產(chǎn)前診斷中HNF1β基因與胎兒腎異常關(guān)系的研究

孫婷婷，張萍萍綜述，李亞麗審校

0 引 言

在胚胎發(fā)育過(guò)程中，妊娠11～14周時(shí)，體節(jié)外側(cè)的中胚層分化成胎兒的泌尿系統(tǒng)，泌尿系統(tǒng)是發(fā)現(xiàn)胎兒先天性畸形發(fā)生率較高的系統(tǒng)之一，如果處理不及時(shí)會(huì)影響胎兒發(fā)育，增加出生胎兒畸形率，給家庭和社會(huì)帶來(lái)沉重負(fù)擔(dān)，所以提高產(chǎn)前診斷的效率意義重大，在泌尿系統(tǒng)中，腎在胎兒正常發(fā)育的過(guò)程中起著至關(guān)重要的作用，腎的發(fā)育是在第3～10周，如果在這個(gè)時(shí)間段出現(xiàn)異常，將會(huì)導(dǎo)致多種多樣的腎先天畸形；另外，妊娠10周以后羊水的主要來(lái)源是腎產(chǎn)生的尿液，在14周左右，腎將維持整個(gè)孕期液體的容量，如果腎在結(jié)構(gòu)和(或)功能方面出現(xiàn)異常，有可能出現(xiàn)羊水過(guò)少而影響胎兒肺的發(fā)育[1]。胎腎異常的超聲表現(xiàn)以腎積水(或腎盂增寬)、腎多囊性病變以及腎發(fā)育不良較為常見(jiàn)，其中10.1%的產(chǎn)前超聲顯示泌尿系統(tǒng)異常的胎兒中具有陽(yáng)性遺傳學(xué)檢測(cè)結(jié)果，腎異常的種類(lèi)不同，預(yù)后也不相同，嚴(yán)重的胎兒將無(wú)法存活。因此產(chǎn)前診斷胎腎異常變的尤為重要，可以為臨床診斷提供信息，為胎兒的父母提供選擇依據(jù)。致使泌尿系統(tǒng)畸變的機(jī)制比較多，其中的染色體異常以及基因突變起著重要的作用[2]。

HNF1β基因在肝、腎、生殖道、胰腺、消化道和腦的胚胎發(fā)育上發(fā)揮著非常重要的作用，其中該基因所致的腎方面的疾病較為常見(jiàn)，腎疾病中腎的多發(fā)囊腫相對(duì)多見(jiàn)。HNF1β定位于染色體17q12上，可以調(diào)節(jié)腎上皮細(xì)胞的功能以及發(fā)育；HNF1β作為一種同源域的轉(zhuǎn)錄因子可以調(diào)節(jié)腎、胰腺、肝以及其他上皮組織特異性的基因表達(dá)，在調(diào)節(jié)成人腎方面，HNF1β只在形成集合管和腎小管的上皮細(xì)胞中表達(dá)。HNF1β基因在發(fā)育中的腎也起作用，在胎兒腎中表達(dá)能夠幫助腎單位以及它的分支、輸尿管芽產(chǎn)生腎收集系統(tǒng)，是輸尿管芽早期分化的必須因子，對(duì)于腎小管功能以及正常腎的發(fā)育極其重要。在處于發(fā)育過(guò)程中的小鼠腎HNF1β消融能夠抑制輸尿管芽的分支形態(tài)形成，對(duì)腎單位的形成以及腎發(fā)生造成破壞。在人類(lèi)發(fā)育中，HNF1β基因的突變被當(dāng)作一種常染色體顯性遺傳病，又被稱(chēng)作年輕人的成熟型糖尿??；該基因由9個(gè)外顯子組成，全長(zhǎng)大約23.8kb。HNF1β基因突變包括移碼突變、整碼突變、無(wú)義突變及錯(cuò)義突變，該基因缺失和突變與廣泛性的腎異常有關(guān)[3-4]。

