胶原性疾病

疾病名称

胶原性疾病是胶原及胶原基因变异性疾病，胶原是多种结缔组织的主要成分，维持着组织和器官的完整结构，并与人体早期发育、器官形成、细胞间的连接、细胞趋化、血小板凝集以及膜的通透性等功能密切相关。胶原产生过多或过少、以及胶原结构的缺陷都可导致疾病。

定义

胶原及胶原基因变异性疾病

胶原分子结构

所有胶原分子都是由3条α链组成的三股螺旋结构，某些胶原的3条α链是相同的，某些胶原的3条α链则完全不同。已经鉴定出19个类型、30多种不同基因结构的α链，每条α链都是由重复的2Gly2X2Y2序列组成，其分子式是（Gly2X2Y）n。甘氨酸（Gly）占氨基酸总数的1/3，它的固定位置限制了三股螺旋结构。X、Y代表着甘氨酸以外的其他氨基酸，其中以脯氨酸和羟脯氨酸为最多。

基因变异

I型胶原基因变异性疾病

临床类型

发现编码Ⅰ型胶原2种α链的COL1A1和COL1A2基因可以发生100多种突变，其中最主要的突变见于先天性成骨不全。先天性成骨不全以脆弱易折的骨骼、蓝色巩膜（由于巩膜过度透明，则显示出内衬的蓝色眼脉络膜）及耳聋（耳硬化所致）为其特点。临床上分3个类型，胎儿型最为严重，患儿多于出生后很快死亡，或死于宫内。婴儿型比较常见，出生后即可有骨折，4～5岁后骨折次数频繁。少年型是最轻的一型，出生时可见骨折，但至儿童时则反复出现骨折。

突变形式

单个碱基的取代是突变的主要形式，最常发生的是COL1A1或COL1A2上甘氨酸的密码子被其他氨基酸的密码子所取代，而甘氨酸是三股螺旋中每条α链上的最本质的氨基酸。当其被取代时，就会导致疾病的发生。除取代单个碱基外，其他突变还包括插入、缺失、DNA剪接缺陷及COL1A1无效等位基因的出现。

每个成骨不全的家族有自己固定的缺陷，但也有人报道，曾在不同的家族出现了同一突变，而同一家族中也可出现Ⅰ型胶原基因的不同突变。如果由于缺陷链的存在影响了三股螺旋的折叠，那么未折叠的分子将在纤维母细胞内发生堆积，然后被降解。如果缺陷的α链已经形成了三股螺旋，螺旋中缺陷的分子可以扭曲，进而妨碍正常胶原纤维的形成，影响纤维的形态。

由于Ⅰ型胶原分子有2条α1（Ⅰ）链和1条α2（Ⅰ）链，因此发生在α2（Ⅰ）链COL1A2的突变要比发生在α1（Ⅰ）链COL1A1相类似突变的后果温和。α链上甘氨酸被替代的位置以及其他突变发生的位置在很大程度上决定着突变的后果。

由于三股螺旋结构的形成是从C端朝向N端，因此在多数情况下靠近三股螺旋片段C末端的突变，比发生在N端附近的突变更为严重。

综合征

Ehlers2Dahlos综合征（EDS）是Ⅰ型胶原基因突变和（或）胶原合成酶活性缺陷导致的疾病，临床分10个亚型。其特征是关节伸展过度，皮肤变薄、脆弱、弹性差，并有其他结缔组织受损的表现，可出现不同部位的憩室或腹股沟疝等。

EDSⅦA和ⅦB型是COL1A1（ⅦA型）或COL1A2（ⅦB型）突变，是由于I型前胶原分子中前α1（Ⅰ）或前α2（Ⅰ）mRNA在加工过程中外显子6或外显子6的一部分出现跳跃。外显子6编码的序列包括前胶原N2蛋白酶作用的断裂部位。因此，外显子6的突变能阻止N端前多肽的断裂，使I型胶原丧失正常结构，出现一系列临床症状。

EDSⅦC型是由于N2蛋白酶活性的缺陷而阻断了Ⅰ型前胶原裂解过程。

EDSⅦC型

以指（跖）细长、晶体脱位和心血管系统异常（以主动脉病变最多见，严重时可出现夹层动脉瘤）为其主要特征的Marfan综合征是由于α2（Ⅰ）链2Gly2X2Y三联体中精氨酸在Y的位置上代替了谷氨酸[1]。

骨质疏松症是骨生成缺陷的一种类型，也是I型胶原基因突变性疾病。骨生成缺陷的临床分型变异很大，有的在出生前后发生死亡，有的患者临床表现则极其轻微。因此，在临床上很难将骨生成缺陷患者从有骨质疏松症和骨折史的家族中筛选出来。

