線粒體MT-RNR1基因突變與藥物性聾

曾云 馮大飛 張磊綜述 姜丹 審校

線粒體MT-RNR1基因突變與藥物性聾

曾云1馮大飛1張磊1綜述 姜丹1審校

大多數(shù)線粒體基因突變會引起母系遺傳性疾病，而線粒體MT-RNR1基因突變主要引起藥物性非綜合征型母系遺傳性聾，其導(dǎo)致的耳聾為雙側(cè)、程度不等且與氨基糖苷類藥物的使用有關(guān)。線粒體基因突變導(dǎo)致的藥物性聾的防治關(guān)鍵在“防”，通過人為干預(yù)，可以有效的減少藥物性聾的發(fā)生。目前國際上對于線粒體突變導(dǎo)致的藥物性聾的報導(dǎo)逐漸增多，本文對線粒體MT-RNR1基因突變引起的藥物性非綜合征型聾的國內(nèi)外相關(guān)的文獻(xiàn)綜述如下。

1 線粒體突變概述

線粒體為真核細(xì)胞中由雙層高度特化的單位膜圍成的細(xì)胞器，主要功能是通過氧化磷酸化作用合成腺嘌呤核苷三磷酸（ATP），為細(xì)胞各種生理活動提供能量。線粒體擁有自身的遺傳物質(zhì)和遺傳體系，但因其基因組大小有限，所以線粒體是一種半自主細(xì)胞器，即自身含有遺傳表達(dá)系統(tǒng)（自主性）。當(dāng)線粒體DNA（mitochondrial DNA，mt DNA）突變體的突變負(fù)荷較低時，與突變型mtDNA共存的野生型mt DNA會起保護(hù)和補(bǔ)償作用，因而并不會產(chǎn)生嚴(yán)重后果；然而，當(dāng)突變負(fù)荷超過一定閾值，野生型mt DNA的數(shù)量不足以維持正常功能時，組織或器官就會出現(xiàn)異常，這種現(xiàn)象被稱為閾值效應(yīng)［1］。哺乳類動物細(xì)胞中，相對于細(xì)胞正常生理的最低需要而言，在線粒體蛋白合成上并無很大的貯備，故而如耳蝸細(xì)胞這類對氧化磷酸化要求較高的細(xì)胞，線粒體蛋白合成速率下降到一定值時就會對細(xì)胞造成嚴(yán)重的后果，內(nèi)淋巴及毛細(xì)胞內(nèi)依靠ATP供能的離子濃度失衡，逐漸導(dǎo)致毛細(xì)胞萎縮、死亡，最終導(dǎo)致永久性聽力喪失。

在胚胎發(fā)育過程中，卵母細(xì)胞經(jīng)歷了多次分裂，使得最終分配到每個卵子的mtDNA的有效數(shù)量較少，這種效應(yīng)即為線粒體遺傳的“瓶頸效應(yīng)”［2］。卵母細(xì)胞中的mtDNA只有部分進(jìn)入初級卵母細(xì)胞，形成異質(zhì)性水平相差很大的卵細(xì)胞群；受精卵經(jīng)歷卵裂和胚胎發(fā)育，僅有幾個拷貝的mt DNA最終進(jìn)入新生兒的組織細(xì)胞中進(jìn)行擴(kuò)增。因此同一母系家族成員間的疾病表型甚至同一患者組織間的突變可表現(xiàn)出顯著的差異。此外，體細(xì)胞每經(jīng)歷一次有絲分裂，mtDNA會隨線粒體被隨機(jī)分配到子代細(xì)胞中，因而組織中mtDNA的突變負(fù)荷（突變型／野生型mt RNA的比值）會隨組織細(xì)胞分裂而變化，因此同一患者的疾病表型也能隨時間推移而表現(xiàn)出變異性。大多數(shù)線粒體基因突變會引起母系遺傳性疾病，然而，在這些基因突變中，主要是由目前突變機(jī)制不清的線粒體MT-RNR1基因引起的非綜合征型聾［3］。

攜帶線粒體突變基因的患者在單次使用微量的氨基糖苷類的藥物時也會導(dǎo)致耳聾，聽力損失通常發(fā)生在使用過氨基糖苷類藥物的3天到3個月左右［4］。有一些母系遺傳的成員未使用過氨基糖苷類抗生素，表現(xiàn)為遲發(fā)性、進(jìn)行性聽力下降且程度不等，其臨床表型差異可能與環(huán)境因素、線粒體本身的因素和核基因有關(guān)［5］，而使用過氨基糖苷類藥物的線粒體突變?nèi)巳旱亩@通常表現(xiàn)為雙側(cè)、重度到極重度聾，且聽力損失是不可逆的。目前由于線粒體基因突變導(dǎo)致的藥物性非綜合征型聾尚無很好的根治方法，最有效的治療方法就是人工耳蝸植入［6］。

