ANKH 无机焦磷酸盐转移调节剂； ANKH

ANK、小鼠、
HANK的同源物

HGNC 批准的基因符号：ANKH

细胞遗传学定位：5p15.2 基因组坐标（GRCh38）：5:14,704,800-14,871,778（来自 NCBI）

▼ 说明

ANKH 是一种高度保守的跨膜焦磷酸转运蛋白，可将细胞内焦磷酸引导至细胞外基质，并在细胞外基质中充当有效的矿化抑制剂（Chen 等，2011）。

▼ 克隆与表达

小鼠“进行性强直”（ank）位点的突变会导致全身性、进行性关节炎，并伴有矿物质沉积、骨增生形成和关节破坏。何等人（2000）表明 ank 基因座编码一种多通道跨膜蛋白，该蛋白在关节和其他组织中表达，并控制培养细胞中的焦磷酸盐水平。Ho 等人使用定位克隆方法（2000）鉴定了小鼠 Ank 基因。Ho 等人利用小鼠基因的外显子/内含子结构和人类 EST 克隆的部分序列（2000）扩增并测序了人类 ANK 的完整编码区。在斑马鱼、大鼠和牛中也发现了小鼠 Ank 的直系同源物。人类 ANK 基因实际上与小鼠 ANK 相同，与 492 个氨基酸的蛋白质相比，只有 9 个氨基酸差异。有 3 个潜在的 N 连接糖基化位点和多个假定的磷酸化位点。水疗分析显示有 9 至 12 个疏水性延伸段，最大约 20 个残基长，正如对于完整的多次跨膜蛋白中的跨膜区域所预期的那样。Western blot分析表明ank蛋白在细胞表面表达。Northern印迹分析显示ank mRNA在成年小鼠的许多组织中表达，包括心脏、大脑、肝脏、脾脏、肺、肌肉和肾脏。Western blot分析表明ank蛋白在细胞表面表达。Northern印迹分析显示ank mRNA在成年小鼠的许多组织中表达，包括心脏、大脑、肝脏、脾脏、肺、肌肉和肾脏。Western blot分析表明ank蛋白在细胞表面表达。Northern印迹分析显示ank mRNA在成年小鼠的许多组织中表达，包括心脏、大脑、肝脏、脾脏、肺、肌肉和肾脏。

▼ 基因功能

尽管尚未在 ank 小鼠中报道软组织表型，Ho 等人（2000）观察到成年小鼠肾脏钙化增加，这与该基因在非骨骼组织中的重要作用一致。与野生型细胞相比，ank 突变体的成纤维细胞的细胞内无机焦磷酸盐水平增加约 2 倍，而细胞外焦磷酸盐水平降低 3 至 5 倍。其他研究表明 ANK 通过丙磺舒敏感的阴离子转运机制发挥作用。何等人（2000）表明这些结果表明 ANK 介导的焦磷酸水平控制是调节高等动物组织钙化和关节炎易感性的可能机制。

