鰓耳腎綜合征臨床特點與遺傳學的研究進展

鄧麗莎 胡炯炯 馬兆鑫

耳聾是最常見的感覺障礙性疾病，其中遺傳因素導致的耳聾占50%～60%[1-2]。遺傳性耳聾根據(jù)是否伴有耳外組織的異常或病變可分為綜合征型耳聾和非綜合征型耳聾。鰓耳腎綜合征(branchio-oto-renal syndrome，BORS)是常染色體顯性遺傳性綜合征型耳聾疾病，在人群中的發(fā)病率約為1/40 000，而在聾啞兒童中的發(fā)病率約為2%[3]。然而國內(nèi)對BORS的研究報道較少且多為個案，缺乏對該綜合征的認識和重視。孫淑萍等[4]于2014年報道了2例BORS患者，2例最初都被誤診為單純耳前瘺管進行治療，其中1例因診斷不清進行了2次手術(shù)。之所以出現(xiàn)上述情況，主要是對該病認識不清。本文主要對該病的臨床特點、治療現(xiàn)狀及遺傳學研究進展作一綜述，旨在加強國內(nèi)臨床醫(yī)師對該病的認識和重視，從而減少誤診、漏診，以期達到精準診斷和精準治療。

1 臨床特點及診斷標準

BORS為綜合征型耳聾疾病，臨床表現(xiàn)豐富多樣，具有高度異質(zhì)性，即使同一家系中不同患者的表型及嚴重程度也可出現(xiàn)極大差異。BORS的典型臨床表現(xiàn)包括耳聾、耳前瘺管、鰓裂異常、腎臟畸形。其中，耳聾是BORS最常見的表型，具體可表現(xiàn)為傳導性耳聾、感音神經(jīng)性耳聾或混合性耳聾，約半數(shù)以上患者表現(xiàn)為混合性耳聾，常伴發(fā)耳部畸形(包括外耳、中耳、內(nèi)耳畸形)。其嚴重程度從輕度、中度、重度至極重度不等，其中70%為非進展性耳聾，剩余則為進展性耳聾[5]。耳前瘺管和鰓裂異常是第一、二鰓弓先天發(fā)育異常所致。鰓裂異常包括鰓裂瘺和鰓裂囊腫，占頸部病變率高達45%，這通常是患者尋求醫(yī)療救治的主要原因[6-7]。Chang等[8]對BORS患者進行B超或腎盂造影檢測的研究發(fā)現(xiàn)，約67%的受檢者表現(xiàn)出腎臟畸形，其中腎臟缺如占29%，發(fā)育不全和發(fā)育不良分別占19%和14%；腎盂輸尿管連接部梗阻占10%；腎盞憩室或囊腫占10%；腎盞、腎盂擴張，腎盂積水和膀胱輸尿管反流各占5%等。如無腎臟畸形，又可稱之為鰓耳綜合征(branchiootic syndrome, BOS)。除了上述已報道的BORS相關(guān)癥狀，Salinas-Torres等[9]報道了1例BORS患者同時表現(xiàn)出骨骼缺陷。Au等[10]首次報道了1例遠端關(guān)節(jié)彎曲的新生兒患者后期被診斷為BORS。由此可見，BORS患者也可表現(xiàn)為骨骼或關(guān)節(jié)發(fā)育不良。

