非綜合征型聾相關(guān)基因及其表達(dá)產(chǎn)物的研究進(jìn)展*

紀(jì)育斌 綜述 王秋菊 韓東一 審校

聽覺系統(tǒng)對聲音的處理和傳導(dǎo)依賴于多種神經(jīng)生理機制及調(diào)節(jié)因子，它們之間相互協(xié)調(diào)，形成了完整的聽覺網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。從分子生物學(xué)角度來看，聽覺網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中，各種神經(jīng)生理機制的運轉(zhuǎn)和同步化進(jìn)程須依賴眾多的功能性蛋白質(zhì)，因此，這些蛋白質(zhì)編碼基因的缺陷，會導(dǎo)致聽覺網(wǎng)絡(luò)中一種或多種機制運轉(zhuǎn)失常，造成聲音處理障礙，表現(xiàn)為聽覺障礙。目前至少發(fā)現(xiàn)了46個與非綜合征型聾相關(guān)的基因(hereditary Hearing Loss Homepage,http://webh01.us.ac.be/hhh/)。這些耳聾基因的突變會導(dǎo)致相應(yīng)蛋白質(zhì)在內(nèi)耳的表達(dá)或功能障礙，不僅影響相應(yīng)的內(nèi)耳生理功能，而且部分基因還可影響內(nèi)耳聽覺器官的形態(tài)發(fā)育及結(jié)構(gòu)的完整性。本文根據(jù)基因表達(dá)產(chǎn)物的功能，綜述了與細(xì)胞骨架蛋白、跨膜蛋白、細(xì)胞外基質(zhì)蛋白、毛細(xì)胞和神經(jīng)元信號轉(zhuǎn)導(dǎo)蛋白、調(diào)節(jié)蛋白等表達(dá)相關(guān)的基因的功能與作用，以利于了解這些基因表達(dá)產(chǎn)物在內(nèi)耳中的相關(guān)作用及其突變對內(nèi)耳的影響。

1 細(xì)胞骨架蛋白基因

細(xì)胞骨架是指由細(xì)胞中的蛋白質(zhì)絲組成的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。細(xì)胞的運動、形態(tài)以及內(nèi)部結(jié)構(gòu)均依賴于細(xì)胞骨架。細(xì)胞骨架的框架由三種類型的蛋白質(zhì)絲組成，即中間絲、微管和肌動蛋白絲，其中肌動蛋白絲是由肌動蛋白(actin)組成的高度保守的螺旋狀多聚體。在大多數(shù)類型的細(xì)胞中，骨架蛋白具有相似的功能。在內(nèi)耳中，靜纖毛也是由肌動蛋白絲組成，靜纖毛具有的獨特結(jié)構(gòu)，包括階梯樣排列、纖毛長度、粗細(xì)程度、排列位置和相互連接等，均受肌動蛋白的影響[1]。螺旋狀肌動蛋白絲聚合和解聚過程依賴于多種因素，其中最重要的是肌球蛋白(myosin)。肌球蛋白屬動力蛋白家族，可以通過水解ATP提供的能量沿著肌動蛋白絲滑動，在內(nèi)耳中參與纖毛運動。因此，肌動蛋白和肌球蛋白是影響靜纖毛結(jié)構(gòu)和功能的重要蛋白質(zhì)。

1.1肌動蛋白相關(guān)耳聾基因 與肌動蛋白相關(guān)的耳聾基因包括DIAPH1、AGTG1、TRIOBP、ESPN、RDX，其中除了AGTG1是直接編碼肌動蛋白的基因外，其他的均為肌動蛋白調(diào)節(jié)基因。

ACTG1基因直接編碼γ-肌動蛋白，這種肌動蛋白屬于細(xì)胞質(zhì)非肌肉肌球蛋白，在各種細(xì)胞中有表達(dá)，此基因突變與顯性遺傳性非綜合征型感音神經(jīng)性聾DFNA20/DFNA26相關(guān)[2]。DIAPH1基因是在第一個顯性遺傳性聾基因位點DFNA1發(fā)現(xiàn)的耳聾基因，但其編碼蛋白質(zhì)Diaphanous homolog 1并非肌動蛋白，而是參與內(nèi)耳毛細(xì)胞肌動蛋白絲多聚體聚合的調(diào)節(jié)作用[3]。TRIOBP基因與DFNB28相關(guān)，其編碼的蛋白質(zhì)TARA可以與TRIO蛋白的TGD1結(jié)構(gòu)域和F肌動蛋白結(jié)合，與肌動蛋白一起調(diào)節(jié)肌動蛋白細(xì)胞骨架結(jié)構(gòu)、細(xì)胞生長、細(xì)胞遷移等[4]。Espn基因突變首先是在jerker小鼠研究中發(fā)現(xiàn)的，小鼠Espn基因產(chǎn)物espin蛋白表達(dá)于靜纖毛，在蛋白C末端具有WH-2肌動蛋白單體結(jié)合結(jié)構(gòu)域(WH-2 actin monomer-binding domain)，可以通過結(jié)合并穩(wěn)定肌動蛋白絲保持靜纖毛的生長更新和長度[5]。對jerker小鼠的研究發(fā)現(xiàn)， Espn基因突變導(dǎo)致espin蛋白顯示出早期降解的趨勢，并且C末端肌動蛋白結(jié)合結(jié)構(gòu)域消失，靜纖毛變短變細(xì)[6]。RDX基因編碼的radixin蛋白即根蛋白表達(dá)于靜纖毛，其將肌動蛋白絲與細(xì)胞膜交叉連接，起到穩(wěn)固靜纖毛的功能[7]。