1 HNF1β基因發(fā)揮作用的機(jī)制

HNF1β基因在胎腎中表達(dá)，在胚胎腎發(fā)育的多個(gè)階段，包含有腎發(fā)生、分支形態(tài)形成、腎小管和腎單位的形成都需要該基因的參與。HNF1β基因可以通過(guò)調(diào)控細(xì)胞內(nèi)的信號(hào)通路、參與胎兒腎的腎小管以及腎單位節(jié)段的形成，HNF1β基因突變可致囊性腎疾病。

1.1HNF1β基因能夠調(diào)控細(xì)胞內(nèi)的信號(hào)通路比如：HNF1B基因可以轉(zhuǎn)錄激活鈣敏感腺苷酸環(huán)化酶AC5以及磷酸二酯酶pde4c結(jié)合構(gòu)成的復(fù)合物中的多囊蛋白-2鈣通道抑制環(huán)磷酸腺苷依賴(lài)性信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)；在以上對(duì)HNF1β靶基因的研究分析過(guò)程中，Wnt信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)是呼聲最高的一種途徑。Wnt屬于一種分泌糖蛋白，在干細(xì)胞更新、胚胎發(fā)育、細(xì)胞存活、分化以及增殖等方面起著關(guān)鍵的作用。通過(guò)全基因研究分析揭示了HNF1β基因能夠與β-catenin/LEF染色質(zhì)結(jié)合直接競(jìng)爭(zhēng)抑制Wnt靶基因的相關(guān)機(jī)制[4]。Wnt信號(hào)通路也參與了急性腎損傷(acute kidney injury,AKI)向慢性腎病(chronic kidney disease,CKD)的轉(zhuǎn)變，研究發(fā)現(xiàn)在腎發(fā)育過(guò)程中，腎發(fā)育完成后，Wnt配體的表達(dá)減少，典型的Wnt信號(hào)通路會(huì)受到抑制，相反的，在損傷過(guò)程中，間質(zhì)細(xì)胞和上皮細(xì)胞均表達(dá)Wnt信號(hào)，而慢性過(guò)表達(dá)Wnt信號(hào)會(huì)誘導(dǎo)肌成纖維細(xì)胞及間質(zhì)纖維化的增殖，可導(dǎo)致AKI向CKD進(jìn)展[5]。

1.2HNF1β基因?qū)诵」艿挠绊慔NF1β基因是腎小管生成并發(fā)揮功能的重要調(diào)節(jié)因子。模式生物斑馬魚(yú)已經(jīng)廣泛用于腎發(fā)育及腎疾病的研究中，斑馬魚(yú)腎細(xì)胞組成、結(jié)構(gòu)及功能均與人類(lèi)腎相似，另外，斑馬魚(yú)腎發(fā)育較快且基因編輯技術(shù)成熟，是腎發(fā)育及腎疾病研究的理想生物。對(duì)斑馬魚(yú)的胚胎腎進(jìn)行研究，進(jìn)一步了解斑馬魚(yú)腎發(fā)育過(guò)程中HNF1β起的作用，HNF1β基因通過(guò)調(diào)節(jié)編碼溶質(zhì)載體(solute carrier,SLC)上游影響近端小管的功能。SLC基因能夠編碼各種溶質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)體，比如：氨基酸、糖、脂肪酸、磷酸鹽、肽、肉堿以及硫酸鹽，SLC基因有超過(guò)基因總數(shù)的四分之一在近端小管中表達(dá)。因此，HNF1β基因是近端小管轉(zhuǎn)運(yùn)功能的主要調(diào)節(jié)因子，在HNF1β基因缺陷的動(dòng)物中，近端小管特異性基因表達(dá)缺失或減少。該項(xiàng)研究發(fā)現(xiàn)斑馬魚(yú)與哺乳動(dòng)物在近端小管功能方面具有相似的保守性，并證實(shí)斑馬魚(yú)可以當(dāng)作哺乳動(dòng)物有關(guān)近端小管生理相關(guān)模型[6-7]。

