內(nèi)耳畸形與相關(guān)基因突變研究進(jìn)展

方必興 曾祥麗

中山大學(xué)附屬第三醫(yī)院耳鼻咽喉頭頸外科(廣州510630)

內(nèi)耳起源于原始外胚層，于胚胎中期發(fā)育至成人水平，是耳部發(fā)育最早的部分。導(dǎo)致內(nèi)耳畸形的因素包括遺傳因素、胚胎期前8周有致畸劑暴露史、病毒感染等[1]。遺傳因素在不同胚胎發(fā)育階段影響內(nèi)耳發(fā)育而導(dǎo)致其畸形（表1）。Jackler[1]通過研究得出內(nèi)耳畸形里遺傳性因素占據(jù)重要地位。廣義的內(nèi)耳畸形包括骨性，膜性及細(xì)胞水平的畸形，臨床上也常把骨性畸形稱為內(nèi)耳畸形。以往報(bào)道其中約20%為骨迷路發(fā)育異常，80%為膜迷路發(fā)育異常。膜迷路發(fā)育異常如果發(fā)生在細(xì)胞水平上，迷路形態(tài)一般無異常改變，影像學(xué)方法不能顯示，骨迷路發(fā)育異常因其有特殊的形態(tài)學(xué)表現(xiàn)可被高分辨率CT診斷。近年來，隨著人工耳蝸植入數(shù)量的增加，臨床上迫切需要一種完善的內(nèi)耳畸形分類標(biāo)準(zhǔn)，但是，遺憾的是目前尚無統(tǒng)一的分類標(biāo)準(zhǔn)。國內(nèi)外學(xué)者都提出過不同的分類方法，1987年Jackler[1]提出內(nèi)耳畸形分類方法，Sennaroglu等[2]于2017年又做了進(jìn)一步的說明。

參照Sennaroglu 2017年[3]分類標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行內(nèi)耳畸形分類:

①完全性迷路發(fā)育不全；②原始耳囊；③共同腔畸形：耳蝸與前庭融合呈一囊腔；④耳蝸發(fā)育不全：耳蝸與前庭之間分隔正常，但耳蝸較正常小，分為：耳蝸發(fā)育不全Ⅰ型（CH-1）：耳蝸在內(nèi)聽道處外觀呈一小泡狀結(jié)構(gòu)；耳蝸發(fā)育不全Ⅱ型（CH-2）：耳蝸外形與正常耳蝸相似，耳蝸高度和底轉(zhuǎn)的寬度小于正常，蝸軸和蝸管內(nèi)間隔發(fā)育不良，僅底轉(zhuǎn)的蝸軸和蝸管內(nèi)間隔存在；耳蝸發(fā)育不全Ⅲ型（CH-3）：耳蝸結(jié)構(gòu)與正常耳蝸相似，轉(zhuǎn)數(shù)小于2，耳蝸高度和底轉(zhuǎn)寬度小于正常值，蝸軸和蝸管內(nèi)間隔的總長度較正常的短；耳蝸發(fā)育不全I(xiàn)V型（CH-4）：耳蝸小于2轉(zhuǎn)，耳蝸底轉(zhuǎn)正常，頂轉(zhuǎn)中轉(zhuǎn)極度發(fā)育不良，且位置更靠前、靠中央，蝸軸和蝸管內(nèi)間隔僅存在于底轉(zhuǎn)；⑤耳蝸缺失；⑥耳蝸分隔不全：耳蝸大小正常，但耳蝸與前庭之間分隔不全，分為：不完全分隔Ⅰ型（IP-1）：耳蝸缺乏全部蝸軸及篩區(qū)，耳蝸呈囊狀；不完全分隔Ⅱ型（IP-2）：即Mondini畸形，頂部的蝸軸和蝸管內(nèi)間隔發(fā)育缺陷，CT表現(xiàn)為頂轉(zhuǎn)和中轉(zhuǎn)融合，伴有前庭水管和內(nèi)淋巴囊擴(kuò)大，半規(guī)管短??；不完全分隔Ⅲ型（IP-3）：耳蝸外觀正常，骨螺旋板正常但全部蝸軸缺乏，耳蝸呈囊狀；為X連鎖遺傳性聾。⑦耳蝸開口異常：耳蝸開口狹窄或者缺失。⑧前庭水管擴(kuò)大：正常耳蝸伴前庭水管擴(kuò)大，后迷路和中蓋之間的中點(diǎn)大于1.5mm為前庭水管擴(kuò)大——大多數(shù)先天性聽力損失原因（80%）是膜性畸形，不會表現(xiàn)出骨性異常[3]，EVA和IP-II的區(qū)別在于耳蝸在HRCT和MRI上表現(xiàn)是完全正常的。在某些情況下，顳骨的高分辨率計(jì)算機(jī)斷層掃描和磁共振成像顯示正常結(jié)果，是否存在前庭水管的骨性管道沒有擴(kuò)大，而是骨外的囊性擴(kuò)大，導(dǎo)致有前庭水管擴(kuò)大的臨床表現(xiàn)但是在CT上常常沒有顯影，此時(shí)需要進(jìn)一步檢查確認(rèn)。

