腭心面綜合征臨床特征和遺傳學(xué)的研究進(jìn)展

周玉蘭 石冰 賈仲林

口腔疾病研究國家重點實驗室 國家口腔疾病臨床醫(yī)學(xué)研究中心四川大學(xué)華西口腔醫(yī)院唇腭裂外科 成都 610041

唇腭裂是人類常見多發(fā)的先天性畸形之一，根據(jù)有無其他全身性先天畸形的伴發(fā)，可將其分為綜合征型唇腭裂（syndromic cleft lip with or without cleft palate，SCL/P）和非綜合征型唇腭裂（nonsyndromic cleft lip with or without cleft palate，NSCL/P）[1]。

腭心面綜合征（velo cardio facial syndrome，VCFS）因其特征性臨床表現(xiàn)如腭部異常、先天性心臟病、特征性面部畸形等，被認(rèn)為是SCL/P的一種類型[2-3]。VCFS是一種常染色體顯性遺傳疾病，之前也被描述為DiGeorge綜合征、22q11.2缺失綜合征 （22q11.2 depletion syndrome，22q11.2 DS）等，主要與22號染色體22q11.2或其他染色體上的拷貝數(shù)變異有關(guān)[3-4]。VCFS的發(fā)病率約為4 000~7 000人中有1人患有這種疾病[4-5]。

VCFS涉及多器官結(jié)構(gòu)、功能異常，以其不同的嚴(yán)重程度和外顯率而聞名。其特征是咽弓系統(tǒng)發(fā)育性缺陷，導(dǎo)致甲狀旁腺、胸腺和心臟等發(fā)育畸形?；颊哂休p微到嚴(yán)重的醫(yī)學(xué)特征，包括最常見的先天性心臟病、自身免疫性疾病、腭部異常、低鈣血癥（通常與甲狀旁腺機(jī)能減退有關(guān)）、甲狀腺疾病、胃腸道異常、腎臟異常、骨骼異常、血小板減少和特征性面部畸形[6-7]。

VCFS本質(zhì)是一種在減數(shù)分裂時期由于染色體重排引起的先天性畸形和神經(jīng)精神疾病，大多數(shù)病例（約90%）是由新突變引起的，也有患者以常染色體顯性遺傳模式從他們的父親或者母親那里繼承了在q11.2區(qū)缺失的22號染色體[3-7]。本文主要對VCFS的臨床特征、遺傳學(xué)基礎(chǔ)等方面的研究進(jìn)展做一綜述，以便為其早期診斷和干預(yù)提供幫助。

1 VCFS的臨床特征

每個VCFS患者的表型都表現(xiàn)出很大的多樣性，已經(jīng)報道了超過180種涉及幾乎所有器官和系統(tǒng)的臨床表現(xiàn)[6-13]，主要包括以下11種臨床表現(xiàn)。1）49%~83%的患者可能出現(xiàn)心臟畸形，包括法洛四聯(lián)癥（17%~22%）、主動脈弓斷離（14%~15%）、室間隔缺損（13%~14%）、動脈干畸形（7%~9%）等；2）70%~90%的患者可能出現(xiàn)特征性面部畸形；3）79%~84%的患者可能出現(xiàn)語言發(fā)育遲緩，75%患者嬰兒期發(fā)育遲緩，45%的患者兒童期發(fā)育遲緩；4）69%~100%的患者可能出現(xiàn)腭部發(fā)育異常，比如5%~16%患者可能出現(xiàn)腭隱裂表型；5） 36%的患者可能出現(xiàn)腎功能異常；6）17%~60%的患者可能出現(xiàn)低血鈣癥；7）8%的患者可能出現(xiàn)神經(jīng)系統(tǒng)異常，包括腦萎縮和小腦發(fā)育不全等；8）2.5%的患者可能出現(xiàn)牙齒遲萌和牙釉質(zhì)發(fā)育不全；9）17%~19%的患者可能出現(xiàn)骨骼畸形；10）9%~50%的患者可能出現(xiàn)行為或精神問題，表現(xiàn)為25%的患者可能出現(xiàn)注意缺陷多動障礙或有精神分裂癥等。

