GNAS基因突变在儿童病态肥胖中的关键作用及新发现突变的功能验证

本研究针对儿童早发性病态肥胖的遗传病因诊断难题，通过外显子组测序技术对137例俄罗斯肥胖患儿进行基因筛查。研究人员发现GNAS基因突变占确诊病例的8.9%，其中c.201del(p.Phe68Leufs*32)和c.586-18_591del为首次报道的新突变。研究证实GNAS突变会导致伪甲状旁腺功能减退症(PHP)和Albright遗传性骨营养不良(AHO)，并揭示其通过影响黑皮质素受体4型(MC4R)信号通路导致能量代谢紊乱的机制。该研究为儿童病态肥胖的早期分子诊断和精准干预提供了重要依据。

　　

在当代儿科内分泌领域，儿童病态肥胖已成为严峻的公共卫生挑战。那些在生命早期就出现体重急剧增长的患儿，往往隐藏着不为人知的遗传秘密。与常见的营养性肥胖不同，遗传性肥胖综合征通常表现出更严重的表型特征：除了体重异常增加外，还可能伴随神经精神发育迟缓、特殊面容特征以及多器官发育异常。然而，这些综合征的临床表现常常相互重叠，使得临床诊断犹如在迷雾中摸索，难以明确区分。正是这种诊断困境，使得分子遗传检测成为解开谜团的关键钥匙。

近年来，科学家们逐渐将目光聚焦在GNAS基因上——这个编码G蛋白α刺激亚基(Gαs)的关键基因，负责介导多种激素和配体与G蛋白偶联受体(GPCRs)结合后产生的环磷酸腺苷(cAMP)信号传导。当这个基因发生突变时，会引发一系列连锁反应：不仅会造成伪甲状旁腺功能减退症(PHP)，还会导致Albright遗传性骨营养不良(AHO)，其特征包括圆形面孔、身材矮小、短指畸形、异位骨化和智力障碍。更引人注目的是，研究发现GNAS突变会破坏黑皮质素受体4型(MC4R)的信号传导，而这种受体正是调节食欲和能量平衡的核心元件，这解释了为什么携带这些突变的孩子会出现严重肥胖。

为了深入探索GNAS基因突变在儿童病态肥胖中的作用机制，Salakhov等研究人员在《Human Genomics》上发表了他们的最新研究成果。他们通过对俄罗斯人群的系统性研究，不仅验证了已知突变的功能影响，还发现了两个前所未有的新突变，为这一领域的知识图谱增添了重要内容。

研究人员采用外显子组测序技术对137例来自俄罗斯内分泌研究中心的早发性病态肥胖患儿（58名女孩和79名男孩）进行基因检测。所有患儿均符合严格入选标准：7岁前发病，体重指数标准差评分(BMI SDS)超过3.5。研究团队通过详细的临床检查、家族史收集、表型特征评估和实验室检测（包括钙磷代谢指标、甲状腺功能、脂质谱等），结合生物信息学分析和Sanger测序验证，系统筛选和确认了GNAS基因的致病性变异。

分子遗传学发现

研究团队在56名（40.8%）患儿中发现了可能解释肥胖分子遗传原因的致病性或可能致病性变异。其中最具显著性的是在GNAS基因中鉴定出5种变异，占确诊患者的8.9%。这些变异包括三种缺失突变和两种单核苷酸置换，全部为杂合状态。特别值得关注的是，c.201del (p.Phe68LeufsTer32)和c.586-18_591del是两个首次被发现的新变异，根据美国医学遗传学与基因组学学会(ACMG)指南被归类为可能致病性变异。

这些变异在基因中的分布具有重要功能意义：c.85C>T (p.Gln29Ter)变异导致提前出现终止密码子，造成翻译中断；c.201del引起阅读框移位并产生提前终止密码子；而c.586-18_591del缺失覆盖了内含子7区域和部分外显子8，包括剪接受体位点区域，可能导致无义介导的mRNA降解和最终蛋白质功能丧失。

