WFS1相關(guān)Wolfram綜合征1型的遺傳學(xué)與臨床最新進(jìn)展△

王丹丹 吳繼紅

(復(fù)旦大學(xué)附屬眼耳鼻喉科醫(yī)院眼科 上海 200031)

WFS1相關(guān)的Wolfram綜合征1型(Wolfram syndrome type 1, WS1)是一種罕見的神經(jīng)退行性疾病。典型表現(xiàn)為糖尿病(diabetes mellitus, DM)、視神經(jīng)萎縮(optic atrophy, OA)、尿崩癥(diabetes insipidus, DI)和耳聾(deafness, D)，故又稱為DIDMOAD[1]。臨床的診斷標(biāo)準(zhǔn)為青少年發(fā)病的糖尿病和視神經(jīng)萎縮。目前缺少有效的治療方法，死亡年齡中位數(shù)為30歲(25～49歲)[2]。病程早期易被誤診為1型糖尿病，直到視神經(jīng)萎縮等其他癥狀出現(xiàn)后才被修正診斷為WS1，因而早期懷疑WS1者應(yīng)盡早進(jìn)行基因檢測(cè)以實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)診斷，以便早期干預(yù)，從而延緩病情進(jìn)展，提高患者生存質(zhì)量。

1 流行病學(xué)

WS1在英國的患病率為1/770 000，其中15歲以下兒童的患病率為1/500 000[2]；北美人的患病率為1/100 000[3]；黎巴嫩人的患病率為1/68 000[4]，是目前大樣本報(bào)道中最高的患病率。在亞洲人群中，日本的患病率為1/710 000[5]；經(jīng)檢索PubMed、萬方和中國知網(wǎng)后統(tǒng)計(jì)的35篇文章(https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/, http://g.wanfangdata.com.cn/index.html, http://www.cnki.net/)，中國從1987年至今共報(bào)道了47例，暫無患病率的報(bào)道，其中僅10例患者通過基因檢測(cè)精準(zhǔn)診斷，大多通過臨床表現(xiàn)診斷。

2 分子遺傳學(xué)

2.1WFS1基因及其表達(dá) WS1是由于WFS1基因突變?cè)斐蒞olframin跨膜糖蛋白的功能障礙或缺失引起的。WFS1位于4p16.1，由8個(gè)外顯子組成，基因組DNA跨度為33.4kb，其中1號(hào)外顯子不編碼[6-7]。wolframin蛋白定位于內(nèi)質(zhì)網(wǎng)(endoplasmic reticulum, ER)，由890個(gè)氨基酸組成，分子量為100.29 kD，分為3個(gè)結(jié)構(gòu)域：約300個(gè)殘基的親水N-端、240個(gè)殘基的親水C-端和350個(gè)殘基的中心疏水核，含有9個(gè)跨膜區(qū)，在胰腺、腦和心臟中高表達(dá)[6, 8]。WS1被認(rèn)為是一種ER疾病，WFS1缺失可激活ER應(yīng)激，從而促進(jìn)細(xì)胞的功能障礙和凋亡，尤其是胰島β細(xì)胞[9-10]。大量的研究[9, 11, 12]表明，WFS1在維持ER穩(wěn)態(tài)中起重要作用。此外，wolframin蛋白也在視網(wǎng)膜神經(jīng)節(jié)細(xì)胞(retinal ganglion cell, RGC)、光感受器和神經(jīng)膠質(zhì)細(xì)胞中表達(dá)，研究發(fā)現(xiàn)在RGC和視神經(jīng)膠質(zhì)細(xì)胞中的wolframin蛋白雙重功能障礙可能是導(dǎo)致視神經(jīng)進(jìn)行性萎縮的原因[13]。