值得注意的是，VCFS患者最常見的5種臨床表現(xiàn)包括腭部異常、先天性心臟病、特征性面部畸形、免疫缺陷和認(rèn)知或行為障礙。然而，在所有患者中不會只出現(xiàn)單一的表型，也沒有患者會出現(xiàn)所有報道的表型。VCFS患者的腭部異常具體表現(xiàn)為腭隱裂、軟腭裂、完全性腭裂或先天性腭咽功能不全。VCFS患者的先天性心臟病包括有冠心病、主動脈弓異?；蚱渌硇停悍逅穆?lián)癥、房間隔缺損、主動脈弓斷裂、動脈導(dǎo)管未閉、室間隔缺損等。VCFS患者的特征性面部畸形主要表現(xiàn)為：臉垂直變長、瞼裂窄、鼻根寬、顴區(qū)扁平、下頜后縮等。VCFS患者的免疫缺陷是指患者胸腺發(fā)育不全、T細(xì)胞缺乏或有復(fù)發(fā)感染史。隨著時間的推移，VCFS患者可能出現(xiàn)的其他臨床問題包括發(fā)育遲緩、惡性腫瘤和神經(jīng)系統(tǒng)癥狀，如精神分裂癥等[14-15]。

與普通人群相比，VCFS患者患惡性腫瘤的風(fēng)險更高；自閉癥、焦慮、注意力缺陷障礙和精神分裂癥等精神疾病都很常見[12]?；加蠽CFS的個體具有特征性的行為表型，其行為、精神、神經(jīng)心理和語言障礙的發(fā)生率很高。大多數(shù)VCFS患者有認(rèn)知或行為障礙，這意味著患者有輕度智力低下或智力殘疾[11]；25%的患者可能會發(fā)展成為精神分裂癥；其他顯著的行為異常包括注意力缺陷、障礙和焦慮[14-16]。Vorstman等[17]指出，早期認(rèn)知能力下降是VCFS患者發(fā)展為精神疾病風(fēng)險的有力指標(biāo)。

VCFS患者需要多學(xué)科綜合治療的臨床策略來為其從出生到成年期間提供有效的醫(yī)療和護(hù)理保障。在VCFS患者生命的前20年里，消耗的醫(yī)療保健費用可能達(dá)到100萬美元，并且VCFS患者與正常人相比預(yù)期壽命縮短[18]。

2 VCFS的遺傳學(xué)基礎(chǔ)

罕見的、反復(fù)出現(xiàn)的具有致病意義的拷貝數(shù)變異被稱為基因組疾病[19]。VCFS是最常見的具有極端表型異質(zhì)性的人類基因組疾病之一，其主要的發(fā)病機(jī)制是減數(shù)分裂時期22號染色體q11帶區(qū)域發(fā)生了重組導(dǎo)致該區(qū)域內(nèi)染色體片段微缺失。VCFS的表型在不同人群、不同患者和家族內(nèi)成員之間表現(xiàn)出異質(zhì)性。許多可能的機(jī)制可以解釋異質(zhì)性，如22號染色體長臂近著絲粒端微片段即22q11.2，不同片段大小和位置的單核苷酸變異體、插入/缺失和拷貝數(shù)變異等[9]。90%的VCFS個體在22號染色體上發(fā)生一個300萬堿基對的典型缺失區(qū)（typical deleted region，TDR），導(dǎo)致該區(qū)域大約106個基因的等位基因單倍劑量不足[20]。其中46個是蛋白質(zhì)編碼基因，24個是無功能假基因，其余的是非編碼RNA，包括7個微小RNA（microRNA，miRNA），12個長鏈非編碼RNA（long non coding RNA，lncRNA）、2個小核仁RNA（small nucleolar RNA，snoRNA）以及其他未定義的轉(zhuǎn)錄本。大約5%~8%的VCFS個體出現(xiàn)位于TDR內(nèi)一個更小的、近端嵌套的150萬堿基對的缺失，這導(dǎo)致了近30個編碼基因的等位基因單倍劑量不足。這2種類型的缺失都是由于減數(shù)分裂期間錯誤的染色體重排造成的。這些交換涉及的低拷貝重復(fù)序列（low copy repeats，LCRs），或片段重復(fù)，都分布在染色體22q11.2區(qū)域的5.6 Mb片段上[21-22]。

