TBX1基因影響22q11.2微缺失綜合征表型的作用機(jī)制研究進(jìn)展

路 玥，劉樂(lè)樂(lè)綜述，李亞麗審校

0 引 言

22q11.2微缺失綜合征是指染色體22q11.2微缺失導(dǎo)致的一系列疾病，這些疾病包括DiGeorge綜合征(DiGeorge syndrome,DGS)、腭心面綜合征(velo-cardio-facial,VCFS)和椎干異常面容綜合癥(conotruncal anomaly face syndrome,CAFS)。其中，DGS主要表現(xiàn)為先天性心臟病、免疫缺陷和低鈣血癥，且常見(jiàn)于新生兒；VCFS主要表現(xiàn)為腭裂、先天性心臟病、特殊面容、手指纖長(zhǎng)、精神行為異常等；CAFS主要表現(xiàn)為特殊面容和心臟流出道畸形。這種微缺失通?？梢酝ㄟ^(guò)熒光原位雜交(FISH)檢測(cè)到[1]。22q11.2微缺失綜合征通常與常見(jiàn)的3MB(包含大約30個(gè)基因)、2MB或1.5MB近端缺失有關(guān)，三者缺失的片段都包含一個(gè)劑量敏感基因T-BOX1TBX1 [MIM 602054]，它編碼轉(zhuǎn)錄因子T-box[2]。TBX1與22q11.2微缺失綜合征的五大主要表型(異常面容、心臟缺陷、胸腺發(fā)育不良、腭裂-腭咽閉合不全、甲狀旁腺功能不全與低血癥)相關(guān)[3]。有研究顯示：轉(zhuǎn)錄因子TBX1的單倍劑量不足是造成22q11.2微缺失綜合征的主要原因[4]。

1 22q11.2微缺失綜合征的臨床表型

22q11.2微缺失綜合征是由于22號(hào)染色體長(zhǎng)臂1區(qū)1帶約30～40萬(wàn)個(gè)基因缺失造成得一類綜合癥，表型多樣，主要包括：先天性心臟病、胸腺發(fā)育不全、腭裂、低鈣血癥、異常面容等。此外，部分患者可表現(xiàn)出一些精神癥狀，比如認(rèn)知障礙，精神分裂癥，癲癇和帕金森病[5]。

2 TBX1基因

TBX1是系統(tǒng)發(fā)育上保守的基因家族的成員，其具有共同的DNA結(jié)合結(jié)構(gòu)域。T-box家族中的基因是參與發(fā)育過(guò)程調(diào)節(jié)的轉(zhuǎn)錄因子。人和小鼠TBX1蛋白總體上具有98%的氨基酸同一性，除了T-box結(jié)構(gòu)域內(nèi)的兩個(gè)殘基外是相同的[6]。TBX1屬于T-box家族，T-box家族的轉(zhuǎn)錄因子在整個(gè)胚胎發(fā)育過(guò)程中發(fā)揮著各種作用，并且據(jù)報(bào)道它們會(huì)影響許多組織的發(fā)育，包括面部，骨骼，肢體和心臟。T-box家族成員共享一個(gè)以序列特異性方式結(jié)合DNA的保守T-box結(jié)構(gòu)域，起著轉(zhuǎn)錄抑制因子和/或激活因子的作用[7]。位于染色體22q11.2上的TBX1 在第三和第四咽弓分化和發(fā)育為咽弓動(dòng)脈，并且在心臟流出道、胸腺、甲狀旁腺和顱面結(jié)構(gòu)中具有重要作用。有研究表明，TBX1功能的喪失或獲得可能是導(dǎo)致22q11.2微缺失綜合征的主要原因。TBX1有3種亞型，即TBX1a、TBX1b和TBX1c，這些亞型已在末端外顯子不同的人類中被鑒定出來(lái)[1]。

