Usher綜合征表型及發(fā)病機制研究進(jìn)展

徐晨陽 劉曉雯 郭玉芬

蘭州大學(xué)第二醫(yī)院耳鼻咽喉科 蘭州大學(xué)第二醫(yī)院(蘭州730030)

1 USH的臨床特征及分型

Usher綜合征又稱遺傳性耳聾-色素性視網(wǎng)膜炎綜合征，是一組以視網(wǎng)膜色素變性及不同程度聽力損失為特征，伴或不伴有前庭功能異常的常染色體隱性遺傳病，具有遺傳異質(zhì)性。該病是臨床上最常見的RP合并SNHL的疾病[1]。據(jù)統(tǒng)計，USH在全球范圍內(nèi)的發(fā)病率約為3.3～16.6/100000[2]，呈散發(fā)性，無明顯性別差異。根據(jù)患者聽力和前庭功能及視野受損情況，以往將USH分為3種亞型：USH1、USH2、USH3[2]。此外，有些病例不能根據(jù)臨床癥狀歸類于上述類別，被稱為非典型USH，但近年來有觀點認(rèn)為應(yīng)將部分與ARSG有關(guān)的非典型USH劃為一類新亞型，即USH4[3]，目前僅有兩篇相關(guān)報道[3,4]。由于USH的各亞型中RP的發(fā)病年齡之間有交叉，因此不能將視力改變作為可靠的診斷依據(jù)。USH的臨床表現(xiàn)并不具有特異性，一些其他疾病也可引起類似的臨床表現(xiàn)，且USH臨床表現(xiàn)有較大的個體差異，單純依靠癥狀難以快速診斷USH。

2 USH 1 相關(guān)基因的病理機制

USH1是臨床表現(xiàn)最嚴(yán)重，發(fā)生發(fā)展最迅速的USH亞型，主要表現(xiàn)為先天性重度-極重度SNHL，RP出現(xiàn)較早，常在青春期前，夜盲癥通常是首發(fā)視覺癥狀。由于先天性聾，USH1患者一般可在RP出現(xiàn)之前被診斷，該亞型常合并前庭功能障礙，患者幼兒時期可表現(xiàn)出運動發(fā)育遲緩，學(xué)會獨立行走較同齡兒童晚。目前認(rèn)為與USH1有關(guān)的基因座位有10個（USH1A-K），已鑒定的致病基因有6個，其中已明確相關(guān)的有5個，分別是MYO7A、USH1C、CDH23、USH1G、PCDH15，CIB2雖也被認(rèn)為 與USH1J有一定的關(guān)系，但具體關(guān)聯(lián)尚不明確[5,6]。其余 4個基因 座 位（USH1A、USH1E、USH1H 和USH1K）的致病基因尚未確定。

2.1 USH1基因的作用機制

MYO7A是USH1B的致病基因，也是導(dǎo)致USH1最常見的基因[7]，約有53.2%的USH1與該基因突變有關(guān)[8]。MYO7A包含56個外顯子，其編碼的MyosinⅦa蛋白屬于肌球蛋白，表達(dá)于視網(wǎng)膜色素上皮及視網(wǎng)膜感光細(xì)胞中，在人胚胎的耳蝸及前庭神經(jīng)上皮中亦有分布。該蛋白在內(nèi)耳整個靜纖毛上均有分布。研究發(fā)現(xiàn)，MYO7A作為一類運動蛋白，可在內(nèi)耳毛細(xì)胞機械-電信號轉(zhuǎn)化（mechanoelectric transduction，MET）復(fù)合體中起馬達(dá)作用，保證內(nèi)耳毛細(xì)胞的MET活性。缺乏MYO7A的小鼠內(nèi)耳毛細(xì)胞靜息電位降低，MET電流強度下降，常出現(xiàn)迅速發(fā)展的SNHL，這是USH1的典型癥狀之一[9]。此外，MYO7A在胎兒發(fā)育早期參與內(nèi)耳毛細(xì)胞纖毛束的形成。MYO7A的純合突變可能破壞MYO7A與其他USH1蛋白之間的相互作用，并損害視網(wǎng)膜色素上皮細(xì)胞中黑素體的轉(zhuǎn)運，從而導(dǎo)致患者出現(xiàn)耳聾及進(jìn)行性視力障礙等USH1典型表現(xiàn)[10]。

USH1C是USH1C的致病基因，其表達(dá)的Harmonin蛋白是一種定位于靜纖毛尖端連接（tip link）上連接點（upper tip link densities，UTLD）的支架蛋白，是USH1蛋白網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)。Harmonin可將其他USH1蛋白整合入USH1蛋白復(fù)合體內(nèi)，參與毛細(xì)胞的分化及信號轉(zhuǎn)導(dǎo)[11]。此外，Harmonin還是USH1和USH2蛋白的分子聯(lián)系位點[12]，USH2蛋白可通過該蛋白的PDZ1結(jié)構(gòu)域整合到USH蛋白網(wǎng)絡(luò)中[3]。USH1C的雜合突變可干擾Harmonin與CDH23的相互作用，影響人體聽覺與平衡功能引起USH1[13]。

