SMAD 家庭成员 4; SMAD4

MOTHERS AGAINST DECAPENTAPLEGIC, DROSOPHILA, HOMOLOG OF, 4; MADH4
SMA 和 MAD 相关蛋白 4
在胰腺癌 4 中缺失；DPC4

HGNC 批准的基因符号：SMAD4

细胞遗传学位置：18q21.2 基因组坐标（GRCh38）：18:51,030,212-51,085,041（来自 NCBI）

▼ 描述

SMAD4 基因编码参与转化生长因子-β（参见，例如，TGFB1，190180）超家族和骨形态发生蛋白（参见，例如，BMP1，112264）信号转导的蛋白质，通过介导靶基因的转录激活。SMAD4 是大多数对 TGFB 和 BMP 信号传导的转录反应所需的常见 SMAD 蛋白（Shioda 等人，1998 年和 Davis 等人，2008 年总结）。

▼ 克隆与表达

大约 90% 的人类胰腺癌在 18q 处显示等位基因丢失。哈恩等人（1996）报道了在染色体 18q21.1 上鉴定出一个假定的肿瘤抑制基因，该基因可能是胰腺癌的候选基因。该基因在 84 个肿瘤中的 25 个中被纯合删除，并且在 27 个缺乏删除的癌症中的 6 个中，突变被确定为体细胞突变。通过异种移植 DNA 的缺失分析来定位该基因。这些样品中不存在的标记用于筛选 CEPH mega-YAC 文库。跨越最小缺失区域的 YAC 被亚克隆为粘粒，用于 cDNA 的测序和回收。发现了 2,680 bp 的 cDNA，并显示其编码了预测的 552 个氨基酸的蛋白质。预测的蛋白质与果蝇 Mad 蛋白质和秀丽隐杆线虫 sma-2、-3 和 -4 蛋白质具有高达 85% 的相似性。在果蝇中，纯合 Mad 突变体表现出多种发育缺陷。哈恩等人（1996）将基因命名为 DPC4（胰腺癌中纯合缺失，基因座 4）。18q 染色体的这个区域还包含一个在结直肠癌中被删除的基因（DCC; 120470）。

▼ 基因结构

Hahn 等人（1996）证明SMAD4基因包含11个外显子。

▼ 测绘

Hahn 等人的地图（1996）在染色体 18q21.1 上发现了 SMAD4 基因。豪等人（1998）在青少年息肉病综合征（174900）的亲属中通过连锁分析确定了 18q21.1 上的一个区域内的 SMAD4 基因。

▼ 基因功能

为了直接检验 SMAD4 基因是一种肿瘤抑制因子的假设，它对于传递来自转化生长因子-β（TGFB1; 190180）和相关配体的信号至关重要，Zhou 等人（1998）通过同源重组在人结直肠癌细胞中删除了SMAD4基因。这种删除消除了 TGF-β 以及 TGF-β 家族成员激活素（147290）的信号传导。这些结果提供了明确的证据，证明 SMAD4 的突变失活会导致 TGF-β 无反应，并为了解该基因在肿瘤发生中的生理作用奠定了基础。

SMAD4 通过介导靶基因的转录激活，在转化生长因子β超家族细胞因子的信号转导中发挥关键作用。盐田等人（1998）提出的结果证明了 SMAD 异源寡聚化在 SMAD4 介导的转录激活中的额外作用。结果还表明，在哺乳动物细胞中存在 SMAD4 的情况下观察到的转录激活活性可能至少部分源自内源表达的单独转录激活因子，例如 MSG1（300149）。

扎维尔等人（1998）发现人类 SMAD3 和 SMAD4 蛋白可以特异性识别相同的 8 bp 回文序列（GTCTAGAC）。该回文的串联重复赋予了 TGF-β 对最小启动子的惊人反应性。通过定向删除细胞 SMAD4 基因，可以消除这种反应性。这些结果表明 SMAD 蛋白参与对 TGF-β 和相关配体的生物反应。

白等人（2002）发现 SMAD4 直接与 SMIF 相互作用（607010）。他们发现其他 SMAD 蛋白和 SMIF 之间没有相互作用。通过缺失分析，他们确定SMAD4的tyr/phe301和trp302以及SMIF的N端100个氨基酸是这种相互作用所必需的。共转染实验表明，用 TGF-β 或骨形态发生蛋白 4（BMP4；112262）处理会导致 SMAD4/SMIF 相互作用，随后导致它们的核转位和积累。Bai 等人使用几种瞬时报告基因检测来监测 TGF-β 依赖性转录活性（2002）确定 SMAD4/SMIF 复合物是转录单位，因为单独的蛋白质都没有活性。

SMAD3 是 TGF-β 受体转录激活的直接介质。其上皮细胞中的靶基因包括产生细胞抑制反应的细胞周期蛋白依赖性激酶（CDK；参见 116953）抑制剂。陈等人（2002）定义了在相同背景下 SMAD3 如何介导生长促进基因 MYC 的转录抑制（190080）。细胞质中预先存在包含 SMAD3、转录因子 E2F4（600659）、E2F5（600967）和 DP1（189902）以及辅阻遏物 p107（116957）的复合物。响应 TGF-β，该复合物进入细胞核并与 SMAD4 结合，识别 MYC 上的复合 SMAD-E2F 位点进行抑制。E2F4/E2F5 和 p107 以前被称为 CDK 调节信号的最终接收者，在这里充当 CDK 上游 TGF-β 受体信号的转导者。

TGFB 刺激导致 SMAD2 和 SMAD3 磷酸化和激活，它们与 SMAD4 形成复合物，在细胞核中积累并调节靶基因的转录。英曼等人（2002）证明，在 TGFB 刺激上皮细胞后，受体保持活性至少 3 至 4 小时，并且需要持续的受体活性来维持细胞核中活跃的 SMAD 和 TGFB 诱导的转录。在活跃的 TGFB 信号传导过程中，SMAD 的连续核质穿梭提供了信号的细胞内转导器连续监测受体活性的机制。这些数据解释了细胞核中活性 SMAD 的浓度如何始终直接由细胞质中激活受体的水平决定。