临床特征分析

所有携带GNAS变异的患儿均表现出相似的临床特征：生命最初几个月体重快速增长，随后在儿童期发展为严重肥胖。大多数患者身材矮小，身高与靶身高存在明显差异。

激素抵抗现象尤为突出：几乎所有患者都表现出对促甲状腺激素(TSH)的抗性，TSH水平显著升高，而游离甲状腺素(FT4)水平正常或略低于正常。三名患者的甲状旁腺激素(PTH)水平显著超过参考值，两名儿童的PTH水平在正常范围内但有升高趋势。所有五名患者的血磷水平均高于正常，而总钙和离子钙水平保持在正常范围内。

一个值得注意的发现是，五名患者中有四名出现皮下钙化，两名儿童存在短掌骨畸形。所有患儿均表现出不同程度的智力障碍，包括语言发育延迟或学习技能障碍。这些临床表现符合伪甲状旁腺功能减退症1a型(PHP1a)的典型特征。

基因型-表型相关性

研究发现，携带移码突变或无义突变的患者比错义突变患者有显著更高的皮下钙化发生率。相比之下，短掌/跖骨更常见于错义突变患者。肥胖、身材矮小和神经认知缺陷与不同类型的GNAS突变没有明显相关性。

这一发现提示，PTH抵抗、钙磷代谢紊乱与骨骼结构特征之间不存在直接相关性。研究人员推测，GNAS基因在脂肪来源的间充质祖细胞中扮演着关键的调节角色，特别是在骨形成过程中，这可能是异位骨化发生的机制。

分子机制探讨

研究深入探讨了GNAS突变影响能量代谢的分子机制。Gαs亚基在通过受体向细胞传递各种配体信号方面起着关键作用，影响多种过程包括细胞分化、生长和代谢。当这种机制失效时，会导致细胞和整个机体生命活动的严重紊乱。

特别重要的是，GNAS变异影响了黑皮质素受体4型(MC4R)的信号传导——这是调节食欲和基础代谢的关键受体。研究表明，即使是杂合的部分功能缺失型MC4R突变也会导致严重肥胖，这解释了为什么在经典PHP的其他特征出现之前，GNAS错义突变患者就会发生严重肥胖。

研究人员还注意到，肥胖仅发生在母源而非父源的Gαs突变中，这与GNAS基因的印记效应有关：在一些印迹组织中，这种信号蛋白仅或主要来自母源等位基因，包括垂体、卵巢、甲状腺和肾近曲小管。

研究意义与临床价值

这项研究强调了分子遗传检测在病态肥胖儿童主要诊断确定中的必要性。即使在有明确遗传诊断和对疾病增强理解的情况下，由于复杂的GNAS印迹位点破坏，患者仍然表现出显著的表型变异。

早期诊断和家族筛查对疾病早期检测至关重要。研究人员建议采用早期和多学科联合的方法进行患者随访管理。分子诊断不仅有助于明确病因，还能为遗传咨询和个体化治疗选择提供指导。

研究的局限性包括GNAS突变患者数量相对较少，限制了进行详细基因型-表型相关性分析的能力；部分患者家庭成员无法进行遗传筛查和家族史收集也限制了数据的完整性。

尽管如此，这项研究为我们理解GNAS基因突变在儿童病态肥胖中的作用提供了重要见解，特别是两个新突变的发现扩展了该疾病的突变谱系。研究结果强调了对具有早期肥胖和其他特征性临床表现的儿童进行GNAS基因筛查的重要性，为未来开发针对性治疗策略奠定了基础。

该研究还指出，即使在婴儿期激素值尚未超过参考范围时，分子遗传检测也能实现早期诊断，这对改善患者预后具有重要意义。随着对能量代谢调节分子机制理解的深入，针对这些通路的特异性治疗方法可能为这些患者带来新的希望。