▼ 测绘

通过辐射混合测绘，Ho 等人（2000）将人类 ANK 基因定位到染色体 5p，该区域显示出与近端小鼠 15 号染色体同线性的区域。

纽伦堡等人（2001）指出 ANKH 基因定位于染色体 5p15.2-p14.1。

Gross（2014）根据 ANKH 序列（GenBank AF274753）与基因组序列（GRCh37）的比对，将 ANKH 基因对应到染色体 5p15.2。

▼ 分子遗传学

颅骨干骺端发育不良

颅骨干骺端发育不良是一种以颅面骨过度生长和硬化以及管状骨干骺端造型异常为特征的骨发育不良。颅骨骨质增生和硬化可能导致颅神经受压，导致听力丧失和面瘫。该疾病的常染色体显性形式（CMDD; 123000）被对应到 5p15.2-p14.1（Nurnberg et al., 1997），该区域内含有小鼠进行性强直（ank）基因的人类同源物（ANKH）。ANK 蛋白跨越外细胞膜并穿梭无机焦磷酸盐，无机焦磷酸盐是生理和病理钙化、骨矿化和骨吸收的主要抑制剂。纽伦堡等人（2001）在9个患有CMDD的家族中的8个中鉴定了ANKH基因中的6个不同的杂合突变（参见例如605145.0001-605145.0005）。这些突变预测了单个氨基酸的取代、缺失或插入。使用螺旋预测程序，他们为 ANK 分子提出了 12 个跨膜螺旋，具有交替的内/外方向和允许无机焦磷酸盐通过的中央通道。突变发生在高度保守的氨基酸残基处，推测这些氨基酸残基位于蛋白质的胞质部分。研究结果将无机焦磷酸通道 ANK 与骨形成和重塑联系起来。突变发生在高度保守的氨基酸残基处，推测这些氨基酸残基位于蛋白质的胞质部分。研究结果将无机焦磷酸通道 ANK 与骨形成和重塑联系起来。突变发生在高度保守的氨基酸残基处，推测这些氨基酸残基位于蛋白质的胞质部分。研究结果将无机焦磷酸通道 ANK 与骨形成和重塑联系起来。

赖兴伯格等人（2001）在 5 个不同的家族和孤立的 CMDD 病例中证明了 ANKH 基因的 3 种不同突变。所有突变都聚集在 ANKH 蛋白 6 个可能的胞质结构域之一的 7 个氨基酸内。这些结果表明，突变蛋白对其功能具有显性负效应，因为骨基质中焦磷酸盐水平的降低增加了矿化。CMD 的特征是颅面骨逐渐增厚、矿物质密度增加以及长骨干骺端发育异常。

软骨钙质沉着症2

软骨钙质沉着症是关节疼痛和关节炎的常见原因，是由关节软骨内含钙晶体沉积引起的。彭德尔顿等人（2002）表明，先前描述的 2 个软骨钙质沉着症 - 2（CCAL2；118600）家族的受影响成员（也称为二水焦磷酸钙沉积病（CPPDD））存在 ANKH 基因突变。其中一个突变导致预测的跨膜片段内高度保守的氨基酸残基被取代（605145.0006）；另一个创建了一个新的 ATG 起始位点，为 ANKH 蛋白（605145.0007）添加了 4 个额外的残基。此外，来自英国的 95 名散发性软骨钙质沉着症患者中有 1 名显示 ANKH 基因中单个密码子的缺失（605145.0008）。患者的姐姐和儿子也出现了同样的变化。姐姐因骨关节炎接受了双侧膝关节置换术。这 3 个突变中的每一个都在全长 ANK 表达构建体中进行了重建，之前显示该构建体可以调节体外培养细胞中的焦磷酸盐水平。所有 3 个突变都比先前描述的无义突变表现出明显更高的活性，该无义突变会导致小鼠严重的羟基磷灰石矿物质沉积和广泛的关节强直。这些结果表明，ANKH 中的微小序列变化是人类软骨钙质沉着症和关节疾病的原因之一。ANK 活性的增加可以解释 CCAL2 家族和突变小鼠中常见的不同类型的晶体沉积，并且可以为治疗某些形式的人类软骨钙质沉着症提供有用的药理学靶点。

在患有二水焦磷酸钙沉积病的家庭中，Williams 等人（2002）在 ANKH 基因中发现了 pro5 到 leu（605145.0009）的突变。他们推测 ANKH 功能的丧失会导致细胞外无机焦磷酸盐水平升高，从而导致 CCAL2 晶体沉积。

威廉姆斯等人（2003）在 2 个患有常染色体显性 CPPDD 的美国家庭中筛查了 ANKH 基因突变，发现所有受影响的成员都是 pro5 至 thr 突变的杂合子（605145.0010）。这两个家族表现出不同的单倍型。威廉姆斯等人（2003）指出，威廉姆斯等人描述的家庭（2002）在同一密码子处有不同的突变（参见 605145.0009），并且还显示出独特的单倍型。他们得出的结论是，ANKH 进化上保守的 pro5 位置可能代表常染色体显性 CCAL2 家族中的突变热点。