2.2WFS1基因突變與表型 WS1為常染色體隱性遺傳，目前在WS1患者中已經(jīng)發(fā)現(xiàn)WFS1的200多種不同突變[14]。Khanim等[15]在90%的WS1患者中檢測(cè)到了WFS1突變，主要為復(fù)合雜合突變，未發(fā)現(xiàn)明顯的突變熱點(diǎn)。然而大量的研究[16-17]發(fā)現(xiàn)，突變主要集中在8號(hào)外顯子。d'Annunzio等[18]評(píng)估了5個(gè)意大利家族中的6例WS1患者，發(fā)現(xiàn)同樣的突變可以出現(xiàn)不同的表型，且嚴(yán)重的失活突變會(huì)比輕度的失活突變引起更為嚴(yán)重的表型。此外，Zmyslowska等[16]發(fā)現(xiàn)復(fù)合雜合突變患者較純合突變者出現(xiàn)糖尿病的年齡更晚。Cryns等[19]也發(fā)現(xiàn)單純錯(cuò)義突變引起的純合或復(fù)合雜合突變的患者表型較輕，而有缺失、插入、無義突變或剪接突變的患者則表型較重。

de Heredia等[14]回顧分析了1998～2013年發(fā)表的49項(xiàng)研究中的412例WS1患者的臨床和遺傳數(shù)據(jù)，在337例患者中共出現(xiàn)了178個(gè)不同的突變，其中錯(cuò)義突變70個(gè)，移碼突變68個(gè)，無義突變33個(gè)，主要位于wolframin蛋白的跨膜域、N-端的94～237個(gè)氨基酸和C-端最后100個(gè)氨基酸，提示這些區(qū)域?qū)τ诘鞍坠δ芷痍P(guān)鍵作用。未發(fā)現(xiàn)始祖突變，不同的國家存在WFS1基因型差異，有6個(gè)突變?cè)?%以上的患者中出現(xiàn)：c.2649delC (p.Phe884Serfs*68)、 c.1230_1233del(p.Val412Serfs*29)、c.409_424dup (p.Val142Glyfs*110)、 c.2119G>A(p.Val707Ile)、c.1362_1377del (p.Tyr454*)和c.1243_1245del(p.Val415del)，分別占7.42%、6.82%、6.53%、6.23%、5.64%和5.34%。提示W(wǎng)FS1基因存在突變熱區(qū)。Duan等[20]學(xué)者回顧分析了2002～2017年在北京協(xié)和醫(yī)院就診的6例WS1患者，在3例患者中檢測(cè)到WFS1的突變，其中在WFS1的4號(hào)外顯子中發(fā)現(xiàn)了一種新的移碼突變(p.Asp151Glufs*93)。

de Franco等[21]最近報(bào)道了5例攜帶WFS1錯(cuò)義突變的雜合患兒，盡管為錯(cuò)義突變，但均出現(xiàn)嚴(yán)重表型，表現(xiàn)為出生12個(gè)月內(nèi)出現(xiàn)糖尿病(其中2例在6個(gè)月前)，病后不久出現(xiàn)感音神經(jīng)性耳聾(5/5)，先天性白內(nèi)障(4/5)，肌張力減退(4/5)。他們通過體外研究證明這些突變可引起劇烈的ER應(yīng)激，推測(cè)這可能是一種顯性WFS1突變引起的以新生兒/嬰兒發(fā)病的糖尿病、先天性白內(nèi)障和感音神經(jīng)性耳聾為特征的綜合征，在遺傳學(xué)和臨床上不同于隱性遺傳的WS1。

3 臨床表現(xiàn)

de Heredia等[14]在392例WS1患者中發(fā)現(xiàn)，僅110例患者(占28.06%)出現(xiàn)WS1的4大典型癥狀，其中98.21%有糖尿病(DM)，82.14%有視神經(jīng)萎縮(OA)，48.21%有聽力障礙，37.76%有尿崩癥，19.39%有泌尿系統(tǒng)疾病，17.09%有神經(jīng)精神疾病和發(fā)育問題，7.40%的患者在文獻(xiàn)發(fā)表時(shí)已死亡。

3.1 非自身免疫性胰島素依賴型糖尿病 通常為WS1的首發(fā)癥狀，發(fā)病年齡中位數(shù)為6歲(3周～16歲)[2]。與1型糖尿病相比，WS1患者出現(xiàn)糖尿病的時(shí)間更早，酮癥酸中毒的發(fā)生率更低，持續(xù)緩解的時(shí)間更長(zhǎng)，嚴(yán)重低血糖的發(fā)生率更高，且自身抗體大多為陰性[22]。此外，WS1患者更少出現(xiàn)糖尿病視網(wǎng)膜病變等微血管并發(fā)癥且進(jìn)展緩慢，這可能與WS1患者的血糖更易控制，HbA1c水平和每日所需的胰島素量更低有關(guān)[23]。因此，臨床上若發(fā)現(xiàn)學(xué)齡前發(fā)病的糖尿病，但自身抗體為陰性且無酮癥酸中毒史，應(yīng)警惕WS1。