1.2肌球蛋白編碼基因 肌球蛋白是一類超家族蛋白質(zhì)，蛋白頭端即動力區(qū)域具有可以被肌動蛋白激活的Mg2+ATP酶和肌動蛋白絲結(jié)合位點。肌球蛋白可以利用ATP水解能量沿肌動蛋白絲滑動；蛋白頸部區(qū)域具有1～6個異亮氨酸-谷氨酰胺重復(fù)序列模體(IQ motifs)，這些IQ motifs可以結(jié)合輕鏈或鈣調(diào)蛋白；尾端屬于變異結(jié)構(gòu)域，可以結(jié)合負(fù)荷。與耳聾相關(guān)的肌球蛋白編碼基因包括MYO7A、MYO6、MYO15A、MYO3A、MYO1A、MYH9和MYH14。

MYO7A是最早發(fā)現(xiàn)的與耳聾相關(guān)的肌球蛋白基因，編碼蛋白myosinⅦA屬非傳統(tǒng)型肌球蛋白，在結(jié)構(gòu)上具有高度保守的頭部動力結(jié)構(gòu)域；尾端變異結(jié)構(gòu)域可能與多種大分子相聯(lián)系，參與物質(zhì)運送。1995年，Weil等[8]在Usher綜合征1B患者中成功定位并克隆了MYO7A基因，隨后發(fā)現(xiàn)其與DFNB2和DFNA11相關(guān)。目前已經(jīng)發(fā)現(xiàn)MYO7A具有100種突變，其中絕大多數(shù)與綜合征型感音神經(jīng)性聾有關(guān)(Human Gene MutationDatabase, http://www.hgmd.cf.ac.uk/ac/index.php)。編碼蛋白myosinⅦA在人類耳蝸內(nèi)、外毛細(xì)胞胞質(zhì)和靜纖毛以及視網(wǎng)膜色素上皮、感光細(xì)胞、前庭神經(jīng)上皮均有表達(dá)[9]。skaker1小鼠是人類MYO7A突變動物模型，具有耳聾及嚴(yán)重的前庭功能障礙導(dǎo)致的旋轉(zhuǎn)行為，通過詳細(xì)分析shaker1小鼠發(fā)現(xiàn)myosinⅦA蛋白缺乏的小鼠具有過長的靜纖毛[10]，當(dāng)Myo7a突變時肌動蛋白激活A(yù)TP酶活性能力減弱或消失，影響了肌動蛋白的動力[11]。

MYO6基因是第二個被發(fā)現(xiàn)的耳聾相關(guān)肌球蛋白基因，與DFNA22和DFNB37相關(guān)。編碼蛋白myosinⅥ是所有細(xì)胞所必須的成分，涉及胞吞作用、高爾基體形態(tài)、感受器聚集、細(xì)胞遷移和囊泡轉(zhuǎn)運等[12]。動物研究myosinⅥ表達(dá)于毛細(xì)胞胞質(zhì)中，在膜狀板表達(dá)增強，在靜纖毛上也有一定程度的表達(dá)[13]。MyosinⅥ最大的特點是與其他肌球蛋白的移動方向相反，朝向肌動蛋白絲負(fù)極方向即靜纖毛基底部運動，其功能是將靜纖毛錨定在富含肌動蛋白的表皮板上。當(dāng)靜纖毛振動、纖毛內(nèi)肌動蛋白向上運動時，myosinsⅥ則以相反的運動方向來防止相鄰細(xì)胞表面發(fā)生脂質(zhì)融合[14]。通過研究ENU誘導(dǎo)的myosinⅥ缺陷小鼠Tailchaser(Tlc)發(fā)現(xiàn)，Myo6基因突變可以使myosinⅥ的動力結(jié)構(gòu)域失去活性，ATP酶活性降低，myosin Ⅵ不再沿著肌動蛋白絲運動，失去功能的myosinⅥ集中在靜纖毛的頂端，靜纖毛出現(xiàn)分叉和融合[13]。

