Endokrynologia Pediatryczna Pediatric Endocrinology

Transkrypt

1 Vol. 6/2007 Nr 2(19) Endokrynologia Pediatryczna Pediatric Endocrinology Przydatność oceny molekularnej genów FGFR3 i SHOX oraz pomiarów antropometrycznych u dzieci z niskorosłością o niewyjaśnionej przyczynie Usefulness of FGFR3 and SHOX Genes Molecular Analysis and Anthropometric Measurements in Children with Unexplained Short Stature Monika Obara-Moszyńska, Marek Niedziela Klinika Endokrynologii i Diabetologii Wieku Rozwojowego, II Katedra Pediatrii Uniwersytetu Medycznego im. Karola Marcinkowskiego w Poznaniu Adres do korespondencji: Monika Obara-Moszyńska, ul. Sarmacka 85, Poznań, m.moszynska@neostrada.pl Słowa kluczowe: SHOX, FGFR3, idiopatyczna niskorosłoś Key words: SHOX, FGFR3, idiopathic short stature STRESZCZENIE/ABSTRACT W praktyce klinicznej istnieją przypadki niskorosłości, których etiologię trudno jest wyjaśnić. W literaturze spotyka się pojęcie idiopatycznej niskorosłości (ISS Idiopathic short stature). Nazwa ta jest stosowana dla zdefiniowania niskorosłości, której przyczyna pozostała niewyjaśniona w wyniku rutynowego postępowania diagnostycznego. Jedną z przyczyn niskorosłości, która może być źródłem trudności diagnostycznych jest hipochondroplazja. Powyższa jednostka chorobowa należy do dysplazji kostnych i charakteryzuje się różnorodnością obrazu klinicznego, od bardziej nasilonych do łagodnych postaci, które łatwo mogą być przeoczone w rutynowej diagnostyce. Przyczyną hipochondroplazji jest mutacja w domenie proksymalnej kinazy tyrozynowej genu FGFR3 (Fibroblast Growth Factor Receptor 3). Najczęstszą mutacją jest: C1620A i C1620G w exonie 13 powodując substytucję Asn540Lys w domenie kinazy tyrozynowej. Mutację tę stwierdza się aż w 50-70% przypadków hipochondroplazji. Kolejne zaburzenie rozwoju układu kostnego uwarunkowane genetycznie i mogące powodować niskorosłość to haploinsuficjencja genu SHOX. Delecje lub mutacje prowadzące do haploinsuficjencji omawianego genu stanowią podstawę patogenetyczną kilku zespołów chorobowych takich jak dyschondrosteoza Leriego i Weilla, zespół Turnera, dysplazja mezomeliczna Langera czy też idiopatyczny niedobór wzrostu. Na podstawie doniesień literaturowych w grupie dzieci z niedoborem wzrostu o niewyjaśnionej przyczynie wykazano w ok. 2-15% z nich mutacje lub delecje genu SHOX. Najczęściej są to całkowite delecje genu. Z punktu widzenia lekarza klinicysty wydaje się, że dokładne pomiary antropometryczne mogą być badaniem bardzo pomocnym w diagnostyce dzieci z ISS, szczególnie przy podejrzeniu zaburzeń kostnych. Przydatność dokładnych pomiarów antropometrycznych potwierdzają ostatnie doniesienia literaturowe. In clinical practice, there are patients with short stature, which is difficult to explain. In literature there is a term of Idiopathic short stature (ISS) which refers to short stature that does not have a diagnostic explanation after an ordinary growth evaluation. Hypochondroplasia is one of the causes of the short stature and can bring diagnostic problems. 47

