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目的遗传性骨病是一类临床表现和遗传背景高度异质性的骨骼系统疾病，涉及骨骼系统的发育和功能障碍。本研究应用全外显子组测序技术（WES）对3例遗传性骨病家系进行分子遗传缺陷机制研究，并评估WES技术在遗传性骨病临床分子诊断中的效用。方法分别从1例先天性并指畸形家系、1例先天性马蹄内翻畸形家系和1例先天性远端关节挛缩家系中选择了2个患病个体和1个正常个体作为研究对象。利用Gentra Puregene Kit (Qiagen, Germany)从外周血样本中进行基因组DNA提取、TruSeq DNA Sample Preparation Kit (Illumina, USA)进行基因组DNA文库构建、TruSeq Exome Enrichment Kit (Illumina, USA)进行外显子组捕获和富集、Hiseq2000高通量测序系统（Illumina, USA）对经富集的DNA样本进行高通量2×100双端测序。Hiseq2000高通量测序系统内置的SCS软件v2.8、OLB软件v1.8及CASAVA软件v1.8用于生成100bp读长的测序片段。利用默认设置的BWA软件将获得的测序片段与人类参考基因组（hg19）进行比对。GATK软件和VarScan软件用于变异的识别，利用Picard软件的CalculateHsMetrics工具模块进行测序深度和覆盖度的计算。本研究仅对位于外显子区域和外显子-内含子交界处的测序片段进行分析。采用不同的过滤步骤进行SNP位点、插入/缺失突变（indel）的分析。利用Annovar软件进行变异注释。对所有变异而言，检测阈值设定为至少20%的测序片段要覆盖任一变异位点；只有当覆盖任一变异位点的测序片段＞10个以上时此变异才被认为是真实的变异。对每个样本而言，NCBI最新版dbSNP数据库（dbSNP137）收录的变异以及同义突变均不再进行下游分析。剩余未见报道的变异均应用MutationTaster、Polyphen-2和SIFT工具进行分析以评估变异对相应蛋白质功能的影响。SIFT评分<0.05、Polyphen-2评分和MutationTaster评分＞0.85的变异入选进行高阶过滤筛选步骤。结合OMIM注释、GO分析结果和通路分析等信息，筛选最可能的致病性突变并经Sanger测序进行验证。结果在本研究中，对来自3个遗传性骨病家系的8例样本进行了WES，每个样本平均产生8030.75万个测序序列，其中Q30数据占86.85%。目的序列覆盖率为62.34%，Q30目的序列达66.99%。在每例样本中，平均共检测到86,899.5±14,325.5个SNV，其中有10,505±1,034.3个SNV位于外显子区域，并经预测可以潜在影响相应蛋白的正常功能。每个样本平均存在1,251±108个低频SNV（显性：＜0.01；隐性：＜0.05）。在先天性并指家系、先天性马蹄内翻畸形家系和先天性挛缩畸形家系中分别发现GJA1基因c.302G>T (p.R101L)，FLNB基因c.4717G>T (p.D1573Y)和TNNI2基因c.533T>G (p.F178C)三个新的错义突变。三个错义基因突变全部经过Sanger测序验证，并经生物信息学预测工具预测会显著影响各自蛋白的正常功能。同时，此三个突变在各自家系中与疾病表现呈现共分离。GJA1突变主要与SD3和ODDD有关。ODDD以颜面畸形、神经系统异常、肢体畸形、眼部畸形为特征；而SD3则主要表现为4、5指并指畸形但不出现脚趾并趾。本研究描述的携带GJA1突变并指家系的临床表现主要以双侧4、5指并指和/或3、4趾并趾为特点，没有相关神经系统、牙科及眼科的异常表现。因此，本研究结果进一步丰富了GJA1基因突变的疾病表型相关信息。FLNB基因突变主要发生于LS-AO-BD骨骼增生异常症候群患者中，且FLNB突变位点与疾病严重程度有关。本研究发现的FLNB新突变c.4717G>T (p.D1573Y)位于R14结构域。同时，我们在53例单纯马蹄内翻畸形散发病例中发现3例患者出现FLNB基因的胚胎系突变（c.1897A>G（p.M633V）、c.2195A>G（p.Y732C）和c.2774G>A（p.G925D）），分别位于R4、R5及R7结构域。与LS-AO-BD的临床表现相比，本研究发现的9例FLNB新突变患者（家系患者6例，散发病例3例）均以单纯马蹄内翻畸形为主要临床表现，而没有前者常表现的椎骨融合、矮小、侏儒症、骨骼系统外畸形等表型特征。因此，本研究结果进一步丰富了FLNB突变相关表型信息。远端关节挛缩（DA）是一组主要累及肢体远端关节的常染色体显性遗传性疾病，包括11种疾病亚型。不同亚型DA的临床表现特特点具有一定程度的重叠，具有高度的遗传异质性。本研究发现TNNI2基因新突变c.533T>G (p.F178C)是此DA家系的致病突变。结合临床表现和突变信息，我们将此DA家系最终诊断为DA2B。结论本研究结果表明，WES结合生物信息学分析和变异过滤步骤，能够有效地用于遗传性骨病致病基因突变的发现和鉴定。我们利用此方法在3个遗传性骨病家系的6例患者中成功发现了致病突变。本研究结果同时清楚地表明，遗传性骨病相关基因突变的相关表型特征具有高度异质性。