MYO15A基因突變與DFNB3相關(guān)，編碼蛋白myosinXVA C端包括2個重復(fù)的序列，每一個重復(fù)序列包含一個MyTH4和一個FERM區(qū)域，被SH3域分開，在C末端攜帶一個PDZ配體。動物研究發(fā)現(xiàn)小鼠myosin XVA C末端PDZ配體可以與WHRN基因編碼whirlin蛋白第三個PDZ配體相互作用，這種相互作用對whirlin蛋白靶向到靜纖毛頂端是必要的。將小鼠Myo15a基因重新導(dǎo)入缺乏myosin XVA的小鼠毛細(xì)胞，可以使內(nèi)生性的whirlin蛋白重新聚集在靜纖毛頂端，因此認(rèn)為myosin XVA與whirlin蛋白相互作用是毛細(xì)胞纖毛束形成的關(guān)鍵[15]。2005年Delprat[16]發(fā)現(xiàn)whirlin蛋白與myosinXVA同時出現(xiàn)在大鼠發(fā)育中或成熟的耳蝸和前庭系統(tǒng)靜纖毛最頂端，myosinXVA/whirlin在靜纖毛頂端相互作用，可能控制著靜纖毛的活動。

MYO3A基因編碼myosinⅢA蛋白表達(dá)在靜纖毛的頂端，可能參與靜纖毛機械電能轉(zhuǎn)換過程[17 ]。迄今為止，僅在一個伊拉克起源的猶太人耳聾家系中發(fā)現(xiàn)MYO3A基因的3種突變[18]。MYO1A位于DFNA48常染色體區(qū)域，編碼刷狀緣myosinⅠ蛋白；MYH9和MYH14均為非肌肉肌球蛋白重鏈編碼基因，分別與DFNA17和DFNA4相關(guān)。

1.3其他細(xì)胞骨架相關(guān)基因 WHRN基因編碼whirlin蛋白包含有PDZ結(jié)構(gòu)，對小鼠研究顯示W(wǎng)HRN基因突變小鼠靜纖毛縮短[19]。如前所述，whirlin蛋白的主要作用是與MYO15A參與靜纖毛形態(tài)和功能的保持。CCDC50基因編碼蛋白質(zhì)Ymer是一種表皮生長因子介導(dǎo)的細(xì)胞信號效應(yīng)器，可以增強表皮生長因子受體功能，在微管細(xì)胞骨架中發(fā)揮作用[20]。

2 細(xì)胞間連接蛋白編碼基因

內(nèi)耳細(xì)胞間連接對于保持淋巴液成分的動態(tài)平衡，防止離子及其他成分流失，支持和穩(wěn)定內(nèi)耳器官組織結(jié)構(gòu)至關(guān)重要。人類耳蝸細(xì)胞連接包括縫隙連接、緊密連接和黏合連接?？p隙連接位于兩個相鄰的細(xì)胞之間，使胞質(zhì)間直接相連，細(xì)胞內(nèi)的小分子，如無機鹽離子、糖、氨基酸、核苷酸和維生素等有可能通過間隙連接的孔隙相互傳遞，縫隙連接蛋白在內(nèi)耳中具有廣泛的表達(dá)，在細(xì)胞間信號傳導(dǎo)和動態(tài)平衡中發(fā)揮重要作用。細(xì)胞間緊密連接可以使細(xì)胞質(zhì)膜緊密結(jié)合，沒有縫隙，在耳蝸可以將毛細(xì)胞的頂部與底外側(cè)部分開，維持內(nèi)外淋巴液的分離和正常的耳蝸內(nèi)電位。黏合連接是由鈣粘蛋白和原鈣粘蛋白形成細(xì)胞間連接，在內(nèi)耳它們形成的靜纖毛間頂端連接是毛細(xì)胞頂部機械傳導(dǎo)和機電轉(zhuǎn)化的主要結(jié)構(gòu)。

2.1縫隙連接蛋白基因 編碼縫隙連接蛋白家族的基因突變在非綜合征型感音神經(jīng)性聾中最為常見，與常染色體隱性、顯性及綜合征型聾均相關(guān)。它們編碼的縫隙連接蛋白Connexins(Cx)是細(xì)胞膜縫隙連接蛋白家族的一部分，形成兩個相鄰細(xì)胞質(zhì)間的連接通道。在內(nèi)耳中縫隙連接介導(dǎo)內(nèi)耳螺旋緣、Corti器、血管紋等組織上皮細(xì)胞間和結(jié)締組織間的離子、代謝產(chǎn)物和第二信使分子的轉(zhuǎn)運。縫隙連接的形成需要兩個細(xì)胞各一個連接子即半通道，半通道是由縫隙連接蛋白6個跨膜亞單位形成的六聚體，當(dāng)兩個鄰近細(xì)胞的半通道接觸到一起時，就形成了一個激活的縫隙連接。人類基因組中有21個基因?qū)儆诳p隙連接蛋白家族[21],其中有5個基因(GJB2、GJB3、GJB6、GJB1、GJA1)突變在哺乳動物內(nèi)耳表達(dá)與人類耳聾有關(guān)，它們分別編碼的縫隙連接蛋白是Cx26、Cx31、Cx30、Cx32和Cx43。(Connexins and Deafness Homepage, http://www.crg.es/deafness)?？p隙連接蛋白的異質(zhì)性涉及不同的人類耳聾遺傳病理，本文主要對最為常見的GJB2和GJB6加以綜述。