进行性强直基因（Ank/ANKH）的突变导致小鼠和人类的骨骼表型惊人地不同。Ank 编码一种多次跨膜蛋白，可调节组织培养细胞内外的焦磷酸盐水平；人们提出了相互矛盾的模型来解释人类突变的影响。格利等人（2006）测试了野生型和突变型 ANK 在青蛙卵母细胞中的放射性标记焦磷酸转运活性。他们还在细菌人工染色体中重建了 2 个人类突变，并在转基因小鼠中进行了测试，以拯救 Ank 缺失表型并诱导新的骨骼表型。野生型 ANK 刺激焦磷酸盐离子穿过质膜的饱和转移，在焦磷酸盐的生理水平下达到最大速率的一半。软骨钙质沉着症突变保留了明显的野生型转运活性，并且可以挽救 Ank 缺失小鼠的关节融合表型。颅骨干骺端发育不良突变不转运焦磷酸盐，无法挽救 Ank 缺失小鼠的缺陷。此外，显微计算机断层扫描揭示了 Ank 缺失小鼠中以前未被认识到的表型，这让人想起颅骨干骺端发育不良。生化和遗传分析相结合，深入了解了 ANKH 突变如何导致人类骨骼疾病。显微计算机断层扫描揭示了 Ank 缺失小鼠中以前未被认识到的表型，这些表型让人想起颅骨干骺端发育不良。生化和遗传分析相结合，深入了解了 ANKH 突变如何导致人类骨骼疾病。显微计算机断层扫描揭示了 Ank 缺失小鼠中以前未被认识到的表型，这些表型让人想起颅骨干骺端发育不良。生化和遗传分析相结合，深入了解了 ANKH 突变如何导致人类骨骼疾病。

在一个患有 CMDD 且 ANKH 基因（G389R；605145.0002）已知突变的澳大利亚家庭中，Baynam 等人（2009）在突变阳性的女性家庭成员中发现了软骨钙质沉着症与 CMDD 分离的证据。

▼ 动物模型

携带进行性强直突变的小鼠已被作为关节炎模型进行研究。由于踝关节和脚趾关节的活动能力下降，常染色体隐性 Ank 突变会导致年轻小鼠出现异常的扁平足步态。随着年龄的增长，关节活动度的丧失变得更加严重，并扩散到整个四肢和脊柱的大多数关节，导致完全僵硬，并在 6 个月大时死亡。羟基磷灰石晶体在 Ank 小鼠的关节表面和滑液中形成，伴随着关节间隙变窄、软骨侵蚀以及骨生长或骨赘的形成，导致融合（强直）和关节不动。何等人（2000）在小鼠 Ank 基因中发现了 G 到 T 的替换，导致外显子 11（小鼠 Ank 的倒数第二个外显子）出现无义突变。这种突变截断了蛋白质的 C 末端区域，并大大降低了其体外活性。小鼠 Ank 基因在发育中的关节表面表达，可能通过提供局部无机焦磷酸盐来源来抑制羟基磷灰石形成，从而帮助维持未矿化状态。在缺乏正常 Ank 活性的情况下，矿化在整个关节软骨中不受阻碍地延伸，滑液中形成羟基磷灰石沉积物，并且新骨沉积在关节内和关节周围，表明该基因对于正常关节维护至关重要。

陈等人（2011）创建了过度表达人类 ANK 的敲入（KI）小鼠，其中 phe377 缺失（605145.0001）与颅骨干骺端发育不良相关。Ank KI/KI 小鼠表现出颅面骨骨量增加，尤其是下颌骨骨量增加，长骨骨干中骨小梁过多，以及长骨皮质矿化不足。干骺端有小梁化。与野生型对照相比，培养的 Ank KI/KI 颅骨成骨细胞和骨髓基质细胞显示矿物质结节形成减少。来自 Ank KI/KI 骨髓祖细胞的成熟破骨细胞尺寸减小，肌节蛋白环破坏，产生较少的多核破骨细胞，并且细胞迁移减少。Ank KI/KI 成骨细胞中细胞外焦磷酸盐正常，显然是由于 Pc1 的代偿性上调（ENPP1；173335），细胞外焦磷酸的另一种调节剂。陈等人（2011）发现成人颅骨干骺端发育不良患者的外周血单核细胞也表现出破骨细胞生成缺陷，多核破骨细胞数量减少，矿物质吸收减少。