他等人（2006）发现 TIF1-γ（TRIM33; 605769）与 SMAD4 竞争选择性结合人类细胞中受体磷酸化的 SMAD2 和 SMAD3。TGF-β 诱导人和其他哺乳动物造血细胞、间充质细胞和上皮细胞中内源性 SMAD2/3-TIF1-γ 和 SMAD2/3-SMAD4 复合物的形成。在人 CD34 阳性造血干/祖细胞中，TGF-β 抑制增殖并刺激红细胞分化，TIF1-γ 介导分化反应，而 SMAD4 介导抗增殖反应，SMAD2 和 SMAD3 参与这两种反应。他等人（2006）得出结论，SMAD2/3-TIF1-γ 和 SMAD2/3-SMAD4 作为互补效应臂，通过 TGF-β/SMAD 途径控制造血细胞命运。

金等人（2006）表明，T 细胞中 Smad4 依赖性信号传导的选择性丧失会导致小鼠整个胃肠道自发性上皮癌，而 Smad4 基因的上皮特异性缺失则不会。结肠、直肠、十二指肠、胃和口腔内产生的肿瘤富含基质并有致密的浆细胞浸润。Smad4 缺失 T 细胞产生丰富的 TH2 型细胞因子，包括 IL5（147850）、IL6（147620）和 IL13（147683），它们是浆细胞和基质表达的已知介质。金等人（2006）得出的结论是，他们的结果支持这样的概念，即癌症作为一种结果，反映了特定器官的细胞成分之间正常通讯的丧失，并表明 Smad4 缺陷的 T 细胞最终向其邻近的基质和上皮细胞发送了错误的信息。

戴维斯等人（2008）发现 SMAD4（大多数 BMP 和 TGFB 信号传导转录反应所需的常见 SMAD）不是原代肺动脉平滑肌细胞（PASMC）中 BMP4（112262）处理 miR21（611020）所必需的。

伯恩斯坦等人（2009）发现SMAD4的表达在恶性人头颈鳞状细胞癌（参见275355）和大体正常的邻近颊粘膜中下调。小鼠头颈部上皮细胞中 Smad4 的缺失会导致自发性头颈部鳞状细胞癌，并有证据表明基因组不稳定性和炎症增加。

丁等人（2011）利用小鼠的实验优点来检验这样的假设：在惰性 Pten（601728）缺失的小鼠前列腺肿瘤中，限制进展的途径可能被激活，并且小鼠中此类进展障碍的失活将导致易于转移的情况。正常前列腺上皮与进展不良的 Pten 缺失前列腺癌的比较转录组学和经典通路分析，随后进行生化确认，揭示了 TGFB/BMP-SMAD4 信号轴的强烈激活。在 Pten-null 小鼠前列腺中基因删除 Smad4 后，侵袭性、转移性和致命性前列腺癌的出现进一步支持了 SMAD4 的功能相关性，且外显率达 100%。对新兴肿瘤的病理和分子分析以及基于转录组学知识的通路分析将细胞增殖和侵袭确定为转移性 Smad4/Pten 缺失前列腺癌模型中的 2 个主要肿瘤生物学特征。后续病理和功能评估证实细胞周期蛋白 D1（168461）和 SPP1（166490）是这些生物过程的关键介质，它们与 PTEN 和 SMAD4 一起形成 4 基因特征，可预测人类前列腺癌中前列腺特异性抗原（PSA）生化复发和致命转移。丁等人（2011）得出的结论是，这种基于模型的进展分析，连同遗传、功能和转化研究，确定 SMAD4 是小鼠和人类前列腺癌进展的关键调节因子。后续病理和功能评估证实细胞周期蛋白 D1（168461）和 SPP1（166490）是这些生物过程的关键介质，它们与 PTEN 和 SMAD4 一起形成 4 基因特征，可预测人类前列腺癌中前列腺特异性抗原（PSA）生化复发和致命转移。丁等人（2011）得出的结论是，这种基于模型的进展分析，连同遗传、功能和转化研究，确定 SMAD4 是小鼠和人类前列腺癌进展的关键调节因子。后续病理和功能评估证实细胞周期蛋白 D1（168461）和 SPP1（166490）是这些生物过程的关键介质，它们与 PTEN 和 SMAD4 一起形成 4 基因特征，可预测人类前列腺癌中前列腺特异性抗原（PSA）生化复发和致命转移。丁等人（2011）得出的结论是，这种基于模型的进展分析，连同遗传、功能和转化研究，确定 SMAD4 是小鼠和人类前列腺癌进展的关键调节因子。

秦等人（2013）证明 COUP 转录因子-2 或 COUP-TFII（NR2F2; 107773）是核受体超家族的成员，可作为抑制 SMAD4 依赖性转录的关键调节因子，从而覆盖 PTEN 无效惰性肿瘤的 TGF-β 依赖性检查点。小鼠前列腺上皮中 COUP-TFII 的过度表达与 PTEN 缺失协同作用，促进恶性进展并产生侵袭性易转移的肿瘤。COUP-TFII 和 SMAD4 之间的功能性反作用通过基因工程小鼠模型得到加强，其中 SMAD4 的条件性缺失会减弱 COUP-TFII 消融引起的抑制作用。COUP-TFII 在前列腺癌发生中的生物学意义通过患者样本分析得到证实，其中COUP-TFII的表达或活性与肿瘤复发和疾病进展密切相关，而与TGF-β信号传导呈负相关。秦等人（2013）得出结论，COUP-TFII 对 TGF-β 依赖性屏障的破坏对于 PTEN 突变前列腺癌进展为危及生命的疾病至关重要。