GJB2基因編碼Cx26，GJB6基因編碼Cx30。在人類基因組中，這兩個基因相互鄰近均位于DFNB1位點(hereditary Hearing Loss Homepage,http://webh01.us.ac.be/hhh/)。在內(nèi)耳中, Cx26蛋白縫隙連接半通道和Cx30蛋白半通道共同裝配成為一個完整的異源性的縫隙連接通道[22]。靶向消融小鼠耳蝸上皮網(wǎng)絡(luò)上的Cx26后，發(fā)現(xiàn)小鼠耳蝸仍可以正常發(fā)育，但是隨后出現(xiàn)聽力損失，形態(tài)學(xué)顯示支持細(xì)胞壞死，細(xì)胞壞死速率與細(xì)胞周圍鉀離子濃度的減少相一致，因此推測Cx26的缺失在聲刺激后阻止了鉀離子的循環(huán)，使細(xì)胞外淋巴液鉀離子減少從而阻止了對神經(jīng)遞質(zhì)谷氨酸的攝取和吸收，同時耳蝸內(nèi)電位降低或消失，最終導(dǎo)致毛細(xì)胞死亡[23]。Cx30缺陷小鼠同樣表現(xiàn)為毛細(xì)胞死亡、支持細(xì)胞變性，電生理檢測顯示耳蝸內(nèi)電位降低或消失[24]。

敲除小鼠Cx26或Cx30蛋白編碼基因GJB2或GJB6后發(fā)現(xiàn)，未敲除的基因(GJB6或GJB2)在內(nèi)耳中可以正常表達(dá)，細(xì)胞間形成同源性的縫隙連接，即縫隙連接通道的兩個半通道均由單一的Cx26或Cx30蛋白構(gòu)成。這種同源性的縫隙連接通道功能較差，不能夠替代野生型異源性的縫隙連接通道[23，24]。Cx26構(gòu)成的同源性縫隙連接通道可以傳遞離子，但不能傳遞分子量大的代謝產(chǎn)物，如葡萄糖，細(xì)胞內(nèi)葡萄糖水平的降低增加了細(xì)胞內(nèi)活性氧簇,最終可以導(dǎo)致細(xì)胞死亡[25]。除此之外，Cx26和Cx30共同定位并沿著內(nèi)耳鉀離子循環(huán)路徑廣泛表達(dá),兩種連接蛋白可能在鉀離子傳遞中具有重要的作用[26]。也有研究表明，縫隙連接蛋白缺乏會減弱第二信使鈣離子傳遞，降低細(xì)胞質(zhì)鈣離子水平，影響NF-kB的表達(dá)，NF-kB是一種鈣敏感性轉(zhuǎn)錄因子，Cx26和Cx30基因可能參與DNA的轉(zhuǎn)錄過程[27]。

2.2緊密連接蛋白基因 CLDN14基因編碼claudin14蛋白，表達(dá)于Corti器毛細(xì)胞和支持細(xì)胞，參與構(gòu)成細(xì)胞間緊密連接，但在血管紋和前庭膜上無表達(dá)。對小鼠的研究發(fā)現(xiàn)，claudin14蛋白在耳蝸發(fā)育中的表達(dá)增加伴隨著耳蝸內(nèi)電位的建立[28]。Cldn14敲除小鼠首先出現(xiàn)外毛細(xì)胞死亡，接著是內(nèi)毛細(xì)胞，最后表現(xiàn)為耳聾，但小鼠耳蝸內(nèi)電位沒有出現(xiàn)顯著改變，因此認(rèn)為claudin14可能不是維持耳蝸內(nèi)電位的關(guān)鍵成分，或者有其他的claudin蛋白成分彌補了它的缺失。MARVELD2基因編碼tricellulin蛋白屬于嵌膜蛋白質(zhì)，參與耳蝸和前庭上皮的細(xì)胞緊密連接，包括支持細(xì)胞和毛細(xì)胞間的廣泛連接及結(jié)構(gòu)復(fù)合體的形成[29]。

2.3黏合連接蛋白基因 黏合連接蛋白基因TMHS(也稱為LHFP15基因)，其產(chǎn)物表達(dá)于內(nèi)耳，特別是內(nèi)、外毛細(xì)胞的靜纖毛上，在靜纖毛表面形成四跨膜蛋白，Tmhs基因突變小鼠Corti器出現(xiàn)嚴(yán)重?fù)p害[30]。CDH23基因編碼cadherin23蛋白和PCDH15基因編碼protocaderin15蛋白均屬于黏合連接蛋白，參與毛細(xì)胞纖毛束頂端連接的形成，與非綜合征型聾和Usher綜合征有關(guān)[31]。