BORS的臨床診斷主要依據(jù)家族史和臨床表現(xiàn)?；诖髽颖?BORS 患者表型特征分析，Chang等[8]提出迄今被普遍接受的BORS診斷標準，認為患者需滿足如下條件之一方可診斷為該病：①具有至少3項主要表現(xiàn)；②具有2項主要表現(xiàn)，并同時有至少2項次要表現(xiàn)；③具備1項主要表現(xiàn)，且有至少1個一級親屬中有BORS患者。其中主要臨床表現(xiàn)包括：①鰓裂瘺管或囊腫；②耳聾；③耳前瘺管；④腎臟畸形(腎臟缺如、發(fā)育不全、發(fā)育不良，腎盂輸尿管連接部梗阻，腎盞憩室或囊腫，腎盞、腎盂擴張，腎盂積水，膀胱輸尿管反流等)。次要臨床表現(xiàn)包括：①外耳異常(耳前凸起、杯狀耳、副耳郭，外耳道閉鎖或狹窄等)；②中耳畸形(聽骨鏈畸形、錯位、脫臼或固定，鼓室狹窄或畸形等)；③內(nèi)耳異常(耳蝸發(fā)育不全、耳蝸及前庭導管擴張、外半規(guī)管發(fā)育不全等)；④其他：面部不對稱或味覺異常等。Song等[11]認為，EYA1基因突變分析應當作為東亞人口BORS/BOS診斷中不可分割的一部分。因此，對于單純依據(jù)臨床表現(xiàn)難以確診的可疑BORS患者，常見致病基因突變檢測可作為臨床診斷有益的補充，同時為產(chǎn)前診斷以及BORS患兒早期植入人工耳蝸提供可靠的依據(jù)。若常見耳聾基因突變未檢出，則患者耳聾可能為非遺傳因素導致，如使用藥物、孕婦妊娠期受病毒感染、分娩時受傷等，但不能排除其他基因突變的可能，需進一步完善家系病史調(diào)查、擴大突變基因檢查范圍，防止漏診。

2 常見致病基因及新突變

在OMIM數(shù)據(jù)庫中，已經(jīng)登記了2個BORS和3個BOS(表1)。該病已報道的致病基因包括EYA1、SIX1、SIX5和SALL1，并有SHARPIN、FGF3和HOXA等數(shù)個基因推測可致病[12-13]。

2.1EYA1基因EYA1基因與多種人類疾病有關(guān)，包括BOS、BORS、先天性白內(nèi)障和眼前段異常等。EYA1蛋白功能的幾個不同方面受到影響，例如磷酸酶活性，EYA1-SIX，Dach-Ga亞基的相互作用，或者上述2方面同時受影響可導致BORS。 Musharraf等[14]的最新研究發(fā)現(xiàn)，BORS相關(guān)的EYA1錯義突變S454P、L472R和L550P會導致哺乳動物細胞中EYA1蛋白的蛋白酶體降解增強，表明蛋白質(zhì)的不穩(wěn)定性是EYA1的致病機制之一。

表1 BORS/BOS OMIM數(shù)據(jù)庫條目

目前，EYA1基因異常被認為是BORS最常見的病因，約40%的BORS患者攜帶此基因突變。目前已經(jīng)報道169種不同的雜合致病突變體，包括移碼突變、終止突變、剪接突變和錯義突變。隨著基因檢測技術(shù)的不斷進步，越來越多的EYA1新突變被發(fā)現(xiàn)。2014年，Kim等[15]首次報道在韓國BORS患者中發(fā)現(xiàn)EYA1基因外顯子中的錯義突變c.418G>A干擾了正常剪接。2015年，Dantas等[16]在首次發(fā)現(xiàn)EYA1基因外顯子4～10部分重復與BOS表型共分離。2016年，Spahiu等[6]報道1例BORS并發(fā)現(xiàn)1個嚴重影響蛋白質(zhì)功能的EYA1基因新突變c.1627C>T。2017年，Klingbeil等[17]通過全外顯子測序在6個不同家系中發(fā)現(xiàn)3個新突變：c.525delT、c.979T>C和c.1768delG。盡管越來越多的致病突變被發(fā)現(xiàn)，但其致病機制仍未研究透徹。

EYA1基因與BORS相關(guān)臨床表現(xiàn)的關(guān)系尚不十分明確。Zhang等[18]通過將EYA1基因突變類型分為框移突變和非框移突變的研究提示，EYA1基因框移突變與BORS表型的嚴重性沒有明確關(guān)系(P=0.799)。其中，框移突變具體可分為剪接突變、插入突變、無義變體、>3-bp 的重復或缺失突變等；非框移突變包括致病性錯義突變、3-bp以下的缺失突變等。Krug等[19]在1個包含124個BORS家系的研究中發(fā)現(xiàn)，攜帶有EYA1基因突變的患者最常見的癥狀是腎臟發(fā)育不全，表明EYA1基因突變可能與腎臟畸形嚴重程度密切相關(guān)。

