Leber先天性黑曚患者臨床特征與基因篩查

董 嬙，張 華

(1濟南市第八人民醫(yī)院，山東濟南250013;2中國醫(yī)學科學院，北京協(xié)和醫(yī)學院，北京100730)

Leber先天性黑曚患者臨床特征與基因篩查

董 嬙1，張 華2

(1濟南市第八人民醫(yī)院，山東濟南250013;2中國醫(yī)學科學院，北京協(xié)和醫(yī)學院，北京100730)

目的:對Leber先天性黑矇的臨床表現(xiàn)以及遺傳學特點予以分析，并對已知的和可能存在的致病基因突變位點進行篩查研究．方法:以56例Leber先天性黑矇患者為研究對象，收集其臨床資料．使用多聚酶鏈式反應技術(shù)(PCR)將Lerber先天性黑矇致病相關(guān)致病基因視網(wǎng)膜色素上皮基因(RPE65)和卵磷脂視黃醇?；D(zhuǎn)移酶基因(LRAT)中的全部外顯子與外顯子-內(nèi)含子接會處進行擴增，測序分析致病的突變基因．結(jié)果:對56例患者行RPE65基因十四個外顯子和LRAT基因三個外顯子的檢測，發(fā)現(xiàn)了7處單核苷酸多態(tài)性改變．結(jié)論:由于Leber先天性黑曚的臨床表現(xiàn)具有多樣性，其診斷有賴于癥狀和眼底表現(xiàn)以及各項輔助檢查．本組56例患者可能與RPE65外顯子和LRAT外顯子突變無關(guān)．不同患者均發(fā)現(xiàn)同一位點的同樣單核苷酸多態(tài)性的改變，具有一定的臨床價值和基礎研究意義，應增加樣本量對蛋白功能進一步分析．

視網(wǎng)膜色素上皮基因;卵磷脂視黃醇?；D(zhuǎn)移酶基因;Leber先天性黑曚;突變;基因

0 引言

Leber先天性黑矇(leber congenital amurasis，LCA)屬于一種少見的常染色體隱性遺傳病，也有少數(shù)的顯性遺傳報道．其可導致嚴重的視網(wǎng)膜病變，約占遺傳性視網(wǎng)膜變性病變的5%，并且發(fā)病早，可導致10%～20%的兒童失明［1－2］．LCA的臨床表現(xiàn)呈多樣性，可導致嬰幼兒先天性失明，即出生時或出生后不久出現(xiàn)嚴重的視覺喪失，有畏光、眼球震顫、固視不能、指壓眼球等臨床表現(xiàn)，眼底早期可無明顯異常，隨病程進展眼底周圍可出現(xiàn)椒鹽樣的色素沉積，視網(wǎng)膜血管狹窄，引起脈絡膜和視網(wǎng)膜色素上皮細胞的萎縮．視網(wǎng)膜電圖(electroretinogram，ERG)檢測到波幅平緩甚至消失等表現(xiàn)．除此之外，患者常伴有神經(jīng)系統(tǒng)功能異常、肥胖、代謝系統(tǒng)疾病等嚴重的并發(fā)癥，還可能出現(xiàn)圓錐角膜、白內(nèi)障等異常表現(xiàn)［3－4］．目前研究顯示，LCA可由包括編碼視網(wǎng)膜色素上皮特異性65 kD 蛋白［retinal pigment epithelial(cell)65，RPE65］、磷脂酰膽堿在卵磷脂-視黃醇酰基轉(zhuǎn)移酶(lecithin retinol acyltransferase，LRAT)［5］在內(nèi)的多種不同基因突變所致．LCA具有遺傳的異質(zhì)性，所編碼的蛋白質(zhì)是催化全反式視黃醇轉(zhuǎn)變成11-順式視黃醇的異構(gòu)酶之一，后者再經(jīng)過一系列代謝轉(zhuǎn)變成視紫紅質(zhì)，參與光信號的傳導過程．11-順視黃醛在視網(wǎng)膜色素上皮層(retinal pigment epithelium，RPE)細胞內(nèi)經(jīng)過一系列酶促反應由全反式視黃醇轉(zhuǎn)變而來．通過內(nèi)吞作用攝取感光細胞內(nèi)的全反式視黃醇和從脈絡膜中吸收的類胡蘿卜素經(jīng)過轉(zhuǎn)化而變?yōu)槿词揭朁S醇兩種方式，再轉(zhuǎn)變成為RPE細胞內(nèi)的全反式視黃醇［6］．類胡蘿卜素從脈絡膜轉(zhuǎn)運至 RPE后，在RPE65的催化下轉(zhuǎn)變?yōu)槿词揭朁S醛，后者在與LRAT的催化下經(jīng)過酯化反應生成全反式視黃酯，進而在視黃酯水解酶(retinyl ester hydrolase，REH)與視黃醇結(jié)合蛋白 1(cellular retinol-binding protein，CRBP1)的催化下生成全反式視黃醇．RPE65基因和LRAT基因都是導致LCA的常見基因．本文應用PCR對RPE65以及LRAT基因進行突變基因的篩查分析，對LCA的病因產(chǎn)生機制進行更為深入的了解，為臨床中該病的診斷提供幫助．