1.3HNF1β基因參與腎節(jié)段的形成Notch以及Wnt都參與腎單位模式的建立，缺乏Wnt4的腎小泡不能形成S形小體，HNF1β基因只限于S形小體的內(nèi)側(cè)段，在已形成的腎單位中消除該基因?qū)?dǎo)致Notch調(diào)節(jié)因子Jag以及Dll1下調(diào)，然后導(dǎo)致內(nèi)側(cè)腎單位節(jié)段以及近端腎節(jié)段明顯丟失[8]。

1.4NHF1β對(duì)腎囊腫形成的機(jī)制HNF1β在胚胎腎中表達(dá)，腎的發(fā)育過(guò)程兩個(gè)主要的細(xì)胞間的信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)和相互作用：后腎間充質(zhì)以及輸尿管芽；囊性腎的囊腫來(lái)自所有腎單位的收集系統(tǒng)和腎節(jié)段；通過(guò)條件滅活輸尿管芽以及其衍生物來(lái)檢測(cè)HNF1β在腎分支中的功能，發(fā)現(xiàn)HNF1β的缺失對(duì)處于有絲分裂細(xì)胞期間的細(xì)胞運(yùn)動(dòng)也有影響。HNF1β不僅要在尖端區(qū)域而且在輸尿管芽干細(xì)胞都是維持細(xì)胞與細(xì)胞之間的接觸，用來(lái)促進(jìn)收集系統(tǒng)和上皮細(xì)胞的正常組織的進(jìn)一步分化。正常情況下HNF1β在發(fā)育的腎單位以及輸尿管芽的分支中均可檢測(cè)出，但是當(dāng)HNF1β發(fā)生突變后，HNF1β只在發(fā)育中的腎單位中檢測(cè)到。在小鼠的胚胎模型中，HNF1β在小鼠胚胎第9.5天沃爾夫管上皮表達(dá)，并且貫穿于腎后期的分支輸尿管芽的表達(dá)發(fā)育。HNF1β通過(guò)調(diào)節(jié)Pax-2以及Ret/GDNF/Wnt11自調(diào)節(jié)環(huán)對(duì)腎分支的發(fā)生起著至關(guān)重要的作用。人類(lèi)HNF1β基因突變可形成囊性腎疾病，其中有多囊性發(fā)育異常腎、腎囊腫和糖尿病、常染色體顯性遺傳的腎小管間質(zhì)疾病以及腎小球囊性腎病，HNF1β基因被認(rèn)為是多囊性腎病(polystic kidney disease,PKD)的修飾基因。根據(jù)全基因組染色質(zhì)結(jié)合分析表明，HNF1β基因可以直接調(diào)節(jié)已知PKD基因的表達(dá)，比如：多囊腎肝病、PKD2和參與PKD發(fā)病的基因，HNF1β基因調(diào)控一個(gè)轉(zhuǎn)錄和轉(zhuǎn)錄后網(wǎng)絡(luò)，在腎囊腫發(fā)生中起到中心作用[9]。

2 HNF1β基因突變致胎兒腎表型異常

HNF1β基因最初被鑒定為成人型糖尿病(maturity onset diabetes in young,MODY)的疾病基因，隨后對(duì)MODY家族的臨床觀(guān)察及研究中發(fā)現(xiàn)該基因與腎疾病有著更密切的關(guān)系，在那之后一系列與該基因相關(guān)的表型被相繼報(bào)道出來(lái)，比如：肝和腸道的異常、自閉癥、癲癇和原發(fā)性甲狀腺功能亢進(jìn)等等。HNF1β最常見(jiàn)的突變是17q12染色體微缺失發(fā)生的全基因缺失[4,10]。HNF1β基因突變包括基因內(nèi)突變，還包括大基因組重排和全基因組缺失，該基因在人類(lèi)中的突變有三分之一是全基因缺失。檢測(cè)方法必須采取專(zhuān)門(mén)的技術(shù)測(cè)量拷貝數(shù)變異[11]。與HNF1β基因相關(guān)的疾病是一種多系統(tǒng)受累的常染色體顯性遺傳病，其臨床表型存在異質(zhì)性，腎受累為最常見(jiàn)的特征，其中腎囊腫的表現(xiàn)較為多見(jiàn)。