3 TBX1在22q11.2微缺失綜合征各表現(xiàn)型的作用機(jī)制

3.1TBX1在心臟病變中的作用先天性心臟病是最常見(jiàn)的先天異常和在胎兒子宮內(nèi)死亡的主要原因。最近的研究表明[8]，T-box轉(zhuǎn)錄因子(TBX)蛋白家族，特別是TBX1，與胎兒先天性心臟病的發(fā)生和發(fā)展密切相關(guān)。TBX1在胚胎咽器內(nèi)的中胚層中高度表達(dá)，在前心場(chǎng)中胚層中有特異性表達(dá)。TBX1在前心場(chǎng)中的主要功能是維持形成主動(dòng)脈和肺動(dòng)脈干所需的關(guān)鍵心臟發(fā)育基因表達(dá)的正常平衡，在22q11.2微缺失和22q11.2微重復(fù)患者中這些關(guān)鍵發(fā)育基因遭到破壞[9]。動(dòng)物實(shí)驗(yàn)表明，TBX1過(guò)表達(dá)與先天性心臟病呈正相關(guān)，表明TBX1可能與胎兒先天性心臟病發(fā)生有關(guān)[10]。其他基因，如HIRA，UFD1L(位于LCR A-B之間)和CRKL(位于LCR C-D之間)也被確定為與心臟畸形有關(guān)的候選基因，但它們的作用不太確定[11]。

3.1.1TBX1在第二心臟區(qū)域的作用心臟是從早期原腸胚細(xì)胞群中發(fā)展而來(lái)的。體內(nèi)標(biāo)記和遺傳克隆分析已經(jīng)鑒定出至少兩個(gè)不同的群體，第一心臟區(qū)域和第二心臟區(qū)域。第二心臟區(qū)域細(xì)胞的特征是編碼轉(zhuǎn)錄因子的基因的表達(dá)，如ISl1、SIX2、TBX1和生長(zhǎng)因子FGF10(成纖維細(xì)胞生長(zhǎng)因子10)[12]。TBX1是祖細(xì)胞在心臟導(dǎo)管的兩極分布所必需的，并調(diào)節(jié)第二心臟區(qū)域的增殖、分化和其上皮特性[8]。第二心臟區(qū)域細(xì)胞的缺陷會(huì)導(dǎo)致一系列常見(jiàn)形式的先天性心臟病。22q11.2微缺失綜合征是最常見(jiàn)的微缺失綜合征，胎兒先天性心臟病是一種發(fā)病率較高的嚴(yán)重心臟缺陷。其發(fā)病率在世界范圍內(nèi)約為1/1000-40/1000[10]。據(jù)報(bào)道，它與各種類型的先天性心臟缺陷有關(guān)，特別是圓錐干心臟缺損，如GATA4，NKX2-5和TBX5這些心臟內(nèi)核成員的突變，是造成一系列冠心病的基礎(chǔ)，TBX1變異體與22q11.2缺失綜合征的心臟表型有關(guān)，它在心臟流出道的發(fā)育中起著至關(guān)重要的作用[13]。Alfano等[14]使用了兩個(gè)獨(dú)立的模型，小鼠胚胎和培養(yǎng)細(xì)胞，以確定TBX1在建立小鼠第二心臟區(qū)域的形態(tài)和動(dòng)態(tài)特征中的作用。他們發(fā)現(xiàn)兩種模型中TBX1的缺失都會(huì)損害細(xì)胞外基質(zhì) - 整合素 - 粘著斑信號(hào)。胚胎中的鑲嵌分析表明該功能是非細(xì)胞自主的，并且在培養(yǎng)的細(xì)胞中，TBX1的損失損害細(xì)胞遷移和黏著斑。他們的研究結(jié)果表明，TBX1需要維持第二心臟區(qū)域中外基質(zhì)細(xì)胞相互作用的完整性，并且這種相互作用對(duì)于心臟外流道發(fā)育至關(guān)重要。而他們的數(shù)據(jù)確定了一種新型TBX1下游途徑，TBX1是第二心臟區(qū)域組織結(jié)構(gòu)和心臟形態(tài)發(fā)生的重要參與者。

