大皰性魚鱗病樣紅皮病遺傳學研究進展

陳平姣 李常興 曾 抗 張錫寶

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大皰性魚鱗病樣紅皮病遺傳學研究進展

陳平姣1李常興2曾 抗1張錫寶3

先天性大皰性魚鱗病樣紅皮病(BCIE)屬于常染色體顯性遺傳性疾病，主要由KRT1和KRT10基因突變引起。近年來對BCIE的基因遺傳學研究取得了很大進展，本文就該病的遺傳模式、遺傳學研究策略和研究進展進行了綜述。

先天性大皰性魚鱗病樣紅皮病； 遺傳學； 角蛋白1和10； 基因突變

先天性大皰性魚鱗病樣紅皮病(bullous congenital ichthyosiform erythroderma, BCIE)又稱表皮松解性角化過度(epidermolytic hyperkeratosis, EHK)，表皮松解性魚鱗病(epidermolytic ichthyosis, EI)，約50%患者有家族史。臨床表現(xiàn)為出生時即出現(xiàn)皮膚潮紅、水皰、脫屑等，主要分布在四肢屈側(cè)，為廣泛性或局限性，可發(fā)展為廣泛的角化過度，部分病例有掌跖角化。隨年齡增長，大部分患者水皰可逐漸減少，但也有患者水皰會伴隨一生。人群中BCIE患病率為0.33/10萬～1/10萬，其中約50%的病例為無家族史的散發(fā)新發(fā)突變病例[1]。組織病理學顯示BCIE患處皮膚顆粒層和角質(zhì)層明顯增厚，在棘細胞層中、上部和顆粒層可見細胞松解和空泡變性，在裂隙中有粗大角質(zhì)透明蛋白顆粒。超微結(jié)構(gòu)顯示棘層和顆粒層角質(zhì)形成細胞內(nèi)中間絲聚集，顆粒層細胞間存在松解性角化過度。BCIE是一種罕見的完全外顯的常染色體顯性遺傳病，男女患病率無差異。1902年由Wolff[2]首先報道，屬常染色體顯性遺傳，主要由角蛋白KRT 1和(或)KRT 10的突變導致。連鎖分析及轉(zhuǎn)基因動物都已證實該病是位于12號染色體上的編碼角蛋白1基因(KRT1)或位于17號染色體上的編碼角蛋白10基因(KRT10)突變所致，外顯率100%。近期，常染色體隱性遺傳EI也有少數(shù)病例報告，基本都是由于KRT10的無義突變，在緊鄰蛋白2B轄區(qū)[3]，但個別也有在1B轄區(qū)的無義突變(P.Tyr282Ter.)[4]。目前只有減輕癥狀的對癥措施，尚無特效療法。維甲酸類對某些類型的BCIE雖然有一定的療效，但也只能暫時控制癥狀[5，6]，且會引起各種副作用。Vakati等[7]報道在發(fā)展中國家，有些民族的BCIE兒童偶可合并維生素D缺乏性佝僂病。發(fā)現(xiàn)BCIE的遺傳學機制，對BCIE進行早期診斷，是其防治的重要方面。目前對于BCIE的基因遺傳學研究已取得重大進展，以下就有關(guān)的研究狀況進行綜述。

1 BCIE的遺傳模式

遺傳模式大致有以下三種：①等效基因作用模式，即疾病與少數(shù)基因有關(guān)，并且這些基因的作用較為均衡；②主效基因作用模式，即疾病易感性主要與1～2個主效基因有關(guān)，且在群體中這1～2個主效基因的發(fā)生頻率較高，其他次要基因的作用微弱；③微效基因作用模式或多基因效應模式。BCIE屬常染色體顯性遺傳病，這類疾病有一定的家族傾向，但并不表現(xiàn)為典型的孟德爾遺傳方式。由于遺傳和表型異質(zhì)性，基因-環(huán)境、基因-基因、基因產(chǎn)物之間復雜的相互作用，遺傳模式的不確定性等是目前的研究熱點和難點?，F(xiàn)階段普遍認為微效作用模式在復雜疾病的發(fā)生機制中起主要作用，即疾病的遺傳易感性是由多個風險基因相互作用決定的，這些風險基因發(fā)生頻率很低，來自多個位點。目前研究所得結(jié)果也證明BCIE遺傳模式為單基因效應或微效基因效應模式。