3 轉(zhuǎn)運體蛋白和離子通道基因

3.1轉(zhuǎn)運體蛋白基因 與耳聾相關(guān)的轉(zhuǎn)運體蛋白主要有SLC26A4、SLC26A5和OTOF基因。

正常的內(nèi)耳淋巴液總量和其成分的維持對保持內(nèi)耳的功能同等重要。SLC26A4基因編碼的pendrin 蛋白屬于跨膜溶質(zhì)載體蛋白，是一種氯化物/負(fù)離子(如碘化物)轉(zhuǎn)運體，表達(dá)于人體甲狀腺、腎臟和內(nèi)耳，對內(nèi)耳來講，pendrin蛋白基因產(chǎn)物表達(dá)于內(nèi)淋巴囊、外螺旋溝和部分支持細(xì)胞[32]。研究發(fā)現(xiàn)，Pendrin敲除小鼠predrin蛋白重碳酸鹽分泌功能消失導(dǎo)致內(nèi)淋巴液酸化,抑制pH敏感通道TRPV5和TRPV6活性，導(dǎo)致內(nèi)淋巴鈣離子濃度增加。重碳酸鹽離子是內(nèi)淋巴液重要緩沖介質(zhì),有利于維持內(nèi)耳淋巴液的滲透環(huán)境[33]。SLC26A4基因突變導(dǎo)致pendrin蛋白功能障礙，使內(nèi)耳淋巴液體量增加，導(dǎo)致蝸管的擴(kuò)大融合，內(nèi)淋巴囊、內(nèi)淋巴管和前庭水管膨脹擴(kuò)大。

SLC26A5基因編碼的prestin蛋白屬于負(fù)離子轉(zhuǎn)運家族溶質(zhì)載體蛋白，外毛細(xì)胞的細(xì)胞膜上有豐富表達(dá)[34]，在哺乳動物中高度保守。同時prestin蛋白也是一種動力蛋白質(zhì)，在毛細(xì)胞機電轉(zhuǎn)化過程中發(fā)揮作用，能驅(qū)動耳蝸外毛細(xì)胞的電能動性,發(fā)揮耳蝸的放大器和調(diào)節(jié)器的作用,使哺乳動物的聽覺具有高度的敏感性、廣闊的聽覺域、敏銳的頻率選擇性[35]。

OTOF基因與DFNB9相關(guān)，編碼otoferlin蛋白，在成熟小鼠的內(nèi)毛細(xì)胞中有極強表達(dá)，但在支持細(xì)胞中無表達(dá)。Otoferlin蛋白是一種跨膜蛋白，具有細(xì)胞質(zhì)結(jié)構(gòu)域(胞質(zhì)域)，其功能類似于突觸結(jié)合蛋白，與鈣離子結(jié)合參與細(xì)胞膜運輸、胞吐作用和毛細(xì)胞傳入突觸神經(jīng)遞質(zhì)的釋放[36]。OTOF基因突變可表現(xiàn)為聽神經(jīng)傳遞功能不良，是聽神經(jīng)病的致病病因之一[37]。

3.2離子通道蛋白基因 與耳聾相關(guān)的離子通道蛋白基因包括KCNQ1、KCNQ4、TMC1和WFS1基因。

KCNQ是鉀離子通道小家族蛋白，一共有5個成員(KCNQ1～KCNQ5)，其中有4個涉及不同的人類疾病，如癲癇癥、心律失常和耳聾。所有KCNQ蛋白質(zhì)都具有6個跨膜結(jié)構(gòu)域，當(dāng)4個KCNQ亞單位裝配到一起時，就形成了一個活性通道。在每一個亞單位中第四個跨膜結(jié)構(gòu)域帶有正電荷殘基，因此具有電壓感應(yīng)作用，影響離子通道的構(gòu)象和對鉀離子的敏感性[38]。因此，KCNQ蛋白構(gòu)成的通道屬于電壓門控通道，依賴于膜電位，在細(xì)胞膜去極化時被激活。KCNQ1和KCNQ4在內(nèi)耳中表達(dá)，與內(nèi)耳功能相關(guān)。

KCNQ1基因突變導(dǎo)致遺傳性常染色體顯性遺傳QT間期延長綜合征(LQT綜合征)或常染色體隱性遺傳Jervell and Lange-Nielsen(JLN)綜合征(也稱為心-耳綜合征或聾-心綜合征)。這兩個綜合征的特征均為心律失常，JLN綜合征同時表現(xiàn)為先天性耳聾。在耳蝸，KCNQ1和KCNE1基因編碼蛋白位于血管紋面對中階一側(cè)的邊緣細(xì)胞頂部，共同形成一個通道復(fù)合體，是血管紋從胞質(zhì)和外淋巴轉(zhuǎn)運鉀離子的最后階段(鉀離子循環(huán))[39]。鉀離子轉(zhuǎn)運循環(huán)始于內(nèi)耳基底細(xì)胞從外淋巴液中吸收鉀離子，再將鉀離子通過縫隙連接轉(zhuǎn)運至血管紋細(xì)胞間隙，通過邊緣細(xì)胞底外側(cè)膜的Na+-K+ATPase將鉀離子轉(zhuǎn)運入邊緣細(xì)胞，然后由邊緣細(xì)胞膜頂端的KCNQ1/KCNE1通道復(fù)合體將鉀離子分泌進(jìn)入內(nèi)淋巴，因此KCNQ1/KCNE1通道復(fù)合體在維持內(nèi)淋巴高濃度鉀離子水平中發(fā)揮重要作用。KCNQ1基因突變會阻礙了K+分泌進(jìn)入內(nèi)淋巴液，影響了耳蝸內(nèi)電位的形成并會導(dǎo)致血管紋的萎縮、Corti器變性及耳聾。單純KCNE1突變也可以導(dǎo)致JLN綜合征，KCNQ1不能夠補償內(nèi)耳KCNE1蛋白的缺乏[40]。