3.2 視神經(jīng)萎縮 多晚于糖尿病出現(xiàn)，為WS1第2個(gè)出現(xiàn)的癥狀，呈雙側(cè)且進(jìn)行性發(fā)展。有時(shí)可先于糖尿病出現(xiàn)，發(fā)病年齡中位數(shù)為11歲(6周～19歲)，伴有視力下降，可出現(xiàn)視野缺損和色覺異常。視力預(yù)后大多較差(<0.1)，甚至發(fā)展為法律定義的盲人[2, 24]。Hoekel等[25]對(duì)18例早期WS1患者進(jìn)行光學(xué)相干層析成像(optical coherence tomography, OCT)檢查發(fā)現(xiàn)，視網(wǎng)膜神經(jīng)纖維層厚度與疾病的嚴(yán)重程度呈正相關(guān)。Zmyslowska等[26]研究也發(fā)現(xiàn)，兒童/青少年WS1患者的視網(wǎng)膜厚度明顯低于健康對(duì)照組和1型糖尿病組，而成人攜帶者與正常對(duì)照組間則無此差異；除此之外，兒童/青少年WS1患者的視網(wǎng)膜厚度還與年齡呈負(fù)相關(guān)，但在1型糖尿病組則無此規(guī)律。有研究表明[27]WFS1的缺失或突變還可導(dǎo)致視覺誘發(fā)電位(visual evoked potential, VEP)潛伏期延長(zhǎng)。上述結(jié)果提示定期隨訪檢查OCT和VEP可作為早期的監(jiān)測(cè)指標(biāo)。

另外，部分患者還可出現(xiàn)先天性白內(nèi)障、色素性黃斑病變、眼球震顫、青光眼等眼部改變[28-30]。艾地苯醌在臨床上被用于多種原因引起的視神經(jīng)病變，Bababeygy等[31]發(fā)現(xiàn)艾地苯醌可改善WS1患者的視力。

3.3 感音神經(jīng)性耳聾 多累及高頻，但也有部分患者累及低頻[32]，聽力可以從先天性耳聾到成年聽力漸進(jìn)性下降，表現(xiàn)不一，發(fā)病年齡中位數(shù)為12.5歲(5～39歲)[2]。由于高頻受累可以不影響語言的理解，因而部分患者的診斷大多延遲，應(yīng)進(jìn)行聽力檢查和聽覺腦干反應(yīng)以明確病情。WS1患者相較其他聽力受損的患者，隨著年齡的增長(zhǎng)，聽力受損的進(jìn)展更為明顯，這可能與中樞神經(jīng)系統(tǒng)進(jìn)行性受累有關(guān)[33]。治療多采用配戴助聽器或植入人工耳蝸。

3.4 中樞性尿崩癥 發(fā)病年齡中位數(shù)為14歲(3個(gè)月～40歲)[2, 24]，由于糖尿病也會(huì)出現(xiàn)多尿的癥狀，大多被忽視，可進(jìn)行尿濃縮試驗(yàn)以明確診斷。臨床上使用去氨加壓素治療，但長(zhǎng)期使用會(huì)引起低鈉血癥，應(yīng)定期檢測(cè)血鈉。顱腦磁共振成像(magnetic resonance imaging， MRI)上可出現(xiàn)神經(jīng)垂體信號(hào)的缺如或減弱[34]。

3.5 泌尿系統(tǒng)異常 發(fā)病年齡中位數(shù)為20歲(10～44歲)[2]。最常見的表現(xiàn)為神經(jīng)源性膀胱、腎積水、輸尿管擴(kuò)張、尿失禁及反復(fù)泌尿系統(tǒng)感染，嚴(yán)重者可引起腎衰竭而死亡[24, 35]。反復(fù)泌尿系感染可以是WS1患者泌尿系統(tǒng)疾病的首發(fā)癥狀，早期可通過泌尿系B超、尿動(dòng)力學(xué)、膀胱殘余尿及腎功能等檢查評(píng)估患者泌尿系統(tǒng)的情況。治療多采用抗膽堿能藥物和清潔間歇導(dǎo)尿。