在減數(shù)分裂中22q11.2缺失的機(jī)制涉及到分散在該區(qū)域的4組LCRs，由非等位基因的同源重組事件介導(dǎo)的，96%的序列是相同的，在交叉交換過程中導(dǎo)致錯誤的刪除或重復(fù)[23]。它在大多數(shù)個體中以1.5~3.0 Mb的從頭缺失的形式出現(xiàn)[24]。雖然大約5%是遺傳的，但是當(dāng)遺傳時有50%的復(fù)發(fā)風(fēng)險，表現(xiàn)出100%外顯率和廣泛表達(dá)[25]。

4個LCRs映射到與該疾病相關(guān)的3 Mb區(qū)域，它們被稱為LCRs-A、-B、-C和-D。在超過90%的患者中，LCRs-A~LCRs-D的區(qū)域被刪除，這被稱為LCRsA-D缺失類型。1.5 Mb的LCRsA-B的缺失是第二常見的缺失類型，而2.0 Mb的LCRsA-C的缺失頻率最低[26]。此外，一些患者在TDR附近嵌套了1.5 Mb的非典型缺失，只有少數(shù)患者表現(xiàn)出非典型缺失與TDR重疊或不重疊[27-29]。

然而，除了22q11.2微缺失外，既往研究也發(fā)現(xiàn)，部分患者的臨床表型與染色體上存在22q11.2重復(fù)或拷貝數(shù)變異的患者相似，這些患者也被一些遺傳學(xué)家和臨床醫(yī)生診斷為VCFS[3-4]。Wu等[3]的研究結(jié)果顯示，所有伴有腭部異常和特征性面部畸形的患者都會出現(xiàn)22q11.2微缺失。除了單一基因拷貝數(shù)變異，可能還有其他機(jī)制，如第2個人類基因組變異、單核苷酸的改變、基因突變、表觀遺傳或隨機(jī)因素等，在功能相關(guān)的路徑方面改變基因的表達(dá)，導(dǎo)致這些特殊表型出現(xiàn)[28]。

研究[29]顯示，患者臨床表現(xiàn)為腭部異常和先天性心臟病患者或免疫缺陷，伴或不伴有其他罕見臨床表型，都可以表現(xiàn)出人類基因組拷貝數(shù)變異的異質(zhì)性，包括一些染色體區(qū)域4q34.1、6q25.3、4q23、Xp11.4、13q21.1、17q23.2、7p21.3、2p11.2、11q24.3和16q23.3和一些可能的致病基因，包括BCOR、 PRR20A、 TBX2、 SMYD1、 KLKB1 和TULP4等。

目前研究[30]報道，VCFS臨床表型有關(guān)的基因包括TBX1、DGCR8，CRKL、PRODH、RTN4R、ZDHHC8、COMT、GNB1L、SEP5、GP1BB等。