Jackler認(rèn)為內(nèi)耳在胚胎發(fā)育的不同階段受到遺傳因素的影響，可出現(xiàn)內(nèi)耳發(fā)育畸形或者發(fā)育停滯。現(xiàn)將胚胎發(fā)育不同階段內(nèi)耳發(fā)育產(chǎn)生異常情況整理如表1。但是需要注意的是前庭半規(guī)管基本形態(tài)具備的情況下，可能因?yàn)槁犃φ：颓巴スδ艽鷥數(shù)脑蜓谏w潛在的病變[4]。

有研究表明[5]，新生兒先天性感音神經(jīng)性聾患者發(fā)生率為1‰-2‰，其中20%-30%顳骨CT顯示內(nèi)耳存在異常。先天性聾中，60%以上發(fā)病與基因突變有關(guān)，在這部分患者中，70%為非綜合征型先天性聾，30%為綜合征型先天性聾，多數(shù)致病基因都導(dǎo)致以感音神經(jīng)性聾或混合性聾為主的臨床表型。因此，研究先天性聾中內(nèi)耳畸形的基因突變和內(nèi)耳畸形的關(guān)系則顯得尤其重要。在這里，我們將迄今為止已經(jīng)明確的內(nèi)耳發(fā)育畸形相關(guān)基因突變做個(gè)總結(jié)。

1.SLC26A4基因位于染色體7q22.3，是非綜合征型隱性遺傳性聾DNFB4及綜合征型聾Pendred綜合征的責(zé)任基因。1997年Everett等[6]報(bào)道了在一個(gè)常染色體隱性遺傳性疾病—Pendred綜合征(前庭水管擴(kuò)大綜合征或Mondini畸形除外)的家系中首先將其克隆。Fitoz等[7]對14個(gè)存在內(nèi)耳畸形的16名家庭成員進(jìn)行測序研究，發(fā)現(xiàn)SLC26A4基因突變只與前庭水管擴(kuò)大（EVA）和合并EVA的Mondini畸形有關(guān)。Pendrin蛋白(SLC26A4基因的編碼蛋白)在內(nèi)耳主要表達(dá)于內(nèi)淋巴管和內(nèi)淋巴囊，參與介導(dǎo)氯離子的轉(zhuǎn)運(yùn)，維持內(nèi)淋巴液的離子平衡。Goldfeld[8]認(rèn)為SLC26A4基因突變導(dǎo)致的內(nèi)淋巴囊水腫是導(dǎo)致內(nèi)耳骨性畸形的原因，內(nèi)淋巴囊的擴(kuò)大可能同時(shí)影響耳蝸蝸軸的螺旋形態(tài)，導(dǎo)致Mondini畸形。以上理論解釋了EVA組與EVA合并Mondini畸形組在等位基因突變頻率上無顯著差異的原因，進(jìn)一步證明了EVA和EVA有關(guān)的Mondini畸形與SLC26A4基因突變密切相關(guān)。Ito等[9]指出，在沒有發(fā)現(xiàn)SLC26A4突變情況下SIX1中Y129C突變也可能導(dǎo)致EVA和鰓-耳綜合征（BO）。