张等人（2017）证明 TGF-β（190180）通过逆转 SKI（164780）-SMAD4 介导的视黄酸受体（RAR）相关孤儿受体 ROR-γ-t（RORC; 602943）的抑制而使 TH17 细胞分化。张等人（2017）发现，与野生型 T 细胞不同，SMAD4 缺陷型 T 细胞在缺乏 TGF-β 信号传导的情况下以 RORC 依赖性方式分化为 TH17 细胞。异位 SMAD4 表达抑制 SMAD4 缺陷 T 细胞的 RORC 表达和 TH17 细胞分化。然而，TGF-β 可以中和 SMAD4 介导的抑制，而不影响 SMAD4 与 RORC 位点的结合。蛋白质组学分析表明 SMAD4 与 SKI 相互作用，SKI 是一种转录抑制因子，在 TGF-β 刺激下会被降解。SKI 通过 SMAD4 控制 RORC 位点的组蛋白乙酰化和去乙酰化以及 TH17 细胞分化：异位 SKI 表达以 SMAD4 依赖性方式抑制 RORC 位点的 H3K9 乙酰化、RORC 表达和 TH17 细胞分化。因此，张等人（2017）得出结论，TGF-β 诱导的 SKI 破坏逆转了 SKI-SMAD4 介导的 ROR-γ-t 抑制，从而使 TH17 细胞能够分化。

Liu 等人使用免疫共沉淀和体外结合测定（2017）发现人类 BRD7（618489）与 HEK293T 细胞中的 SMAD3 和 SMAD4 相互作用。SMAD 的 MH1 和 MH2 结构域足以结合 BRD7，并且 BRD7 中溴结构域之前的 N 端区域是 SMAD 结合所必需的。BRD7 的过表达显着增加了 TGF-β 诱导的 p21 转录激活（116899），而 BRD7 的敲除则降低了这种激活。染色质免疫沉淀测定表明，在 TGF-β 存在的情况下，BRD7 通过其溴结构域增加 SMAD3/SMAD4 与 p21 启动子的结合。BRD7 还通过与 p300 相互作用和合作增强 TGF-β 诱导的 SMAD4 转录活性（EP300；602700）。BRD7 敲低减弱了肿瘤细胞中 TGF-β 诱导的抗增殖表型，

▼ 生化特征

吴等人（2002）以 2.85 埃的分辨率确定了 SKI（164780）的 SMAD4 结合结构域与 SMAD4 的 MH2 结构域复合物的晶体结构。该结构揭示了 SKI 高度保守的相互作用环（I 环）对 SMAD4 L3 环区域的特异性识别。发现 SMAD4 上的 SKI 结合表面与受体介导的 SMAD（R-SMAD）结合所需的表面显着重叠。事实上，SKI 破坏了喜剧调节剂 SMAD（Co-SMAD）和 R-SMAD 之间功能复合物的形成，解释了它如何导致 TGF-β、激活素和 BMP 反应的抑制。SKI 片段的结构由结合的锌原子稳定，类似于转录因子和其他核蛋白中发现的 SAND 结构域，其中相应的 I 环负责 DNA 结合。

▼ 分子遗传学

幼年性息肉病综合征

在爱荷华州一个患有全身性幼年性息肉病和胃肠道癌症的大型亲属中（JPS；174900），Howe 等人（1998）将易患 JPS 的基因定位到染色体 18q21.1，位于标记 D18S1118 和 D18S487 之间。该区间包含 2 个假定的肿瘤抑制基因：DCC 和 SMAD4。Howe 等人发现，在爱荷华州青少年息肉病亲属中，结直肠癌（以及 1 例胰腺癌）的高发病率显示出 18q21 连锁（1998）提出这些肿瘤抑制基因之一易患 JPS。对 14 个 DCC 外显子和所有 11 个 SMAD4 外显子进行测序后，他们检测到 SMAD4 外显子 9 中存在 4 个碱基对缺失。随后通过 SSCP 和基因组测序对另外 8 名不相关的 JPS 患者进行了 SMAD4 所有外显子突变的分析。在 2 个 JPS 亲属中，外显子 9 中类似的 4-bp 缺失正在分离（600993.0005）。由于该区域序列的性质，这些缺失可以从 4 个连续核苷酸中的任何一个开始，并导致相同的突变序列和新的终止密码子。分离这些缺失的 3 个血统都是白种人，起源于爱荷华州、密西西比州和芬兰。通过分析接近 SMAD4 的微卫星标记来评估，不存在共同的祖先单倍型。一名患有结肠和胃 JPS 的患者被发现在 SMAD4 外显子 8 的核苷酸 1170 至 1171（密码子 348）处有 2 个碱基对缺失（600993.0006）。这种缺失导致移码，在核苷酸 1178 至 1180（密码子 350）处产生终止密码子。另一位 6 岁时患有 30 至 40 个结肠幼年息肉但无 JPS 家族史的患者被发现在外显子 5 的 815 和 820 核苷酸之间有 1 bp 插入（600993.0007）；这一变化在野生型序列中的一段 6 个连续鸟嘌呤中添加了一个鸟嘌呤，并在核苷酸 830 至 832（密码子 235）处产生了移码和新的终止密码子。在其他 4 名不相关的 JPS 患者中未发现 SMAD4 突变。突变的 SMAD4 蛋白预计在羧基末端被截短，并且缺乏正常功能所需的序列。

Kinzler 和 Vogelstein（1998）将幼年性息肉病基础上发展的结直肠癌称为“景观缺陷”。这是继肿瘤抑制基因突变被称为“看门人缺陷”之后，已知这些基因可通过直接控制细胞生长来预防癌症，包括 p53（191170）、RB1（614041）、VHL（608537）和 APC（611731）。这些基因的失活直接导致肿瘤的肿瘤生长；因此，他们通常充当“看门人”。Kinzler 和 Vogelstein（1998）使用“看护者缺陷”这一名称来表示间接抑制肿瘤形成的易感基因（例如 XPB（133510）、ATM（607585）、MSH2（609309）和 MLH1（120436））。幼年性息肉病的发现提示了第二类间接作用的癌症易感基因，幼年性息肉病会增加结直肠癌的风险。这种情况下的息肉与大多数结直肠癌病例中富含上皮的腺瘤性息肉明显不同。JPS 患者的息肉恶变的可能性较低，主要由基质细胞组成，其中包含间充质和炎症成分的混合物，上皮被困在其中，通常形成扩张的囊肿。息肉内部和周围的上皮细胞最初没有肿瘤特征，但恶性风险却增加。Kinzler 和 Vogelstein（1998）提出，幼年性息肉病遗传突变导致的癌症易感性增加是基质环境异常的产物。溃疡性结肠炎的经验表明，异常的基质会影响邻近上皮细胞的发育，溃疡性结肠炎也会导致结肠粘膜炎症和囊性上皮。最初，嵌入的上皮没有表现出肿瘤性变化，但在许多情况下最终会出现上皮性肿瘤病灶并进展为癌症。替换受损上皮的再生可能会增加这种异常微环境中体细胞突变的可能性。因此，JPS 和溃疡性结肠炎患者患癌症的风险增加，主要是上皮细胞生长地形改变的结果，因此可以被认为是“景观美化”缺陷。Kinzler 和 Vogelstein（1998）发现，有趣的是，来自 JPS 患者的大多数错构瘤的基质细胞（而不是上皮细胞）包含克隆基因改变。同样，克隆遗传变化已在子宫内膜息肉的基质中得到证实，但在上皮细胞中并未得到证实。相比之下，家族性腺瘤性息肉病（由于 APC 基因突变）或 Peutz-Jeghers 综合征（175200）患者产生的息肉的上皮细胞（而非基质细胞）中已证实存在克隆遗传改变，这些息肉在形态上与 JPS 患者不同。这些结果进一步认识到实体瘤不仅仅由肿瘤性上皮细胞组成。从历史上看，寻找能够调节肿瘤形成的药物一直集中在此类上皮细胞上。针对特定的基质细胞（例如血管中发现的基质细胞）对于治疗目的可能更有价值。Kinzler 和 Vogelstein（1998）提出了这样的问题：“靶向旁分泌因子和基质-上皮相互作用的其他特征的药物是否同样有用？”

