利用基因组测序揭示软骨肿瘤和血管异常背后的基因

研究设计：

该研究将在五年内招募多达 100 名奥利尔病 (OD) 和马夫奇综合征 (MS) 患者。 每位参与者都将在 NIH 临床中心 (CC) 接受为期 5 天或更长时间的住院研究访问。

在那次访问期间，将进行以下程序：双能 X 射线吸收测定法 (DXA)、全身 X 射线、磁共振血管造影 (MRA)、全身正电子发射断层扫描 (PET) 扫描、磁共振成像（MRI）和脑单体素磁共振波谱。 研究团队在 NIH CC 会见后，参与者将收到在 NIH 完成的所有测试和咨询结果的摘要。

登记参加基因组测序的家庭成员不会在 NIH CC 接受任何临床评估。

戈登博士将监督该研究在美国国立卫生研究院的实施。 马里尼博士参与了最初的 NIH 拨款申请，现已退休，但她仍保留 NIH 的荣誉科学家/志愿者职位。 Marini 博士将担任该方案的高级临床顾问，并在 NIH CC 工作。 她不会同意参与者，但会出席许多研究访问。

JHU 研究团队的成员将获得在 NIH 工作和/或观察的许可；然而，他们不会被视为 NIH 研究团队的一部分，也不会被确定为 NIH 助理研究员。

目标：

奥利尔病 (OD) 和马夫奇综合征 (MS) 的特点是多发性软骨瘤，导致儿童早期严重的骨骼畸形，并增加患软骨肉瘤和其他恶性肿瘤的风险。 多发性硬化症患者也有血管异常。 软骨肉瘤是一种起源于软骨细胞的恶性肿瘤。 它是继骨髓瘤和骨肉瘤之后第三种最常见的原发性骨恶性肿瘤。 它约占骨肿瘤的 20%，在美国每年约有 600 名患者被诊断出来。 高达 40% 的软骨肉瘤源自内生软骨瘤。 OD 患者患软骨肉瘤的风险高达 45.8%，MS 患者患软骨肉瘤的风险高达 57.1%。 目前，患有这些疾病的患者唯一的治疗方法是手术。没有有效的药物治疗。

我们在 PTPN11（编码非受体蛋白酪氨酸磷酸酶 SHP2）中发现了导致 MC 的杂合种系功能缺失变异。 在初步研究中，我们还在 MS 患者的网状血管内皮瘤中发现了 PTPN11 R138X 变异，在 OD 患者中发现了种系 PTPN11 L560F 变异。 PTPN11 编码 SHP2，这是一种胞质蛋白酪氨酸磷酸酶，参与包括 EGFR 和 FGFR 在内的多种受体酪氨酸激酶下游 RAS/MAPK 信号传导的早期步骤。 使用免疫印迹分析，我们测量了 MC 和 OD 患者成纤维细胞中该途径的终产物 pERK1 和 2 的表达，并观察到与对照组相比，患者中 pERK1 和 2 的表达降低（Sobreira 等人，未发表）。 同样，Ptpn11 条件敲除小鼠模型中的实验显示，缺乏 SHP2 的软骨细胞中 ERK1/2 信号传导减少。 综上所述，这些结果表明 RAS/MAPK 信号传导的减少可导致内生软骨瘤的形成。 部分 MS 和 OD 患者的肿瘤中已鉴定出 IDH1 和 2 的杂合体细胞变异。 在受影响个体的种系 DNA 中未发现这两种变异。 我们的初步研究已经确定了种系变异 KDM4C 和 HIF1A，这 2 个已知与 IDH1 和 2 相互作用的基因，作为 2 个患有多发性软骨瘤的不相关先证者的候选基因。

基于这些结果，我们假设 OD 和 MS 是由种系变异（例如 1 型神经纤维瘤病和神经鞘瘤病）引起的肿瘤易感综合征。 相同或不同基因（例如 IDH1 和 IDH2 或其他尚未鉴定的基因）的后续命中参与内生软骨瘤和软骨肉瘤的形成。 此外，这些变异可能会下调 RAS/MAPK 通路，或者位于与 IDH1 和 2 相互作用的基因中。

为了测试这个模型，我们将追求以下具体目标：

具体目标 1. 全面明确 OD 和 MS 患者的表型特征。

假设：OD 和 MS 是不同的、未充分表征的癌症易感性综合征，具有不同的特征。 最近，我们提出了对 OD 和 MS9 患者进行系统评估的诊断和监测指南。 在这里，我们将： (a) 通过在 NIH/CC 对 OD 和 MS 患者的临床和家族史以及身体特征进行详细评估，确定 OD 和 MS 患者的完整表型特征； (b) 通过进行全身 MRI 或 X 射线、MRA 和脑磁共振波谱，确定内生软骨瘤和血管异常的数量、大小和位置，并识别这些患者的其他肿瘤； (c) 建立患者及其家庭成员样本生物库，用于遗传、代谢和功能测试。

具体目标 2. 从血液、内生软骨瘤、软骨肉瘤和相关血管瘤的 DNA 中寻找缺失的种系（和/或体细胞嵌合体）致病变异（编码和非编码）。 我们将对种系和肿瘤（内生软骨瘤、软骨肉瘤和血管瘤）DNA 进行全基因组测序，以识别血液中的种系变异以及随后参与肿瘤形成的命中。 我们还将对从肿瘤样本中分离的 RNA 进行 RNA 测序 (RNAseq)，以进行基因表达分析并确定受这些疾病影响的其他可能途径；并帮助解释 WGS 检测到的变异，特别是分别影响剪接和 RNA 丰度的同义变异和非编码变异。

具体目标 3. 为了检验标准分析可能由于替代遗传模式而忽略致病变异的假设，我们将应用新颖的分析方法来研究通常不考虑的替代遗传模式。 我们将研究父本和母本的遗传印记模式，并研究在逃避 X 失活的基因中发现的变异。 通过全基因组测序，我们还能够研究逃避 X 失活的 X 连锁基因的变异和 Y 连锁基因的变异。

具体目标 4. 确定 OD 或 MS 致病变异对 HIF-1 通路的影响。

假设：OD 和 MS 的致病变异导致 HIF1A 及其靶基因下调。 我们对 OD 和 MS 患者的成纤维细胞和内生软骨瘤样本的 RNAseq 数据进行初步分析，结果显示与其他癌症环境相比，HIF-1 相关基因的诱导受损。 HIF1A 变异尚未被确定为致病性，但我们的 7 名患者在该基因中存在致病变异。 我们发现，与对照组相比，OD 和 MS 患者的 HIF1A 和 VHL 突变率更高（p<0.05）。 因此，我们将：(a) 使用基于敲入细胞的模型来研究我们在 HIF1A（在 7 名患者中发生突变）、VHL（在 6 名患者中发生突变）和 KDM4C（在 4 名患者中发生突变）中发现的致病变异的影响) 使用双荧光素酶测定检测 HIF-1 转录活性40； (b) 使用 enchondroma RNAseq 鉴定差异表达基因和中断的通路。

具体目标 5. 数据共享。 正如我们在其他项目中所做的那样，我们将把序列数据提交到 dbGaP 以方便数据共享。 JHM IRB 将确定共享是否符合 NIH 基因组政策。 此外，为了识别其他具有与我们的候选变体和基因相关的数据的人，我们将使用 GeneMatcher 和 Matchmaker Exchange。 我们还将把我们的数据提交到 ClinVar 和 COSMIC 数据库。 我们渴望加入一个联盟，以建立 Kids First 数据资源，并在 NCI 基因组数据共享中心建立儿童癌症的整体遗传数据集。