2 Praca przeglądowa Endokrynol. Ped., 6/2007;2(19):47-51 Hypochondroplasia is a genetic disorder which results from a mutation in proximal tyrosine kinase domain of FGFR3 gene. The most frequent mutation is C1620A and C1620G in exon 13 resulting in an Asn540Lys substitution. This mutation is detected in 50-70% patients with hypochondroplasia. The next disorder which gives the short stature and can cause diagnostic difficulties is SHOX gene haploinsufficiency. Mutations and deletions of SHOX gene are the pathogenetic basis of Turner syndrome, Leri-Weill dyschondrosteosis, Langer mesomelic dysplasia and idiopathic short stature. In children with unexplained short stature, the mutations or deletion of SHOX gene are found in 2-15%. There is suggested that the auxology can be a useful instrument for the diagnosis of unexplained short stature. Big usefulness of anthropometric measurements is confirmed in the latest studies. Prawidłowy przebieg rozwoju jest odzwierciedleniem ogólnego stanu zdrowotnego człowieka zarówno w sferze somatycznej, jak i emocjonalnej. Dlatego też niskorosłość może być uwarunkowana wieloma jednostkami chorobowymi lub stanami patologicznymi o różnej etiologii. Podział etiologiczny zaburzeń wzrastania obejmuje zasadniczo cztery grupy przyczyn niedoboru wzrostu: zaburzenia genetyczne, zaburzenia metaboliczne, zaburzenia prowadzące do niedożywienia lub niedoboru tlenu i zaburzenia wzrastania o etiologii hormonalnej. Do najczęstszych przyczyn niskorosłości należą konstytucjonalnie opóźniony przebieg wzrostu i rozwoju oraz niedobór wzrostu rodzinny. Zaburzenia hormonalne warunkują mniej niż 20% przypadków niedoboru wzrostu. Somatotropinowa niedoczynność przysadki (SNP) stanowi najczęstszą przyczynę hormonalną niskorosłości. Częstość występowania SNP u dzieci szacuje się na 1:5000-1:15000 [1]. Ze względu na szeroki zakres czynników warunkujących rozwój osobniczy człowieka, a w wyniku tego skomplikowaną etiologię zaburzeń wzrastania, proces diagnostyczny niskorosłości stanowi złożony problem kliniczny. Najważniejszym elementem w diagnostyce niskorosłości jest ocena auksologiczna dziecka dotycząca przede wszystkim aktualnego wzrostu, przebiegu oraz tempa wzrastania. Prawidłowe postawienie diagnozy wymaga od lekarza umiejętności integracji wielu aspektów, jak wywiad obejmujący okres życia pacjenta od momentu urodzenia, badanie przedmiotowe oraz wyniki laboratoryjne. W praktyce klinicznej istnieją przypadki niskorosłości, których etiologię trudno jest wyjaśnić. Należy mieć na uwadze fakt, że część dzieci niskich jest zdrowa. Fakt ten wynika z samej definicji niskorosłości. Przyjęte jest bowiem na podstawie obliczeń statystycznych a nie medycznych, że około 3% dzieci i młodzieży odznacza się niskim wzrostem. Liczba ta wynika z rozkładu cechy jaką jest wzrost w normalnej populacji. Szacuje się, że corocznie w Polsce ponad 200 tysięcy dzieci zgłasza się do lekarza z powodu zaburzeń wzrastania [2]. Większość spośród nich stanowią dzieci zdrowe, niewymagające leczenia. U jednego na dzieci wolno rosnących lub niskich istnieją wskazania do włączenia terapii hormonem wzrostu [3]. W literaturze spotyka się pojęcie idiopatycznej niskorosłości (ISS Idiopathic short stature). Nazwa ta stosowana jest od lat 80-tych dla zdefiniowania niskorosłości, której przyczyna została niewyjaśniona w wyniku rutynowego postępowania diagnostycznego. Podkreśla się również fakt, czy tak naprawdę idiopatyczna niskorosłość istnieje. Należy pamiętać, że wiele patologii trudnych pod względem diagnostycznym bywa nierozpoznanych. Niskorosłość można podzielić w zależności od budowy ciała na proporcjonalną i dysproporcjonalną. Wśród grupy chorób charakteryzujących się niedoborem wzrostu