脊髓小腦共濟失調(diào)及強直性肌營養(yǎng)不良癥易感基因突變位點的研究進展

蘭賀，劉辰庚，王培昌

(首都醫(yī)科大學(xué)宣武醫(yī)院檢驗科，北京 100053)

常見遺傳性疾病分為多基因遺傳病和單基因遺傳病兩大類，后者的遺傳方式包括常染色體顯性遺傳、隱性遺傳、X-連鎖隱性遺傳等。脊髓小腦共濟失調(diào)(spinocerebellar ataxia,SCA)以及強直性肌營養(yǎng)不良癥(myotonic dystrophy,DM)是目前研究較為廣泛的常染色體顯性遺傳且累及神經(jīng)系統(tǒng)的單基因遺傳病[1]，其基因突變類型主要為位于基因的編碼區(qū)、3′或5′非翻譯區(qū)(UTR)、啟動子區(qū)、內(nèi)含子區(qū)拷貝數(shù)異常的動態(tài)突變(dynamic mutation)中的三核苷酸序列或多核苷酸序列，從而導(dǎo)致在減數(shù)分裂或體細胞的有絲分裂過程中遺傳物質(zhì)的不穩(wěn)定,影響轉(zhuǎn)錄或使翻譯后蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)及功能異常[1-2]。本文旨在對SCA、DM的易感基因主要突變位點及檢測方法作一綜述，以期為上述疾病的基因診斷提供依據(jù)。

1 SCA的臨床特征及遺傳特點

1.1SCA的臨床及病理特征 SCA是一種異質(zhì)性的遺傳性神經(jīng)退化性疾病，以進行性小腦共濟失調(diào)伴眼球運動障礙、構(gòu)音障礙、錐體系及錐體外系神經(jīng)損害、色素性視網(wǎng)膜病變、周圍神經(jīng)病變、認知功能障礙等一系列癥狀為特征[2]。并以脊髓、腦干、小腦神經(jīng)元細胞脫失和膠質(zhì)增生，含有多聚谷氨酰胺的突變蛋白在細胞核內(nèi)沉積形成核內(nèi)包涵體為典型病理特征[3]。目前已經(jīng)證實了40多種SCA亞型,臨床上可根據(jù)患者存在緩慢發(fā)生、進展性、對稱性共濟失調(diào)的典型癥狀，輔助檢查(如神經(jīng)電生理學(xué)檢查、影像學(xué)檢查等)的支持證據(jù)以及陽性家族史進行診斷[4]。SCA多為常染色體顯性遺傳，存在SCAs致病基因突變通常被認為是確診依據(jù)。

1.2SCA的遺傳學(xué)特點 目前有關(guān)SCA的發(fā)病機制尚不十分明確。研究表明，在核酸水平形成發(fā)夾結(jié)構(gòu)可影響復(fù)制，其翻譯出的突變蛋白因存在多聚谷氨酰胺，而形成不可溶的聚集體等[5]。目前已發(fā)現(xiàn)40多種SCA亞型，約有18種SCA亞型基因位點已經(jīng)被定位，致病基因位點共45個，約65%的患者由致病基因編碼區(qū)/非編碼區(qū)的三核苷酸或多核苷酸異常重復(fù)擴展突變所致，只有少數(shù)由致病基因編碼區(qū)點突變、插入或缺失突變等引起[6]。在已發(fā)現(xiàn)的SCAs相關(guān)致病基因位點中，未發(fā)現(xiàn)甲基化與磷酸化位點。SCA各亞型的發(fā)病率在全球范圍內(nèi)存在較大差異，其中我國主要為SCA 1～3亞型，其中SCA3亞型約占70%～80%[7]。SCA1、SCA2、SCA3、SCA6、SCA7、SCA17及DRPLA亞型是由于致病基因外顯子中CAG序列重復(fù)次數(shù)增多，編碼蛋白質(zhì)內(nèi)形成異常擴增的多聚谷氨酰胺(polyglutamine，PolyQ)鏈所致[7-8]。研究發(fā)現(xiàn)，SCA8、SCA10、SCA12、SCA31亞型是由于致病基因的非編碼區(qū)短序列拷貝異常所致,其他類型的SCAs致病基因突變均由堿基的替換、插入、缺失等引起[8]。雖然目前已發(fā)現(xiàn)了許多SCAs相關(guān)的致病基因，但仍然約有40%經(jīng)臨床確診為SCA的患者未能篩查出致病基因。

1.3SCA檢測技術(shù)的新進展 SCA 1～3亞型診斷是以特定核酸片段上三核苷酸(CAG)n重復(fù)序列的數(shù)量作為診斷遺傳性脊髓小腦共濟失調(diào)的依據(jù)。近年來，有學(xué)者采用Sanger測序聯(lián)合多重DNA聚合酶鏈反應(yīng)對SCA3型患者進行單核苷酸多態(tài)性分析，發(fā)現(xiàn)SCA動態(tài)突變可導(dǎo)致等位基因相關(guān)位點的缺失[9]。Cubo等[10]利用單光子發(fā)射計算機斷層掃描(SEPT)技術(shù)發(fā)現(xiàn)SCA3型患者突觸前多巴胺功能損害，并證實SCA3異常變異患者呈現(xiàn)帕金森綜合征表現(xiàn)，且SCA基因突變與神經(jīng)退行性疾病密切相關(guān)。

