COL1A1基因新型剪接变异导致成骨不全症I型的分子机制及家系研究

本研究针对中国四代成骨不全症(OI)家系，通过全外显子测序(WES)鉴定出COL1A1基因新型剪接位点变异(c.370-2A>C)，利用迷你基因(minigene)实验证实其通过激活隐蔽剪接位点引发移码突变(c.370_379del)，导致胶原蛋白三螺旋结构域缺失。研究首次揭示该变异通过单倍剂量不足(haploinsufficiency)机制导致OI I型表型，并系统分析全球367例COL1A1剪接变异的分布规律与表型关联，为OI精准诊疗提供新依据。

　　

成骨不全症(Osteogenesis Imperfecta, OI)是一种被称为"瓷娃娃病"的遗传性结缔组织疾病，患者骨骼脆弱易折，轻微碰撞就可能造成骨折。这种疾病临床表现差异巨大，从轻微的蓝巩膜到致死性的新生儿骨折均可出现。尽管85%-90%的OI病例由COL1A1/COL1A2基因突变引起，但剪接变异仅占不到10%，其致病机制和基因型-表型关联仍存在大量未知。

中国济宁医学院附属医院的Dongye He和Yanying Li团队在《Human Genomics》发表的研究，对一个呈现典型OI I型表型的中国四代家系展开深入探索。该家系12名患者均表现出蓝巩膜、关节松弛等特征，但骨折频率和骨骼畸形程度存在显著差异。这种临床异质性促使研究者追问：究竟是何种遗传变异导致了这种特殊表型？这些变异如何影响胶原蛋白功能？

研究团队采用多组学技术开展系统性分析：首先通过全外显子测序锁定候选变异，利用Sanger测序进行家系共分离验证；构建迷你基因载体模拟剪接过程，结合RT-PCR和Western blotting分析转录本异常；应用AlphaFold3预测蛋白质三维结构变化；并整合全球22项研究的367例COL1A1剪接变异数据，绘制出基因突变热点图谱。

分子遗传学分析揭示新型剪接变异

WES在先证者中发现COL1A1基因第4内含子接受位点的罕见A>C颠换(c.370-2A>C)，家系共分离分析证实该变异与疾病表型完全共分离。值得注意的是，未受累家系成员II-5和III-1均未携带此变异，显示其致病性。

迷你基因实验解析剪接异常机制

研究人员创新性地构建包含外显子3-6的迷你基因载体，发现c.370-2A>C变异导致外显子5前端10个碱基(c.370_379delGGACCCGCAG)被错误剪切。这种移码突变产生提前终止密码子(p.Gly124Alafs*138)，Western blot检测到37kDa的截短蛋白表达量显著高于野生型(p<0.05)。

蛋白质结构预测显示功能域缺失

AlphaFold3建模显示，突变蛋白仅保留N端前肽，缺失了决定力学强度的三螺旋结构域和C端前肽。这种结构缺陷解释了为何突变体虽能逃逸无义介导的mRNA降解(NMD)，却无法形成功能性胶原纤维。

全球数据揭示剪接变异分布规律

研究团队整合的全球数据显示：COL1A1剪接变异在爱沙尼亚(33.3%)和日本(24.0%)人群中频率较高，但绝大多数地区低于10%。特别发现第14内含子供体位点的3个变异均导致致死性OI II型，而5'和3'端变异多引起轻度OI I型，为临床预后预测提供分子标记。

这项研究首次阐明COL1A1 c.370-2A>C变异通过破坏剪接平衡导致单倍剂量不足的分子机制。家系中男性患者骨折频率显著高于女性(5:1)，提示性别因素在OI表型表达中的调控作用。发现的剪接变异热点图谱，为临床遗传咨询提供了重要参考。研究不仅拓展了COL1A1基因的突变谱，更通过创新性的迷你基因实验模型，为其他遗传病剪接变异的功能研究提供了范式。

论文特别指出，尽管截短蛋白在体外过表达，但患者体内可能通过NMD机制实现剂量调控，这解释了OI I型相对温和的表型。这种分子机制与导致严重表型的甘氨酸替代突变(Gly substitution)形成鲜明对比，凸显了胶原病基因型-表型关联的复杂性。该成果为OI的精准分型和靶向治疗开发奠定了重要基础。