2 BCIE的遺傳學研究策略

目前對復雜疾病研究主要是以家系或群體為基礎(chǔ)的連鎖分析和關(guān)聯(lián)分析，這也是BCIE遺傳學研究的主要方法?；蚪M掃描與連鎖分析，是指通過對全基因組上大量遺傳標記進行掃描，探討未知基因或染色體區(qū)域在疾病發(fā)生發(fā)展中的作用。連鎖分析包括傳統(tǒng)的非參數(shù)連鎖分析、參數(shù)的Lods法以及應運而生的其它方法。全基因組連鎖分析自提出后已鑒定了導致人類疾病的1300多個基因，這些疾病大多為單基因遺傳病。連鎖分析是利用連鎖的原理研究計算致病基因(causal variant)與參考位點[遺傳標記(Tag)]之間的關(guān)系和距離。連鎖分析主要適用于發(fā)現(xiàn)研究樣本的主效基因，對獨立家系的中效或微效基因的檢出率較差。傳統(tǒng)的連鎖分析結(jié)果基因組確定區(qū)域只有20～30 cm，確定區(qū)域較小；近年來連鎖分析也出現(xiàn)了較新的分析方法，如高密度SNP標記連鎖分析等。候選基因突變研究是研究候選基因與疾病表型的相關(guān)性。疾病候選基因可以是在疾病發(fā)生和代謝過程中起關(guān)鍵作用的基因，也可以是基因組掃描所確定區(qū)域的編碼序列。關(guān)聯(lián)分析實質(zhì)屬于病例-對照研究，是確定疾病表型變化與候選基因相關(guān)性的常用方法，通過比較某一基因的等位基因在沒有血緣關(guān)系的患者與健康人中出現(xiàn)頻率的不同來發(fā)現(xiàn)與疾病關(guān)聯(lián)的基因。相比而言，連鎖分析對致病基因總體效應要求較高，而關(guān)聯(lián)分析對基因總體效應要求則較低。因此在鑒定微效的遺傳變異方面關(guān)聯(lián)分析較連鎖分析更有效。關(guān)聯(lián)分析較連鎖分析更有效，不需要收集大樣本量的家系資料, 在確定風險等位基因時可提供更多的信息，定位區(qū)域較小(1～10 cm)。目前在BCIE定位研究中全基因組關(guān)聯(lián)分析正逐漸被采用。對于復雜疾病的每個微效基因的鑒別而言，全基因組關(guān)聯(lián)分析較全基因組連鎖分析更有效；全基因組關(guān)聯(lián)分析在隔離群體中具有更強的檢測效力，應用前景也更加廣闊。全基因組連鎖分析不只對單基因病有貢獻，對皮膚科的復雜疾病，如銀屑病、白癜風和斑禿等，也發(fā)現(xiàn)了許多非常有意義的基因。

3 BCIE遺傳學研究

3.1 BCIE基因組掃描與連鎖分析 目前應用此方法的研究數(shù)量不多。Kremer等發(fā)現(xiàn)BCIE由KRT1或KRT10基因突變所致。KRT1和KRT10的點突變是構(gòu)成BCIE的遺傳學基礎(chǔ)。轉(zhuǎn)基因鼠及患者基因分析發(fā)現(xiàn)BCIE是由表皮基底上方KRT 10/ KRT 1的中央保守區(qū)發(fā)生突變所致。目前發(fā)生于KRT 1及KRT 10的突變已知的大約有120種，約87%為雜合子錯義突變，且突變譜正逐漸變廣[8]。在首次報道了KRT 1和KRT 10的基因突變后不久[9]，遺傳連鎖分析顯示BCIE與角蛋白基因相關(guān)。Boni-fas等通過使用特異的cDNA 克隆進行體細胞雜交分析和原位雜交，將KRT 1和KRT 10基因分別定位于12q11-q13和17q12-q21。