弗里德尔等人（2002）检查了 29 名临床诊断为 JPS 的患者的 MADH4 或 BMPR1A（601299）基因种系突变，并在 7 名患者（24%）中发现了 MADH4 突变，在 5 名患者（17%）中发现了 BMPR1A 突变。与具有 BMPR1A 突变或未发现突变的患者相比，在具有 MADH4 突变的患者中观察到大量胃息肉病的患病率显着。例如，参见 600993.0009。据称这是 JPS 中观察到的第一个基因型-表型相关性。

Howe 等人在 77 例不同的家族性和散发性幼年性息肉病病例中（2004）鉴定出 14 例（18.2%）种系 SMAD4 突变和 16 例（20.8%） BMPR1A 突变。作者指出，由于在超过一半的幼年性息肉病患者中未发现突变，因此要么仍有待发现其他易感基因，要么通过灭活 2 种已知基因的替代方法来解释这些病例。

Miyaki 和 Kuroki（2003）回顾了 SMAD4 失活在人类癌症中的作用。

幼年性息肉病/遗传性出血性毛细血管扩张综合征

幼年性息肉病（174900）和遗传性出血性毛细血管扩张症（187300）是常染色体显性遗传疾病，具有独特的非重叠临床特征。前者是一种胃肠道恶性肿瘤的遗传倾向，由 SMAD4 或 BMPR1A（601299）突变引起，后者是由 ENG（131195）或 ALK1（601284）突变引起的血管畸形疾病。所有 4 个基因都编码参与转化生长因子-β 信号通路的蛋白质（参见 190180）。尽管这两种疾病并不常见，但有许多报道称患有这两种疾病的患者和家庭或幼年性息肉病患者表现出遗传性出血性毛细血管扩张症的某些症状；参见 JPHT, 175050。 Gallione 等人（2004）研究了来自 6 个不相关的家庭的 DNA，这些家庭分离了两个表型以及来自单个患者的 DNA。没有患者出现 ENG 或 ALK1 基因突变；全部都有 SMAD4 突变。发现了三例 SMAD4 新突变。在1中，突变被遗传给了一个类似受影响的孩子。每个突变都与其他受影响的家庭成员的综合征表型共分离。加里奥内等人（2004）得出结论，具有 SMAD4 突变的幼年性息肉病患者应筛查与遗传性出血性毛细血管扩张相关的血管病变，特别是内脏器官中的隐匿性动静脉畸形，否则可能会突然出现严重的医疗后果。每个突变都与其他受影响的家庭成员的综合征表型共分离。加里奥内等人（2004）得出结论，具有 SMAD4 突变的幼年性息肉病患者应筛查与遗传性出血性毛细血管扩张相关的血管病变，特别是内脏器官中的隐匿性动静脉畸形，否则可能会突然出现严重的医疗后果。每个突变都与其他受影响的家庭成员的综合征表型共分离。加里奥内等人（2004）得出结论，具有 SMAD4 突变的幼年性息肉病患者应筛查与遗传性出血性毛细血管扩张相关的血管病变，特别是内脏器官中的隐匿性动静脉畸形，否则可能会突然出现严重的医疗后果。

加里奥内等人（2006）对 30 名被诊断为 HHT 且 ENG 和 ALK1 基因突变呈阴性的无关患者进行了 SMAD4 基因筛查，并确定了 3 名有 SMAD4 突变的患者（分别参见 600993.0008 和 600993.0013）。没有一名患者先前被诊断为幼年性息肉病，但所有 3 名突变阳性患者均患有结肠息肉，3 名患者中的 1 名患有结直肠癌。加里奥内等人（2006）提出，对于ENG和ALK1均未发现突变的HHT患者，应常规筛查SMAD4基因，并且对于有SMAD4突变的HHT患者，应筛查结肠和胃息肉。

加里奥内等人（2010）在 19 名 JP/HHT 患者中，有 15 名发现了 SMAD4 基因的杂合突变。13 名患者的突变影响了该蛋白的 MH2 结构域，但另外 2 名患者分别在连接子和 MH1 结构域中发生了突变。在孤立性 JPS 患者中也发现了至少 1 个突变（R361C；600933.0008）。结合文献综述，研究结果表明，单独比较 JP/HHT 与 JPS 时，不存在明显的基因型/表型相关性。此外，这两种疾病的机制与 SMAD4 功能丧失一致。加里奥内等人（2010）强调，任何具有 SMAD4 突变的 JPS 患者都有发生 HHT 内脏表现的风险，任何具有 SMAD4 突变的 HHT 患者都有患早发性胃肠癌的风险。