KCNQ4基因突變能夠引起常染色體顯性慢性進(jìn)行性聽力損失。對小鼠的研究表明，KCNQ4基因表達(dá)于外毛細(xì)胞膜底外側(cè)部，在蝸底有更顯著的表達(dá)，這與患者早期表現(xiàn)為高頻聽力下降相對應(yīng)[41]。在內(nèi)耳，KCNQ4與KCNQ1不同，其表達(dá)及功能僅與外毛細(xì)胞相關(guān)，KCNQ4可以使去極化時進(jìn)入外毛細(xì)胞的鉀離子外流出細(xì)胞，使細(xì)胞恢復(fù)到靜息狀態(tài)，為下一次興奮做好準(zhǔn)備。對KCNQ4敲除小鼠電生理研究顯示外毛細(xì)胞內(nèi)持續(xù)性鉀離子超負(fù)荷將導(dǎo)致細(xì)胞死亡，因此KCNQ4突變引起的進(jìn)行性聽力損失的原因在于外毛細(xì)胞的變性死亡[42]。

TMC1基因編碼一種具有6個跨膜結(jié)構(gòu)域的跨膜蛋白，特異性表達(dá)在內(nèi)、外毛細(xì)胞和前庭[43]。TMC1基因突變小鼠毛細(xì)胞鉀離子內(nèi)流減弱或消失，部分毛細(xì)胞結(jié)構(gòu)損傷和完全消失，殘存的毛細(xì)胞的突觸前膜在小鼠發(fā)育過程中仍可見到鈣離子流，但是聽神經(jīng)復(fù)合動作電位消失；即使在大多數(shù)毛細(xì)胞未發(fā)生壞死的情況下，仍然不能引發(fā)聽神經(jīng)復(fù)合動作電位[44]。

WFS1基因與Wolfram綜合征及DFNA6/DFNA14相關(guān)，編碼一種胞膜糖蛋白wolframin，這種糖蛋白表達(dá)在耳蝸內(nèi)毛細(xì)胞和支持細(xì)胞等多種細(xì)胞的內(nèi)質(zhì)網(wǎng)上，其功能涉及K+和或Ca2+的動態(tài)平衡。研究發(fā)現(xiàn)，非洲爪蟾卵母細(xì)胞wolframin可以促使細(xì)胞內(nèi)的鈣離子從胞漿內(nèi)質(zhì)網(wǎng)釋放，提示這種蛋白質(zhì)的功能是內(nèi)質(zhì)網(wǎng)上的一種陽離子通道或是陽離子通道調(diào)節(jié)蛋白[45]。

4 細(xì)胞外基質(zhì)蛋白基因

與耳聾相關(guān)的細(xì)胞外基質(zhì)蛋白基因主要包括TECTA、STRC、OTOA和COCH基因。

蓋膜是由數(shù)種膠原蛋白和三種非膠原糖蛋白構(gòu)成，三種非膠原蛋白分別是α-蓋膜蛋白、β-蓋膜蛋白和otogelin蛋白。蓋膜蛋白的功能是優(yōu)化基底膜對調(diào)諧頻率引起震動的敏感性，并向外毛細(xì)胞提供機械反饋以調(diào)節(jié)聲刺激的增益。TECTA基因編碼蓋膜成分α-蓋膜蛋白，與常染色體顯性遺傳DFNA8/DFNA12和隱性遺傳DFNB21有關(guān)。蓋膜膠原蛋白成分的破壞也與耳聾相關(guān)，膠原蛋白Ⅱ、Ⅸ、Ⅺ型均是蓋膜極為重要的成分，編碼基因分別是COL2A1、COL9A1和COL11A1及COL11A2,缺乏Ⅸ型膠原的敲除小鼠出現(xiàn)耳聾的表型和蓋膜的損害。Ⅱ和Ⅺ型膠原蛋白基因突變與Stickler綜合征(即Stickler關(guān)節(jié)病玻璃體視網(wǎng)膜變性綜合征或遺傳性進(jìn)展性關(guān)節(jié)-眼病或遺傳性關(guān)節(jié)-眼病)有關(guān)，此綜合征除了感音神經(jīng)性聾外還包括顱面畸形和視覺異常。COLL11A2編碼的Ⅺ膠原蛋白與DFNA13和DFNB53有關(guān)，COLL11A2突變會其影響Ⅺ膠原蛋白的triple-helix結(jié)構(gòu)域，影響蓋膜正常的結(jié)構(gòu)和功能[46]。