▼ 等位基因变异体（13 个选定示例）：

.0001 颅骨干骺端发育不良，常染色体显性
ANKH，PHE377DEL

Spranger 等人先前报道，在 2 个明显无关的德国家庭中患有颅骨干骺端发育不良（123000）（1965）和施瓦恩等人（1996），纽伦堡等人（2001）发现 3 个碱基对的缺失导致密码子 377（苯丙氨酸）的缺失。由于不同的单倍型背景，这些被认为是反复突变，F377del（1196delCTT）的短串联重复结构支持这种解释。

赖兴伯格等人（2001）报道了 2 个颅骨干骺端发育不良家族受影响成员的相同突变。他们根据不同的编号系统将突变命名为 PHE376DEL（1127delTCT）。

.0002 颅骨干骺端发育不良，常染色体显性软骨钙质
沉着症 2，包括
ANKH、GLY389ARG

在一个瑞士家庭和一个澳大利亚家庭中患有颅骨干骺端发育不良（CMDD；123000），后者最初由Taylor和Sprague（1989）、Nurnberg等人报道（2001）发现 ANKH 基因中的 gly389 到 arg（G389R）错义突变是颅骨干骺端发育不良的基础。这些是反复发生的突变得到了以下事实的支持：它们具有不同的单倍型背景以及受影响序列的性质，即 G389R（1233G-A）的 CpG 二核苷酸。

拜纳姆等人（2009）重新研究了最初由 Taylor 和 Sprague（1989）报道的患有 CMDD 的澳大利亚家庭，并发现了突变阳性女性家庭成员中软骨钙质沉着症与 CMDD 分离的证据。尽管不能排除软骨钙质沉着症与 CMDD 的偶然关联，Baynam 等人（2009）表明，受影响的男性家庭成员缺乏关节症状可能是由于性别依赖性机制的参与，或者是因为谱系中只有突变阳性的女性达到了软骨钙质沉着症表型通常表现的年龄。

.0003 颅骨干骺端发育不良，常染色体显性
ANKH，IVS9，AG，-4

在患有颅骨干骺端发育不良的患者（123000）中，Nurnberg 等人（2001）在 ANKH cDNA 中发现了单个丙氨酸的插入；然而，该突变是内含子 9 剪接受体位点中的 A 到 G 转变，以分裂密码子结束，这导致了额外丙氨酸的密码子（GCA）。疾病等位基因中的新剪接受体位点是通过内含子 9 剪接供体位点 -4 位置处的杂合点突变产生的。Reichenberger 等人（2001）在患有颅骨干骺端发育不良的家庭受影响成员中发现了相同的突变。

.0004 移至 605145.0001

.0005 颅骨干骺端发育不良，常染色体显性
ANKH，SER375DEL

Nurnberg 等人的 2 名受影响家庭成员患有颅骨干骺端发育不良（123000）（2001）在 ANKH 基因的外显子 9 中发现了 3 bp 缺失（1192delCTT），导致了 ser375 的缺失。Reichenberger 等人在 2 例散发的颅骨干骺端发育不良病例中（2001）发现了相同的 3-bp 缺失，他们根据不同的编号系统将其指定为 1122delCTC。

.0006 软骨钙质沉着症 2
ANKH，MET48THR

Andrew 等人报道了一个患有软骨钙质沉着症 2（118600）的法国家庭（1999），彭德尔顿等人（2002）发现受影响的成员在 ANKH 基因的外显子 2 中存在 143T-C 转变杂合子，导致 met48 到 thr（M48T）取代。该突变发生在 ANKH 蛋白从鱼类到哺乳动物 4 亿年进化过程中绝对保守的跨膜结构域位置。