3.1.2TBX1與心臟副交感神經(jīng)(迷走神經(jīng))支配的關(guān)系T-box轉(zhuǎn)錄因子TBX1的單倍劑量不足與22q11.2缺失綜合征的許多特征有關(guān)。在小鼠發(fā)育過(guò)程中，TBX1在咽器官中動(dòng)態(tài)表達(dá)，而TBX1純合子突變體表現(xiàn)出許多嚴(yán)重缺陷，包括異常的顱神經(jīng)節(jié)形成和神經(jīng)嵴細(xì)胞缺陷。Calmont等[15]發(fā)現(xiàn)，神經(jīng)嵴細(xì)胞正常地遷移到TBX1+/-的心臟。此外，他們還發(fā)現(xiàn)腦神經(jīng)節(jié)在TBX1neo2/-中融合，但神經(jīng)元分化完整。他們使用遙測(cè)技術(shù)監(jiān)測(cè)了對(duì)膽堿能受體激動(dòng)劑卡巴膽堿的心臟反應(yīng)，發(fā)現(xiàn)與對(duì)照組相比，TBX1+動(dòng)物的心率恢復(fù)更快。所以，他們做出了推測(cè)：在22q11.2微缺失綜合征患者中，副交感神經(jīng)驅(qū)動(dòng)力降低的這種情況可能導(dǎo)致促心律失常基質(zhì)。他們?yōu)榱四軌虿倏vTBX1表達(dá)以更好地模擬22q11.2微缺失綜合征患者的表現(xiàn)型，使用一系列TBX1小鼠突變體、胚胎組織外植體和心臟電生理等位基因來(lái)詳細(xì)描述TBX1在心臟迷走神經(jīng)支配中的功能。他們發(fā)現(xiàn)，表達(dá)50%和15%TBX1水平的TBX1+/X和TBX1neo2/-突變體心臟的總神經(jīng)分支長(zhǎng)度顯著減少。他們的數(shù)據(jù)表明心臟神經(jīng)支配在TBX1突變體胚胎的發(fā)育中心中是異常的。他們還使用TBX1-CRE小鼠系與R26RYFPallele組合產(chǎn)生TBX1CRE-RosaYFP胚胎來(lái)進(jìn)行研究，最終得出結(jié)論，通過(guò)以非細(xì)胞自主方式控制神經(jīng)嵴細(xì)胞遷移，TBX1是心臟適當(dāng)迷走神經(jīng)支配所必需的，在TBX1突變體胚胎中觀察到的顱神經(jīng)嵴細(xì)胞遷移缺陷和心臟神經(jīng)嵴細(xì)胞缺陷可以解釋在后期階段心臟迷走神經(jīng)支配的喪失。TBX1可能在神經(jīng)發(fā)生中發(fā)揮細(xì)胞自主作用。

3.1.3心臟相關(guān)的TBX1影響因子轉(zhuǎn)錄輔阻遏物RIPPLY3作為關(guān)鍵心臟轉(zhuǎn)錄因子TBX1的負(fù)調(diào)節(jié)因子，在心臟發(fā)育中起關(guān)鍵作用[16]。RIPPLY3也被稱為唐氏綜合征臨界區(qū)6，在心臟流出道發(fā)育中起著關(guān)鍵作用。先前的研究表明，RIPPYL3基因敲除可能導(dǎo)致心臟流出道的異常發(fā)育，包括小鼠主動(dòng)脈的肥大和室間隔的不完全形成[17]。人類RIPPLY3基因由四個(gè)外顯子組成，編碼190個(gè)氨基酸的蛋白質(zhì)，并映射到染色體21q22.13。進(jìn)一步的功能分析顯示，其中3個(gè)變異體p.p30l、p.t52s和p.v179d在雜合子和純合子中均表現(xiàn)出對(duì)TBX1轉(zhuǎn)錄活性的抑制受損，并且p.t52s變異體在體外影響了RIPPLY3與TBX1的相互作用。此外，在攜帶RIPPLY3變異體的患者中，先天性心臟病致病基因(TBX1、GATA4、NKX2.5和TBX5)中沒(méi)有發(fā)現(xiàn)有害變異體。除此之外，Jaouadi等[6]報(bào)道了一種新的錯(cuò)義突變c.569C> A，這種突變可以改變TBX1蛋白的功能和穩(wěn)定性，他們研究結(jié)果表明c.569C> A突變的有害作用，并強(qiáng)化了這一突變可能與22q11.2微缺失綜合征具有相同的表型的假設(shè)。新突變c.569C> A(P190Q)可能影響蛋白質(zhì)特性，新型c.569C> Ainexon 5TBX1基因?qū)⒏彼釟埢鎿Q為谷氨酰胺(P190Q)。對(duì)來(lái)自不同物種的多肽序列的分析表明，TBX1蛋白中的脯氨酸殘基位于進(jìn)化上穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)域中，因此，它似乎對(duì)于正確的TBX1功能是必需的。