3.2 候選基因突變研究 突變大多位于KRT1和KRT10 1A和2B區(qū)的A螺旋末端序列。這些區(qū)域在維持細胞的完整性上發(fā)揮著重要作用，屬于高度保守區(qū)域，與角蛋白絲聚集相關(guān)。研究發(fā)現(xiàn)不同的突變位點的患者，臨床表現(xiàn)、皮損輕重程度有很大的差異。突變位點位于高度保守區(qū)域臨床表型常較嚴重，這些區(qū)域包括非螺旋區(qū)的H1區(qū)段和α螺旋末端區(qū)域HTP(shelix termination peptides)[10]。目前認為KRT1的2B區(qū)域 HTP，從478位～490位氨基酸是中間絲蛋白的高度保守區(qū)域，也是突變高發(fā)區(qū)域。而位置在螺旋之外的KRT1的 L1-2區(qū)域引起的突變多引起類似于單純性表皮松解，臨床表現(xiàn)較輕微的類型[11]。

角蛋白(Keratin)是分子量40～70 kD的角蛋白中間絲(KIFs)家族, 具有由310個氨基酸組成的，長約47 nm的中央桿狀α螺旋區(qū)。螺旋桿狀區(qū)包括4個功能亞區(qū)，分別為1A、1B、2A、2B，由3個非螺旋序列L1、L12和L2連接。其中1A 區(qū)起始端和2B末端屬于高度保守區(qū)，此區(qū)對體內(nèi)10 nm角蛋白絲的裝配有著重要的意義。如果此高度保守區(qū)發(fā)生突變，將影響角蛋白絲的形成和穩(wěn)定，以及角蛋白的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)形成，從而產(chǎn)生各種臨床表現(xiàn)。人表皮表達的蛋白主要有KRT 1/KRT 10及KRT 5/KRT 14等4種。KRT 1/KRT 10是基底層上分化性表皮細胞主要表達的角蛋白對； KRT 5/KRT 14是表皮增生性基底細胞表達的蛋白對；目前報道的引起B(yǎng)CIE的突變絕大多數(shù)位于角蛋白1A區(qū)起始端和2B末端，KRT10第156位精氨酸被組氨酸、脯氨酸、半胱氨酸、絲氨酸、亮氨酸等氨基酸替代相當常見。目前Fonseca等[12]報道中有50%突變屬于此突變。另外一個突變熱點在KRT1的2B區(qū)域HTP，其第478～490位氨基酸是突變高發(fā)區(qū)，478位谷氨酸是KIFs蛋白的高度保守區(qū)，該位置發(fā)生突變將引起嚴重的臨床癥狀。