2.2SIX1基因和SIX5基因 在脊椎動物中，SIX基因家族分為3個亞群：SIX1/SIX2(So)，SIX3/SIX6(Optix)和SIX4/SIX5(Dsix4)。其中，研究最廣泛的是SIX1，其涉及許多組織和器官，如肌肉、腎、聽覺系統(tǒng)、感覺器官、顱面結(jié)構(gòu)等[20]。SIX蛋白質(zhì)是一種引發(fā)EYA蛋白質(zhì)核異位的轉(zhuǎn)錄因子。SIX蛋白質(zhì)不但可以導致EYA1核易位，還可以維持EYA1穩(wěn)定。EYA1被蛋白酶體機械泛素化和降解的過程，就是通過與SIX蛋白質(zhì)的相互作用而阻止的[14]。Ruf等[21]首先通過直接測序篩選出SIX1中的3個突變：Y129C、delE133和R110W，與此同時，通過功能分析發(fā)現(xiàn)位于SIX結(jié)構(gòu)域(SD)中的R110W突變干擾Eya1-Six1復合物的形成，而Y129C和delE133突變不僅影響蛋白質(zhì)-蛋白質(zhì)相互作用，還影響SIX1結(jié)合DNA的能力，從而首次證實SIX1是BORS的致病基因。2007年，Sanggaard等[22]發(fā)現(xiàn)SIX1新突變W122R影響EYA1-SIX1相互作用而致病。1年后，Kochhar[23]等篩選了247個BORS家族并檢測出5個新的SIX1突變：c.50T>A，c.218A>C，c.317T>G，c.329G>A，c.334C>T和1個先前報道過的突變c.328C>T(p.R110W)。所有突變要么影響EYA1-SIX1相互作用，要么影響DNA結(jié)合，且都在蛋白結(jié)合的SIX結(jié)構(gòu)域(SD)。最新研究[24]發(fā)現(xiàn)，SIX1主要通過單螺旋與EYA相互作用，并且該螺旋中單個氨基酸的突變足以破壞該相互作用。截至目前，共有9個BORS相關(guān)的SIX1基因突變被發(fā)現(xiàn)(表2)，其中7個是錯義突變，1個是框移缺失。

表2 BORS相關(guān)的SIX1突變

2007年，Hoskins等[25]報道了SIX蛋白家族的第2個成員SIX5為BORS的新致病基因。SIX5之所以被認為是BORS的一個很好的候選基因，一方面是因為它與已知的BORS致病基因SIX1相似，另一方面則是因為線蟲與已知的BORS致病基因EYA1相互作用。Hoskins等[25]共發(fā)現(xiàn)了4個無義突變：A158T、A296T、G365R和T552M，并通過功能研究發(fā)現(xiàn)EYA1與SIX5相互作用且轉(zhuǎn)錄活性降低，表明SIX5為BORS相關(guān)基因。然而，Krug等[26]在140例BORS患者中篩查EYA1、SIX1和SIX5基因時，在一個先前報道攜帶SIX5Thr552Met突變的患者中檢測到一個缺失3個外顯子的EYA1基因異常，這使得我們開始質(zhì)疑SIX5基因在BORS發(fā)生、發(fā)展中的作用。

SIX1同源基因靶向敲除小鼠的研究發(fā)現(xiàn)，SIX1基因敲出后的小鼠表型不一，其表型多變的機制包括：單倍體劑量不足、顯性負性突變以及功能獲得性突變等。單倍劑量不足是指一個等位基因突變后，另一個等位基因能正常表達，但只有正常水平50%的蛋白質(zhì)，不足以維持細胞正常的生理功能。顯性負性突變后不僅自身無功能，還能抑制或阻斷同一細胞內(nèi)野生型信號轉(zhuǎn)導蛋白的作用。功能獲得性突變即指一個基因突變后獲得新功能。其中，顯性負性突變以及功能獲得性突變最為常見，這在BORS家系基因突變機制中有報道[27]。

2.3SALL1基因 2014年，Morisada等[13]報道了1例日本人BORS散發(fā)病例，并通過陣列比較基因組雜交的方法發(fā)現(xiàn)SALL1基因16號染色體上的6Mb微缺失與BORS表型相關(guān)。Engels等[28]也曾報道過SALL1基因突變導致BORS，因此SALL1基因極有可能是BORS的新致病基因，目前其致病機制尚不明確。