3.6 神經(jīng)、精神癥狀 發(fā)病年齡中位數(shù)為30歲(5～44歲)[2]。神經(jīng)系統(tǒng)的癥狀以小腦共濟(jì)失調(diào)最為常見，顱腦MRI可見全腦萎縮，尤其是小腦、髓腦和腦橋[36]。其他常見神經(jīng)系統(tǒng)癥狀包括構(gòu)音障礙、吞咽困難、癲癇等。此外，還可累及自主神經(jīng)和周圍神經(jīng)。自主神經(jīng)病變可引起直立性低血壓、無汗、少汗、多汗、便秘、胃輕癱、低體溫或高熱[37]。周圍神經(jīng)病變可表現(xiàn)為跟腱反射減弱或消失。部分患者還可出現(xiàn)頭痛、嗅覺或味覺喪失、咽反射消失、肌陣攣等表現(xiàn)。其中因腦干萎縮引起的中樞性呼吸衰竭為WS1的主要死因[2]。精神疾病包括抑郁、焦慮、驚恐發(fā)作、認(rèn)知障礙和雙相障礙，部分患者可出現(xiàn)厭食癥，甚至自殺行為。

然而在Chaussenot 等[34]的研究中，神經(jīng)系統(tǒng)癥狀的中位發(fā)病年齡為15歲，比先前的報(bào)道都要早。這可能與先前的報(bào)道均以腦干萎縮和小腦共濟(jì)失調(diào)作為主要的神經(jīng)、精神癥狀有關(guān)，而Chaussenot的研究涵蓋了認(rèn)知障礙，在32%伴有神經(jīng)體征的患者中發(fā)現(xiàn)了該癥狀。此外，Aloi等[38]研究也發(fā)現(xiàn)，多數(shù)患者在更早期就已經(jīng)出現(xiàn)行為問題或者抑郁的表現(xiàn)。

3.7 生殖內(nèi)分泌異常 原發(fā)性和繼發(fā)性性腺功能減退在男性患者中均有報(bào)道[39-40]，可表現(xiàn)為勃起功能障礙和睪丸萎縮；女性患者表現(xiàn)為初潮延遲、閉經(jīng)、稀經(jīng)，但是卵巢功能正常，仍可正常受孕。由于生長(zhǎng)激素的缺乏，WS1患者可出現(xiàn)身材矮小或者生長(zhǎng)發(fā)育遲緩。另外，部分患者還可出現(xiàn)甲狀腺功能減退[40]。

3.8 其他異常 先天性心臟病在WS1中罕見，包括法洛四聯(lián)癥、肺動(dòng)脈瓣狹窄、室間隔缺損等[4, 38]。 另外，部分患者可出現(xiàn)指(趾)末端活動(dòng)受限[4, 21, 29]。