Arin等[8]對28例EI患者的KRT1和KRT10基因直接排序分析，發(fā)現(xiàn)有14種不同的突變(其中4種此前尚無報告)，雖然本病的遺傳型與表型之間的關(guān)系十分復雜，但某些突變可能在臨床上與該病的不同類型、病情的輕重等密切相關(guān)，如泛發(fā)性紅皮病、PPK的有無，是否為常染色體隱性遺傳(超微結(jié)構(gòu)檢查)等。對于臨床上不典型的病例，應全面地篩查相關(guān)基因，而不是僅查"熱點"突變。桿狀結(jié)構(gòu)螺旋區(qū)的突變常出現(xiàn)嚴重的臨床表型。而非螺旋區(qū)的突變表型相對較輕[13]。Natsuga等[14]報道了一個西班牙大家系中出現(xiàn)的BCIE主要是由高度保守的KRT1α桿狀螺旋區(qū)的1A區(qū)中的錯義突變引起。另外角蛋白非編碼區(qū)的序列分析在BCIE的診斷過程中也非常重要。Jerbkov等[15]用基因組PCR直接測序法對4個英國家系進行檢測,發(fā)現(xiàn)基因突變大部分為KRT10突變。其中一個家系患者KRT10的1A區(qū)域2138CC →AA ,導致了D155E 和R156S兩個氨基酸被取代。在另兩個家系中發(fā)現(xiàn)KRT10 1A 螺旋區(qū)2139C→T和2140G→A,導致氨基酸被取代。多數(shù)研究認為，盡管BCIE發(fā)生有種族差異存在， 但KRTl0的156位精氨酸突都變嚴重影響中間絲的聚集。其突變使KRT1/KRT10結(jié)構(gòu)破壞，導致嚴重BCIE。而在臨床表現(xiàn)不典型或輕型BCIE患者的突變通常位于角蛋白桿狀螺旋區(qū)域之外的羧基非頭段和末端或連接子區(qū)域。BCIE存在明顯的臨床異質(zhì)性。主要包括角化過度的程度、大皰發(fā)生情況、紅皮病程度和軀體受累狀況等，其中最具特異性的是掌跖是否受累。DiGiovanna和Bale將BCIE分為嚴重掌跖角化過度型(severe palm/sole hyperkeratosis, PS)和非嚴重掌跖角化過度型(no severe palm/sole hyperkeratosis, NPS)兩型[16]，認為PS型突變大多是由KRT1突變引起，NPS型突變大多是由KRT10突變引起[17]。但近期有學者發(fā)現(xiàn)某些發(fā)生在KRT10的突變的ECIE患者也伴有嚴重的掌跖角化過度。最近，Palombo等[18]報告2例散發(fā)的EI，都攜帶相同的KRT1 pl479T替代，魚鱗病癥狀輕微，掌跖角化較重。其中PPK特別嚴重的一例，在掌跖部僅有突變的等位基因表達(半合子的)，這表明存在一種新型的皮膚鑲嵌體(掌跖鑲嵌性)。有學者研究發(fā)現(xiàn)KRT1基因的HTP區(qū)域發(fā)生突變的BCIE患者，部分伴有嚴重的掌跖角化過度[8]，而部分患者僅表現(xiàn)輕微的魚鱗病樣改變。另外，有研究發(fā)現(xiàn)表皮痣患者中也有KRT1和KRT10突變，這種突變僅發(fā)生在皮損的角質(zhì)形成細胞中，非皮損部位的檢測則為陰性，因此也將這種角蛋白突變稱為鑲嵌型突變。這種突變可能會使表皮痣患者后代患有BCIE。因此有學者建議，為避免BCIE的發(fā)生，患有表皮痣且KRT1/KRT10發(fā)生突變的患者需要進行基因產(chǎn)前診斷和相關(guān)的遺傳咨詢。Terheyden等研究了一個父母有線狀表皮痣，女兒有泛發(fā)性BCIE的家系，檢測父母的正常皮膚、血液和結(jié)締組織發(fā)現(xiàn)突變很少，僅患處皮膚角質(zhì)細胞的KRT10有50%發(fā)生突變；其女兒所有細胞的KRT10有50%發(fā)生突變。