1 資料和方法

1．1 一般資料 本研究以位于北京、泰安、蘭州盲校的LCA患者以及在北京協(xié)和醫(yī)院眼科門診治療的散在患者共計56例為研究對象．所有研究對象經(jīng)檢查排除其他的遺傳性疾病或先天性異常．

1．2 方法 對56例研究對象采集外周靜脈血進行DNA提取，篩查突變基因．本實驗所涉及到的RPE65和LRAT兩個基因的引物由上海生工生物技術(shù)公司合成，其分子量計算公式如下:MW=(A堿基數(shù)× 312)+(C堿基數(shù)×288)+(G堿基數(shù)×328)+(T堿基數(shù)×303)－61．將RPE65與LRAT基因的引物序列送至上海生工生物技術(shù)有限公司進行合成．引物合成后，應用PCR技術(shù)對兩個基因的外顯子及外顯子-內(nèi)含子交接區(qū)域進行DNA擴增，對PCR產(chǎn)物使用2%的聚丙烯酰胺瓊脂糖凝膠電泳進行鑒定分析．然后將上述擴增產(chǎn)物轉(zhuǎn)運至北京華大基因研究中心以及天一輝遠生物科技有限公司，以PCR產(chǎn)物進行擴增DNA，提純DNA后再進行基因測序．

應用 NCBI的 BLAST 2 seqences和 UCSC的BLAT search，對比Genbank中的原始基因序列和測序結(jié)果的序列，分析已獲取的序列圖譜，從而確認是否存在基因突變．如果檢測到存在基因突變，則首先對該位點進行單核苷酸多態(tài)性分析，確認該位點是否為已知的正常多態(tài)位點;然后查閱國內(nèi)外相關(guān)研究文獻，確認該位點是否已經(jīng)過研究報道;最后，若確認為新的突變位點，則仍需對至少50名與該患者無任何血緣關(guān)系的正常人進行該位點的PCR檢測、測序，以確認是否為未知群體多態(tài)性所致．

2 結(jié)果

2．1 臨床表現(xiàn) 收集北京協(xié)和醫(yī)院眼科門診治療的15例LCA患者的臨床資料，包括患者初診時的年齡、性別及符合診斷標準的主要臨床癥狀(畏光、夜盲)、視力、屈光狀態(tài)、眼球內(nèi)陷、指眼征、眼底檢查、初始診斷(表1)．

表1 15例LCA患者的臨床資料

2．2 Leber先天黑曚RPE65基因的突變結(jié)果 所有研究對象的測序結(jié)果中均未發(fā)現(xiàn)基因異常序列，但發(fā)現(xiàn)其中存在4處單核苷酸多態(tài)性的改變(表2)．

表2 RPE65基因檢測的單核苷酸多態(tài)性改變

測序結(jié)果顯示56例患者中有一例患者的RPE65基因中的3號外顯子的cDNA278位的甘氨酸被谷氨酸所取代(G278A)，密碼子由GGA變?yōu)镚AA．RPE65基因exon-3 PCR產(chǎn)物測序結(jié)果(部分)見圖1．