表1 胚胎發(fā)育不同階段內(nèi)耳發(fā)育異常情況Table 1 Different stages of embryonic development and the corresponding inner ear malformations

2.KCNJ10基因位于染色體1q23.2。編碼ATP敏感的內(nèi)整流鉀離子通道Kir4.1，是產(chǎn)生和維持耳蝸內(nèi)電位的關(guān)鍵[10]。Takeuchi[11]發(fā)現(xiàn)Kir4.1表達(dá)于中間細(xì)胞的頂膜、螺旋神經(jīng)節(jié)的衛(wèi)星膠質(zhì)細(xì)胞。Rozengurt[12]發(fā)現(xiàn)Kir4.1還微弱表達(dá)于圍繞外毛細(xì)胞的Deiters細(xì)胞。KCNJ10突變或缺失時(shí)常表現(xiàn)在顯微結(jié)構(gòu)的畸形，即細(xì)胞水平的畸形，內(nèi)毛細(xì)胞和外毛細(xì)胞減少，螺旋神經(jīng)節(jié)及其中樞突快速變性，可導(dǎo)致癲癇，共濟(jì)失調(diào)，感音神經(jīng)性耳聾，SeSAME綜合征（驚厥，感音神經(jīng)性耳聾，共濟(jì)失調(diào)，智力低下和電解質(zhì)紊亂）的聽力喪失[10]。

3.CHD7基因位于染色體8q12.2。編碼ATP依賴性染色質(zhì)域-DNA結(jié)合蛋白7。CHARGE綜合征（CS）是由CHD7基因中雜合致病變異體引起的常染色體顯性遺傳病。常見半規(guī)管發(fā)育不良或發(fā)育不全，嗅球的異常以及耳蝸神經(jīng)缺失[13]。CS由于既可以出現(xiàn)耳蝸，耳蝸神經(jīng)或其他內(nèi)耳結(jié)構(gòu)（例如，前庭水管）的異常也可以外耳和中耳結(jié)構(gòu)畸形，所以可以表現(xiàn)感覺神經(jīng)性聽力損失（Sensorineural hearing loss,SNHL），也可以是純傳導(dǎo)性的聽力損失（CHL）。CHD7在成熟的內(nèi)外毛細(xì)胞，螺旋神經(jīng)節(jié)神經(jīng)元，前庭感覺上皮細(xì)胞和中耳小骨中高度表達(dá)[14]。對此，Choo等[15]人在CHD7突變相關(guān)疾病的診斷和治療上做了較詳細(xì)的講述。

4.CDH23基因位于染色體10q22.1。小鼠突變體在Cadherin23（Cdh23）中含有突變，是Usher綜合征1D型的模型，其特征在于先天性耳聾，前庭功能障礙和漸進(jìn)性視網(wǎng)膜色素變性的青春前期發(fā)作[16]。有學(xué)者[17]通過回顧性分析診斷性高分辨CT顳骨掃描和磁共振成像（MRI）認(rèn)為患有CDH23致病性變異的兒童患半規(guī)管裂（SCD）的風(fēng)險(xiǎn)顯著增加，這可能是Usher綜合征1D型患者人群中前庭功能障礙的一個(gè)促成因素。

5.FGF3基因位于染色體11q13.3。編碼成纖維細(xì)胞生長因子3(fibroblast growth factor 3，F(xiàn)GF-3)。FGF-3受體是骨生長過程中的骨化的負(fù)調(diào)節(jié)蛋白，可以抑制軟骨細(xì)胞增值，是聽囊正確分化所必須的。Ramsebner等[18]首次描述了內(nèi)耳畸形和外耳發(fā)育異常與FGF-3的P.R95W突變有關(guān)。通過在內(nèi)耳畸形、小耳畸形的常染色體遺傳家族中進(jìn)行FGF-3基因序列檢測，發(fā)現(xiàn)P.R95W錯(cuò)義突變，突變造成精氨酸被色氨酸取代，使得編碼FGFR-2與FGF-3互相干擾。