4 WS1治療最新研究進(jìn)展

WS1作為一種累及多系統(tǒng)的綜合征，目前尚缺乏有效的治療措施，因而對(duì)于WS1患者，早發(fā)現(xiàn)、早診斷、早干預(yù)至為重要。有研究[41-42]表明，4-苯基丁酸和牛磺熊去氧膽酸可有效減輕ER應(yīng)激，提高胰島β細(xì)胞功能，并改善ER應(yīng)激介導(dǎo)的胰島β細(xì)胞凋亡和神經(jīng)退行性病變，目前已被美國食品藥品監(jiān)督管理局(Food and Drug Administration, FDA)批準(zhǔn)用于ER應(yīng)激相關(guān)的疾病。Zatyka等[43]的研究表明WFS1可負(fù)調(diào)控肌質(zhì)網(wǎng)/內(nèi)質(zhì)網(wǎng)鈣泵(sarco/endoplasmic reticulum Ca2+-ATPase, SERCA)進(jìn)而維持鈣穩(wěn)態(tài)，阻止神經(jīng)元細(xì)胞和胰島β細(xì)胞死亡。因此，靶向介導(dǎo)鈣穩(wěn)態(tài)的小分子以及雷諾丁受體、肌醇三磷酸受體等鈣離子通道已成為新的研究方向。Lu等[44]的研究發(fā)現(xiàn)雷諾丁受體抑制劑丹曲林可阻止WS1小鼠誘導(dǎo)多能干細(xì)胞(induced pluripotent stem cells, iPS cells)來源的神經(jīng)前體細(xì)胞的死亡，對(duì)WS1具有潛在的治療價(jià)值。與此同時(shí)，Urano等[45]正致力于通過WS1患者皮膚來源的iPS細(xì)胞產(chǎn)生胰島β細(xì)胞、RGC和神經(jīng)元細(xì)胞；而基因編輯技術(shù)的快速發(fā)展也使糾正突變WFS1成為可能。因此，通過多學(xué)科合作開展早期干預(yù)、綜合防控至關(guān)重要，可延緩WS1的進(jìn)展，同時(shí)為后續(xù)的基因治療及干細(xì)胞治療贏得時(shí)間。

5 結(jié)語

隨著測(cè)序技術(shù)的快速發(fā)展及在臨床上越來越廣泛的應(yīng)用，臨床表型結(jié)合基因檢測(cè)的精準(zhǔn)診斷將成為未來遺傳眼病或綜合征診斷的金標(biāo)準(zhǔn)。目前遺傳性眼病或綜合征的基因診斷尚缺乏統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)。2017年10月28日，首屆“臨床基因檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)與規(guī)范專題研討會(huì)”在深圳舉辦，來自全國138家機(jī)構(gòu)的250多位遺傳學(xué)專家、臨床專家和第三方基因檢測(cè)機(jī)構(gòu)共同探討并發(fā)布了臨床基因檢測(cè)報(bào)告規(guī)范的共識(shí)[46]。相信在不久的將來，遺傳病的診斷效率將得到很大的提升，基因檢測(cè)也將更有效地解決臨床實(shí)際問題。因此對(duì)于臨床上早期懷疑WS1者，尤其是有父母近親結(jié)婚史、1型糖尿病和(或)耳聾的家族史，以及早期兄弟姐妹死亡史，應(yīng)盡早做基因檢測(cè)以進(jìn)行精準(zhǔn)診斷。一方面，早診斷利于早期干預(yù)；另一方面，明確致病基因后可通過優(yōu)生優(yōu)育阻斷致病基因的遺傳，阻斷疾病在下一代的傳遞。一旦確診，還應(yīng)對(duì)家族其他成員進(jìn)行基因檢測(cè)，以明確致病和攜帶情況，盡早進(jìn)行治療和干預(yù)。因此，通過多學(xué)科合作，開展早期干預(yù)、綜合防控對(duì)于延緩WS1進(jìn)展和阻斷WS1傳遞至關(guān)重要。

此外，近年來基因治療在眼科領(lǐng)域的臨床研究進(jìn)展迅猛。2018年1月美國FDA批準(zhǔn)Luxturna(AAV2-hRPE65v2)用于RPE65介導(dǎo)的遺傳性視網(wǎng)膜營養(yǎng)不良[47]。這是里程碑式的進(jìn)展，預(yù)示著其他眼病的基因治療必將如雨后春筍般涌現(xiàn)，將成為WS1患者的有效解決方案。 然而，WFS1基因有33,417bp， 屬于大基因轉(zhuǎn)導(dǎo)，目前眼科基因療法中較為成熟的腺相關(guān)病毒(adeno-associated virus, AAV)載體無法滿足WFS1基因在視網(wǎng)膜局部甚至全身器官的轉(zhuǎn)導(dǎo)，因此，針對(duì)WFS1基因療法的載體選擇尚存在較大挑戰(zhàn)。為了解決這一瓶頸問題，很多學(xué)者正在積極探索新的AAV轉(zhuǎn)導(dǎo)策略、優(yōu)化慢病毒載體，以及開發(fā)非病毒載體等，并取得了一定進(jìn)展。相信隨著分子生物學(xué)手段的飛速進(jìn)展，基因療法將在不久的將來為WS1患者帶來福音。