2.1胎腎強(qiáng)回聲胎兒期HNF1β基因缺陷所致腎超聲表現(xiàn)：①一側(cè)強(qiáng)回聲腎體積正常伴對(duì)側(cè)腎囊性結(jié)構(gòu)生成并伴體積增大；②雙側(cè)腎呈強(qiáng)回聲但體積正常，伴或不伴腎皮質(zhì)囊性結(jié)構(gòu)。由于此類(lèi)疾病可有無(wú)家族遺傳病史的新發(fā)基因突變病例，患者及其家屬可出現(xiàn)多種多樣的臨床表現(xiàn)，因此診斷HNF1β腎病具有重要意義。HNF1β腎病診斷標(biāo)準(zhǔn)：①主要標(biāo)準(zhǔn)包括 腎發(fā)育不良伴多囊改變 胎兒期雙腎回聲增強(qiáng) 腎缺如 不明來(lái)源的囊腫 腎萎縮。②次要標(biāo)準(zhǔn)包括 膀胱輸尿管返流 異位腎 腎積水。③腎外癥狀包括 低鉀血癥 低鎂血癥 糖尿病 肝功能異常 氮質(zhì)血癥。④家族陽(yáng)性病史 泌尿生殖系統(tǒng)畸形 腎功能異常 痛風(fēng) 糖尿病或胰腺外分泌異常。如果患者同時(shí)具有兩個(gè)及以上的主要癥狀，可直接確診HNF1β腎病[12-13]。

2.2先天性腎畸形人類(lèi)的泌尿道以及腎的發(fā)育對(duì)基因的反應(yīng)比較敏感，結(jié)構(gòu)基因組異常越來(lái)越被當(dāng)作導(dǎo)致先天性畸形的重要原因。先天性腎和尿路畸形(congenital kidney and urinary tract malformation,CAKUT)患者的總體腎存活率較低，常常導(dǎo)致胎兒發(fā)育終止、新生兒死亡以及兒童慢性腎疾病。該疾病早期改變表現(xiàn)不明顯不容易被發(fā)現(xiàn)，只要出現(xiàn)臨床表現(xiàn)往往已經(jīng)有腎功能的損害，嚴(yán)重的需要進(jìn)行透析治療更甚的需要腎移植，給患兒以及家庭帶來(lái)沉重的經(jīng)濟(jì)負(fù)擔(dān)造成巨大傷害。因此，CAKUT的預(yù)防應(yīng)該從孕期開(kāi)始，做到早期發(fā)現(xiàn)、早期干預(yù)和處理[14]。

CAKUT臨床表現(xiàn)多種多樣，比如：腎積水、馬蹄腎、異位腎、腎缺如、多囊性腎發(fā)育不良等等。國(guó)外研究資料顯示各種原因造成的腎積水是CAKUT的常見(jiàn)重要類(lèi)型[11]。Duval Hélène等[15]為了研究染色體17q21.3上的HNF1β突變對(duì)胎兒的影響，對(duì)20例胎兒的臨床資料、尸檢報(bào)告、遺傳學(xué)及超聲表現(xiàn)進(jìn)行分析得出結(jié)果。胎兒腎尸檢大體表現(xiàn)出皮質(zhì)囊腫以及單側(cè)或雙側(cè)腎增大、腎重量異常以及發(fā)育不全。