i jednocześnie zaburzonymi proporcjami ciała wyróżniamy między innymi grupę dystrofii kostno-chrzęstnych oraz zaburzenia wapniowo-fosforanowe jak np. krzywica. Jedną z przyczyn niskorosłości, która może być źródłem trudności diagnostycznych jest hipochondroplazja. Powyższa jednostka chorobowa należy do dysplazji kostnych i jest łagodniejszą odmianą achondroplazji. Częstość występowania hipochondroplazji równa się ok. 1/12 częstości występowania achondroplazji. Ta mała liczba przypadków omawianego schorzenia wynika prawdopodobnie z niskiej rozpoznawalności. Trudności w procesie diagnostycznym spowodowane są różnorodnością obrazu klinicznego od bardziej nasilonych do łagodnych postaci, które łatwo mogą być przeoczone podczas rutynowego badania przedmiotowego. Przyczyną hipochondroplazji jest mutacja w domenie proksymalnej kinazy tyrozynowej genu FGFR3 (Fibroblast Growth Factor Receptor 3 receptor dla czynnika wzrostu fibroblastów). Powyższy gen mieści się na chromosomie 4p16.3. Gen ten odgrywa ważną rolę w rozwoju zarodkowym re- 48

3 Obara-Moszyńska M. i inni Przydatność oceny molekularnej genów FGFR3 i SHOX oraz pomiarów antropometrycznych... guluje podziały komórek, ich migrację i różnicowanie. Mutacje w obrębie genu FGFR3 negatywnie wpływają na kości rozwijające się poprzez kostnienie na podłożu chrzęstnym. Natomiast mutacje genów FGFR1 i FGFR2 są przyczyną patologii kości ulegających kostnieniu błoniastemu [4]. Najczęstsza mutacja, która występuje w hipochondroplazji to C1620A i C1620G w exonie 13 powodując substytucję Asn540Lys w domenie kinazy tyrozynowej [4, 5]. Mutację tą stwierdza się aż w 50-70% przypadków hipochondroplazji. Dlatego poszukiwanie mutacji Asn540Lys jest badaniem pierwszego rzutu w ocenie molekularnej hipochondroplazji [4]. W doniesieniach literaturowych ostatnich lat istnieją informacje na temat innych mutacji genu FGFR3. Częstość ich występowania w grupie chorych z hipochondroplazją jest zdecydowanie mniejsza [5]. Do najbardziej charakterystycznych cech klinicznych hipochondroplazji należą: niski wzrost, nieproporcjonalna budowa ciała ze skróceniem kończyn, brachydaktylia, nadmierna lordoza lędźwiowa. Kończyny są zwykle krótkie bez obecności rizomelii, mesomelii lub akromelii, natomiast obserwowane jest poszerzenie przynasad kości [4]. Zaburzony proces wzrastania zauważony jest najczęściej po 5 roku życia. Wiele dzieci z hipochondroplazją wzrasta z prawidłowym tempem bez wyraźnych dysproporcji aż do okresu pokwitania. Wówczas brak prawidłowego skoku pokwitaniowego upośledza wzrost ostateczny. Średni wzrost osoby dorosłej z hipochondroplazją wynosi dla mężczyzn 145 do 165 cm, dla kobiet 133,4 do 150,6 cm [6]. Diagnostyka hipochondroplazji najczęściej opiera się na ocenie radiologicznej układu kostnego. Jest to jednak metoda nie w pełni dokładna i obarczona ryzykiem wyniku fałszywie negatywnego. Badania molekularne genu FGFR3 nie stanowią elementu rutynowej diagnostyki dysplazji kostnych. Terapia powyższych zaburzeń kostnych jest trudna. Stosowane jest często leczenie ortopedyczne. Proponuje się również leczenie rekombinowanym hormonem wzrostu. Wyniki takiej terapii w aspekcie poprawy tempa wzrastania i wzrostu ostatecznego, szczególnie w przypadku łagodnych postaci hipochondroplazji są obiecujące [7]. Kolejnym zaburzeniem rozwoju układu kostnego uwarunkowanym genetycznie i mogącym powodować niskorosłość