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第一部分中国大样本成骨不全症的基因突变谱探索目的:成骨不全症(Osteogenesis Imperfecta,OI)是一组有高度遗传和表型异质性的单基因遗传性骨病,以骨量减少、骨脆性增加和反复骨折为主要特点。目前我国O1致病基因和潜在分子机制尚不清楚,相关临床表型研究也较为缺乏。本研究采用新型分子诊断平台,深入探索中国大样本OI患者的致病基因突变谱,并分析多种遗传模式O1患者的基因型与临床表型关系。方法:本研究利用自主设计、包含19种OI致病基因的二代靶向测序平台,对2013-2016年在北京协和医院就诊的152例OI患者进行致病基因突变检测,采用Sanger测序对每例患者进行家系验证。此外,纳入本课题组既往行基因检测的O1患者,在共261例OI患者中总结全面的致病基因突变谱;分析不同基因型患者,身高、骨折率、腰椎和股骨颈骨密度(bone mineral density,BMD)、骨转换生化指标血碱性磷酸酶(alkaline phosphatase,ALP)和β胶原降解产物(cross-linked C-telopeptide of type I collagen,β-CTX)、骨骼畸形、骨骼外表现等表型差异;对常见的Ⅰ型胶原基因变异患者,进行深入的基因型-表型关联分析。结果:本研究利用二代测序联合家系Sanger测序,发现了 140例OI患者的致病基因突变,并检出50种新突变位点;新型分子诊断平台对OI的检出率为92%,准确性为100%。在本课题组261例OI患者中,Ⅰ型胶原编码基因(COLlA1/COLlA2)突变最为常见(198例,76%),其次是IFITM5基因(15例,6%),SERPINF 和WNT1(12例,4.6%)是常染色体隐性遗传性OI中检出率较高的两种致病基因。然而在轻型OI中,Ⅰ型胶原基因检出率为84%;在中重型OI中,Ⅰ型胶原基因检出率仅68%,但隐性遗传基因可达21%。相比于Ⅰ型胶原结构变异,COL1A/单倍剂量不足患者身高Z值(-0.4±1.3)和BMDZ值(腰椎-1.7±1.3、股骨颈-2.7±2.2)更高,骨骼畸形更少(11%,P均<0.05)。Ⅰ型胶原αl链结构变异位点与蓝巩膜、牙本质发育不全,α2链变异位点与股骨颈BMD Z值存在一定相关性;但未发现氨基酸替换种类与表型的相关性。所有常染色体隐性遗传基因突变的患者均为中重型OI,且β-CTX(1.09±0.48ng/ml)和BMD Z值(腰椎-3.5±2.4)显著高于Ⅰ型胶原基因变异的患者;80%存在严重骨骼畸形和活动受限,但蓝巩膜(40%)和牙本质发育不全(7%)少见。结论:Ⅰ型胶原编码基因COLlA1和COLlA2是中国OI主要的致病基因,其次是常染色体显性遗传IFITM5基因,以及常染色体隐性遗传SERPINF1和WNT1基因;不同临床分型的OI患者具有显著不同的基因突变谱。Ⅰ型胶原单倍剂量不足的患者临床表型轻、骨骼畸形少;罕见常染色体隐性遗传性OI患者病情严重、普遍有骨畸形和活动受限,但缺乏典型骨骼外表现。此外,新型靶向二代测序平台显著提高了 OI分子诊断水平,为未来产前诊断和分子靶向治疗奠定了初步基础。第二部分成骨不全症成人患者的临床特点和双膦酸盐疗效分析目的:成骨不全症(Osteogenesis imperfecta,OI)是以骨骼脆性增加和反复骨折为特征的单基因遗传性骨病。OI临床异质性大,可表现骨折风险轻度增加甚至围生期死亡(Ⅰ-Ⅳ型);双膦酸盐(Bisphosphonates,BPs)是目前广泛应用的OI治疗药物,以阿仑膦酸钠和唑来膦酸较为常用。然而,成人OI患者的具体临床表现、是否仍需药物干预,尚不十分清楚。本研究探讨成人OI患者的临床特点,并评估阿仑膦酸钠和唑来膦酸治疗成人OI的有效性和安全性。方法:纳入2007-2016年于北京协和医院内分泌科首诊的102例18岁以上OI患者。回顾性分析成人OI的临床特点,包括骨密度(bone mineral density,BMD)、骨转换生化指标血碱性磷酸酶(alkaline phosphatase,ALP)和β胶原降解产物(cross-linked C-telopeptide of type Ⅰ collagen,β-CTX)、25 羟维生素 D(25-hydroxyvitaminD,250HD)、甲状旁腺激素(parathyroid hormone,PTH)、骨折率、影像学和骨骼外表现,并与102例年龄、性别和体重指数匹配的健康对照者进行比较。对2011-2015年接受治疗的60例成人OI患者,按2:1分别纳入阿仑膦酸钠组(口服70mg/周)或唑来膦酸组(静脉注射5mg/年),进行为期2年的前瞻性药物疗效观察;治疗有效性指标包括腰椎和髋部BMD变化率、骨转换指标变化率和新发骨折率。结果:102例成人OI患者中,近3/4为Ⅰ-Ⅳ型OI。与健康对照组相比,轻、中、重型(Ⅰ/Ⅲ/Ⅳ)患者的血ALP水平更高,仅重型(Ⅲ)患者β-CTX高于对照组(P=0.023)。成人OI患者250HD水平为16.2 ± 8.1 ng/ml,维生素D缺乏和不足分别占73.4%、89.0%。骨骼表型方面,成人OI的腰椎和髋部BMD明显低于对照组,且Ⅰ/Ⅲ/Ⅳ型之间有统计学差异(P均<0.001);此外,69.5%患者BMDZ值在-2SD以下。所有Ⅲ型患者均表现四肢长骨畸形、脊柱侧弯和压缩性骨折,64%有牙本质发育不全。成人OI的治疗方面,共52例患者完成2年BPs治疗和随访。经2年治疗,腰椎、股骨颈和全髋BMD在阿仑膦酸钠组(分别为10.5、13.2、14.7%)和唑来膦酸组(分别为11.3、13.7、11.7%)显著升高,且两组间无显著性差异(P均＞0.05);双膦酸盐均能显著降低两组骨转换指标ALP和β-CTX水平,组间无显著性差异(P=0.12、0.48);与OI患者治疗前的骨折率相比,治疗后两组的新发骨折率下降。结论:与健康人群相比,成人OI患者维生素D营养状况差、骨转换水平高、腰椎和髋部骨密度低,仍存在高骨折风险,故OI患者进入成年期仍需要积极的药物干预。口服阿仑膦酸钠和静脉唑来膦酸均能有效提高成人OI患者的骨密度、抑制骨转换,并可能降低骨折率,且两种药物的安全性较好。