2 線粒體MT-RNR1基因突變位點(diǎn)及與氨基糖苷類藥物的關(guān)系

MT-RNR1基因位于線粒體上，堿基位置在648到1 601上，目前已發(fā)現(xiàn)的突變主要有1555A＞G、961insC、1095T＞C、1494C＞T、961T＞G、1291T＞C、827 A＞G。MT-RNR1基因編碼核糖體12S r RNA，1555A＞G是一個常見的引起母系遺傳的非綜合征型聽力損失的突變位點(diǎn)。線粒體1555位點(diǎn)位于線粒體12S r RNA倒數(shù)第二個旋柄的基部，此部位在進(jìn)化上高度保守，該位點(diǎn)發(fā)生突變使倒數(shù)第二個旋柄的基部出現(xiàn)一新的堿基G，這使它能夠和與之相對的1494位點(diǎn)上配對，導(dǎo)致該部位的空間結(jié)構(gòu)發(fā)生改變，形成類似于氨基糖苷類藥物的靶向目標(biāo)——細(xì)菌16S r RNA的空間構(gòu)象，從而促進(jìn)氨基糖苷類藥物與12S r RNA結(jié)合區(qū)域的結(jié)合［7］。某些具有1555 A＞G突變?nèi)巳褐?，聽力損失是由于使用適當(dāng)劑量甚至微量氨基糖苷類藥物導(dǎo)致的［8］。

Estivill等［9］在70個西班牙感音神經(jīng)性聾家庭（包括36個先天性聾和34個后天性聾）中發(fā)現(xiàn)有19個西班牙家系有mt DNA1555A＞G同質(zhì)性突變，其中有氨基糖苷類藥接觸史的突變?nèi)巳喊l(fā)病年齡約為5歲，而無氨基糖苷類藥物接觸史的突變?nèi)巳喊l(fā)病年齡約為20歲，提示mt DNA 1555 A＞G突變會導(dǎo)致感音神經(jīng)性聾，且發(fā)病年齡可因氨基糖苷類藥物的使用而提前。Morales等［10］對6個mtDNA 1555A＞G同質(zhì)性突變攜帶家系的研究顯示未曾接觸氨基糖苷類藥物的耳聾患者聽力損失程度多處于輕度至中度之間，而有氨基糖苷類藥物接觸史的患者多為重度耳聾，且兩者間差異顯著，提示氨基糖苷類藥物的使用加重了耳聾的嚴(yán)重度［11］。所有攜帶這一突變的人群在單次使用任意劑量氨基糖苷類藥物后均會導(dǎo)致耳聾。攜帶這種突變但不接觸氨基糖苷類抗生素的人群，65歲發(fā)生聽力損失的外顯率約為80%［12］。一些研究者認(rèn)為，在中國的某些家庭中，耳聾的外顯率相對比較低［13］。一小部分人群攜帶了m.1555A＞G基因突變雖然沒有耳聾，但是用DPOAE檢測時發(fā)現(xiàn)有低頻振幅降低［6］。可見，雖然mt DNA 1555 A＞G突變者在未接觸氨基糖苷類藥物的情況下也可能出現(xiàn)耳聾癥狀，但普遍認(rèn)為氨基糖苷類藥物的使用可使發(fā)病年齡提前、癥狀加重。而對與非綜合征型聾相關(guān)的核基因GJB2、CJB3和GJB6的檢測尚未發(fā)現(xiàn)其與mt DNA 1555 A＞G突變表型存在聯(lián)合突變的關(guān)系［11］。

在全球很多國家已開展由m.1555A＞G突變造成的聽力損失的檢測和篩查，例如，日本、蒙古、扎伊爾、西班牙、中國、土耳其、巴厘島、墨西哥、希臘、波蘭等［5，13］。研究發(fā)現(xiàn)，在1 200名耳聾患者中2%為線粒體非綜合征型聾［14］。由線粒體1555A＞G突變導(dǎo)致非綜合征型聾的發(fā)病率與種族相關(guān)，在歐洲和西班牙人群中約占17%，在中國和東亞人群中約占3.96%［15］。

1995年，Li等［16］在一個意大利家庭中發(fā)現(xiàn)5人母系親屬均在使用氨基糖苷類藥物后導(dǎo)致耳聾，且他們均發(fā)生了96 Lin SC突變。

2000年，Thyagarajan等［17］在一個母系遺傳感音神經(jīng)性聾的大家庭中發(fā)現(xiàn)有3個成員是由1095T＞C突變導(dǎo)致的。2008年，戴樸等［18］發(fā)現(xiàn)一例出生6個月后發(fā)生極重度聾中國女孩的基因上同時攜帶1095T＞C和1555A＞G兩位點(diǎn)的突變，他們認(rèn)為這兩個突變同時發(fā)生會加重耳聾的程度。