3.2TBX1是肺動(dòng)脈表型的候選基因Mastromoro等[18]評(píng)估了58例沒(méi)有心臟缺陷的22q11.2微缺失綜合征患者，研究結(jié)果顯示沒(méi)有心臟缺陷的22q11.2微缺失綜合征兒童與健康受試者相比，左肺動(dòng)脈直徑較小。他們還雜交TBX1+/-小鼠并收獲胎兒，檢測(cè)了8例野生型，37例雜合子(TBX1+/-)和6例空胎(TBX1-/-)的心血管表型。他們還將TBX1Cre/+小鼠與R26RmT-mGCre reporter小鼠雜交，用來(lái)研究TBX1在肺動(dòng)脈中的表達(dá)。小鼠的研究表明由于TBX1的單倍劑量不足導(dǎo)致了無(wú)心臟缺陷的22q11.2微缺失綜合征患兒與健康兒童相比，左肺動(dòng)脈直徑較小。并且他們發(fā)現(xiàn)了TBX1在肺動(dòng)脈的起源和外膜附近表達(dá)。他們分析了TBX1基因敲除小鼠的肺動(dòng)脈的直徑，發(fā)現(xiàn)其單倍劑量不足與肺動(dòng)脈不對(duì)稱有關(guān)，表明該基因是肺動(dòng)脈表型的候選基因。最近的一項(xiàng)研究表明，維生素B12治療可上調(diào)單倍劑量不足小鼠模型中TBX1基因的表達(dá)，顯著改善表型[19]。

3.3TBX1調(diào)節(jié)胸腺發(fā)育胎兒胸腺是T細(xì)胞發(fā)育的部位。T細(xì)胞前體細(xì)胞在骨髓中發(fā)育并遷移到胸腺進(jìn)行最終分化。T細(xì)胞在胸腺中的發(fā)育導(dǎo)致產(chǎn)生至少四種主要類型的T細(xì)胞，包括CD4T細(xì)胞，CD8T細(xì)胞，調(diào)節(jié)性T細(xì)胞和γδT 細(xì)胞細(xì)胞。胸腺發(fā)育不全的主要影響是限制T細(xì)胞的產(chǎn)生。22q11.2微缺失綜合征中缺失的調(diào)節(jié)胸腺發(fā)育的關(guān)鍵轉(zhuǎn)錄因子被認(rèn)為是TBX1。視黃酸是一種生物介質(zhì)，過(guò)少或過(guò)多的視黃酸都可能通過(guò)改變TBX1.95的表達(dá)來(lái)干擾胸腺發(fā)育。這被認(rèn)為是維生素A對(duì)胸腺發(fā)育的影響以及異維甲酸對(duì)胸腺發(fā)育的致畸作用的潛在機(jī)制[20]。

患有22q11.2微缺失綜合征的患者通常具有三種常見(jiàn)缺失大小中的一種：3Mb,2Mb和1.5Mb，分別指定為A-D，A-C和A-B的低拷貝重復(fù)序列(LCR)。Crowley等[21]比較了TBX1缺失(AB，AC，AD缺失)與沒(méi)有TBX1缺失(B-D，C-D，D-E，D-F缺失)和22q11.2微缺失綜合征患者的淋巴細(xì)胞計(jì)數(shù)，通過(guò)t檢驗(yàn)分析每組的淋巴細(xì)胞亞群絕對(duì)計(jì)數(shù)。TBX1缺失群組中的CD3計(jì)數(shù)顯著更低。與其他兩個(gè)隊(duì)列相比，TBX1缺失患者的CD4計(jì)數(shù)較低。在22q11.2微缺失中觀察到的最常見(jiàn)的刪除是A-D，這其中包括了TBX1基因。