圖1 RPE65基因3號外顯子的測序結(jié)果

在RPE65基因中10號內(nèi)含子的改變?yōu)镚AA 352 GAG，56名受檢者中共發(fā)現(xiàn)了26名有該改變．RPE65基因exon-10 PCR產(chǎn)物測序結(jié)果(部分)見圖2．

圖2 RPE65基因10號外顯子的測序結(jié)果

在RPE65基因中12號內(nèi)含子的改變?yōu)镮VS12+ 20a/c，56名受檢者中共發(fā)現(xiàn)了 27名有該改變．RPE65基因exon-12 PCR產(chǎn)物測序結(jié)果(部分)見圖3．

圖3 RPE65基因12號外顯子的測序結(jié)果

在RPE65基因中14號內(nèi)含子的改變?yōu)镃^A Ins AG，56名受檢者中共發(fā)現(xiàn)了9名有該改變．RPE65基因exon-14 PCR產(chǎn)物測序結(jié)果(患者正向測序結(jié)果)見圖4．

圖4 RPE65基因14號外顯子的測序結(jié)果

2．3 Leber先天黑曚LRAT基因的突變結(jié)果 所有研究對象的測序結(jié)果中均未發(fā)現(xiàn)基因異常序列，但發(fā)現(xiàn)其中存在2處單核苷酸多態(tài)性的改變(表3)．

表3 LRAT基因檢測的單核苷酸多態(tài)性改變

56例患者中有5例測序結(jié)果顯示在LRAT基因中2a號內(nèi)含子的改變?yōu)镮vs2a-12t/c．LRAT基因exon-2a PCR產(chǎn)物測序結(jié)果(部分)見圖5．

圖5 LRAT基因2a號外顯子的測序結(jié)果

56例患者中發(fā)現(xiàn)11例測序結(jié)果顯示在LRAT基因中2b號內(nèi)含子的改變?yōu)镮vs2b-55c/a．LRAT基因exon-2b PCR產(chǎn)物測序結(jié)果(部分)見圖6．

圖6 LRAT基因2a號外顯子的測序結(jié)果

3 討論

LCA是一種少見的視網(wǎng)膜遺傳性疾病，通常發(fā)病早、病情重，具有臨床表現(xiàn)的多樣性和遺傳異質(zhì)性，病因與多種因素有關(guān)．根據(jù)目前的研究顯示，14個已知的基因和尚未明確與發(fā)現(xiàn)的多種基因的突變均與該病的發(fā)生有關(guān)．其中RPE65與LRAT基因都是引起LCA的常見突變基因．RPE65基因編碼RPE65蛋白，該蛋白是一種視網(wǎng)膜色素上皮細胞特有的特異性蛋白，分子量為65 kDa，位于LCA2位點(lp31)，廣泛表達于視網(wǎng)膜色素上皮細胞中．該蛋白主要參與維生素A的代謝以及視紫紅質(zhì)的再生．因此RPE65突變的LCA患者易早期出現(xiàn)視錐細胞光感受器的缺失，說明該基因同時參與視覺生色團的產(chǎn)生，對視錐細胞的正常發(fā)育有重要作用．而當早期出現(xiàn)明顯的視錐細胞光感受器缺失后，殘余結(jié)構(gòu)仍能維持多年的視錐結(jié)構(gòu)和功能，由此可以推斷，存在著其他重要的旁路可以影響視錐細胞光感受器的生存．LRAT是由230多個氨基酸組成的多肽，分子量為26 kDa，其具有視黃醇催化合成功能，且能使細胞從循環(huán)中獲得視黃醛并存儲于肝星狀細胞的脂滴以及RPE的視網(wǎng)膜樣結(jié)構(gòu)中．LRAT位于內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膜，研究認為其具有一個單跨膜的拓撲結(jié)構(gòu)，N-端位于胞漿內(nèi)，C-端位于內(nèi)質(zhì)網(wǎng)腔內(nèi)．真核細胞中，C-端的跨膜區(qū)對于LRAT的活性與內(nèi)質(zhì)網(wǎng)的靶向功能都具有十分重要的作用，而N-端的疏水區(qū)則對于內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膜的靶向功能或者酶活性的作用通常是非必須的，并且其氨基酸序列屬于非保守序列［7－8］．