迈尔综合症

Le Goff 等人对 11 名不相关的 Myhre 综合征（MYHRS; 139210）患者进行了测试（2012）鉴定了涉及 SMAD4 基因相同密码子 ile500 的杂合从头突变（I500T, 600993.0015; I500V, 600993.0016; 和 I500M, 600993.0017）。由于 SMAD4 在 TFGB 和 BMP 信号传导中的作用，通过 2 位指标患者的外显子组测序和 SMAD4 候选基因分析来鉴定这些突变。2 名患者的成纤维细胞研究显示 SMAD4 泛素化缺陷，导致突变蛋白稳定，以及与多个 SMAD 伴侣磷酸化增加相关的下游 TGFB 和 BMP 靶基因的表达改变。Myhre 综合征是一种发育障碍，其特征是产前和产后身材矮小、短指、面部畸形、皮肤厚、肌肉肥大、耳聋、和发育迟缓。Le Goff 等人的研究结果（2012）指出发育过程中转录调控缺陷在该疾病中起着重要作用。

同时且孤立地，Caputo 等人（2012）在 8 名不相关的 Myhre 综合征患者中鉴定了影响 SMAD4 基因中残基 ile500 的 2 种不同的杂合从头突变（I500T，600993.0015 和 I500V，600993.0016）。卡普托等人（2012）特别检查了参与 TGFB 信号网络的基因，以确定 SMAD4 为致病基因，因为疾病 GPHYSD（参见 231050）显示出重叠的特征。这两种突变都发生在 MH2 结构域中，该结构域是 SMAD 寡聚化和 TGFB/BMP 信号转导所必需的。基于 SMAD4 在发育过程中的作用，SMAD4 功能失调预计会产生多效性效应，如 Myhre 综合征中所见。Caputo 等人研究了受影响的个体（2012）呈现出同质的表型，包括身材矮小，明显的面部外观、全身肌肉肥大、听力损失、手短、独特的骨骼异常和关节僵硬。所有受试者出生时体重都很低，但其中 5 名受试者随着年龄的增长而变得肥胖。除 1 人外，所有个体均记录有精神运动和/或语言发育迟缓以及不同程度的智力障碍。还有广泛的先天性心脏病。所有患者均未出现任何明显的血管异常或皮肤、胰腺或胃肠道恶性肿瘤。卡普托等人（2012）指出 SMAD4 突变的限制性模式表明 Myhre 综合征的遗传同质性，这反映在临床同质表现中。所有受试者出生时体重都很低，但其中 5 名受试者随着年龄的增长而变得肥胖。除 1 人外，所有个体均记录有精神运动和/或语言发育迟缓以及不同程度的智力障碍。还有广泛的先天性心脏病。所有患者均未出现任何明显的血管异常或皮肤、胰腺或胃肠道恶性肿瘤。卡普托等人（2012）指出 SMAD4 突变的限制性模式表明 Myhre 综合征的遗传同质性，这反映在临床同质表现中。所有受试者出生时体重都很低，但其中 5 名受试者随着年龄的增长而变得肥胖。除 1 人外，所有个体均记录有精神运动和/或语言发育迟缓以及不同程度的智力障碍。还有广泛的先天性心脏病。所有患者均未出现任何明显的血管异常或皮肤、胰腺或胃肠道恶性肿瘤。卡普托等人（2012）指出 SMAD4 突变的限制性模式表明 Myhre 综合征的遗传同质性，这反映在临床同质表现中。或胃肠道恶性肿瘤。卡普托等人（2012）指出 SMAD4 突变的限制性模式表明 Myhre 综合征的遗传同质性，这反映在临床同质表现中。或胃肠道恶性肿瘤。卡普托等人（2012）指出 SMAD4 突变的限制性模式表明 Myhre 综合征的遗传同质性，这反映在临床同质表现中。

2 名女性患者患有喉气管狭窄、关节病、下颌前突和身材矮小，最初由 Lindor 等人描述。Lindor 等人（2002）并被认为代表了一种独特的综合症（2012）注意到与 Myhre 综合征表型的相似性并分析了 SMAD4 基因。两名女性均因先前在 Myhre 综合征患者中发现的错义突变而杂合（I500T，600993.0015；I500V，600993.0016）。

癌症中的体细胞突变

蒂亚加林加姆等人（1996）评估了散发性结肠癌肿瘤的等位基因缺失。他们在染色体 18q21 上定义了一个最小丢失区域（MLR），该区域在标记 D18S535 和 D18S858 之间延伸。它在 D18S535 和 20CO3 之间包含 16 cM，并包含 2 个候选肿瘤抑制基因：DPC4 和 DCC。多达三分之一的病例中 DPC4 被删除，其余肿瘤中 DCC 或邻近基因被删除。

金等人（1996）得出结论，DPC4 在头颈鳞状细胞癌（HNSCC）中很少发生改变，但可能在一小部分 HNSCC 的肿瘤发生中发挥一定作用，因为在原发肿瘤和 11 名患者中有 1 名的淋巴结转移中发现了无意义的 gln526-to-ter 突变（Q526X）。

舒特等人（1996）分析了来自 12 个不同解剖部位的 338 个肿瘤，以了解 DPC4 基因的改变。在因 18q 等位基因丢失而选择的 64 个样本中寻找 DPC4 序列改变。在 8 例乳腺癌中的 1 例和 8 例卵巢癌中的 1 例中发现了 DPC4 基因序列的改变。这些结果向他们表明，虽然 DPC4 失活在胰腺癌中普遍存在（48%），但在其他肿瘤类型中却明显不常见（小于 10%）。

Roth 等人使用 cDNA（2000）对 14 个患有遗传性非息肉病性结肠癌的芬兰亲属进行了 SMAD2、SMAD3（603109）和 SMAD4 基因的突变分析（参见 120435）。他们没有发现突变。

▼ 命名法

果蝇中的 Mad（“母体对抗十肢瘫痪”）基因和线虫中的相关 Sma 基因与这些生物体以及脊椎动物中 IGF-β 家族成员的信号转导有关。德林克等人（1996）提出了脊椎动物中 Mad 相关产品的修订命名法。他们提出的根符号是 SMAD，是 Sma 和 Mad 的合并，用于将这些蛋白质与以前称为 Mad 的不相关基因产物区分开来（参见 600021）。DPC4 被指定为 SMAD4。