6.LMX1a基因位于染色體1q23.3。編碼蛋白是一種含LIM同源結(jié)構(gòu)域的轉(zhuǎn)錄因子，它是多個(gè)器官形成所必需的蛋白質(zhì)。lmx1a在內(nèi)耳的早期階段廣泛表達(dá)，但其表達(dá)很快限于內(nèi)耳的非感覺區(qū)域。Koo等[19]研究發(fā)現(xiàn)在一個(gè)Lmx1a功能缺陷突變體中，內(nèi)耳缺乏非感覺結(jié)構(gòu)，并且內(nèi)淋巴管和膜迷路發(fā)育不良。Steffes等[20]發(fā)現(xiàn) mtl和 bsd是Lmx1a基因的新突變等位基因，mtl和bsd純合突變顯示缺乏內(nèi)淋巴管和半規(guī)管，并具有短的耳蝸管。這兩個(gè)新的Lmx1a等位基因的特征突出了該基因在耳蝸和前庭系統(tǒng)發(fā)育中的關(guān)鍵作用。

7.SOX2基因位于染色體3q26.33。SOX2是耳蝸毛細(xì)胞發(fā)育的關(guān)鍵基因，在耳基板的神經(jīng)感覺域中表達(dá)[21]。SOX2的功能依賴于其直接結(jié)合Atoh1調(diào)控區(qū)域并激活其表達(dá)的能力。這個(gè)功能很可能是通過其他基因的互動(dòng)來介導(dǎo)的。然而，Sox2調(diào)控神經(jīng)元基因似乎是矛盾的，因?yàn)樗惨种艫toh1的功能，從而抑制毛細(xì)胞的分化。這是因?yàn)镾ox2觸發(fā)了一個(gè)不連貫的前饋回路，與Atoh1的激活平行，誘導(dǎo)產(chǎn)生抵消其功能的抑制因子[22]，所以SOX2突變將打亂與Atoh1的平衡而導(dǎo)致耳蝸發(fā)育不全。

8.SOX10基因位于染色體22q13.1，編碼的蛋白是一種轉(zhuǎn)錄因子，調(diào)節(jié)神經(jīng)嵴細(xì)胞發(fā)育與分化。SOX10基因突變可導(dǎo)致神經(jīng)嵴發(fā)育異常類疾病，如瓦登伯格綜合征，是最常見的綜合征型耳聾。研究表明[23,24]，SOX10基因在內(nèi)耳發(fā)育早期廣泛表達(dá)于耳板及耳囊，SOX10基因表達(dá)缺失的斑馬魚和蟾蜍胚胎均可觀察到耳囊發(fā)育異常。表明SOX10基因在內(nèi)耳發(fā)育胚胎發(fā)育中扮演重要角色。

9.TBX1基因位于染色體22q11.21。編碼的T-boxl是轉(zhuǎn)錄因子，是腭心面綜合征的責(zé)任基因，主要作用是保證了頭面部及頸部骨骼和肌肉的大血管以及內(nèi)耳血管的正常發(fā)育，在胚胎發(fā)育組織器官中起到非常重要的作用。腭心面綜合征患者大多有傳導(dǎo)性聾，但少數(shù)情況也有表現(xiàn)感音神經(jīng)性耳聾。

10.OLIG基因位于染色體21q22.11。以往報(bào)道OLIG基因是基本的螺旋-環(huán)-螺旋轉(zhuǎn)錄因子，在中樞神經(jīng)系統(tǒng)發(fā)育中起重要作用。然而，盡管耳囊和神經(jīng)管發(fā)育具有相似性，但是這個(gè)家族的成員并不認(rèn)為與內(nèi)耳發(fā)育有關(guān)。之后Kanaya等[25]人研究發(fā)現(xiàn)OLIG1開始在耳囊的腹側(cè)區(qū)域表達(dá)，OLIG2表達(dá)定位于從E12.5到E14.5的耳蝸前庭神經(jīng)節(jié)。OLIG基因突變，可以導(dǎo)致耳囊和神經(jīng)管發(fā)育不良，耳蝸前庭神經(jīng)節(jié)異常。此外，在內(nèi)耳發(fā)育的早期階段，0LIG1表達(dá)結(jié)構(gòu)域與Sox2和Jagged1陽性的區(qū)域重疊。這一觀察結(jié)果表明，OLIG1在內(nèi)耳發(fā)育中的功能域中同樣發(fā)揮重要作用。