2 DM臨床特征及遺傳學(xué)特點

2.1DM的臨床及病理特征 DM是一種以肌無力、肌萎縮和肌強直為特點的常染色體顯性遺傳病,人群發(fā)病率高達1/8 000。隨著年齡的增長，DM患者肌無力、肌強直以及累及多系統(tǒng)功能障礙逐漸明顯[11]。根據(jù)患者的臨床癥狀主要分為3種類型：(1)輕度型，以白內(nèi)障為主要臨床特點；(2)經(jīng)典型，以肌無力和肌強直為主要特點，青春期以及成年早期(early adulthood)多發(fā)；(3)重度型，以先天性全身性肌肉發(fā)育不全為特點，常伴有智力發(fā)育遲緩以及較高的新生兒死亡率[12]。

2.2DM的遺傳學(xué)特點 強直性肌營養(yǎng)不良癥Ⅰ型(DM1)突變位點位于19號染色體長臂(19q13.3)蛋白激酶K(dystrophia myotonic protein kinase，DMPK)編碼基因3′-UTR區(qū)的核苷酸(CTG)序列拷貝數(shù)異常，健康人該區(qū)域的拷貝數(shù)為5～34，而經(jīng)典型DM患者拷貝數(shù)為50～100，先天性全身性肌肉發(fā)育不全的重度型DM患者的拷貝數(shù)可高達1 000～2 000。盡管多數(shù)DM患者CTG串聯(lián)重復(fù)序列呈現(xiàn)連續(xù)性，但是目前發(fā)現(xiàn)個別DM患者的CTG重復(fù)序列可被CCG、CTC以及GGC所間隔[13]。強直性肌營養(yǎng)不良癥Ⅱ型(DM2)突變位點于3號染色體長臂(3q21.3)鋅指蛋白(zinc finger protein 9，ZNF-9)第一內(nèi)含子，其CCTG重復(fù)序列呈異常擴增[14]，而(CCTG)n重復(fù)序列是復(fù)合重復(fù)序列(TG)n(TCTG)n(CCTG)n中的一部分，與DM1不同的是，(CCTG)n的重復(fù)序列在健康人中是間斷的，而在DM2患者中CCTG是連續(xù)出現(xiàn)的。健康人群CCTG拷貝數(shù)少于32個，而DM2患者CCTG平均拷貝數(shù)約為5 000個，個別患者高達11 000個[15]。

2.3DM檢測技術(shù)的新進展 由于DM動態(tài)突變的特點，核苷酸重復(fù)數(shù)目較多，常規(guī)PCR方法很難檢測，該病的基因診斷一直依賴于PCR聯(lián)合Southern blot分析，實時熒光定量PCR聯(lián)合微衛(wèi)星標記連鎖分析等，但是Southern blot法操作復(fù)雜，需要高質(zhì)量DNA且耗時費力。李韻等[16]采用三倍體引物PCR(TP-PCR)方法和毛細管電泳法對來自19個家系且經(jīng)臨床病理診斷為DM1的20例患者DMPK基因進行分析，結(jié)果發(fā)現(xiàn)TP-PCR和毛細管電泳法的聯(lián)合能夠準確且快速檢測核苷酸(CTG)的拷貝數(shù)，可作為臨床DM1的有效檢測方法。Musova等[17]研究發(fā)現(xiàn)，DM1與遺傳性自閉癥(autism spectrum disorders，ASD)密切相關(guān)，其采用TP-PCR法對家系中同時患有自閉癥的父親和雙胞胎孩子的DMPK基因進行分析，發(fā)現(xiàn)父親CTG重復(fù)序列為130個拷貝，而雙胞胎孩子的CTG重復(fù)序列為300～500個拷貝，且該對雙胞胎患兒表現(xiàn)出DM兒童ASD的典型癥狀。此外，由于DM1家族遺傳率較高，還可通過產(chǎn)前診斷或微衛(wèi)星標記的單管單倍體分析的單基因疾病的植入前基因檢測(preimplantation genetic testing for monogenic disorders，PGT-M)技術(shù)降低遺傳風(fēng)險。

3 小結(jié)及展望

SCA、DM動態(tài)突變會使得后代遺傳早現(xiàn)現(xiàn)象明顯加重，該遺傳病在連續(xù)幾代的遺傳中，其發(fā)病年齡提前并且病情嚴重程度增加。針對SCA及DM的基因突變的研究已有很多，研究方法由Southern blot法聯(lián)合PCR、熒光定量PCR聯(lián)合微衛(wèi)星標記連鎖分析不斷發(fā)展為TP-PCR、Sanger測序及片段分析等，能夠準確檢測SCA及DM動態(tài)突變中核苷酸重復(fù)序列及拷貝數(shù)，提高致病基因的篩查及臨床分型檢測效率，遺傳性疾病基因診斷技術(shù)特異性和敏感性的不斷提高，對SCA、DM早期篩查、早期診斷與臨床干預(yù)必將產(chǎn)生重要的影響，雖然目前已發(fā)現(xiàn)了許多SCAs、DM相關(guān)的致病基因，但仍有臨床未能篩查出的其他致病基因，因此，加強SCA及DM相關(guān)致病基因篩查，有效預(yù)防疾病的發(fā)生以及針對靶基因突變位點進行治療還需進一步研究。