25%的腎損害與CAKUT有密切關(guān)系，鏡下表現(xiàn)為以腎發(fā)育不良和腎小球囊性腎為主，這項(xiàng)研究強(qiáng)調(diào)了對(duì)于患有CAKUT的胎兒中HNF1β突變占有非常重要的地位。由于CAKUT的基因型以及表型的異質(zhì)性再加上不完全外顯的特點(diǎn)使遺傳學(xué)診斷存在一定程度的挑戰(zhàn)性；CAKUT屬于最常見(jiàn)的發(fā)育障礙，10%的CAKUT病例需要HNF1β負(fù)責(zé)[15-16]。CAKUT病例所出現(xiàn)的臨床表現(xiàn)與pAX2以及HNF1β基因突變有密切關(guān)系，其中HNF1β突變跟囊性腎關(guān)系更為密切，該結(jié)論跟Ulinski等人的研究結(jié)果類(lèi)似，而pAX2的突變與腎功能減退較為相關(guān)，HNF1β和PAX2基因是屬于導(dǎo)致CAKUT的最常見(jiàn)致病基因。目前，PAX2以及HNF1β基因是篩查CAKUT病人基因突變的主要基因[17]。

2.2.1多囊腎疾病HNF1β基因缺陷導(dǎo)致的先天性腎表型異常中多囊腎疾病是常見(jiàn)的重要類(lèi)型，胎兒腎囊腫可經(jīng)過(guò)產(chǎn)前診斷中超聲檢查檢測(cè)，與HNF1β在小鼠胎腎發(fā)育中重要作用相似，人類(lèi)HNF1β突變與腎發(fā)育出現(xiàn)異常(其中一些病例表現(xiàn)出囊性腎)存在因果關(guān)系。在HNF1β基因突變的人群中觀(guān)察到的囊性腎病與常染色體顯性遺傳性多囊腎疾病(autosomal dominant polycystic kidney disease，ADPKD)類(lèi)似。ADPKD影響著1/400-1/1000的活產(chǎn)兒，是發(fā)展成為腎功能衰竭的最多見(jiàn)的單基因病。通常ADPKD被當(dāng)作一種遲發(fā)性疾病，在過(guò)去ADPKD被認(rèn)為是“成人”的多囊性腎病，由于腎囊腫的出現(xiàn)以及擴(kuò)展在子宮內(nèi)就已經(jīng)開(kāi)始，ADPKD 不應(yīng)該再被當(dāng)作成人發(fā)病。50%的ADPKD患者會(huì)發(fā)展成為終末期腎病(end-stage renal disease,ESRD)，對(duì)于A(yíng)DPKD的診斷，ADPKD在兒童的診斷存在局限性，充滿(mǎn)挑戰(zhàn)。目前對(duì)于15歲以下的兒童尚沒(méi)有明確的診斷標(biāo)準(zhǔn)，有陽(yáng)性家族史以及有臨床表現(xiàn)的高危兒童可以進(jìn)行影像學(xué)檢查來(lái)幫助診斷，但是，對(duì)有些病例的診斷需要借助基因評(píng)估。

HNF1β已經(jīng)被認(rèn)為是人類(lèi)ADPKD的候選修飾基因，解剖方面的損傷被認(rèn)為是ADPDK患者向ESRD發(fā)展的一個(gè)有力并且獨(dú)立的預(yù)測(cè)指標(biāo)。越來(lái)越多的研究證據(jù)表明腎損傷開(kāi)始于胎腎第一個(gè)腎囊腫的形成，雖然ADPKD的產(chǎn)前表現(xiàn)是罕見(jiàn)的，但其發(fā)病與HNF1β具有相關(guān)性[18]。

2.2.2腎發(fā)育不良中HNF1β基因雜合類(lèi)型腎清除廢物、過(guò)濾血液以及參與體內(nèi)電解質(zhì)的平衡。HNF1β是腎小管形成的關(guān)鍵調(diào)節(jié)因子，先天性腎發(fā)育不良是遺傳改變引起的，其中HNF1β基因突變是最常見(jiàn)的原因。進(jìn)行深入研究提取馬蹄腎患者DNA擴(kuò)增后進(jìn)行基因測(cè)序，用限制性核酸內(nèi)切酶判斷變異體是純和體還是雜合體，結(jié)果證明了存在HNF1β雜合遺傳變異體[19]。根據(jù)HNF1β突變屬于雜合子突變，運(yùn)用全外顯子序列測(cè)定可以對(duì)HNF1β基因進(jìn)行檢測(cè)，檢測(cè)出HNF1β基因內(nèi)有一個(gè)大小約4 bp的新雜合子，此類(lèi)突變被認(rèn)為是致病性的突變，該突變導(dǎo)致蛋白質(zhì)移碼出現(xiàn)異常，進(jìn)而影響蛋白質(zhì)的翻譯[20]。