TBX1基因被認(rèn)為是VCFS的最主要的候選基因，此處著重討論TBX1基因。VCFS患者表現(xiàn)的先天性畸形通常與TBX1基因的等位基因單倍劑量不足有關(guān)，TBX1基因的等位基因單倍劑量不足被認(rèn)為是一種重要的遺傳疾病[31]。TBX1基因?qū)儆赥-box轉(zhuǎn)錄因子家族，編碼DNA結(jié)合轉(zhuǎn)錄因子，在胚胎咽弓發(fā)育系統(tǒng)和第二心區(qū)心肌細(xì)胞的特定區(qū)域表達(dá)，調(diào)節(jié)近2 000個基因的表達(dá)[31-32]。研究[31]表明，TBX1與組蛋白賴氨酸N-甲基轉(zhuǎn)移酶（KMT2）家族成員相互作用，KMT2酶通過染色質(zhì)上組蛋白H的4位（H3K4）上的賴氨酸殘基單甲基化激活轉(zhuǎn)錄，TBX1-KMT2復(fù)合體通過標(biāo)記染色質(zhì)調(diào)低數(shù)千個基因的表達(dá)。TBX1水平的變化可能是腭咽部畸形嚴(yán)重程度的基礎(chǔ)，并且該基因編碼在染色體22q11.2 經(jīng)常缺失的片段上。DGCR6 基因下調(diào)TBX1表達(dá)水平，影響胚胎咽弓區(qū)神經(jīng)嵴細(xì)胞的遷移[32-34]。神經(jīng)嵴細(xì)胞與胸腺包膜一起建立咽弓動脈的血管系統(tǒng)，其位置的改變會影響咽弓動脈的形態(tài)形成，導(dǎo)致先天性心臟缺陷、胸腺發(fā)育不全等[32-34]。而在VCFS患者中由于DGCR6及其同源物DGCR6L的單倍劑量不足使得它們各自的轉(zhuǎn)錄水平降低50%，這與冠心病發(fā)生密切相關(guān)[35]。這些發(fā)現(xiàn)表明DGCR6表達(dá)水平的波動將影響TBX1水平，并因此影響咽弓區(qū)域的分化模式，導(dǎo)致畸形的發(fā)生。由于骨形態(tài)發(fā)生蛋白4（bone morphogenetic protein 4，BMP4）在調(diào)節(jié)早期胸腺和甲狀旁腺形態(tài)發(fā)生、心臟流出道的分隔和弓動脈的重構(gòu)中起著關(guān)鍵的作用。TBX1表達(dá)水平變化會阻止或破壞有效的BMP4信號傳導(dǎo)，從而影響這些生物學(xué)過程，導(dǎo)致先天畸形的發(fā)生[36-39]?？傊?，TBX1基因編碼特殊轉(zhuǎn)錄因子，通過表觀遺傳修飾來調(diào)控大量基因，在哺乳動物的心臟、血管和中樞神經(jīng)系統(tǒng)發(fā)育中起重要的調(diào)控作用，TBX1表達(dá)水平的改變肯定會影響先天畸形的嚴(yán)重程度。最初創(chuàng)建VCFS小鼠模型，在16號染色體（與人類染色體22q11.2同源）上缺失不同長度的片段，以識別疾病的致病基因[40]。小鼠表型證實TBX1水平的變化影響冠心病、胸腺發(fā)育不全和甲狀旁腺功能低下的嚴(yán)重程度；TBX1表達(dá)水平降低到胚胎中正常的35%會導(dǎo)致小鼠胸腺發(fā)育不良[30]。用組蛋白去甲基化酶抑制劑治療低水平TBX1的孕鼠可以增加H3K4的甲基化水平，并部分挽救TBXl基因水平改變導(dǎo)致的胚胎心血管系統(tǒng)異常[31]。DGCR8是導(dǎo)致VCFS患者嚴(yán)重臨床畸形的另一關(guān)鍵基因。它是一種核miRNA結(jié)合蛋白，為miRNA生物發(fā)生所必需[41]。在小鼠模型中，DGCR8等位基因單倍劑量不足導(dǎo)致神經(jīng)元中篩選的miRNA的整體表達(dá)下降30%~50%，多種非編碼RNA單倍劑量不足和廣泛的miRNA調(diào)控失調(diào)將影響胚胎發(fā)育過程以及心臟、免疫和神經(jīng)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和功能[41]。研究[42-43]表明，還有一些其他候選基因可能影響22q11.2微缺失的外顯率和嚴(yán)重程度，其中包括血管內(nèi)皮生長因子、成纖維細(xì)胞生長因子8和血小板來源生長因子受體；以及小鼠模型中確定的其他候選基因包括PAX1、 PAX3、 RARB、 CYP26B1、 HOXA3、HOXB1、HOXB3、HOXB4和HOXD4等。然而這些基因在VCFS發(fā)病機(jī)制中的功能作用需要在后續(xù)的研究中進(jìn)一步探索和驗證。

