【INC国际大咖研究成果】BBS9基因在非综合征型颅缝早闭中的作用-INC国际神经外科医生集团

　　INC国际儿童脑瘤大咖、世界小儿神经系统专业杂志《Child´s Nervous System》现任主编Concezio Di Rocco教授发表研究《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），以下是研究简述。

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　　研究亮点

　　BBS9基因在颅缝早闭患者过早骨化的骨缝中表达失调。

　　患者骨缝细胞中初级纤毛的表达和信号传导异常。

　　一个特定的BBS9剪接异构体在过早融合的骨缝中过度表达。

　　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。

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　　研究简介

　　颅缝早闭（CS）是一种主要的结构性出生缺陷，由一条或多条颅骨骨缝过早融合引起，是人类第二常见的颅面缺陷（仅次于唇腭裂），总患病率为1/2000–2500活产儿。尽管CS是超过180种孟德尔综合征和染色体异常的一个特征，但大多数患者（75%–85%）表现为非综合征性（孤立性）表型。

　　非综合征性颅缝早闭被认为是一种多因素疾病，其中基因-基因和/或基因-环境相互作用的效应很可能参与其中。NCS亚型根据过早融合的骨缝部位分类，并以由此导致的颅骨异常形态命名。单骨缝CS亚型（骨缝）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，CS被认为是复杂性CS，并且更可能是一种综合征性表型的特征。

　　尽管NCS的发生被认为主要是散发性的，但已有2-10%的患者报告了家族性复发，提示存在孟德尔遗传。

　　尽管如此，NCS的遗传病因在很大程度上仍不清楚。提出的机制包括与综合征性CS相关基因（FGFR1、FGFR2、FGFR3、TWIST1、EFNB1、TCF12等）突变的低外显率，以及在相互关联的信号通路中起作用的基因突变，包括TCF12、ERF、TWIST1、ALX4、RUNX2、FREM1和ZIC1。接触环境风险因素也被认为是NCS的病因发病事件之一，并且考虑到不同形式CS发病率的最新变化。最近，提出了双基因座遗传模型，涉及BMP2基因座附近的一个常见风险等位基因，该等位基因增加了SMAD6基因罕见功能缺失突变的外显率。

　　即使有这些证据，仅在有限比例的患者中报告了可明确NCS强烈遗传病因的突变。大多数NCS似乎发生在没有可识别潜在原因的情况下，这表明在颅骨发育过程中，单条骨缝经历了异常的形态发生，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和/或细胞进行的比较基因表达谱分析结果，倾向于支持在NCS患者颅骨畸形部位存在局部分子差异的假说。然而，由于使用的实验设计和方案不同，这些研究中获得的数据可比性和可重复性较差。

　　为了理解NCS的分子病因，我们先前对130个矢状缝NCS患者核心家系进行了全基因组关联研究，鉴定出与BMP2和BBS9基因座存在强且可重复的关联。BMP2编码TGFβ超家族的一员，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，在脊椎动物的颅骨形态发生中发挥着关键作用。我们先前证明，散发CS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得到充分阐明。BBS9功能缺失突变与Bardet-Biedl综合征（OMIM:#615986）相关，但该综合征不表现为CS。

　　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CS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，我们检测了在NCS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。我们对受影响患者的匹配融合/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，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。最后，我们尝试利用计算建模，并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。

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　　研究结果

　　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NCS患者中发现了若干基因的突变；因此，NCS的分子病因发病机制在很大程度上仍不清楚。

　　我们的研究旨在阐明与NCS患者骨缝异常骨化相关的分子信号传导。对NCS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，包括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。

　　我们鉴定出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NCS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）上调蛋白异构体的计算建模预测，它们与BBSome复合体的结合亲和力可能受到影响，这为NCS中骨缝的异常骨化提供了一种可能的解释。

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