3 治療和預防

目前BORS的治療主要為對癥處理。對于未感染的耳前瘺管和鰓裂瘺可暫不處理，一旦感染，手術(shù)徹底切除是唯一的根治辦法；外耳道狹窄若無癥狀可不治療，但多數(shù)患者可合并外耳道膽脂瘤，故需及時處理；對于有腎臟畸形(腎臟缺如、發(fā)育不全、發(fā)育不良，腎盂輸尿管連接部梗阻，腎盞憩室或囊腫，腎盞、腎盂擴張，腎盂積水，膀胱輸尿管反流等)的患者，應行腎功能檢查。腹部B超或腎盂造影等檢查。避免使用腎毒性藥物，病變較輕時可不予治療或給予藥物治療。有手術(shù)指征者及時手術(shù)治療，必要時行透析治療或腎移植。聽力下降者可予佩戴助聽器，必要時行人工耳蝸植入；同時應避免使用耳毒性藥物，以改善聽力和更好地利用剩余聽力。由于大多數(shù)BORS患者聽力損失表現(xiàn)為傳導性耳聾，目前可嘗試通過中耳探查性切開術(shù)和聽骨重建來改善聽力。Miyagawa等[29]證明，對于具有復雜外耳、中耳和內(nèi)耳異常的BOS患者，骨傳導聽力植入是一個很好的治療選擇。為了提高手術(shù)效果，術(shù)后可進行個體化聽覺康復。避免近親結(jié)婚以及對有明確致病基因突變的家系進行產(chǎn)前診斷和遺傳咨詢可有效減少該病患兒的出生。

總的來說，目前尚無針對耳聾的根治方法，基因治療和干細胞移植是較有前景的治療方法。近幾年來有多項研究通過向耳蝸內(nèi)導入相應的野生型基因，逆轉(zhuǎn)了包括TMC、KCNQl在內(nèi)的基因敲除小鼠動物模型的聽力表型，成功地保留了部分聽力[30-32]。這一系列研究提示，基因治療有望成為從根本上治療遺傳性耳聾的有效方法。干細胞治療耳聾是近些年耳科的研究熱點之一。有研究發(fā)現(xiàn)，notch信號在毛細胞的分化過程中起關(guān)鍵作用。當notch信號被抑制時，新的毛細胞可以被誘導生成，噪聲刺激引起的聽力損傷可以被部分恢復[33]。因此在耳蝸里調(diào)控notch信號通路可能是一種讓毛細胞再生的有效方法，這也給遺傳性耳聾的治療提供了新思路。

4 總結(jié)與展望

本文圍繞BORS的臨床特點及其常見致病基因的遺傳學研究進展進行了簡單的回顧，同時對BORS的治療與預防作了簡單介紹。近年來，盡管BORS的遺傳學研究取得了較大進展，但由于其高度遺傳異質(zhì)性，仍有許多BORS家系與已報道的相關(guān)位點不連鎖，提示BORS致病基因譜還遠未完善，其致病機制也有待深入研究。因此目前的主要研究任務就是找到并認定BORS致病基因及其突變位點和突變類型，豐富和完善BORS致病基因庫，并探明其分子生物學致病機制，為臨床精準診斷、精準治療和防范以及遺傳咨詢工作的開展奠定分子病因?qū)W基礎(chǔ)。截至目前，耳聾基因治療的基礎(chǔ)研究也取得了很大的進展，但是要實現(xiàn)臨床轉(zhuǎn)化還存在許多阻礙，主要是缺乏理想的基因載體。與病毒載體相比，非病毒載體具有高安全性，可作為耳聾基因治療的理想載體，然而其轉(zhuǎn)染效率較低且缺乏靶向性，因此如何提高非病毒載體的轉(zhuǎn)染效率和靶向性是未來研究要面臨的主要挑戰(zhàn)。最新研究發(fā)現(xiàn)，通過對納米粒子表面修飾后的多功能復合基因載體，如PHEA-g-C18-Arg8納米粒子[34]，能通過鼓室內(nèi)途徑成功導入內(nèi)耳，這或許將是人類基因治療載體發(fā)展的新方向。如果上述問題得以攻破，基因治療將成為從根本上治愈耳聾的有效方法。當下我們應該做到的是加強宣教，提高人們對遺傳性疾病的認識和防范意識，積極開展遺傳咨詢服務工作。相信經(jīng)過一兩代人的努力干預，可逐步降低BORS致病基因在人群中的攜帶比例，進而從根本上降低BORS的發(fā)病率，從而極大程度地減輕個人和社會的經(jīng)濟負擔。