STRC基因編碼stereocilin蛋白是一種纖毛束蛋白質(zhì)，僅在毛細(xì)胞靜纖毛表達(dá)，屬于纖毛束錨定蛋白。stereocilin蛋白和otoancorin蛋白具有C末端同源序列，Otoancorin蛋白由OTOA基因編碼，也屬于與蓋膜相關(guān)的內(nèi)耳特有的糖基磷脂酰肌醇錨定蛋白，表達(dá)在非感覺細(xì)胞頂端表面并與蓋膜聯(lián)系，也表達(dá)于蓋膜附屬的大上皮嵴和螺旋緣。這兩種錨定蛋白與蓋帽錨定到Corti 毛細(xì)胞靜纖毛有關(guān)[47]。

COCH基因編碼細(xì)胞外基質(zhì)蛋白Cochlin，主要表達(dá)于螺旋緣和螺旋韌帶纖維細(xì)胞，COCH突變可以導(dǎo)致這些細(xì)胞的缺失、減少或被嗜酸性非細(xì)胞成分取代[48]。

5 毛細(xì)胞和神經(jīng)元信號轉(zhuǎn)導(dǎo)基因

PJVK基因與DFNB59相關(guān)，編碼pejvakin蛋白。與其他大多數(shù)耳聾基因不同的是，PJVK基因突變導(dǎo)致的耳聾病理機制發(fā)生在聽覺傳導(dǎo)通路上，而不是耳蝸。pejvakin蛋白沿著聽覺傳入通路表達(dá)，特別是神經(jīng)元細(xì)胞體，與聽神經(jīng)信號傳遞相關(guān)，PJVK基因突變可以導(dǎo)致雙側(cè)聽神經(jīng)病，并且表現(xiàn)為語前聾[49]。

6 調(diào)節(jié)基因

6.1轉(zhuǎn)錄因子基因 在DNA轉(zhuǎn)錄為mRNA的階段受到轉(zhuǎn)錄因子精細(xì)的調(diào)節(jié),這些轉(zhuǎn)錄因子是基因表達(dá)產(chǎn)物，轉(zhuǎn)錄因子基因變異會導(dǎo)致DNA轉(zhuǎn)錄障礙。POU3F4和POU4F3是兩個POU結(jié)構(gòu)域轉(zhuǎn)錄因子家族基因，均具有兩個DNA結(jié)合結(jié)構(gòu)域即同源結(jié)構(gòu)域和POU結(jié)構(gòu)域。POU3F4基因突變與X染色體連鎖的DFN3有關(guān)；POU4F3基因突變中至少有一個突變可能與細(xì)胞核定位信號相關(guān)[50]。此外EYA4基因控制著內(nèi)耳發(fā)育過程，與Corti器功能明顯相關(guān)，其突變可以導(dǎo)致進(jìn)行性常染色體顯性聾DFNA10[51]。TFCP2L3基因則與DFNA28相關(guān)[52]。

6.2microRNAs microRANs(miRNAS)是遺傳性聾研究領(lǐng)域較新的內(nèi)容,其類似于轉(zhuǎn)錄因子,屬基因表達(dá)的調(diào)節(jié)成分。在哺乳動物中，由RNade Ⅲ 核酸內(nèi)切酶(endonucleases)切割分裂產(chǎn)生單鏈miRNAs，與靶向的mRNAs 3’端不翻譯的部分序列互補配對。miRNAs中用于靶向確認(rèn)的最小的miRNAs序列長度大約6-8個核苷酸，稱為miRNA seed。目前miRNASE數(shù)據(jù)庫 (http://microrna.sanger.ac.uk/sequences/)中人類和小鼠分別具有706和547個miRNAs。對小鼠334個miRNAs微點陣分析顯示大約有1/3表達(dá)于內(nèi)耳[53]。在ENU誘導(dǎo)形成的進(jìn)行性耳聾diminuendo小鼠突變體中，發(fā)現(xiàn)一種miR seed區(qū)突變，采用微點陣分析Corti器組織，同時進(jìn)行生物信息為基礎(chǔ)的Sylamer分析顯示，diminuendo小鼠中存在數(shù)百種基因表達(dá)變化，其中一些是已知表達(dá)于感覺細(xì)胞或與耳聾相關(guān)的基因[54]。RNade Ⅲ 核酸內(nèi)切酶之一Dicer敲除小鼠Pax2-Cre出現(xiàn)內(nèi)耳miRNAs減少或缺失，內(nèi)耳發(fā)育異常[55]。