11.ZIC2基因位于染色體13q32.3。ZIC基因參與包括耳朵在內(nèi)的許多器官系統(tǒng)的發(fā)育信號傳導(dǎo)途徑。Chervenak等[26]檢測了 ZIC1，ZIC2和ZIC4在小鼠突變體內(nèi)耳發(fā)育過程中的作用，發(fā)現(xiàn)來自ZIC2（kd/kd）和ZIC2（Ku/Ku）突變體的內(nèi)耳在內(nèi)淋巴管/囊和半規(guī)管形成以及內(nèi)耳的耳蝸延伸中具有嚴(yán)重的形態(tài)學(xué)缺陷，證明ZIC基因是內(nèi)耳形態(tài)發(fā)生所必需的。ZIC2喪失功能并不能阻止初始的聽泡模式，但會導(dǎo)致分子異常伴隨內(nèi)淋巴管的形態(tài)發(fā)生。功能性聽力缺陷通常伴隨內(nèi)耳畸形，使得ZIC2成為鑒定人類聽力喪失遺傳基礎(chǔ)的新型候選基因。

12.DIAPH3基因 位于染色體13q21.2。DIAPH3突變導(dǎo)致該基因的2至3倍過量表達(dá)引起延遲發(fā)作的漸進(jìn)性聾，稱為AUNA1（聽神經(jīng)病，非綜合征型，常染色體顯性）。DIAPH3過表達(dá)導(dǎo)致Corti器官在掃描電子顯微鏡下顯示內(nèi)毛細(xì)胞（IHC）靜纖毛異常，而外毛細(xì)胞（OHC）基本上是完好的[27]。

13.TMPRSS3基因位于染色體21q22.3。TMPRSS3基因編碼跨膜絲氨酸蛋白酶，是常見的幾個(gè)聽力喪失基因之一。在聽覺通路中的準(zhǔn)確功能仍不清楚。Lee等[28]首次在純合狀態(tài)下鑒定到以前研究中僅在復(fù)合雜合狀態(tài)下檢測到的p.A306T突變，此外，臨床評估發(fā)現(xiàn)p.A306T突變患者的雙側(cè)擴(kuò)張型前庭，提示TMPRSS3基因p.A306T突變可能與前庭異常有關(guān)。

14.TRP63基因位于染色體3q28。以往我們知道外胚層發(fā)育異常是一組遺傳性常染色體顯性綜合征，與腫瘤蛋白P63（TRP63）基因中的雜合突變有關(guān)。然而，Terrinoni等[29]發(fā)現(xiàn)，TRP63突變的部分患者具有不同程度的耳聾。P63無效的小鼠胚胎顯示明顯的耳蝸異常，Corti器官的形態(tài)學(xué)缺陷，具有額外的毛細(xì)胞，并且P63（TAp63）蛋白的反式激活型通常在Corti器官中發(fā)現(xiàn)參與耳蝸神經(jīng)上皮的發(fā)育。

15.JAG1基因 位于染色體20p12.2。Vrijens等[30]發(fā)現(xiàn)小鼠突變體Ozzy小鼠在前庭眼反射（VOR）中顯示出明顯的缺陷。突變體內(nèi)耳的CT掃描顯示至少一個(gè)半規(guī)管和壺腹部的狹窄和截?cái)啵⑶翌l率特異性聽覺誘發(fā)腦干反應(yīng)（ABR）測試顯示與野生型同窩出生者相比，在中頻范圍內(nèi)有輕微的閾值增加。隨后，在突變體Jag1基因中發(fā)現(xiàn)499T→A錯(cuò)義突變，導(dǎo)致色氨酸（W167R）的取代。Jag1人類同系物突變引起Alagille綜合征（AGS），這是一種常染色體顯性疾病，在人類患者中，偶爾會影響腎臟或內(nèi)耳等其他器官系統(tǒng)。

