常发育的必要条件,股骨头的运动和压力产生的反复模造作用,使各骨骺向髋臼的周围方向生长,髋臼变大变深;股骨头的发育也同样依赖于正常头臼关系。

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