【佳学基因检测】基因检测家族性渗出性玻璃体视网膜病变及FZD4突变的致病性分析

摘要：

家族性渗出性玻璃体视网膜病变（Familial Exudative Vitreoretinopathy，简称FEVR）是一种遗传性眼部疾病，通常以视网膜血管发育异常为特征，并可能导致儿童失明。FEVR的病理特征包括视网膜血管发育延迟、病理性新生血管、出血、纤维血管增生以及视网膜脱离。随着基因组学研究的深入，越来越多的与FEVR相关的基因突变被发现，其中FZD4基因的错义突变在该疾病的发生中起着关键作用。本研究的目的是通过分析FZD4基因的新突变以及已报道的34个FZD4错义突变，探讨其致病机制并进一步扩展FZD4突变谱。

关键词：家族性渗出性玻璃体视网膜病变，FZD4基因，错义突变，Norrin/β-catenin信号通路，基因检测

1. 引言

家族性渗出性玻璃体视网膜病变（FEVR）是一种以视网膜血管发育异常为特征的遗传性眼病。自1969年首次由Criswick和Schepens描述以来，FEVR的研究逐渐深入。该病的主要临床表现为视网膜血管发育延迟，导致周边视网膜出现无血管区、病理性新生血管、出血和纤维血管增生，严重时可能发生视网膜脱离，并导致失明。FEVR的病因复杂，目前已知与该病相关的基因超过17个，其中与Norrin/β-catenin信号通路相关的FZD4、NDP、LRP5等基因突变在FEVR患者中占据主导地位。

FZD4基因位于染色体11q14-q21，编码一种537个氨基酸的蛋白质FZD4。作为Frizzled家族的成员，FZD4在Wnt信号通路的调控中起着至关重要的作用。通过研究FZD4基因的突变，科学家们发现其突变不仅影响Norrin/β-catenin信号通路的正常功能，还通过改变FZD4蛋白的功能结构，导致视网膜血管发育的异常。

本文通过对5例新发现的FZD4突变的分析，结合已报道的34种FZD4错义突变，探讨这些突变对FZD4蛋白功能的影响，进一步阐明FZD4突变在FEVR发病机制中的作用。

2. 研究方法

2.1 临床样本的收集与分析

本研究选取了5名诊断为FEVR的先证者及其家族成员。这些患者均接受了眼部检查，符合FEVR的诊断标准。所有参与者均签署了知情同意书，并进行了靶向基因组测序。

2.2 FZD4基因突变的检测与筛选

使用高通量基因组测序技术对患者的FZD4基因进行靶向检测，筛选出5个新发现的错义突变。对比已知的96种FZD4错义突变，结合功能研究，筛选出对FZD4蛋白功能有显著影响的34个错义突变，进行致病机制分析。

2.3 突变功能的分析

根据突变位置及类型，我们构建了包括5个新突变在内的多种突变质粒。这些质粒包含29个已报道的FZD4错义突变和5个新发现的突变，并用于转染HEK293T、HEK293STF和HeLa细胞系。通过Western blot、免疫荧光染色、免疫共沉淀等方法检测不同突变对FZD4蛋白表达、Norrin/β-catenin信号通路激活、膜定位、Norrin结合能力和DVL2招募能力的影响。

2.4 数据分析与分类

根据FZD4蛋白结构域的不同，我们将这些突变分为五类：信号肽突变、影响二硫键的半胱氨酸突变、影响Norrin结合的胞外结构域突变、影响膜定位的跨膜域突变以及影响DVL2招募的胞内结构域突变。

3. 结果

3.1 新发现的FZD4突变

本研究发现的5个新突变分别为：S91F、V103E、C145S、E160K、C377F。所有这些突变均位于FZD4蛋白的不同结构域。通过对这些突变进行功能分析，发现它们均对Norrin/β-catenin信号通路的激活造成了显著损害。进一步的实验结果表明，这些突变影响了FZD4蛋白的正常功能，导致视网膜血管的发育异常，从而引发FEVR。

3.2 FZD4错义突变的致病机制

对比已有文献中报道的34个FZD4错义突变，我们对这些突变进行了分类分析。根据突变的功能变化，我们将其分为以下五类：

1. 信号肽突变：这些突变位于FZD4蛋白的N端信号肽区域，通常导致蛋白质的合成、转运或分泌受损，从而无法正常表达。

2. 半胱氨酸突变：FZD4蛋白含有多个半胱氨酸残基，这些半胱氨酸参与二硫键的形成，维持蛋白的三维结构。半胱氨酸突变常导致蛋白质折叠不正确或稳定性降低，影响其功能。

3. 胞外结构域突变：FZD4的胞外结构域主要负责与Norrin蛋白的结合。突变常导致Norrin的结合能力下降，从而影响Norrin/β-catenin信号通路的激活。

4. 跨膜域突变：FZD4的七个跨膜结构域是其关键的功能区域，负责蛋白在细胞膜上的定位及信号的传递。跨膜域突变可能导致FZD4的膜定位不稳定，进而影响其功能。

5. 胞内结构域突变：胞内结构域对FZD4招募DVL2等蛋白至细胞膜至关重要。突变常导致DVL2的招募能力下降，进而破坏信号传导。

通过实验，我们进一步验证了这些突变类型在FZD4蛋白功能中的具体作用。大多数突变均导致Norrin/β-catenin信号通路的失活，从而影响视网膜血管的发育，最终引发FEVR。

4. 讨论

FEVR的发病机制复杂，涉及多种基因突变，特别是FZD4基因的突变在其中占据重要地位。FZD4作为Frizzled家族成员，在调控Wnt信号通路中发挥着核心作用，尤其是通过Norrin/β-catenin信号通路调节视网膜血管的发育。本研究通过对5个新发现的FZD4突变的功能分析，进一步阐明了这些突变在FEVR中的致病机制。

通过对FZD4错义突变的分类，我们发现不同突变对蛋白功能的影响各异。有些突变影响蛋白的合成与分泌，有些则破坏了蛋白的结构稳定性或信号转导功能。这些突变的共同特点是它们都干扰了FZD4在视网膜发育中的正常作用，从而导致FEVR的发生。

与之前的研究结果相似，我们发现FZD4的错义突变主要通过影响Norrin/β-catenin信号通路的激活来导致视网膜血管发育的异常。这一发现为我们理解FEVR的遗传基础提供了新的视角，也为后续的基因诊断和治疗策略的制定提供了理论依据。

5. 结论

本研究通过对家族性渗出性玻璃体视网膜病变（FEVR）患者中FZD4基因的新突变和已报道的34个错义突变的分析，进一步扩展了FZD4突变谱，并深入探讨了FZD4突变在Norrin/β-catenin信号通路中的致病机制。通过功能实验，我们证明了FZD4错义突变可根据不同的功能变化分为五类，这为临床上FZD4相关的FEVR诊断提供了重要的参考。同时，本研究也为将来FEVR的个体化治疗提供了新的思路。