to haploinsuficjencja genu SHOX. Gen o nazwie SHOX (short stature homeobox) jest zlokalizowany w regionie pseudoautosomalnym chromosomów płciowych X (Xpter-p22.32) i Y (Ypter-p11.2) [8]. Powyższy gen odgrywa znaczącą rolę w rozwoju szkieletu, a zwłaszcza przedramion i podudzi. W przypadku braku lub uszkodzenia jednego z alleli genu SHOX dochodzi do upośledzenia wzrastania i innych nieprawidłowości układu kostnego. Fenotyp pacjenta z brakiem jednego z alleli genu SHOX może być bardzo różnorodny. Główną cechą tego zaburzenia jest niskorosłość. Delecje lub mutacje prowadzące do haploinsuficjencji omawianego genu stanowią podstawę patogenetyczną kilku zespołów chorobowych, takich jak: dyschondrosteoza Leriego i Weilla, zespół Turnera, dysplazja mezomeliczna Langera czy też idiopatyczny niedobór wzrostu. Dyschondrosteoza Leriego i Weilla charakteryzuje się m.in. niskim wzrostem, dysproporcjami w budowie ciała polegającymi na skróceniu kończyn w części środkowej (mesomelia), deformacją Madelunga w obrębie kości przedramion, skróceniem kości śródręcza oraz hipertrofią mięśni szkieletowych. W przypadku dysplazji mezomelicznej Langera objawy kliniczne są bardzo podobne do wcześniej wymienionych jednak w większym stopniu nasilone. Chorzy z dysplazją odznaczają się bardzo niskim wzrostem, znacznym skróceniem kości kończyn, hipoplazją żuchwy. Nie zawsze jednak haploinsuficjencja genu SHOX prowadzi do dysproporcji w budowie ciała. Nieprawidłowości genu SHOX mogą również być odpowiedzialne za tzw. idiopatyczny niedobór wzrostu. Istnieje wiele badań potwierdzających występowanie mutacji lub delecji genu SHOX w grupie dzieci z niedoborem wzrostu, u których nie stwierdza się odchyleń w badaniach hormonalnych oraz w układzie kostnym [9, 10, 11, 12, 13, 14]. Na podstawie danych literaturowych najczęstszą nieprawidłowością genu SHOX jest całkowita jego delecja [10]. Występowanie różnic fenotypowych między delecją a mutacją punktową omawianego genu wymaga jednak dalszych badań. Ross i wsp. przeprowadzili badania w grupie chorych z dyschondrosteozą Leriego i Weilla [15]. Autorzy ci wykazali, iż sam rodzaj nieprawidłowości genu SHOX (mutacja lub delecja) nie ma wpływu na nasilenie niedoboru wzrostu i zaburzeń proporcji ciała oraz częstości występowania gotyckiego podniebienia, skoliozy czy też koślawości łokci. Natomiast deformacja Madelunga występowała częściej w grupie chorych z mutacją genu SHOX w porównaniu z pacjentami z potwierdzoną delecją tego genu. 49

4 Praca przeglądowa Endokrynol. Ped., 6/2007;2(19):47-51 Uważa się, że pacjenci z niewyjaśnioną przyczyną niskorosłości i pacjenci z dysmorfią układu kostnego charakterystyczną dla zaburzeń SHOX (np. deformacja Madelunga, mezomelia, koślawość łokci, koślawość kolan, skrócenie kości śródręcza) powinni zostać poddani badaniom genetycznym. Głównymi wskazaniami do diagnostyki w kierunku defektu genu SHOX wg Rappolda są: niskorosłość, skrócenie kończyn, deformacja Madelunga, cechy dysmorficzne, nieprawidłowości radiologiczne czy też dodatni wywiad rodzinny w kierunku zaburzeń kostnych [11]. Dotychczasowe doniesienia literaturowe dotyczące badań w grupie dzieci z tzw. ISS nie są w pełni satysfakcjonujące i nie tłumaczą wszystkich mechanizmów prowadzących do niskorosłości. Istnieje potrzeba poszukiwania ewentualnych nieprawidłowości w grupie dzieci z idiopatyczną niskorosłością. Nadal nie