▼ 动物模型

高久等人（1998）灭活了小鼠 Dpc4（Smad4）同源物。纯合突变体是胚胎致死的，而杂合子则没有表现出异常。研究人员随后将 Dpc4 突变引入人类 APC（611731）基因的小鼠同源物 Apc-δ716 的敲除小鼠中，Apc-δ716 是人类家族性腺瘤性息肉病的模型。由于Apc和Dpc4均位于小鼠18号染色体上，他们通过减数分裂重组在同一条染色体上构建了携带这两种突变的复合杂合子。在这些小鼠中，肠息肉比简单的 Apc-δ716 杂合子中的肠息肉发展成更多的恶性肿瘤，表现出广泛的基质细胞增殖、粘膜下侵袭、细胞类型异质性和体内可移植性。高久等人。

西拉德等人（1998）证明纯合Smad4突变小鼠在胚胎第7.5天之前死亡。突变胚胎尺寸减小，无法原肠胚形成或表达中胚层标记，并显示出异常的内脏内胚层发育。Smad4 缺陷胚胎的生长迟缓是由于细胞增殖减少而不是细胞凋亡增加所致。突变型 Smad4 胚胎干细胞与野生型四倍体桑葚的聚集挽救了原肠胚形成缺陷。Sirard 等人的结果（1998）指出Smad4最初是内脏内胚层分化所必需的，并且外胚层中的原肠胚形成缺陷是继发性的且非细胞自主的。获救的胚胎显示出严重的前部截断，表明 Smad4 在胚胎发生过程中前部模式形成中的第二个重要作用。

巴迪西等人（2006）发现小鼠胰腺上皮中 Smad4 缺失对胰腺发育或生理没有影响。然而，当与激活的 Kras（190070）等位基因结合时，Smad4 缺陷能够快速进展为激活的 Kras 引发的肿瘤。Smad4 缺陷还改变了 Kras 激活和 Ink4a/Arf（600160）缺失相结合的小鼠的肿瘤表型。

在结肠癌中，38% 的散发病例显示 SMAD4 蛋白缺失（Parsons 等，1995）。为了研究受损的 TGF-β 家族信号传导在结肠癌进展中的作用，Takaku 等人（1998）构建了一种复合突变小鼠品系，其在与 Apc 相同的染色单体上携带 Smad4 的敲除等位基因。在复合突变体中，Smad4依赖性TGF-β家族信号传导的丧失导致肠腺瘤发展成腺癌，尽管Smad4孤立信号传导仍然不受影响。北村等人（2007）表明一种新型的未成熟骨髓细胞从骨髓募集到肿瘤侵袭前沿。这些 Cd34+ 未成熟骨髓细胞表达基质金属蛋白酶 Mmp9（120361）和 Mmp2（120360）以及 CC-趋化素受体-1（CCR1; 601159），并向 Ccr1 配体 Ccl9 迁移。在腺癌中，肿瘤上皮中 Ccl9 的表达增加。Kitamura 等人通过删除双突变 cis-Apc/Smad4 背景中的 Ccr1（2007）表明，Ccr1 的缺乏可以阻止 Cd34+ 未成熟骨髓细胞在肿瘤侵袭前沿的积累，从而抑制肿瘤侵袭。这些结果表明，肿瘤上皮中TGF-β家族信号传导的丧失会导致未成熟骨髓细胞的积累，从而促进肿瘤侵袭。

Sartori 等人使用骨骼肌特异性敲除或 BMP 信号分子敲低的小鼠（2013）发现 BMP 信号通过 Smad1（601595）、Smad5（603110）和 Smad8（SMAD9; 603295）（Smad1/5/8）和 Smad4 发挥作用，调节肌肉质量。抑制 BMP 信号会导致肌肉萎缩，消除肌肉生长抑制素（MSTN; 601788）缺陷小鼠的肥大表型，并加剧去神经和禁食造成的肌肉萎缩效应。需要 Bmp14（GDF5；601146）来防止去神经后过度的肌肉损失。BMP-Smad1/5/8-Smad4 通路对 Fbxo30（609101）产生负调节，Fbxo30 是肌肉损失所需的泛素连接酶。抑制 Fbxo30 可以保护去神经支配的肌肉免于萎缩，并且在 Smad4 缺陷的肌肉中抑制萎缩。萨托里等人。

张等人（2016）发现平滑肌细胞（SMC）中 Smad4 特异性缺失的小鼠会出现主动脉瘤，并在 3 至 10 周龄时死于夹层动脉瘤。Smad4 突变小鼠的主动脉中 TGF-β 超家族信号传导受损，Ctss（116845）和 Mmp12（601046）上调，而 Ctss（116845）和 Mmp12（601046）是弹性蛋白（ELN; 130160）降解所必需的蛋白酶。小鼠 SMC 中 Tgfbr2（190182）的缺失会导致与 Smad4 突变小鼠中观察到的类似的主动脉瘤，并伴有 Ctss 和 Mmp12 表达增加。免疫组织化学分析表明，巨噬细胞浸润导致 Smad4 突变小鼠主动脉瘤的进展，这可能是由于蛋白酶分泌增加对弹性纤维的损伤所致。微阵列分析显示趋化因子产生和分泌过多，导致巨噬细胞趋化性增加，在 Smad4 突变体中。阻断趋化因子信号传导可部分减弱 Smad4 突变小鼠主动脉瘤的进展。

严等人（2018）发现软骨细胞中 Smad4 条件性敲除（CKO）的小鼠在出生后不久死亡，骨骼发育受损。对年轻阶段小鼠胚胎的定量 RT-PCR 表明，Smad4 对于软骨细胞分化至关重要，Smad4 的缺失会导致肢体发育中的软骨发育不良。Smad4-CKO 小鼠的肱骨缺乏软骨细胞肥大，因为原代软骨细胞在肢体形成过程中未能进行肥大分化。此外，肱骨软骨细胞的增殖率降低。原位杂交分析显示，Runx2（600211）表达在 Smad4 缺陷的肱骨中显着下调，

▼ 等位基因变异体（17 个选定示例）：.

