一、發(fā)病原因
本病病因目前尚不十分清楚，一般認(rèn)為是中胚層細(xì)胞發(fā)育不全致膠原蛋白轉(zhuǎn)錄和翻譯過程缺陷或翻譯后各種酶缺陷使其合成障礙而引起。
二、發(fā)病機(jī)制
本病發(fā)病機(jī)制目前還不十分清楚。多有家族史，發(fā)病多符合常染色體顯性遺傳或常染色體隱性遺傳，部分符合X連鎖隱性遺傳。
近年來，由于分子生物學(xué)及蛋白化學(xué)的發(fā)展，細(xì)胞外基質(zhì)蛋白的主要成分及相應(yīng)的多種基因突變已被確定。新技術(shù)的應(yīng)用，如用轉(zhuǎn)基因動物模型觀察基質(zhì)基因產(chǎn)物的基本功能，包括轉(zhuǎn)錄因子、生長因子、分化因子和細(xì)胞因子等，使發(fā)病機(jī)制的研究更加深人。目前的難點是認(rèn)識特殊基因突變與臨床表現(xiàn)型的關(guān)系，突變的病理機(jī)制等以便制定合理的臨床治療策略。
1.膠原生物合成的分子調(diào)控與臨床疾病
(1)膠原的結(jié)構(gòu)與功能：
膠原保持某些器官正常的結(jié)構(gòu)及功能，如眼、心肌、心瓣膜、骨骼肌、韌帶、肌腱、腎、關(guān)節(jié)、軟骨等。原膠原由3條多肽鏈(alpha鏈)組成，其氨基酸順序為GLY-X-Y，GLY為甘氨酸，占1/3，X多為脯氨酸，Y常為羥脯氨酸占1/4，3條鏈之間由氫鍵相連成3螺旋，在兩端有N及C末端前肽。目前已確認(rèn)的膠原分19型，編碼30個基因，分布于12條染色體上。由于轉(zhuǎn)錄不同的基因剪切片段，或用不同的引物轉(zhuǎn)錄的不同RNA，使蛋白的排序多樣化。膠原蛋白被小膠原(minor collagen)或非膠原蛋白調(diào)控，原始蛋白被特殊的或小膠原修飾，組裝成適應(yīng)一些特殊需要的結(jié)締組織，如抗?fàn)坷⒖箟毫捌琳献饔谩＜?xì)胞外基質(zhì)蛋白(ECP)合成缺陷導(dǎo)致相關(guān)疾病。
(2)結(jié)締組織的功能：
①Ⅰ型膠原家族的作用：
Ⅰ型膠原家族的作用是保持皮膚，肌腱，韌帶的張力。在Ⅰ型膠原纖維內(nèi)有小量Ⅴ型膠原;Ⅶ型膠原分布在纖維束的表面，Ⅵ型分布在基質(zhì)內(nèi)，有助于間質(zhì)膠原的固定。這些組織與非膠原蛋白之間的相互作用形成膠原家族結(jié)構(gòu)的多樣性。基質(zhì)的蛋白多糖中的核心蛋白聚糖(decorin)附著于膠原，功能是固定變形的生長因子-β分子到纖維表面。非膠原基質(zhì)蛋白如磷酸蛋白及骨鈣素(osteocalcin)使骨堅固。Ⅲ型膠原蛋白是內(nèi)臟平滑肌細(xì)胞的結(jié)締組織。Ⅰ型膠原與彈力組織的相互作用可約束血管壁。
②抵抗壓力作用：
Ⅱ型膠原是軟骨的主要組成部分。其纖維由Ⅺ膠原及Ⅸ型膠原調(diào)控。特殊的軟骨組織如肥大軟骨細(xì)胞，由Ⅹ型膠原產(chǎn)生;Ⅵ型膠原分布在軟骨，使之與周圍結(jié)構(gòu)固定，Ⅱ型膠原分布于關(guān)節(jié)面、鼻、耳、眼玻璃體。
③各型細(xì)胞間的屏障及相互溝通作用：
結(jié)締組織的另一功能是維持各型細(xì)胞間的屏障機(jī)制及相互溝通。此功能主要靠基底膜的濾過作用，基底膜主要由Ⅳ型膠原組成。Ⅶ型膠原的功能是將基底膜固定在臨近組織。Ⅷ型膠原主要出現(xiàn)在血管，神經(jīng)組織。這3種膠原保證多種組織如角膜、血管內(nèi)皮、腎小球的基底膜等的功能正常。