.0007 软骨钙质沉着症 2
ANKH，-11C-T

Hughes 等人报道了一个患有软骨钙质沉着症 2（118600）的英国家庭（1995），彭德尔顿等人（2002）发现受影响的成员对于位于 ANKH 基因正常 ATG 起始密码子上游 11 bp 的 -11C-T 变化是杂合的。这一变化产生了一个替代的 ATG 起始密码子，并在 ANKH 蛋白高度保守的 N 末端添加了 4 个氨基酸。

.0008 软骨钙质沉着症 2，散发性
ANKH，GLU490DEL

Pendleton 等人在 95 名英国散发性软骨钙质沉着症 2 患者（118600）中的 1 名中进行了研究（2002）在 ANKH 基因的外显子 12 中发现了一个 3 bp 的缺失，该缺失删除了位于 ANKH 蛋白高度保守的 C 末端 3 个氨基酸处的谷氨酸残基（E490del）。这位 79 岁的先证者有一个姐姐因“骨关节炎”接受了双侧膝关节置换术。先证者的姐妹和儿子对于这种 ANKH 突变是杂合的，但儿子的年龄还不足以对软骨钙质沉着症做出可靠的诊断。

.0009 软骨钙质沉着症 2
ANKH，PRO5LEU

在患有常染色体显性家族性二水焦磷酸钙沉积病（118600）的家族中，Williams 等人（2002）在距 ANKH 基因起始密码子 14 bp 处发现了 C 到 T 的转变，导致 pro5 到 leu（P5L）的变化，从而与疾病分离。患有该疾病单倍型的一些家庭成员被认为太年轻，无法表现出这种疾病；该家庭的一些其他成员没有这种疾病单倍型，但显然受到了影响。

.0010 软骨钙质沉着症 2
ANKH，PRO5THR

威廉姆斯等人（2003）对 2 个患有常染色体显性二水合焦磷酸钙沉积病（118600）的美国家庭进行了 ANKH 基因突变筛查，发现所有受影响的成员都是 pro5-to-thr（P5T）突变的杂合子。他们指出，先前曾报道同一密码子的另一个突变（P5L；605145.0009）会导致相同的疾病，并表明 ANKH 进化上保守的 P5 位置可能代表常染色体显性 CPPDD 家族中的突变热点。

.0011 颅骨干骺端发育不良，常染色体显性
ANKH，CYS339ARG

在一名患有颅骨干骺端发育不良的法国男孩（123000）中，Kornak 等人（2010）在 ANKH 基因的外显子 9 中发现了一个杂合的 1015T-C 转变，导致跨膜螺旋 9 中高度保守的残基被 cys339 替换为 arg（C339R）。该患者患有严重的疾病，出生后不久出现听力丧失和双侧面瘫。他的颅底、眼眶、上颌骨和下颌骨严重硬化，鼻窦几乎完全阻塞。在生命的最初几年，骨表型迅速恶化。

.0012 颅骨干骺端发育不良，常染色体显性
ANKH，LEU391PRO

Kornak 等人对一名患有颅骨干骺端发育不良的 24 岁荷兰男子（123000）进行了研究（2010）在 ANKH 基因的外显子 10 中发现了一个杂合的 1172T-C 转变，导致跨膜螺旋 10 和 11 之间的环中高度保守的残基被 leu391 替换为 pro（L391P）。该患者出现进行性传导性和感音神经性听力损失，并被发现具有该疾病的典型特征，单侧面神经麻痹在婴儿期、巨头畸形、和牙齿拥挤。

.0013 颅骨干骺端发育不良，常染色体显性
ANKH，LEU334ARG

Kornak 等人对一名患有颅骨干骺端发育不良的 43 岁意大利男性（123000）进行了研究（2010）在ANKH基因的外显子8中发现了杂合的1001T-G颠换，导致跨膜螺旋9中高度保守的残基被leu334替换为arg（L334R）。患者具有典型的CMD表现，颅底和上颌骨硬化，下颌骨骨质增生但不硬化，鼻窦部分阻塞，无颅神经压迫。他的中耳腔也变窄，双侧砧骨固定在外侧阁楼，导致传导性耳聋和耳鸣。这些中耳表现与继发于急性或慢性中耳炎的炎症后听小骨固定中观察到的表现相似。