3 VCFS腦功能成像研究

到目前為止，已有研究表明精神分裂癥患者、自閉癥患者和VCFS患者的心理網(wǎng)絡(luò)中的異常連接與社會認(rèn)知困難之間存在聯(lián)系。大腦中一些白質(zhì)束被認(rèn)為在社會信息的傳遞中起著重要的作用。VCFS患者存在認(rèn)知和社會功能缺陷及精神障礙，表現(xiàn)在大腦灰質(zhì)和白質(zhì)體積減少以及灰質(zhì)微結(jié)構(gòu)的某些改變[44]。研究[45]表明，在一個廣泛的腦解剖網(wǎng)絡(luò)中VCFS患者表現(xiàn)出大腦白質(zhì)連接異常，涉及到所有腦葉和小腦束；白質(zhì)中斷，特別是右側(cè)額枕下束軸突相干性中斷，可能是VCFS患者的社會認(rèn)知困難和精神疾病的生物學(xué)標(biāo)志物。Scariati等[46]研究指出，VCFS患者大腦結(jié)構(gòu)和功能連接改變，尤其是大腦額葉和中線結(jié)構(gòu)的白質(zhì)微結(jié)構(gòu)連接障礙與VCFS中的精神病發(fā)生有關(guān)。未來的研究可以關(guān)注VCFS患者大腦的白質(zhì)發(fā)展軌跡、白質(zhì)改變與精神障礙的關(guān)聯(lián)以及22q11.2候選基因?qū)Υ竽X白質(zhì)異常的影響。

4 VCFS的診斷

可變基因型和臨床表型使得VCFS診斷非常復(fù)雜。在5種最常見的表型中，包括腭部異常、先天性心臟病、特征性面部畸形、免疫缺陷和認(rèn)知或行為障礙，至少表現(xiàn)出兩種的患者被臨床診斷為VCFS。目前可采用多重連接依賴探針擴(kuò)增（multiplex ligation dependent probe amplification，MLPA）、陣列比較基因組雜交（array comparative genomic hybridization，aCGH）和定量聚合酶鏈反應(yīng)在基因水平檢測拷貝數(shù)變異[47-49]。臨床表型腭部異常和面部特征性畸形是22q11.2微缺失的絕對指標(biāo)，提示患者應(yīng)考慮22q11.2微缺失。對于22q11.2缺失或重復(fù)的患者，MLPA是一種成本效益高、敏感且首選的方法。目前，建立VCFS表型和基因型之間的確切相關(guān)性仍然是挑戰(zhàn)之一。隨著生物技術(shù)的發(fā)展，患者的遺傳變異檢測變得更加容易?；诒硇涂s小檢測區(qū)域，聚焦某些潛在靶點，可以提高診斷的準(zhǔn)確性，降低患者的費用。

5 臨床治療與展望

VCFS患者臨床表現(xiàn)為多器官結(jié)構(gòu)和功能異常，需要結(jié)合多學(xué)科綜合序列治療，包括心胸外科、整形外科、神經(jīng)外科、口腔頜面外科、耳鼻喉?？?、語音治療?？啤⒕癫？啤⑿睦韺W(xué)治療?？频?。分子診斷為VCFS患者提供了一些選擇，對于避免漏診、早期干預(yù)、治療、遺傳咨詢和預(yù)后具有重要意義。22q11DS研究的意義不僅限于這種遺傳疾病，還有助于理解在其他罕見致病變異中觀察到的現(xiàn)象，包括相關(guān)表型的高變異性和可變表達(dá)。然而，與表型變異相關(guān)的拷貝數(shù)變異的解釋仍然具有挑戰(zhàn)性。全基因組測序和基于DNA的微陣列技術(shù)的創(chuàng)新，使得利用孕婦血樣對發(fā)育中的胎兒進(jìn)行22q11.2微缺失的準(zhǔn)確診斷成為可能，這些無創(chuàng)產(chǎn)前檢查非常敏感，假陽性發(fā)現(xiàn)率低。VCFS患者中證實了廣泛的臨床表型，對于所有懷疑有心臟缺陷、面部異常、胸腺發(fā)育不全、腭裂或低鈣血癥相關(guān)癥狀的個體，應(yīng)立即進(jìn)行VCFS的基因檢測，以確認(rèn)診斷并促進(jìn)遺傳咨詢。早期診斷和干預(yù)對降低發(fā)病率和提高生活質(zhì)量至關(guān)重要。

利益沖突聲明：作者聲明本文無利益沖突。