第一个证明骨质疏松患者Ⅰ型胶原基因突变的证据是1位来自有隐性遗传的骨生成缺陷患者的父母，前α2（Ⅰ）链C端多肽的COL1A2基因密码序列有4bp缺陷，这4bp的缺陷改变了前多肽最后33个氨基酸的结构。患者的父母是第三代表兄妹突变杂合携带者，患者从父母遗传了同样的缺陷。其父母没有任何骨生成缺陷的临床表现，但是两者都有早期出现（30岁左右）骨质疏松的X线证据。

Spotila等[2]于1991年发现某些出现骨质疏松的患者有氨基酸替代突变，α2（Ⅰ）链三股螺旋片段中619位氨基酸位置上的甘氨酸被丝氨酸所替代，或α1（Ⅰ）链三股螺旋结构的第43位甘氨酸被半胱氨酸所替代。此外，Ⅰ型胶原突变导致骨质疏松的其他例子还有COL1A2内含子9中11bp缺失，使α2（Ⅰ）mRNA在形成过程中出现外显子9的跳跃现象。α1（Ⅰ）链三股螺旋片段19位甘氨酸被半胱氨酸替代的患者也可出现关节过度伸展，还可出现脊椎骨质疏松、脊柱侧凸以及强直性脊柱炎。X或Y位置上的取代要比甘氨酸位置上被取代的后果温和得多，常常不引起骨生成缺陷，而仅仅是引起骨生成减少及骨质疏松等。

基因变异2

Ⅱ型胶原基因变异性疾病

Ⅱ型突变

Ⅱ型胶原是软骨的主要成分，Ⅱ型胶原的突变可以导致严重的软骨发育异常。但有关Ⅱ型胶原基因突变的研究不如I型胶原基因突变的研究那么深，其原因就是因为体外传代培养软骨细胞受到一定限制。Ⅱ型胶原基因所有突变都是杂合性突变，包括甘氨酸密码子的取代、插入、缺失，另外还可出现单个碱基的取代和缺失。

发现具有Ⅰ型胶原突变的骨生成缺陷者，也常有Ⅱ型胶原突变的软骨发育不良，此谓异因同效效应。Ⅱ型胶原突变不仅仅是出现软骨发育不良，也可出现骨关节病。在某些骨关节病家族中已经发现骨关节病的连锁基因COL2A1，并且在某些发生骨关节病的COL2A1基因中发现杂合的单个突变碱基，突变是由半胱氨酸密码子在519位氨基酸位置上取代了精氨酸密码子[3]。突变未改变甘氨酸位置上的氨基酸，但改变了Y位置上的氨基酸。

发病因素

骨关节病患者的发病因素

前面已经讨论到X和Y位置上氨基酸被取代的后果要比甘氨酸被取代的后果温和，这就可以解释为什么骨关节病患者病情较软骨发育不良患者轻。虽然已经有很多资料表明Ⅱ型胶原突变者有发生骨关节病的倾向，但是否能将其作为预测骨关节病的标志，还需要做更多的工作。值得强调的是Ⅱ型胶原不是软骨的惟一胶原，Ⅸ型和Ⅺ型胶原的突变也是某些骨关节病患者的发病因素。

Ⅲ型变异

Ⅲ型胶原基因变异性疾病

Ⅲ型胶原和Ⅰ型胶原分布相类似，但不存在于骨和肌腱纤维中。血管壁、皮肤和肠壁都是Ⅲ型胶原比较丰富的组织。Ⅲ型胶原突变主要见于Ⅳ型EDS和动脉瘤患者。Ⅳ型EDS是该综合征中最严重的一型，有时能并发大动脉和肠壁破裂。已经鉴定的突变类型有20种，包括不同单个碱基的替代、缺失以及mRNA剪接缺陷。

一般来说，前述I型胶原的突变类型也是Ⅳ型EDS中Ⅲ型胶原的突变类型。在Ⅳ型EDS中，大动脉破裂是Ⅲ型胶原突变的典型后果。

Kontusaari等[4]最早报道了动脉瘤患者家族成员中Ⅲ型胶原突变的证据，发现该家族成员中Ⅲ型胶原619位甘氨酸被精氨酸所取代。此后，Kuivaniemi等[5]、Deak等[6]、Majamaa等[7]以及Liu等[8]也分别发现其他多发大动脉瘤、包括脑动脉瘤患者的家族中存在着Ⅲ型胶原结构和Ⅲ型胶原合成的异常。虽然动脉硬化和高血压可以加速主动脉瘤的发生，但研究已表明主动脉瘤的根本发病因素是Ⅲ型胶原遗传缺陷性疾病。有人认为COL3A1基因的突变可以作为主动脉瘤的遗传易感标志。

