BBS9基因在非综合征型颅缝早闭中的作用

　　INC国际儿童脑瘤领域权威、世界小儿神经系统专业杂志《Child´s Nervous System》现任主编Concezio Di Rocco教授近期发表了研究论文《BBS9 gene in nonsyndromic craniosynostosis: Role of the primary cilium in the aberrant ossification of the suture osteogenic niche》（BBS9基因在非综合征型颅缝早闭中的作用：初级纤毛在骨缝成骨微环境异常骨化中的角色），以下是该研究的核心内容概述。

研究亮点

　　·BBS9基因在颅缝早闭患者过早骨化的骨缝中表达出现异常。

　　·患者骨缝细胞中初级纤毛的表达和信号传导存在紊乱。

　　·一个特定的BBS9剪接异构体在过早融合的骨缝中呈现过表达状态。

　　·由此产生的BBS9蛋白异构体可能无法驱动初级纤毛的正确组装。

研究背景

　　颅缝早闭是一种常见的结构性出生缺陷，由一条或多条颅骨骨缝过早融合导致，是人类第二常见的颅面畸形（仅次于唇腭裂），总体患病率约为1/2000至1/2500活产儿。尽管颅缝早闭可作为180多种孟德尔综合征和染色体异常的伴随症状，但大多数患者（75%至85%）表现为非综合征性（孤立性）类型。

　　非综合征性颅缝早闭被认为是一种多因素疾病，基因与基因之间、基因与环境之间的相互作用可能共同参与致病。非综合征型又根据过早融合的骨缝部位进行分类，并以其导致的颅骨形态异常命名。单骨缝类型包括舟状头畸形（矢状缝）、三角头畸形（额缝）、前斜头畸形（冠状缝）和后斜头畸形（人字缝）。当涉及多条骨缝时，则称为复杂性颅缝早闭，这类情况更可能属于综合征性表现。

　　尽管非综合征型颅缝早闭主要以散发形式出现，但仍有2%至10%的患者报告有家族聚集现象，提示可能存在孟德尔遗传模式。

　　目前，非综合征型颅缝早闭的遗传学病因在很大程度上仍不明确。已提出的致病机制包括：与综合征性颅缝早闭相关基因（FGFR1、FGFR2、FGFR3、TWIST1、EFNB1、TCF12等）的低外显率突变，以及在相互关联信号通路中起作用的基因突变，包括TCF12、ERF、TWIST1、ALX4、RUNX2、FREM1和ZIC1等。此外，环境风险因素的暴露也被认为是致病因素之一。近期有研究提出了双基因位点遗传模型，涉及BMP2基因座附近的常见风险等位基因，可增加SMAD6基因罕见功能缺失突变的外显率。

　　即使存在上述证据，目前也仅在少数患者中发现了能够明确指向非综合征型颅缝早闭强遗传病因的突变。大多数病例似乎在无可识别潜在病因的情况下发生，这提示在颅骨发育过程中，单条骨缝可能经历了异常的形态发生过程，最终导致过早骨化和融合。这种异常形态发生可能部分归因于影响过早融合骨缝部位的局部体细胞改变。

　　先前研究中，对融合与未融合骨缝组织及细胞进行的比较基因表达谱分析结果，支持非综合征型颅缝早闭患者颅骨畸形部位存在局部分子差异的假设。但由于实验设计和方案不同，这些研究的数据可比性和可重复性较差。

　　为深入理解非综合征型颅缝早闭的分子病因，研究团队此前对130个矢状缝非综合征型颅缝早闭患者核心家系进行了全基因组关联研究，鉴定出与BMP2和BBS9基因座的强且可重复的关联。BMP2编码TGFβ超家族成员，是调节成骨细胞发育的关键生长因子。TGFβ/BMP和FGF通路在发育和成骨过程中密切相互作用，在脊椎动物颅骨形态发生中发挥关键作用。此前研究已证明，散发性颅缝早闭患者过早融合的骨缝及其成骨前体细胞（颅骨来源的间充质细胞）表现出BMP2及其下游成骨级联反应的组成性激活。

　　关于BBS9，该基因编码一种结构蛋白，参与多聚体复合物（即BBSome）的组装，该复合物在初级纤毛生物发生和纤毛内运输中发挥重要作用。BBS9最初被鉴定为在成骨细胞中被甲状旁腺激素下调的基因，尽管其在成骨信号传导中的作用尚未被充分阐明。BBS9功能缺失突变与Bardet-Biedl综合征（OMIM: #615986）相关，但该综合征并不表现为颅缝早闭。

　　尽管初级纤毛内的分子信号传导已被认为是颅面形态发生中的关键功能参与者，但迄今为止，BBS9在颅缝早闭病因发病中的具体作用尚未得到功能证据的支持。在本研究中，团队检测了在非综合征型颅缝早闭患者颅骨中起作用的分子信号传导，重点关注BBS9及相关初级纤毛信号传导的功能作用。研究人员对受影响患者的匹配融合与未融合骨缝以及从中分离的细胞进行了比较分子和形态学分析。在融合骨缝来源的细胞中进行BBS9敲低实验，以验证该基因在成骨过程中的功能参与，并在大鼠出生后颅骨生长期间分析Bbs9表达，以确认其在体内骨缝骨化过程中的作用。此外，研究还尝试利用计算建模，通过将三维结构的预测与它们在BBSome组装建模中的功能活性相关联，来鉴定编码不同BBS9蛋白异构体的剪接变异体的贡献。

研究结论

　　非综合征型颅缝早闭是一种不伴有其他临床特征的颅骨骨缝过早骨化。少数非综合征型患者中发现了若干基因的突变，因此其分子病因发病机制在很大程度上仍不清楚。

　　该研究旨在阐明与非综合征型颅缝早闭患者骨缝异常骨化相关的分子信号传导。通过对非综合征型颅缝早闭患者骨缝的比较基因表达谱分析，发现了一个融合骨缝特异性的基因特征谱，包含17个参与初级纤毛信号传导和组装的基因。与同一患者未融合（通畅）的对照骨缝细胞相比，来自融合骨缝的细胞形成初级纤毛的潜力降低。

　　研究人员鉴定出Bardet Biedl综合征相关基因9（BBS9）的特异性上调剪接变异体，该基因编码纤毛BBSome复合体的结构组分。在非综合征型颅缝早闭患者骨缝来源的间充质细胞体外成骨分化过程中，BBS9表达增加。同样，在大鼠骨缝体内骨化过程中，Bbs9表达也增加。功能性敲低BBS9影响了患者骨缝细胞上初级纤毛的表达及其成骨潜能。对在患者中观察到的上调蛋白异构体进行计算建模预测，结果显示它们与BBSome复合体的结合亲和力可能受到影响，这为非综合征型颅缝早闭中骨缝的异常骨化提供了一种可能的解释。