0001 胰腺癌、体细胞
SMAD4、GLY358TER
Schutte 等（1996）分析了 27 个不具有该基因纯合缺失的胰腺肿瘤的 11 个 DPC4 外显子。鉴定出六种突变。其中之一是密码子 358 中的 GGA 至 TGA 颠换，将 gly 更改为终止。

.0002 胰腺癌，体细胞
SMAD4，TYR412TER
在源自胰腺癌的组织肿瘤中（260350），Schutte 等人（1996）在 DPC4 基因的密码子 412 中发现了 TAC 到 TAG 的颠换，将 tyr 改为终止。

.0003 胰腺癌，体细胞
SMAD4，ASP493HIS
在胰腺癌（260350）肿瘤 DNA 中，Schutte 等人（1996）检测到体细胞突变，即密码子 493 从 GAT 转换为 CAT，导致 his 取代 asp。

.0004 胰腺癌，体细胞
SMAD4，ARG515TER
在胰腺癌（260350）肿瘤 DNA 中，Schutte 等人（1996）检测到密码子 515 从 AGA 变为 TGA，导致 arg 变为 stop。

.0005 幼年性息肉病综合征
SMAD4、4-BP DEL、NT1372
在 3 例不相关的家族性幼年性息肉病病例中（JPS; 174900），Howe 等人（1998）鉴定出 MADH4 基因外显子 9 中涉及密码子 414 至 416 的 4 bp 缺失，导致移码并在密码子 434 处过早停止。

弗里德尔等人（1999）通过对包含该基因所有 11 个外显子的基因组 DNA 进行直接测序，检查了 11 名无关的幼年性息肉病患者的 MADH4 种系突变。他们在 2 名不相关的患者中观察到外显子 9 中核苷酸 1372-1375 ACAG 的 4 bp 缺失。MADH4 侧翼的微卫星标记检查支持这两个家族中突变的孤立起源。结合之前的数据（Howe 等人，1998），Friedl 等人的结果（1999）表明4-bp缺失约占所有幼年性息肉病病例的四分之一，另外15%的患者中发生其他MADH4突变。

豪等人（2002）对 4 个幼年性息肉病家族进行了单倍型分析，这些家族被描述为具有相同的 SMAD4 缺失（1244-1247delAGAC）。这些家庭来自爱荷华州、密西西比州、德克萨斯州和芬兰。在这些家族中没有观察到共同的单倍型。包含缺失的 14 bp 区域有 4 个正向重复序列和 1 个反向重复序列。由于单倍型分析表明没有共同祖先，并且缺失侧翼的序列包含经常与微缺失相关的重复，因此这种常见的 SMAD4 缺失很可能代表突变热点。

.0006 幼年息肉病综合征
SMAD4, 2-BP DEL
在幼年息肉病的散发病例中（JPS; 174900），Howe 等人（1998）发现外显子 8 的密码子 348 中存在 2 bp 缺失，导致移码并在密码子 350 处过早终止。

.0007 幼年性息肉病综合征幼年性
息肉病，包括
幼年性息肉病/遗传性出血性毛细血管扩张综合征，包括
SMAD4、1-BP INS
在幼年性息肉病的散发病例中（JPS; 174900），Howe 等人（1998）描述了外显子5的核苷酸815和820之间的1-bp插入；这一变化在野生型序列中的一段 6 个连续鸟嘌呤中添加了一个鸟嘌呤，并在密码子 235 处产生了移码和新的终止点。该患者在 6 岁时被发现患有 30 至 40 个结肠幼年息肉。四名兄弟姐妹和父母均未受到影响。

在一名患有胃幼年性息肉病的日本女性中（参见 174900），Shikata 等人（2005）在 SMAD4 基因的外显子 5 中发现了一个杂合 1-bp 插入，该插入先前由 Howe 等人报道（1998）。在 Shikata 等人的患者中（2005），息肉仅限于胃，在肠道中未检测到息肉，这一表型与 Howe 等人观察到的表型不同（1998）。胃切除术后胃的组织学检查显示上皮异型性区域与局限于粘膜的腺癌一致。该患者还患有肺动静脉畸形，提示 JPS/HHT（JPHT; 175050）。

.0008 幼年性息肉病综合征
幼年性息肉病/遗传性出血性毛细血管扩张综合征，包括
SMAD4、ARG361CYS
在患有家族性幼年性息肉病综合征（JPS; 174900）的患者中，Houlston 等人（1998）发现了 MADH4 基因的种系突变。就像 Howe 等人报道的 3 种种系突变一样（1998），该变异发生在 DPC4 蛋白的 C 末端。然而，虽然 3 个早期突变是小插入或缺失，但 Houlston 等人报道的突变（1998）是一个错义改变（arg361 到 cys；R361C）。DPC4 的体细胞错义突变先前已在结直肠癌中报道过（Takagi 等，1996；MacGrogan 等，1997）。

Gallione 等人在 2 名患有遗传性出血性毛细血管扩张症但先前未诊断幼年性息肉病的患者中（JPHT；参见 175050）（2006）鉴定出 SMAD4 基因外显子 8 中的 R361C 突变。1名患者有结直肠癌病史，检查发现升结肠息肉7个，十二指肠息肉3个；另一个被发现患有结肠息肉。

.0009 青少年息肉病综合征
SMAD4, 2-BP DEL, 959AC
在一名患有家族性青少年息肉病综合征（JPS; 174900）的患者中，Friedl 等人（1999）在 MADH4 基因的外显子 6 中发现了 2 bp 缺失（959_960delAC）。除了12岁时诊断出结肠息肉病外，患者在28岁时还患上了严重的胃息肉病。她无症状的 5 岁儿子也检测到了这种突变。

.0010 青少年息肉病/遗传性出血性毛细血管扩张综合征
SMAD4，GLY386ASP
Burger 等人（2002）描述了一名患有幼年性息肉病和 MADH4 基因新生突变的 11 岁女孩。该患者已长出70多个幼年结肠息肉，已从盲肠、升结肠和横结肠中切除。该患者还患有左肺肺动静脉瘘、杵状指、胸部骨骼异常以及其他牙病菌。父母均未患有息肉病。对 MADH4 基因所有 11 个外显子的直接基因组测序揭示了外显子 9 中的杂合碱基交换（1157G-A）。这种变化用 GAT（asp）取代三联体 GGT（gly），预计会导致密码子 386 处的氨基酸交换。亲本均不携带该突变。