wiadomo, w jakim stopniu zaburzenia genetyczne są odpowiedzialne za niedobór wzrostu w przypadkach uznanych za idiopatyczne. Rappold i wsp. wykazali, że w grupie dzieci z idiopatyczną niskorosłością 2,4% badanych prezentowała mutacje genu SHOX, z których 80% to całkowite delecje [10]. Rok później Binder opublikował badania potwierdzające wcześniejszą pracę. Stwierdził on u 2% dzieci z ISS całkowitą delecję genu SHOX [12]. Obecność takiej ilości zaburzeń genu SHOX wśród pacjentów z niskorosłością pozwala sądzić, że częstość występowania delecji genu SHOX w całej populacji wynosi 1 na 2000 czyli jest zbliżona do częstości występowania Zespołu Turnera czy niedoboru hormonu wzrostu. Inni autorzy znaleźli delecje SHOX u 7,1% pacjentów z niskorosłością o niewyjaśnionej przyczynie [13]. W roku bieżącym pojawiła się praca Hubera i wsp. wykazująca obecność nieprawidłowości SHOX aż u 15% dzieci z ISS [14]. Istnieje natomiast mało prac na temat mutacji genu FGFR3 w grupie pacjentów z ISS. Badania pacjentów z Chile wykazały typową mutację genu FGFR3 u 3 z 5 dzieci z hipochondroplazją, natomiast w grupie dzieci z ISS tejże mutacji nie stwierdzono [16]. Badania Mamady z Japonii również nie wykazały mutacji w genie FGFR3 w grupie dzieci z idiopatyczną niskorosłością [17]. Należy jednak mieć na uwadze fakt, że wiele przypadków łagodnych postaci hipochondroplazji nie jest rozpoznanych i w konsekwencji zostaje uznanych jako idiopatyczna niskorosłość. Dlatego wydaje się, że poszukiwanie najczęstszej mutacji powodującej hipochondroplazję w grupie dzieci z ISS może stanowić wartościowe i interesujące badanie. Wyżej opisywane badania molekularne są kosztowne i skomplikowane. Należą do badań prowadzonych w kolejnych etapach diagnostyki. Z punktu widzenia klinicysty wydaje się, że dokładne pomiary antropometryczne mogą być badaniem bardzo pomocnym i praktycznym w procesie diagnostycznym dzieci z niskorosłością o niewyjaśnionej przyczynie, szczególnie przy podejrzeniu zaburzeń kostnych. Dyskretne dysproporcje w budowie ciała mogą zostać ujawnione w dokładnych pomiarach długości kończyn i poszczególnych części ciała. Binder wykazał, że pomiary antropometryczne są bardzo przydatne w grupie dzieci z tzw. idiopatyczną niskorosłością [12]. Autor ten opracował wskaźnik kończyny tułów obliczany jako suma długości kończyn dolnych (subischial leg length) i rozpiętości ramion podzielona przez wysokość siedzeniową. W przeprowadzonej przez Bindera analizie stwierdzono, iż wartość powyższego współczynnika równa 1,95 + 1/2 wysokości ciała (m) charakteryzuje się wysoką czułością i specyficznością w wykrywaniu haploinsuficjencji genu SHOX. Współczynnik ten pozwala na różnicowanie dzieci z haploinsuficjencją genu SHOX z pacjentami, którzy posiadają prawidłowy materiał genetyczny. W grupie dzieci ze współczynnikiem większym niż wymieniony powyżej żaden z pacjentów nie prezentował patologii genu SHOX. Stosowanie tych obliczeń ma największą przydatność wśród dzieci o wzroście powyżej 110 cm. U wszystkich pacjentów z delecją genu SHOX stwierdzono nieprawidłowy stosunek długości kończyn do tułowia. Prezentowali oni krótkie kończyny dolne, skróconą rozpiętość ramion i prawidłową wysokość siedzeniową w odniesieniu do wieku. Wynika z tego, że wskazaniem do oceny genu SHOX jest dysproporcja w budowie ciała, wykazana w dokładnej analizie auksologicznej. Podsumowując, można stwierdzić, że w diagnostyce dzieci z niskorosłością, której etiologia jest szczególnie trudna do wyjaśnienia, należy brać pod uwagę choroby takie jak hipochondroplazja czy delecja genu SHOX. Istniejące dysproporcje w budowie ciała mogą być wartościową wskazówką do podjęcia genetycznej diagnostyki. 50