4 遺傳咨詢及產(chǎn)前診斷

BCIE主要依靠角蛋白的基因分析和皮膚活檢來進行診斷。有家族史的胎兒也可以用這種檢測進行產(chǎn)前診斷。產(chǎn)前診斷，即出生前診斷，是指在出生前對胚胎或胎兒的發(fā)育狀態(tài)、是否患有疾病等進行檢測診斷，對可治性疾病，選擇適當時機進行宮內(nèi)治療；對于不可治療性疾病，能夠做到知情選擇。目前最常用的產(chǎn)前侵襲性診斷技術(shù)是羊膜腔穿刺技術(shù)。從BCIE胎兒大水皰中取得的表皮進行分析，發(fā)現(xiàn)角蛋白和中間絲相關(guān)蛋白異常導致組織結(jié)構(gòu)的改變。過早角化的胎兒表皮各層出現(xiàn)異常的角蛋白絲。遺傳學相關(guān)研究已證實KRT1或KRT10的突變導致BCIE[19]。目前對BCIE患者尚無有效的治療方法[20]，因此對有家族史的胎兒進行產(chǎn)前診斷尤為重要。Kang等[21]通過直接測序的方法，對受孕15周的有發(fā)病風險的雙胞胎作產(chǎn)前診斷。發(fā)現(xiàn)胎兒父親患者和胎兒的KRT10高度保守的1A 螺旋區(qū)有酪氨酸→天冬酰胺突變，這種突變在健康家系中并未發(fā)現(xiàn)。表明這個位置的突變可能導致發(fā)病或加重病情。此外，Rothnagel等通過直接測序分析，對15周的胎兒進行KRT1和KRT10基因檢測，該胎兒父母沒有BCIE，其第一個子女患有BCIE，DNA分析結(jié)果顯示胎兒攜帶KRT1和KRT10基因突變，但出生后嬰兒未患BCIE[22,23]。

常染色體隱性遺傳EI雖然少見，但在遺傳咨詢中應予重視。在散發(fā)的EI病例中，如能排除雙親局限性表皮松解性角化過度的存在，EI再發(fā)的可能性就明顯減少[4]。相反，在某些病例，尤其是父母有血緣關(guān)系的，因此，對計劃生育的父母作KRT10分子分析很有必要[4]。常染色體隱性遺傳型的存在可增加再發(fā)率1%～25%[7]。只有明確BCIE患者的基因突變，了解各基因型和表型之間的關(guān)系，才能明確BCIE的發(fā)病機制，為患者和家屬的遺傳咨詢提供更可靠的依據(jù)[24]，才能使產(chǎn)前診斷成為可能。BCIE的易感基因相關(guān)研究挑戰(zhàn)性很大，目前尚有許多問題有待解決，如BCIE的單個基因作用微弱，遺傳和表型異質(zhì)性，基因-環(huán)境、基因-基因、基因產(chǎn)物之間復雜的相互作用，遺傳模式的不確定性等。由于本病存在遺傳異質(zhì)性，對其它可能候選基因的研究仍在進行中。

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(收稿：2016-07-01 修回：2016-07-25)

Update of the genetics of bullous congenital ichthyosiform erythroderma

CHENPingjiao1,LIChangxing2,ZENGKang1,ZHANGXibao3.

1.DepartmentofDermatology,NanfangHospital,SouthernMedicalUniversity,Guangzhou, 510515,China; 2.DepartmentofDermatology,DongguanSixthPeople'sHospital,Dongguan, 523008,China; 3.DepartmentofDermatology,GuangzhouInstituteofDermatology,Guangzhou, 510095,China

s:ZENGKang,E-mail:npfkzk@163.comZHANGXibao,E-mail:zxibao@126.com

Bullous congenital ichthyosiform erythroderma (BCIE) is an autosomal dominant inherited disease and the mutations of KRT1 and KRT10 are the key in the pathogenesis of the disease. Studies on the genetics of BCIE have been developed in recent years. In this review, we summarize the patterns, strategies and the update progress of the genetic researches on BCIE.

bullous congenital ichthyosiform erythroderma; genetics; keratin1and keratin10; gene mutation

國家自然科學基金資助項目(編號：81071286)

1南方醫(yī)科大學南方醫(yī)院皮膚科，廣東廣州,510515 2東莞市第六人民醫(yī)院，廣東東莞,523008 3廣州醫(yī)科大學皮膚病研究所/廣州市皮膚病防治所，廣東廣州,510095

曾抗，E-mail：npfkzk@163.com 張錫寶， E-mail: zxibao@126.com