加里奥内等人（2004）证明，Baert 等人的患者中从头发生了相同的突变（1983）。结肠中诊断出幼年息肉。15岁时发现肺部动静脉畸形。加里奥内等人（2004）对 Burger 等人的患者进行了分类（2002）患有幼年性息肉病并伴有遗传性出血性毛细血管扩张症（参见 JPHT, 175050），并指出肺部存在动静脉畸形和杵状指。

.0011 青少年息肉病/遗传性出血性毛细血管扩张综合征
SMAD4，GLY352ARG
在一个连续 3 代成员均患有 JP/HHT 综合征（JPHT；175050）的家族中，Gallione 等人（2004）在 MADH4 基因中发现了 1054G-A 转变，预计会导致 gly352 到 arg 的变化（G352R）。连续 3 代中每代都有 1 名成员在结肠中存在幼年性息肉，并在 9 岁、5 岁和 3 岁时被诊断出。肺和肝脏存在动静脉畸形。第一代出现脑毛细血管扩张和全血细胞减少，第二代出现颅内出血。

.0012 青少年息肉病/遗传性出血性毛细血管扩张综合征
SMAD4, 14-BP DEL, NT1612
Gallione 等人（2004）描述了一位父母和孩子分别在 41 岁和 8 岁时被诊断患有盲肠和结肠幼年息肉。两人还都有毛细血管扩张和鼻衄（JPHT；175050）。父母患有肺和肝动静脉畸形，并在 32 岁时诊断出小脑海绵状血管瘤。父母和孩子均缺失 MADH4 核苷酸 1612-25。

.0013 幼年性息肉病/遗传性出血性毛细血管扩张综合征
SMAD4，2-BP DEL/1-BP INS，1596CC/T
对于患有遗传性出血性毛细血管扩张症但先前未诊断幼年性息肉病的患者（参见 175050），Gallione 等人（2006）在 SMAD4 基因的外显子 11 中发现了 2 bp 缺失和 1 bp 插入（1596delCCinsT）。其后，该患者经内窥镜检查发现患有结肠息肉。

.0014 幼年性息肉病/遗传性出血性毛细血管扩张综合征
SMAD4、ARG445TER
Andrabi 等人在患有 JPHT 临床变异（175050）的 3 名受影响家庭成员中（2011）在 SMAD4 基因的外显子 10 中发现了一个杂合突变，导致 arg445 到 ter（R445X）的取代。该家族的临床特征不寻常，受影响的成员除了胃肠道错构瘤性息肉外，还患有二尖瓣脱垂、二尖瓣反流和主动脉扩张；未报道毛细血管扩张。安德拉比等人（2011）注意到 SMAD4 在 TGF-β-1 信号通路中的作用，表明与其他结缔组织疾病有重叠，例如马凡综合征（154700）和 Loeys-Dietz 综合征（参见，例如 609192）。研究结果表明 SMAD4 的单倍体不足可能导致主动脉病和二尖瓣功能障碍。

.0015 MYHRE 综合征
SMAD4，ILE500THR
Le Goff 等人在 5 名不相关的散发性 Myhre 综合征（MYHRS; 139210）患者中进行了研究（2012）鉴定出 SMAD4 基因中的从头杂合 1499T-C 转变，导致参与转录激活的 MH2 结构域中高度保守的残基发生 ile500 至 thr（I500T）取代。在 200 名对照者中未发现该突变。相同的残基在其他患有该疾病的患者中也发生突变（I500V，600993.0016 和 I500M，600993.0017）。对 2 名 I500T 突变患者的成纤维细胞的研究表明，与对照组相比，SMAD4 蛋白水平升高，而泛素化 SMAD4 成纤维细胞水平较低，表明突变蛋白稳定。由于 SMAD4 在 TGF-β 和 BMP 信号传导中具有关键作用，Le Goff 等人（2012）分析了其他 SMAD 蛋白的磷酸化水平。与对照组相比，细胞核中磷酸化 SMAD2（601366）和 SMAD3（603109）增加了 8 倍，磷酸化 SMAD1（601595）、SMAD5（603110）和 SMAD8（603295）增加了 11 倍。含有突变体 SMAD4 的复合物与下游 TGF-β mRNA 水平降低以及对 BMP 靶点的不同影响有关。

卡普托等人（2012）在 3 名不相关的 Myhre 综合征患者中发现了杂合的从头 I500T 突变。

Lindor 等人最初描述了一名患有喉气管狭窄、关节病、下颌前突和身材矮小的女性（2002），林多等人（2012）鉴定了 SMAD4 基因中 I500T 突变的杂合性。尽管接受了心包切除术，该患者的超声心动图指数仍长期受到限制，并且需要重复手术来解决复发性喉气管狭窄问题。

.0016 MYHRE 综合征
SMAD4，ILE500VAL
在 5 名不相关的散发性 Myhre 综合征患者中（MYHRS；139210），Le Goff 等人（2012）在 SMAD4 基因中发现了一个从头杂合的 1498A-G 转变，导致参与转录激活的 MH2 结构域中高度保守的残基发生 ile500-to-val（I500V）取代。在 200 名对照者中未发现该突变。

卡普托等人（2012）在 5 名不相关的 Myhre 综合征患者中发现了杂合的从头 I500V 突变。

Lindor 等人最初描述了一名患有喉气管狭窄、关节病、下颌前突和身材矮小的女性（2002），林多等人（2012）鉴定了 SMAD4 基因中 I500V 突变的杂合性。该患者出现限制性心包，需要进行心包切除术，需要重复手术来解决复发性喉气管狭窄问题，并因进行性呼吸衰竭于 40 岁时死亡。

.0017 MYHRE 综合征
SMAD4，ILE500MET
在一名偶发性 Myhre 综合征（MYHRS；139210）的患者中，Le Goff 等人（2012）在 SMAD4 基因中发现了一个从头杂合的 1500A-G 转变，导致参与转录激活的 MH2 结构域中高度保守的残基发生 ile500-to-met（I500M）取代。在 200 名对照者中未发现该突变。