3.4TBX1基因在咽腭發(fā)育中的發(fā)揮作用染色體22q11.2微缺失綜合征，它的特征有顱面畸形，包括不同的腭裂亞型，腭咽功能不全和面部肌肉發(fā)育不全。關(guān)于對(duì)唇腭裂病因?qū)W中重要的候選基因的研究中發(fā)現(xiàn)，Wnt基因家族在唇腭裂的發(fā)生過(guò)程中扮演著角色[22]。除此之外，TBX1在咽腭發(fā)育中也發(fā)揮了重要作用。TBX1的突變，在具有特征性表型的患者中已有報(bào)道。Funato等[23]證明TBX1是次級(jí)腭突肌肉發(fā)育中基因表達(dá)所必需的。TBX1影響與人腭裂相關(guān)的同源基因的表達(dá)，特別是在小鼠中發(fā)育腭突的肌球蛋白重鏈3，伴肌動(dòng)蛋白和γ-氨基丁酸A型受體β受亞基。這些研究結(jié)果強(qiáng)調(diào)了TBX1在腭發(fā)育中的先前未知作用，并確定了TBX1與腭裂致病基因之間的新型聯(lián)系。多種因素的貢獻(xiàn)可導(dǎo)致各種腭裂表型，包括22q11.2微缺失綜合征中存在的粘膜下腭裂和軟腭裂。

咽器是一種進(jìn)化上保守的結(jié)構(gòu)，在脊椎動(dòng)物胚胎早期形成。咽器最終發(fā)育為一系列凸起，位于胚胎頭部區(qū)域的外側(cè)表面。在哺乳動(dòng)物發(fā)育過(guò)程中，五對(duì)編號(hào)為PA1、PA2、PA3、PA4和PA6的咽弓(第五個(gè)PA是暫時(shí)性的)隨后形成，隨著時(shí)間的推移，從胚胎頭部區(qū)域的頭端到尾端部分。每個(gè)弓形的形成過(guò)程被稱為咽部分割。每個(gè)弓形有助于不同的顱面肌肉，神經(jīng)和骨骼結(jié)構(gòu)。對(duì)咽器分段非常重要的一個(gè)特定基因是TBX1，TBX1在早期小鼠胚胎頭部區(qū)域的中胚層中表達(dá)，然后在咽器的內(nèi)胚層、中胚層和遠(yuǎn)端外胚層中表達(dá)[24]。

3.5TBX1在淋巴管生成中起關(guān)鍵作用22q11.2微缺失綜合征經(jīng)典特征包括先天性心臟缺陷，腭異常，低鈣血癥，免疫缺陷，發(fā)育遲緩和學(xué)習(xí)差異。一些不常見(jiàn)的臨床癥狀，如喉裂或網(wǎng)狀和特發(fā)性血小板減少癥，可能有助于增加其發(fā)病率。從未報(bào)道過(guò)22q11.2微缺失綜合征患者患有原發(fā)性淋巴水腫，Unolt等[25]通過(guò)國(guó)際22q11.2微缺失綜合征聯(lián)盟確定了4例22q11.2微缺失綜合征和原發(fā)性淋巴水腫患者，并報(bào)道了原發(fā)性淋巴水腫與22q11.2微缺失綜合征的新型相關(guān)性。動(dòng)物模型證明TBX1減少淋巴管內(nèi)皮細(xì)胞中的VEGFR3表達(dá)，這在淋巴管生成中起到了關(guān)鍵作用。此外，VEGFR3途徑對(duì)淋巴管生成至關(guān)重要，其遺傳性原發(fā)性淋巴水腫確定了突變。這鼓勵(lì)臨床醫(yī)師在22q11.2微缺失綜合征患者和罕見(jiàn)的TBX1突變病例中尋找原發(fā)性淋巴水腫以及全身淋巴受累(例如胎兒水腫，胃腸道淋巴管擴(kuò)張，肺淋巴管擴(kuò)張，心包或胸腔積液，乳糜腹水)。他們的研究結(jié)果為臨床管理和了解淋巴管生成障礙的細(xì)胞機(jī)制提供了重要的見(jiàn)解。