5 Obara-Moszyńska M. i inni Przydatność oceny molekularnej genów FGFR3 i SHOX oraz pomiarów antropometrycznych... PIŚMIENNICTWO/REFERENCES [1] Romer T.E.: Zaburzenia wzrastania o etiologii hormonalnej. [w:] Zaburzenia hormonalne u dzieci i młodzieży. Red. Romer T.E., Omnitech Press, Warszawa 1993, [2] Hilczer M., Smyczyńska J., Lewiński A.: Hormonalnie uwarunkowany niedobór wzrostu u dzieci. Klinika Ped., 2001:9(2), [3] Romer T.E. et al.: Dzieci z zaburzonym procesem wzrastania, kwalifikowane w Polsce do leczenia hormonem wzrostu. Ped. Prakt., 2001:9(1), [4] Vajo Z., Francomano C.A., Wilkin D.J.: The molecular and genetic basis of fibroblast growth factor receptor 3 disorders: the achondroplasia family of skeletal dysplasias, Muenke craniosynostosis, and Crouzon syndrome with acanthosis nigricans. Endocr. Rev., 2000 Feb:21(1), Review. [5] Bellus G.A. et al.: Distinct missense mutations of the FGFR3 lys650 codon modulate receptor kinase activation and the severity of the skeletal dysplasia phenotype. Am. J. Hum. Genet., 2000 Dec:67(6), [6] De Sanctis V., Pinamonti A.: Manual of Disease-Specific Growth Charts and Body Standard Measurements by Pharmacia & Upjohn. [7] Tanaka N. et al.: The comparison of the effects of short-term growth hormone treatment in patients with achondroplasia and with hypochondroplasia. Endocr. J., 2003 Feb:50(1), [8] Rao E.: Pseudoautosomal deletions encompassing a novel homeobox gene cause growth failure in idiopathic short stature and Turner syndrome. Nat. Genet., 1997:16(1), [9] Rappold G.A. et al.: Deletions of the homeobox gene SHOX (short stature homeobox) are an important cause of growth failure in children with short stature. J. Clin. Endocrinol. Metab., 2002:87(3), [10] Rappold G.A. et al.: Deletions of the homeobox gene SHOX (short stature homeobox) are an important cause of growth failure in children with short stature. J. Clin. Endocrinol. Metab., 2002 Mar:87(3), [11] Rappold G.A.: SHOX deficiency a detailed review. [w:] Understanding SHOX deficiency and its role in growth disorders. TMG Healthcare Communications Ltd. UK 2002, [12] Binder G., Ranke M.B., Martin D.D. : Auxology is a valuable instrument for the clinical diagnosis of SHOX haploinsufficiency in school-age children with unexplained short stature. J. Clin. Endocrinol. Metab., 2003 Oct:88(10), [13] Morizio E.: Deletion of the SHOX gene in patients with short stature of unknown cause. Am. J. Med. Genet. A., 2003 Jun 15: 119(3), [14] Huber C.: High incidence of SHOX anomalies in individuals with short stature. J. Med. Genet., 2006 Sep:43(9): Epub 2006 Apr 5. [15] Ross J.L. et al.: Phenotypes associated with SHOX deficiency. J. Clin. Endocrinol. Metab., 2001:86(12), [16] Mancilla E.E.: Mutations in the Fibroblast Growth Factor Receptor 3 gene (FGFR3) in Chilean patients with idiopathic short stature, hypochondroplasia and achondroplasia. Rev. Med. Chil., 2003 Dec:131(12), [17] Mamada M. et al.: Prevalence of Mutations in the FGFR3 Gene in Individuals with Idiopathic Short Stature. Clinical Pediatric Endocrinology, 2006: Vol. 15, No. 2,