新分類的膠原分子如ⅩⅤ及ⅩⅦ型膠原可能有細(xì)胞與細(xì)胞外環(huán)境之間通道的作用。細(xì)胞外基質(zhì)可通過細(xì)胞膜受體接受信號，合成所需要的成分，以適應(yīng)組織生長及修復(fù)。
(3)膠原生物合成與臨床疾病：
由Ⅰ型膠原合成途徑缺陷導(dǎo)致的疾病的研究成為所有原纖維膠原突變的例證，有助于對更復(fù)雜的突變進(jìn)行更深入的研究。由于膠原基因突變，或由于介導(dǎo)翻譯后的膠原蛋白及細(xì)胞外基質(zhì)代謝的酶缺陷所致的疾病有多種，如成骨不全(osteogenesis imperfacta)、軟骨發(fā)育不全(achondroplasia)、埃萊爾-當(dāng)洛綜合征(Ehlers-Danlos syndrome)、X-連鎖.Alport綜合征(Alports syndrome)、大皰性表皮裂解(epidermolysis bullosa)等。
(4)膠原合成：
①膠原基因在不同細(xì)胞中的多種表達(dá)：
Ⅰ型膠原基因大而復(fù)雜，分布于50或51個內(nèi)含子范圍。膠原基因的表達(dá)水平取決于其所含的對轉(zhuǎn)錄因子有不同反應(yīng)的DNA原件(element)上的啟動子(promotor)。這些原件定位于基因編碼區(qū)的遠(yuǎn)端(5上游)及內(nèi)含子序列內(nèi)。主要在骨組織表達(dá)的DNA原件與在肌腱，血管平滑肌，皮膚的不同，說明一個單個基因在不同細(xì)胞中的多種表達(dá)。
②轉(zhuǎn)錄：
原始膠原信使RNA(mRNA)的轉(zhuǎn)錄是含內(nèi)含子，外顯子基因的完全復(fù)制。Ⅰ型膠原的雜合二聚體(heterodimer)[α1(Ⅰ)]2α2(Ⅰ)，從每個基因成倍轉(zhuǎn)錄。轉(zhuǎn)錄后的核mRNA進(jìn)入加工程序，移出內(nèi)含子。因為內(nèi)含子序列會改變RNA閱讀框架或使不適合的氨基酸進(jìn)入編碼蛋白以及使一些異常產(chǎn)物保留在細(xì)胞核內(nèi)并被降解，使正常的mRNA產(chǎn)物減少，故內(nèi)含子必須移出。此過程是在內(nèi)含子，外顯子交接點出現(xiàn)識別序列(為一組小的核RNA(nuclear RNAS))，經(jīng)剪切，將全部內(nèi)含子序列移出，使相鄰?fù)怙@子連接。mRNA到達(dá)粗內(nèi)質(zhì)網(wǎng)后膠原被翻譯成多肽α(alpha)鏈。mRNA原始序列的異常，如終止密碼的1個堿基改變，或閱讀框架的移位都會使蛋白產(chǎn)物減少。
③加工及鏈裝配：
膠原mRNA被加工，某些脯氨酸殘基羥化、賴氨酸羥化、糖基化形成胞質(zhì)mRNA。羥化的脯氨酸殘基使膠原三螺旋在生理溫度條件下更穩(wěn)定。脯氨酸羥化酶已被克隆，其活性與膠原合成的速度平行，賴氨酸的羥化使骨組織形成穩(wěn)定的中間鏈及交叉連鎖(cross-links)。基因突變可導(dǎo)致的過量賴氨酸羥化會影響三螺旋形成。
④胞質(zhì)mRNA從多肽C端向N端自我裝配成三螺旋
形成細(xì)胞內(nèi)前膠原。并分泌到細(xì)胞外，此過程在高爾基體進(jìn)行
在細(xì)胞外，C及N端的多肽從裝配好的細(xì)胞內(nèi)前膠原(intracellular procollagen)移出，形成細(xì)胞外膠原(extracellular collagen)。所有膠原α鏈C端都有一高度保守區(qū)，對鏈裝配非常重要。此區(qū)分子突變會使異常鏈進(jìn)入三螺旋，導(dǎo)致膠原形成減少。GLY-X-Y三體的第1位的甘氨酸殘基其功能是使多肽鏈保持緊的結(jié)構(gòu)，如發(fā)生點突變可導(dǎo)致的甘氨酸替換，影響三螺旋形成，裝配慢，分泌差，對組織蛋白酶敏感，影響正常功能。