7 其他耳聾相關(guān)基因

CRYM基因編碼蛋白質(zhì)Mu-crystallin是一種受煙酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸(nicotinamide-adenine dinucleotide phosphate，NADPH)調(diào)節(jié)甲狀腺結(jié)合蛋白質(zhì)，在NADPH條件下這種蛋白質(zhì)可以與甲狀腺素T3結(jié)合并被激活。2003年，Abe等通過對人類耳蝸和前庭cDNA基因表達(dá)微序列分析發(fā)現(xiàn)，Mu-crystallin僅在內(nèi)耳組織具有強烈的表達(dá)。CRYM基因突變與人類非綜合征型感音神經(jīng)性耳聾相關(guān)，通過對人類COS-7細(xì)胞系研究發(fā)現(xiàn)，CRYM突變導(dǎo)致細(xì)胞漿空泡化或編碼蛋白分布異常，導(dǎo)致蛋白質(zhì)及細(xì)胞功能異常；使用小鼠組織原位雜交分析發(fā)現(xiàn)Mu-crystallin表達(dá)于螺旋韌帶的外側(cè)區(qū)和螺旋緣纖維細(xì)胞，因此其功能可能與內(nèi)耳鉀離子循環(huán)有關(guān)[56]。

TMPRSS3基因與DFNB8/10有關(guān)，其編碼一種跨膜絲氨酸蛋白表達(dá)在螺旋神經(jīng)節(jié)、耳蝸支持細(xì)胞和血管紋。這種蛋白質(zhì)具有細(xì)胞外絲氨酸蛋白水解酶結(jié)構(gòu)域，能夠激活細(xì)胞表面對阿米洛利敏感的鈉離子通道(epithelial amiloride-sensitive sodium channel,ENaC)，對保持內(nèi)淋巴液的低鈉狀態(tài)發(fā)揮作用。TMPRSS3突變體不能夠激活ENaC，無法保持內(nèi)淋巴低鈉狀態(tài)有可能是耳聾的致病原因[57]。

DFNA5位點包含一個基因為DFNA5，其突變導(dǎo)致耳聾，這個基因之所以給出與位點相同的名稱是因為基因編碼的蛋白質(zhì)及功能尚未確定。

8 線粒體基因及其修飾基因

線粒體是細(xì)胞氧化磷酸化場所，提供細(xì)胞所需能量。一些線粒體DNA突變與耳聾關(guān)系密切，其中mtDNA12S rRNA基因突變與非綜合征型聾和藥物敏感性耳聾有關(guān)，攜帶這一突變的耳聾個體呈現(xiàn)出不同的外顯率，提示可能有其他的修飾基因參與耳聾表型[58]；Bykhovskaya等[59]應(yīng)用非參分析對不同遺傳背景的耳聾家系進(jìn)行研究后發(fā)現(xiàn)在8p23即D8S277附近可能存在著一個或幾個12SrRNA基因的修飾基因，這些基因到目前仍未被克隆。2007年，Ballana等研究發(fā)現(xiàn)位于此區(qū)段的MRPSI8CP2多態(tài)性及DEFA3基因缺失出現(xiàn)在A1555G耳聾攜帶者中[60]。最近的研究表明，單獨的人類MTO1基因或GTPBP3(19p13.11)或TRMT1的cDNA可以彌補攜帶15SrRNA C1409G突變的酵母的MTO1或MSS1、MTO2基因突變的呼吸缺陷表達(dá)，提示這些基因編碼蛋白的功能在進(jìn)化上是保守的[61～63]。2004年Bykhovskay等對來自西班牙、意大利及阿拉伯以色列家系的200多例母系遺傳的非綜合征型聾患者DNA樣本進(jìn)行連鎖及連鎖不平衡分析，發(fā)現(xiàn)了3個線粒體tRNA和rRNA的修飾基因，其中兩個基因MTO1和GTPBP3與疾病相關(guān)，另外一個是線粒體轉(zhuǎn)錄因子基因TFB1M (6q25.3)，它參與線粒體rRNA的修飾[64]。另一種與耳聾相關(guān)的線粒體基因是tRNASer(UCN)，在不同的耳聾家系，這一基因的突變表型可以表現(xiàn)為耳聾或伴有其他癥狀，如肌陣攣性癲癇、共濟(jì)失調(diào)、嚴(yán)重的精神運動阻抑和糖尿病[65]。有關(guān)線粒體突變引起耳聾的機制目前尚不完全清楚，有可能與線粒體氧化磷酸化功能障礙，不能為耳蝸活動提供充足的能量有關(guān)。

綜上所述，作為聽覺感受器，內(nèi)耳的正常功能需要一系列基因和調(diào)節(jié)成分參與維持。到目前為止，在全世界科學(xué)家的共同努力下，揭示了這些基因的部分功能及其突變導(dǎo)致的聽覺障礙機制，為臨床耳科學(xué)家對遺傳性聾的咨詢、診斷和治療提供了豐富的理論依據(jù)；同時，科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，為高通量大規(guī)?；蚝Y查和診斷技術(shù)應(yīng)用于臨床提供了可能。未來，隨著遺傳性聾研究的發(fā)展，必將發(fā)現(xiàn)更多耳聾相關(guān)基因，深入揭示已知基因的致聾機理，可為增強耳聾疾病診斷能力，促進(jìn)耳聾治療學(xué)的發(fā)展作出貢獻(xiàn)。

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