3 HNF1β基因突變可導(dǎo)致羊水的異常

HNF1β突變對(duì)腎的影響是顯著的，但是變化不定，從腎發(fā)育不全伴完全腎結(jié)構(gòu)畸變到小的腎小球囊腫；HNF1β突變通過(guò)對(duì)胎腎的改變而對(duì)羊水產(chǎn)生影響。雖然在大多數(shù)病例HNF1β突變有關(guān)的產(chǎn)前胎兒腎異常中羊水體積是表現(xiàn)正常，但也有出現(xiàn)嚴(yán)重的羊水過(guò)多或羊水過(guò)少；羊水過(guò)多是羊水的過(guò)度積累，羊水指數(shù)在胎齡的95%及以上，羊水過(guò)多易出現(xiàn)在伴有胎兒多尿的腎小管的異常(比如產(chǎn)前的Bartter綜合征)、胎兒母親糖尿病控制不良、胃腸畸形、胎兒貧血、胎兒水腫以及神經(jīng)肌肉疾病等等。有相關(guān)研究報(bào)告在攜帶HNF1β基因突變的胎兒觀(guān)察到羊水過(guò)多發(fā)生在妊娠中晚期，這些胎兒腎表現(xiàn)為雙側(cè)腎不典型增生并伴有腎小管和腎小球微囊[21]。

HNF1β編碼肝細(xì)胞核因子1β，在胎兒腎發(fā)生中的腎小管以及輸尿管芽的發(fā)育具有顯著作用。不同腎畸形預(yù)后也不同，對(duì)于多囊性腎病變?cè)谠衅诨蛘咛撼錾院竽夷[可以縮小亦有可能消失，還有些表現(xiàn)出患側(cè)的腎發(fā)生萎縮。多囊性腎發(fā)育不良僅限于單側(cè)腎的患者，多預(yù)后良好，出生后的主要并發(fā)癥為高血壓、輸尿管返流、感染等；多囊性腎發(fā)育不良累及雙側(cè)腎的病例則預(yù)后較差。另外HNF1β基因突變不僅表現(xiàn)在腎方面的異常，HNF1β基因突變最開(kāi)始被描述為MODY5的病因，后來(lái)HNF1β變異被證明與腎囊腫-糖尿病綜合征、腎發(fā)育不全、常染色體顯性遺傳的腎小管間質(zhì)性腎病、青少年高尿酸血癥性腎病)和先天性腎和尿路異常等相關(guān)[22]。HNF1β基因也參與了肝以及胰腺生成的轉(zhuǎn)錄因子，而且在腎外可以表現(xiàn)為早發(fā)糖尿病、低鎂血癥、低鉀血癥、氮質(zhì)血癥、發(fā)育遲緩、早發(fā)痛風(fēng)和高尿酸血癥、神經(jīng)精神疾病的非典型臨床表現(xiàn)等等[23]。

4 結(jié)語(yǔ)與展望

胎兒超聲提示腎高回聲或者腎囊腫等相關(guān)的腎發(fā)育不良，應(yīng)該警惕與HNF1β基因突變有關(guān)。HNF1β突變所致的疾病表現(xiàn)多種多樣并且缺乏特異性為診斷帶來(lái)了挑戰(zhàn)，但隨著對(duì)該基因突變的認(rèn)識(shí)不斷深入，以及產(chǎn)前診斷技術(shù)的日益發(fā)展，不久的未來(lái)將會(huì)發(fā)現(xiàn)對(duì)HNF1β基因突變所致疾病的診斷方法，盡早指導(dǎo)臨床治療、改善患者預(yù)后。