⑤微纖維(microfibril)形成及交叉連鎖，形成成熟的膠原：
形成成熟的膠原纖維的最后步驟是個體分子進(jìn)入膠原多聚體，隨后，分子間交叉連鎖使分子內(nèi)穩(wěn)定，此過程由賴氨酸氧化酶啟動，由三螺旋外露區(qū)的信息指導(dǎo)，最后形成不溶性的膠原(insoluble collagen)。微纖維的正常排列對賴氨酸氧化酶啟動交叉連鎖至關(guān)重要。突變導(dǎo)致的微纖維排列紊亂，使膠原交叉連鎖發(fā)生缺陷，會弱化結(jié)締組織。阻斷交叉連鎖的形成的物質(zhì)如青霉胺會增加組織脆性致骨彎曲，動脈瘤等。賴氨酸氧化酶基因已克隆，定位在5號染色體。交叉連鎖的形成的遺傳缺陷尚無報道。放射免疫法測定這些前肽，對估價一些疾病的膠原合成率，對激素治療的反應(yīng)有臨床價值。
2.Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅷ、Ⅺ型為常見染色體顯性遺傳
臨床研究證明，膠原蛋白Ⅰ的α-1和α-2基因定位于7號染色體。Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ型膠原蛋白即問質(zhì)膠原蛋白，由基因組合顯示，沿著三螺旋區(qū)域的進(jìn)化保守位置有大量相對小的外顯子，使其Ⅰ型膠原的可溶性增加，超微結(jié)構(gòu)示膠原纖維直徑增加，交聯(lián)異常。前膠原肽酶缺損，可能是因膠原的一級結(jié)構(gòu)異常或代謝異常所引起。常染色體隱性遺傳者，其皮膚或大動脈等組織中無Ⅲ型膠原，即使在成纖維細(xì)胞培養(yǎng)時也無Ⅲ型膠原合成，因此認(rèn)為可能是由于與Ⅲ型膠原相關(guān)基因異常所引起。1990年Zafarullah等證實了在三螺旋531位氨基酸密碼子GCT(丙)→ACT(蘇)的改變，其丙氨酸等位基因的頻率為0.68。Ⅲ型膠原同Ⅰ型膠原一樣幾乎遍布全身，尤其是動脈中層、大動脈內(nèi)膜和肺泡隔等間質(zhì)處，主要由Ⅲ型膠原構(gòu)成。根據(jù)其分布部位分析，Ⅲ型膠原可能與某些組織彈性的穩(wěn)定性有關(guān)。另外，對纖維形成起作用的Ⅰ型膠原也有很大影響。因此，Ⅲ型膠原缺損可出現(xiàn)因血管和各種臟器強(qiáng)度減弱而引起的各種臨床癥第Ⅳ型通常為常染色體顯性遺傳，但也有常染色體隱性遺傳或性連鎖隱性遺傳。本型膠原蛋白基因定位于164q21～q31。1988年Superti-Furga等證明成纖維合成了正常大小的和縮短的Ⅲ型膠原鏈，在三螺旋區(qū)域內(nèi)，其基因和中部有一大的缺失即編碼區(qū)外顯子16缺失。1991年RichARDS等發(fā)現(xiàn)纈氨酸替換甘氨酸910的G→T突變。1992年Kontusaari等發(fā)現(xiàn)COL3-AⅠ基因的單個堿基替換，將1018位的甘氨酸密碼子轉(zhuǎn)變成天冬氨酸密碼子，由于甘氨酸的突變，使其皮膚成纖維細(xì)胞分泌到介質(zhì)中的Ⅲ型膠原蛋白量顯著降低。在有些病例其成纖維細(xì)胞可以合成Ⅲ型膠原前質(zhì)，但其全部膠原前質(zhì)向細(xì)胞外的分泌障礙。