LCA動物模型的建立，有利于更好地理解基因缺陷在視網(wǎng)膜細胞死亡中的作用，并且找到治療的方法．近年來關(guān)于RPE65的基因治療在動物實驗上的應用取得顯著成效，為LCA的臨床治療提供了新的研究方向［9－10］．RPE65基因治療僅在第一期臨床試驗中取得良好的成效，可能是因為該突變主要位于視網(wǎng)膜色素上皮細胞，易于藥物的轉(zhuǎn)入［11］．當前，LCA (RPE65基因突變所致)基因治療項目已經(jīng)獲得美國政府及其他非營利性基金會的援助．在北美以及歐洲，與RPE65基因突變相關(guān)的LCA患者已經(jīng)能夠獲得基因治療，其余基因突變型也處于臨床試驗階段，為廣大患者提供了康復愿景．并且我國也加入到國際合作項目LCA基因治療的3期臨床研究中，可以為前期確診的患者提供免費的基因治療．

目前在國內(nèi)對于LCA的誤診率很高，對該病進行更多的認識和了解具有重要的臨床意義．LCA給患者、其家庭及整個社會帶來的負擔是巨大的．LCA致病基因的發(fā)現(xiàn)為認識視網(wǎng)膜的發(fā)育、生物化學、細胞學機制以及研究視網(wǎng)膜變性發(fā)病的機制提供了新的信息．成功的開展RPE65基因突變所導致的LCA基因治療的臨床試驗，具有劃時代的意義，給患者帶來了希望．本文通過對56例患者進行臨床分析和基因測序后發(fā)現(xiàn)多處同一位點的同樣單核苷酸多態(tài)性的改變．我們?nèi)孕枋占嗟腖CA病例，進一步研究中國LCA患者的基因型和臨床表型的相關(guān)性，為將來開展基因治療提供依據(jù)．

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Clinical characteristics and genetic screening of patients with Leber congenital amaurosis

DONG Qiang1，ZHANG Hua2

1The Eighth People's Hospital of Jinan，Jinan 250013，China;2Chinese Academy of Medical Sciences，Peking Union Medical College，Beijing 100730，China

AIM:To analyze the clinical manifestations and genetic characteristics of Leber's congenital amaurosis(LCA)and investigate the known and potential pathogenic gene mutation sites．METHODS:A total of 56 cases of LCA patients were selected as the objects of study，and their clinical data were analyzed．The retinal pigment epithelium gene 65(RPE65)and the leucovide retinol acyltransferase gene(LRAT)are the members of LCA．All exons and connections between exon and intron of these two genes RPE65 and LRAT were amplified by polymerase chain reaction(PCR)，then their sequences were detected and analyzed to explore the related mutant genes．RESULTS: Fourteen exons of RPE65 gene and three exons of LRAT gene were detected in 56 patients，and seven single nucleotide polymorphisms were found．CONCLUSION:Because of the diversified clinical manifestations of LCA，the diagnosis depends on the symptoms，fundus manifestations and the auxiliary examinations．A total of 56 patients with LCA in the study may be irrelevant to exons'mutation of RPE65 and LRAT．However，we found that the same changing site of the single nucleotide polymorphisms were contained in all the 56 patients．This finding provide potential clinical values for the disease of LCA．

retinal pigment epithelium gene;lecithin retinol acyltransferase gene;Leber congenital amaurosis; mutation;gene

Q344+．12

A

2095-6894(2017)08-20-04

2017－01－19;接受日期:2017－02－03

科技部國際合作項目(2010DFB33430);美國防盲協(xié)會(CD-CL-0808-0470-PUMCH)

董 嬙．E-mail:155189814@qq．com

張 華．博士，副研究員．研究方向:眼科學．E-mail:zhanghua．eye@163．com