除此之外，值得强调的是除Ⅲ型胶原外，动脉壁还含有其他重要蛋白质，如弹性硬蛋白、原纤维纤丝。因此，除Ⅲ型胶原基因突变外，动脉瘤也可以由弹性硬蛋白、原纤维纤丝蛋白的基因突变而导致。

Ⅳ型变异

Ⅳ型胶原基因变异性疾病

Ⅳ型胶原仅存在于基底膜，人们在20年前就已知道Ⅳ型胶原是由2条α1（Ⅳ）和1条α2（Ⅳ）组成，近年发现Ⅳ型胶原分子中还存在α3（Ⅳ）、α4（Ⅳ）和α5（Ⅳ），它们是基底膜的微量成分。α5（Ⅳ）链由col4a5基因编码，定位于含Alport综合征定位点的X染色体上。

Alport

Alport综合征是肾脏遗传性疾病，又称遗传性肾炎，是由于COL4A5基因突变而导致，特点是慢性进行性肾功能衰竭，高频感应性耳聋和眼病变，如球形或圆锥形晶状体、色素性视网膜炎、黑蒙和高度近视等[9]。该综合征仅见于男性，女性携带突变基因者不发病。

家族成员

Alport综合征的家族成员

在Alport综合征的家族成员中已经发现50多种形式的COL4A5突变基因，包括基因序列异常、缺失、插入和单个碱基的替代等形式。除此之外，人们还在探索是否还有Ⅳ型胶原基因的其他突变形式而导致的其他遗传性肾脏疾病[10]。

Ⅶ型变异

Ⅶ型胶原基因变异性疾病

Ⅶ型胶原是锚状纤维的主要成分，位于表皮的基底膜和真皮的乳头层，参与保持皮肤的附属器形成。锚状纤维异常的证据最初是发现某些皮肤松解症患者存在锚状纤维形态异常或数量减少。

后来人们又发现了皮肤松解症的显性和隐性遗传连锁基因COL7A1，通过对皮肤松解症家族成员的研究，证明COL7A1基因突变可以导致皮肤松解症，突变形式是纯合的单个碱基的替代，α1（Ⅶ）链C末端一个高度保守区域中蛋氨酸密码被赖氨酸密码所取代[11]。但近来Christina等[12，13]又先后报道，皮肤松解症家族成员中有COL7A1基因外显子91和外显子73中的甘氨酸被精氨酸所替代的现象。

其他变异

利用转基因鼠研究突变胶原基因序列，使人们进一步认识某些人类疾病是否是由于胶原基因突变而致[14，15]，并可以进一步观察突变胶原基因的序列。表达部分缺陷COL9A1基因的转基因鼠，可以发展为伴有轻度骨质疏松的骨关节病，因此说突变的Ⅸ型胶原基因和突变的Ⅱ型胶原基因一样可以引起骨质疏松和骨关节病。表达截断的Ⅹ型胶原基因的转基因鼠可以出现脊柱干骺端发育异常，表明相应的人类疾病似乎是由于COL10A1突变所致。

缺陷

临床表现

胶原合成涉及到翻译后修饰，该过程至少需要8种特异性酶。已经发现其中3种酶的缺陷，这3种酶是Lysyl羟化酶、前胶原N蛋白酶和Lysyl氧化酶。多数Ⅳ型EDS有Lysyl羟化酶活性异常，临床表现为皮肤柔软、弹力过度、关节过度伸展、脊柱侧弯、脊柱后突、瘢痕形成差、肌张力减退、视网膜剥离、眼球脆弱可发生自然破裂等。

重要功能

羟赖氨酸有2个重要功能

在Lysyl羟化酶反应中形成的羟赖氨酸有2个重要功能：⑴它是碳水化合物的附着点；⑵保持胶原分子的稳定性。因此，Lysyl羟化酶活性缺陷将导致结缔组织疾病。Ⅶ型EDS是由于前胶原N端前多肽裂解异常，其中A、B2型是由于COL1A2的突变，从而妨碍了前多肽裂解。EDSⅦC型则未发现有I型胶原的异常，裂解是由于I型前胶原N蛋白酶活性的缺陷。

综合征类型

Ⅸ型EDS和Menkes综合征

Ⅸ型EDS和Menkes综合征是X连锁隐性遗传性疾病。主要特征是Lysyl羟化酶活性缺陷所导致的铜代谢异常。其临床表现是膀胱憩室、腹股沟疝、皮肤松弛和皮肤伸展过度以及伴有枕骨角外生骨疣的骨骼异常。人们在30多种胶原基因中仅鉴定出上述6种突变的胶原基因，这说明有关胶原基因变异的研究还是刚刚开始，还会有更多的胶原基因变异性疾病需要人们去探索、去认识。

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