第Ⅴ型為性連鎖隱性遺傳，Ⅴ型膠原蛋白基因定位于2q24.3～q31。本型膠原蛋白有3個鏈的變異體，它有特異性細(xì)胞周圍的分布，通常位于基底膜和間質(zhì)之間，可能有助于大直徑纖維的定向。在真皮成纖維細(xì)胞培養(yǎng)合成的膠原易溶，同時在細(xì)胞與培養(yǎng)液中的賴氨酰氧化酶活性降低。此種酶與膠原及彈性蛋白的交聯(lián)形成有關(guān)，故此酶缺乏可使正常膠原纖維交聯(lián)形成受抑制，導(dǎo)致膠原纖維形成障礙。
第Ⅵ型為常染色體隱性遺傳，本型膠原蛋白基因定位于2q27.3。病人皮中羥賴氨酸殘基減少，尿中羥賴氨酸排泄亦減少。另外，成纖維細(xì)胞培養(yǎng)時，賴氨酸羥化酶活性降低。羥賴氨酸對Ⅰ型膠原的交聯(lián)形成有特別重要的作用，它的缺損可致富有Ⅰ型膠原的皮膚膠原缺乏交聯(lián)，從而減弱皮膚彈性的穩(wěn)定性，引起各種臨床癥狀。該亞型主要因Ⅰ型膠原酶缺損所引起。
第Ⅶ型多為常染色體隱性遺傳，本型膠原蛋白基因定位于3p21.3。Ⅶ型膠原蛋白有1個三螺旋區(qū)域，它較Ⅰ型蛋白的三螺旋區(qū)長一半，并以二硫鍵穩(wěn)定的二聚體分布于基底層之下的真皮-表皮基底膜區(qū)，造成膠原前質(zhì)異常堆積于皮膚等結(jié)締組織中，使正常膠原成熟發(fā)生障礙。Ryynanen等1992年證實Ⅶ型膠原蛋白在真皮-上皮基底膜區(qū)表達(dá)，在人類皮膚發(fā)育過程中可能是該型膠原蛋白的主要細(xì)胞來源。Ⅶ型膠原蛋白僅局限于分層的鱗狀上皮之下的基底膜區(qū)。在該皮膚基底膜區(qū)內(nèi)，本型膠原蛋白位于上部乳頭真皮的致密層和亞致密層區(qū)域內(nèi)。免疫定位證實本型膠原蛋白是錨定纖維的主要膠原組成成分。在對真皮氨基酸進(jìn)行分析證明，其胱氨酸顯著增加，甘氨酸、羥脯氨酸減少，非膠原成分增加，患者成纖維細(xì)胞的氨基端膠原前質(zhì)肽酶活性明顯下降，表明該酶缺損可使膠原前質(zhì)合成過多而引起相應(yīng)的臨床癥狀。
第Ⅷ型為常染色體顯性遺傳，本型膠原蛋白基因定位于在3q12～q13.1。在膠原蛋白中，該型膠原蛋白因其組織分布和生物合成性質(zhì)而可能是獨特的。Ⅷ型膠原蛋白-N-原肽酶裂解位點和正常時參與膠原纖維內(nèi)共價分子間交聯(lián)的一個賴氨酸殘基的丟失，致使在內(nèi)皮細(xì)胞基底膜的主要成分減少。
第Ⅸ型、Ⅹ型為常染色體隱性遺傳，前者膠原蛋白基因定位于6q12～q14，后者則定位于6q21～q22.3。Ⅸ型膠原蛋白含有半胱氨酸殘基的短非膠原肽，為軟骨特異性膠原蛋白。Ⅹ型是軟骨的一短鏈次要膠原蛋白，在長骨的生長和發(fā)育期間，軟骨細(xì)胞依次經(jīng)過增殖期、肥大期和變性期，形成了軟骨發(fā)育不良和軟骨性的其他疾病，大部分可有血小板功能的改變。
此外，由于膠原蛋白亞型的不斷出現(xiàn)，其新的分型和基因定位也相繼被標(biāo)明，如Ⅻ型膠原蛋白基因定位于6q12～q24;ⅩⅤ型膠原蛋白基因定位于9q21～q22;ⅩⅥ型膠原蛋白基因定位于1q34～q13;ⅩⅦ型膠原蛋白基因定位于6號染色體，Ⅷ型膠原蛋白基因定位于21a22.3。通過連鎖分析，膠原蛋白的三核苷酸結(jié)構(gòu)重復(fù)序列不穩(wěn)定，有可能導(dǎo)致諸如無法解釋的膠原性疾病或可疑性膠原病。
3.病理
利用組織學(xué)、組織化學(xué)和電鏡檢查患者皮膚及其他器官的彈力纖維，We-schler發(fā)現(xiàn)膠原纖維量減少，彈力纖維減少。Gulkumen觀察病人的皮膚膠原束排列紊亂，其大小也有改變，而且彈力纖維交織網(wǎng)增多。
血管病變嚴(yán)重的病例，可見有動脈彈力纖維破裂成碎片及黏液性水腫性退行性變。總之，不同報道者報道的病理改變亦不相同。