2004年，王秋菊等［19］在收集大部分由于氨基糖苷類抗生素使用出現(xiàn)的母系遺傳性聾患者的基因上發(fā)現(xiàn)新發(fā)突變1494C＞T，一些沒有使用氨基糖苷類抗生素的耳聾患者的臨床表現(xiàn)為遲發(fā)性和漸進(jìn)性，但是大部分表現(xiàn)為重度以上、出生時即表達(dá)，更值得一提的是，此基因發(fā)生突變時，第二代的平均發(fā)病年齡為55歲，到了第四代時平均發(fā)病年齡為10歲，表明隨著母系遺傳，此突變位點(diǎn)的發(fā)病年齡會逐漸提前。

管敏鑫等［19］2004年對五個無親屬關(guān)系的非綜合征型感音神經(jīng)性聾兒童行基因檢測時發(fā)現(xiàn)了一同質(zhì)性突變位點(diǎn)961T＞G，并認(rèn)為此突變位點(diǎn)為耳聾人群中的熱點(diǎn)突變。

2006年，Ballana等［20］在一個三代為非綜合征型感音神經(jīng)性聾的古巴家庭中發(fā)現(xiàn)了一同質(zhì)性突變1291T＞C，此突變一般導(dǎo)致的耳聾為重度以上，發(fā)病年齡從7歲至40歲。

2006年，Xing等［21］在一患有非綜合征型感音神經(jīng)性聾的中國家庭中發(fā)現(xiàn)了一同質(zhì)性突變827 A＞G，此突變導(dǎo)致的耳聾為重度到極重度，發(fā)病年齡一般早于3歲，此突變導(dǎo)致的外顯率為43.5%，且作者在另一家庭中發(fā)現(xiàn)，均攜帶了此突變的母系成員中，使用了氨基糖苷類抗生素的3名成員出現(xiàn)了耳聾，而其他未使用氨基糖苷類抗生素成員均聽力正常。

MT-RNR1基因1555A＞G突變誘發(fā)的聽力損失是由于接觸氨基糖苷類藥物造成的。聽力損失發(fā)生在使用了任何劑量（包括單一劑量）氨基糖苷類抗生素，如慶大霉素、妥布霉素、阿米卡星、卡那霉素或鏈霉素等的幾天或幾周后［19］。在MT-RNR1基因的另外兩個突變m.961_962del TinsC（n）和m. 1494C＞T也會導(dǎo)致某些人群出現(xiàn)氨基糖苷類藥物耳毒性［22］。

3 MT-RNA基因突變與母系遺傳性聾

藥物性聾先證者的母系親屬都有發(fā)生此突變的危險，都是氨基糖苷類抗生素致聾的高危人群，應(yīng)絕對禁用氨基糖苷類抗生素。具有mt DNA突變的女性患者的后代都有發(fā)生此突變的危險，應(yīng)絕對禁用氨基糖苷類抗生素，而其男性患者的后代沒有發(fā)生此突變的危險，使用氨基糖苷類抗生素致聾的概率與正常人大致相同。

4 MT-RNR1基因臨床檢測

目前臨床上檢測MT-RNR1基因主要是通過四種方法：①測序技術(shù)，主要進(jìn)行全部編碼區(qū)的測序和選擇特定的外顯子進(jìn)行測序；②DNA芯片分析，主要進(jìn)行某些特定位點(diǎn)進(jìn)行分析；③缺失和重復(fù)序列分析；④產(chǎn)前診斷。這四種檢測方法中目前臨床上使用更多的是DNA芯片進(jìn)行特定高發(fā)突變位點(diǎn)的分析。產(chǎn)前診斷MT-RNR1基因突變，可以通過提取胎兒細(xì)胞DNA分析，進(jìn)行羊膜穿刺術(shù)通常大約在孕15到18周，絨毛取樣大約在孕10到12周。進(jìn)行產(chǎn)前檢查之前，必須先找到母親的具體MT-RNR1突變，準(zhǔn)確解釋此產(chǎn)前檢測結(jié)果的不足之處有2點(diǎn)：①由于有絲分裂隔離，mtDNA基因情況在羊水或絨毛膜中可能與胎兒或成人組織中的實(shí)際基因情況不一致；②雖然能檢測出mtDNA基因發(fā)生突變但是不能預(yù)測其發(fā)病年齡和發(fā)病程度。目前已有技術(shù)可以在植入前進(jìn)行胚胎遺傳學(xué)診斷，做到優(yōu)生優(yōu)育。

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（2012-07-09收稿）

（本文編輯 李翠娥）

10.3969／j.issn.1006-7299.2013.03.032

時間：2013-5-9 13：58

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