CDH23是USH1D的致病基因，該基因的表達(dá)產(chǎn)物Cadherin 23是一種具有結(jié)合蛋白功能的跨膜蛋白，優(yōu)先表達(dá)在內(nèi)耳。CDH23參與纖毛束的早期成熟過程，其缺失會影響纖毛束發(fā)育的早期階段導(dǎo)致發(fā)育異常，表現(xiàn)為結(jié)構(gòu)脆弱、方向雜亂。此外，CDH23還表達(dá)在纖毛束頂部的尖端連接復(fù)合體中，該復(fù)合體具有鈣敏感性，可與細(xì)胞骨架相互作用，CDH23的突變對其結(jié)構(gòu)和功能均有影響。CDH23還可能參與維持耳蝸內(nèi)淋巴液的離子組成，通過改變內(nèi)淋巴液的離子構(gòu)成影響MET的正常過程。這些功能是CDH23突變引起USH1D的基礎(chǔ)。USH1F的致病基因PCDH15與CDH23相似，其表達(dá)產(chǎn)物Protocadherin 15蛋白與CDH23存在相關(guān)性，也是一種定位于靜纖毛尖端連接復(fù)合體的跨膜蛋白[14]，其突變后果與CDH23相似。

USH1G是USH1G的致病基因，其編碼的SANS是一類定位于UTLD處的支架蛋白，參與調(diào)控其他USH1蛋白沿微管及肌動蛋白骨架向動纖毛運輸?shù)倪^程，并在纖毛束的發(fā)育過程中參與調(diào)控靜纖毛的肌動蛋白，對維持毛細(xì)胞第2、3排靜纖毛的高度具有重要作用。SANS通過與鞭毛內(nèi)運輸（intraflagellar transport，IFT）系統(tǒng)的 IFT-B 蛋白結(jié)合，將USH蛋白網(wǎng)絡(luò)連接至IFT系統(tǒng)中，其N末端的病理突變導(dǎo)致SANS與IFT-B分子結(jié)合松動，造成毛細(xì)胞第2、3排纖毛長度發(fā)育異常[15]，影響其他USH1蛋白在毛細(xì)胞中的表達(dá)，損傷毛細(xì)胞相關(guān)功能，最終導(dǎo)致USH。

CIB2與USH1的關(guān)系仍有爭議。CIB2可能是USH1J的致病基因，同時也可引起非綜合征性耳聾（nonsyndromic hearing loss，NSHL）。CIB2可能有助于維持毛細(xì)胞內(nèi)的Ca2+穩(wěn)態(tài)，保證毛細(xì)胞膜內(nèi)外Ca2+濃度穩(wěn)定，影響毛細(xì)胞的MET過程。但目前尚無足夠證據(jù)支持CIB2與USH之間的關(guān)聯(lián)性，也有研究認(rèn)為CIB2僅與NSHL有關(guān)。CIB2在聽覺系統(tǒng)中的地位及與USH1的關(guān)系仍需研究[5,6]。

2.2 USH1基因表達(dá)產(chǎn)物的相互作用

USH1蛋白主要參與毛細(xì)胞的發(fā)育成熟及MET過程。在毛細(xì)胞發(fā)育早期，CDH23和PCDH15參與形成纖毛束的瞬時橫向連接（transient lateral links）和動纖毛連接（kinociliary links）。纖毛束發(fā)育成熟后，瞬時橫向連接、動纖毛連接及踝連接（ankle links）消失，尖端連接在耳蝸及前庭毛細(xì)胞中永久存在[16]，此時，CDH23和PCDH15共定位于尖端連接復(fù)合體中，而Harmonin、SANS及MYO7A在內(nèi)耳毛細(xì)胞纖毛束UTLD處形成復(fù)合物[17,18]，將CDH23和PCDH15錨定至相鄰更高的靜纖毛的肌動蛋白肌絲上[18]。在成熟的毛細(xì)胞中，尖端連接復(fù)合體可將較短的靜纖毛尖端連接至臨近較長的靜纖毛的側(cè)壁上，并在毛細(xì)胞的MET過程中介導(dǎo)離子通道的開放。USH1蛋白的缺失或異?？捎绊懠舛诉B接復(fù)合體的結(jié)構(gòu)與功能，導(dǎo)致毛細(xì)胞MET受阻或敏感性降低，這是USH1患者SNHL程度較重的重要功能基礎(chǔ)。