3.6TBX1缺乏可能是甲狀旁腺腫瘤低增殖性原因TBX1在成人甲狀旁腺細(xì)胞中的作用尚不清楚。但是TBX1廣泛參與胚胎發(fā)育。在6周早期的人類胚胎中，第一、第二和第三咽弓的核心間質(zhì)和第三咽囊內(nèi)胚層(甲狀旁腺細(xì)胞的起源區(qū)域)中可檢測(cè)到TBX1的表達(dá)。在孕19～25周的人胎兒組織進(jìn)行免疫組化分析，發(fā)現(xiàn)TBX1在骨骼肌和平滑肌細(xì)胞及氣管上皮基底層均有表達(dá)[26]。在甲狀旁腺良性腫瘤和大多數(shù)甲狀旁腺癌中，TBX1的表達(dá)與TBX1表達(dá)細(xì)胞的比例降低有關(guān)。Verdelli等[26]在研究中發(fā)現(xiàn)，甲狀旁腺腫瘤中TBX1表達(dá)細(xì)胞的丟失與高鈣血癥呈負(fù)相關(guān)。在大約一半的腺瘤和三分之二的癌癥中，TBX1表達(dá)細(xì)胞顯著減少。TBX1在成人甲狀旁腺細(xì)胞中表達(dá)，在甲狀旁腺腫瘤中，TBX1缺失可能導(dǎo)致甲狀旁腺腫瘤的低增殖特性。

4 展 望

如今我們還面臨著很多未知和挑戰(zhàn)，唇腭裂的發(fā)病受多種因素、多基因的影響，現(xiàn)階段研究側(cè)重于分析基因與大環(huán)境相互作用的關(guān)系[27]。我們已經(jīng)知道T-box蛋白和膠原α鏈蛋白家族參與人類腭裂表型[28]，因此需要進(jìn)一步研究以確定小鼠中其他T-box蛋白的缺失是否會(huì)影響膠原α鏈基因和膠原蛋白的表達(dá)，這需要進(jìn)一步的研究來(lái)闡明TBX1的遺傳，細(xì)胞和分子作用，并改善腭裂患者的管理。并且，通過(guò)對(duì)22q11.2微缺失綜合征患者的研究還發(fā)現(xiàn)了心臟形態(tài)中的關(guān)鍵基因，這會(huì)使我們更好的理解心血管發(fā)育的遺傳機(jī)制。

22q11.2微缺失綜合征患者具有特征性的面部外觀，腭異常，甲狀旁腺功能減退，胸腺發(fā)育不全和先天性心臟病。張敏等[3]報(bào)道過(guò)一例先天性肛門(mén)閉鎖鎖合并 22q11.2微缺失綜合征的病例，但是先天性肛門(mén)閉鎖和22q11.2微缺失綜合征多數(shù)均為散發(fā)病例，是發(fā)育過(guò)程中的偶然事件，兩者之間是否有共同的作用因子發(fā)揮作用需進(jìn)一步研究明確。Hasegawa等[29]報(bào)道了一例患有新型雜合子TBX1突變的嬰兒患有低血鈣性癲癇發(fā)作的病例。該患者沒(méi)有腭異常，心臟異常或22q11.2微缺失綜合征中觀察到的典型面部外觀。以往也有報(bào)道在患有心頜面綜合征或DiGeorge綜合征的22q11.2缺失陰性患者中發(fā)生TBX1突變。在這些患者中，基因與臨床表現(xiàn)相關(guān)性尚未完全了解?，F(xiàn)在，最大的挑戰(zhàn)之一是找到基因和臨床表型之間的聯(lián)系，以確定基因組和分子途徑，我們希望有一天能夠操縱基因和臨床表型之間的聯(lián)系，并且期待新的治療策略。