16.線粒體基因T7511C T7511C突變以往只在非綜合征型聽力損失中有報(bào)道，然而，Ishikawad等[31]報(bào)道T75llC突變與顳骨組織病理學(xué)異常有關(guān)，包括顯微結(jié)構(gòu)上血管紋、毛細(xì)胞和螺旋神經(jīng)節(jié)的缺失，研究中發(fā)現(xiàn)T7511C突變患者耳蝸的所有圈中螺旋神經(jīng)節(jié)細(xì)胞的嚴(yán)重?fù)p失，Corti器官在基底回轉(zhuǎn)中顯示內(nèi)部和外部毛細(xì)胞的分散損失，耳蝸的所有圈中都觀察到血管紋的部分萎縮。線粒體基因突變可以出現(xiàn)突變型mtDNA和野生型mtDNA共存現(xiàn)象，經(jīng)過多代傳遞，突變積累增多，達(dá)到一定程度后出現(xiàn)相關(guān)疾病表現(xiàn)。

17.POU3F4/BRN4位于染色體Xq21.1。編碼蛋白屬于轉(zhuǎn)錄因子，是POU結(jié)構(gòu)域。POU3F4/BRN4突變可以導(dǎo)致DFNX2（X連鎖非綜合征型聾，包括傳導(dǎo)性聾、混合性聾和感音神經(jīng)性聾）。李慶忠等[32]研究發(fā)現(xiàn)POU3F4是導(dǎo)致中國先天性內(nèi)耳畸形的分子病理機(jī)制之一。TBX1和BRN4通常在耳囊周圍間質(zhì)細(xì)胞表達(dá)，主要作用是協(xié)同耳蝸?zhàn)匀簧L。TBX1和BRN4同時(shí)突變比起TBX1或BRN4的單個(gè)突變顯示耳蝸螺旋圈數(shù)減少[33]。POU3F4/BRN4參與聽泡早期分化，而導(dǎo)致內(nèi)耳畸形，在顳骨軸位CT上發(fā)現(xiàn)POU3F4突變的患者可能具有以下異常:1.內(nèi)聽道異常擴(kuò)大;2.內(nèi)聽道底部與耳蝸或前庭有異常交通;3.耳蝸畸形(包括擴(kuò)大或形態(tài)異常);4.后半規(guī)管腳擴(kuò)大。POU3F4基因突變患者在鐙骨底板固定時(shí),易導(dǎo)致外淋巴液從前庭窗涌出,即“鐙井噴”，對此應(yīng)額外注意[34]。

現(xiàn)將已知內(nèi)耳畸形相關(guān)疾病及其致病基因總結(jié)如下表2。

新生兒先天性感音神經(jīng)性聾發(fā)生率為1‰-3‰，其中只有20%-30%能經(jīng)過現(xiàn)在的CT,MRI技術(shù)檢測出其內(nèi)耳的骨性結(jié)構(gòu)異常[5]。已知的致聾基因突變已達(dá)147個(gè)遺傳性耳聾基因，未來還會不斷增加。因?yàn)槟壳吧袩o法明確全部致聾基因的功能及致聾機(jī)制，其中是否還有導(dǎo)致內(nèi)耳膜性結(jié)構(gòu)畸形、細(xì)胞水平畸形的突變，仍有待進(jìn)一步的研究。內(nèi)耳畸形表現(xiàn)復(fù)雜，多種基因突變可以表現(xiàn)同一種畸形表現(xiàn)；一種基因在不同位點(diǎn)的突變又可以有不同的畸形表現(xiàn)。雙側(cè)對稱的耳蝸前庭畸型的病因可能是遺傳性的，而雙側(cè)不對稱者可能受外界因素影響所致。所以需要我們不斷探討，采用科學(xué)的先天性內(nèi)耳畸形分類方法，科學(xué)客觀的態(tài)度了解它，解決它。分析內(nèi)耳畸形和基因突變的關(guān)系以進(jìn)一步選擇治療手段，這對人口的優(yōu)生優(yōu)育和醫(yī)學(xué)的發(fā)展都具有重要的意義。

表2 內(nèi)耳畸形疾病及其相關(guān)致病基因Table 2 Inner ear malformations and related pathogenic genes