3 USH 2 相關(guān)基因的病理機制

USH2癥狀較輕，進(jìn)展較慢，但發(fā)病率最高，主要表現(xiàn)為中度-重度SNHL，RP出現(xiàn)在10-38歲（平均年齡15±8.5歲），目前多認(rèn)為USH2患者前庭功能正常，但也有研究表明USH2A突變可能引起前庭功能潛在損傷。目前已定位了4個基因座位（USH2A-D），已明確與該亞型相關(guān)的致病基因有3種 ，分 別 是 USH2A（USH2A）、GPR98（USH2C)、WHRN(USH2D)。

3.1 USH2基因的作用機制

USH2A是USH2最常見的致病基因，約占臨床病例的58～90%[19]。USH2A編碼的Usherin蛋白是一種具有結(jié)合蛋白功能的跨膜蛋白，主要表達(dá)于內(nèi)耳毛細(xì)胞靜纖毛底部，參與踝連接復(fù)合體的形成，在前庭毛細(xì)胞、視網(wǎng)膜光感受器中也有表達(dá)。該基因突變可導(dǎo)致耳蝸底轉(zhuǎn)外毛細(xì)胞（outer hair cell，OHC）脫落，內(nèi)毛細(xì)胞（inner hair cell，IHC）通常正常[20]，耳蝸頂轉(zhuǎn)IHC及OHC均不受影響。這種病理改變會導(dǎo)致中度或重度高頻進(jìn)行性SNHL，聽力曲線呈緩降或陡降型，是USH2的典型臨床表現(xiàn)。

GPR98突變的發(fā)生率僅次于USH2A，約占臨床病例的5～19%[19]。該基因主要與耳蝸靜纖毛有關(guān)，其突變可導(dǎo)致螺旋器OHC缺失，靜纖毛形態(tài)進(jìn)行性退變，引起先天性SNHL。GPR98的表達(dá)產(chǎn)物VLGR1（very large G-protein coupled receptor 1）是踝連接復(fù)合體的核心蛋白[21]，該復(fù)合體對耳蝸OHC靜纖毛形成“V”形態(tài)至關(guān)重要。此外，VLGR1對毛細(xì)胞和感光細(xì)胞的胞外Ca2+濃度變化敏感，該蛋白的缺陷可能會引起這兩種細(xì)胞膜外Ca2+濃度失衡，但具體機制仍需研究。

還有少部分USH2由WHRN突變引起。這類基因突變較少見，臨床上僅1～9.5%的病例與其有關(guān)[19]。WHRN編碼的Whirlin支架蛋白表達(dá)于內(nèi)耳毛細(xì)胞靜纖毛頂部、踝連接復(fù)合體及視網(wǎng)膜光感受器上，是相關(guān)USH發(fā)生發(fā)展的基礎(chǔ)。WHRN具有遺傳異質(zhì)性，其突變可導(dǎo)致該蛋白N端及C端翻譯提前終止，N端突變可同時影響Whirlin在內(nèi)耳及視網(wǎng)膜的表達(dá)，引起SNHL和RP，而C端突變僅影響其在內(nèi)耳的表達(dá)，引起SNHL而不伴發(fā)RP[22]。

3.2 USH 2基因表達(dá)產(chǎn)物的相互作用

Usherin與Whirlin、VLGR1共定位在發(fā)育期的毛細(xì)胞踝連接復(fù)合體中，以蛋白復(fù)合物[23]的形式參與毛細(xì)胞的生理功能，任何一種蛋白的缺失均會影響其功能并導(dǎo)致耳蝸OHC靜纖毛異常，MET敏感性降低，而IHC纖毛束基本正常，MET無異常表現(xiàn)。這提示USH2基因主要影響耳蝸OHC的發(fā)育成熟及生理功能，對IHC影響較小。盡管目前多認(rèn)為USH2患者前庭功能基本正常，但也有研究顯示USH2可能導(dǎo)致潛在前庭損傷[24,25]，原因可能是基因突變導(dǎo)致前庭毛細(xì)胞受損，USH2相關(guān)基因突變是否影響前庭功能仍有待商榷。

4 USH 3 相關(guān)基因的病理機制

USH3常表現(xiàn)為進(jìn)行性加重的SNHL伴不同程度的前庭功能障礙，RP存在與否不確定，具體臨床表現(xiàn)具有高度可變性。目前認(rèn)為與USH3有關(guān)的基因有CLRN1、HARS兩種，但已明確的USH3基因僅有CLRN1，HARS的相關(guān)性仍有爭議。CLRN1所表達(dá)的Clarin-1是一類存在于耳蝸具有4個跨膜結(jié)構(gòu)域的細(xì)胞膜表面蛋白，參與維持纖毛束形態(tài)，有助于維持毛細(xì)胞MET敏感性，也是內(nèi)耳毛細(xì)胞帶狀突觸的關(guān)鍵組成部分，可確保帶狀突觸成分的正確定位[26]。CLRN1突變可導(dǎo)致纖毛束畸形及突觸成熟延遲，是該基因?qū)е耈SH3的主要機制[27]。CLRN1突變與USH2相關(guān)基因的突變存在一定相似性，Clarin-1缺陷主要導(dǎo)致OHC靜纖毛異常，MET敏感度降低，而對IHC影響較小[28]。但目前已明確Clarin-1可影響前庭毛細(xì)胞，影響其MET敏感度，導(dǎo)致進(jìn)行性前庭功能障礙[28]，這是USH3與USH2的主要區(qū)別之一。

CLRN1對毛細(xì)胞纖毛束、帶狀突觸等結(jié)構(gòu)與功能均有影響，其突變對毛細(xì)胞生理功能影響十分廣泛，導(dǎo)致USH3癥狀多變，且發(fā)病機制尚不明確，仍需研究。

5 USH4 相關(guān)基因的病理機制

近年來，有學(xué)者在臨床工作中發(fā)現(xiàn)許多臨床癥狀與USH1、2、3均不相符的USH病例，這類病例以往被稱為非典型USH。近年來有觀點認(rèn)為，應(yīng)將由ARSG純合突變引起的一類USH定義為一個新亞型，即USH4。該亞型主要表現(xiàn)為無前庭受累的遲發(fā)性RP和進(jìn)行性SNHL[3]。

已知與USH4可能相關(guān)的致病基因僅ARSG一種。ARSG所編碼的Arylsulfatase G蛋白屬于硫酸酯酶家族，參與激素生物合成、細(xì)胞信號轉(zhuǎn)導(dǎo)及大分子降解。研究者在家系分析中發(fā)現(xiàn)，ARSG的p.D45Y純合突變可能與USH4有關(guān)，該突變可引起遲發(fā)性視錐細(xì)胞營養(yǎng)不良、視網(wǎng)膜萎縮、色素變性并產(chǎn)生環(huán)形暗點，隨病情發(fā)展可累及黃斑與中央凹，并伴有進(jìn)行性中重度SNHL。另一項研究發(fā)現(xiàn)ARSG的c.130G>A（p.Asp44Asn）純合突變亦可能與USH4相關(guān)。目前對USH4及ARSG的研究尚不深入，僅能推測USH4可能與ARSG突變改變了高度保守的天冬氨酸殘基有關(guān)，其具體機制有待研究[3,4]。

6 USH相關(guān)的其他基因

PDZD7是一種修飾基因。該基因的表達(dá)產(chǎn)物PDZD7蛋白可與USH2蛋白相互作用，其突變可與其他USH2基因突變產(chǎn)生協(xié)同作用，加重USH2的表型[29]。例如，PDZD7 可與 Usherin、Whirlin、VLGR1結(jié)合并共定位于踝連接復(fù)合體處[23]，PDZD7功能缺陷會導(dǎo)致其他三種蛋白定位異常，引起毛細(xì)胞死亡或變性[23,30]。

CEP250是一種與非典型USH相關(guān)的致病基因，但目前對該基因的研究較少，尚無充足證據(jù)支持CEP250與USH的相關(guān)性，致病機制亦不明確。研究顯示，CEP250的純合無義突變與C2orf71的雜合無義突變共同作用可引起以早發(fā)SNHL和輕度RP為主要癥狀的非典型USH，但具體機制尚不明確[31]。

7 不同亞型USH蛋白的相互作用

USH蛋白除與同亞型蛋白相結(jié)合外，還可與其他亞型USH蛋白相互作用，例如CIB2及MYO7A可與Whirlin共同構(gòu)成內(nèi)耳毛細(xì)胞靜纖毛頂部連接復(fù)合體參與MET，維持毛細(xì)胞正常結(jié)構(gòu)和功能。支架蛋白Harmonin和Usherin及VLGR1亦可相互作用。這些研究表明，USH蛋白之間可彼此結(jié)合構(gòu)成復(fù)合體網(wǎng)絡(luò)發(fā)揮協(xié)同作用，當(dāng)一種USH基因突變引起相關(guān)蛋白功能異常時，對其它亞型的USH蛋白也會產(chǎn)生影響。

8 展望

USH作為目前最常見引起人類聾盲的遺傳性疾病，始終是研究重點。由于USH復(fù)雜的臨床表現(xiàn)，單純依靠癥狀不能及時診斷。傳統(tǒng)治療方式多以緩解患者臨床癥狀的人工耳蝸植入[32]為主。目前對USH的研究仍不夠深入，因此，對USH基因型、表型及分子基礎(chǔ)的進(jìn)一步研究，基因治療等新治療方法的不斷探索，將對USH遺傳咨詢、早期診斷、治療和預(yù)后大有裨益。