脊髓小腦共濟(jì)失調(diào)3型臨床特征及遺傳學(xué)分析

潘佳麗，劉舉，魏芷樺，楊曉艷，陳晨，劉洪波

(鄭州大學(xué)第一附屬醫(yī)院 a.神經(jīng)內(nèi)科；b.遺傳與產(chǎn)前診斷中心，河南 鄭州 450052)

脊髓小腦共濟(jì)失調(diào)(spinocerebellar ataxia，SCA)是以小腦和脊髓某些部位進(jìn)行性變性為特征的遺傳性神經(jīng)系統(tǒng)疾病，流行病學(xué)研究表明，SCA的患病率為每10萬(wàn)人0～5.6人，平均每10萬(wàn)人2.7人，根據(jù)基因、染色體位點(diǎn)可分為多種亞型，目前已被描述的有40多種，其中SCA3型是全球最常見(jiàn)的顯性共濟(jì)失調(diào)[1]。脊髓小腦共濟(jì)失調(diào)3型(spinocerebellar ataxia type 3，SCA3)又叫做馬查多-約瑟夫病(Machado-Joseph disease，MJD)，其主要病理?yè)p害表現(xiàn)為脊髓和小腦進(jìn)行性退行性改變，同時(shí)伴有腦干、黑質(zhì)和基底節(jié)變性[2]，多中青年或成年起病，既往報(bào)道，SCA3的發(fā)病年齡(age at onset，AO)為4～70歲，但多發(fā)生在30～40歲，病程進(jìn)展緩慢[3]。SCA3主要的臨床表現(xiàn)是進(jìn)行性小腦性共濟(jì)失調(diào)，還可伴有其他非典型臨床癥狀如錐體外系表現(xiàn)、構(gòu)音障礙、眼球震顫、舌肌束顫和萎縮、錐體束征、周圍神經(jīng)病變、焦慮抑郁等。近年來(lái)，關(guān)于河南地區(qū)SCA3的報(bào)道并不多見(jiàn)。本研究收集了36例 SCA3患者的臨床資料，分析其臨床特征，并對(duì)其中一典型家系進(jìn)行臨床表型及遺傳學(xué)分析。

1 資料與方法

1.1 一般資料收集2016年1月至2021年9月在鄭州大學(xué)第一附屬醫(yī)院確診為SCA3的36例患者。納入標(biāo)準(zhǔn)：符合Harding[4]標(biāo)準(zhǔn)，并由遺傳性共濟(jì)失調(diào)基因檢測(cè)確診。該家系中，有類似癥狀但未行基因檢測(cè)者，參考Harding標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行臨床診斷。排除標(biāo)準(zhǔn)：未進(jìn)行基因檢測(cè)的疑似患者，資料不完整；其他原因引起的小腦共濟(jì)失調(diào)，如腦血管病、炎癥、小腦腫瘤、中毒等。

1.2 基因檢測(cè)應(yīng)用熒光引物標(biāo)記聚合酶鏈反應(yīng)(polymerase chain reaction，PCR)及毛細(xì)管電泳技術(shù)對(duì)所有患者進(jìn)行脊髓小腦共濟(jì)失調(diào)常見(jiàn)亞型SCA1、SCA2、SCA3、SCA6、SCA7、SCA8、SCA12和DRPLA致病基因檢測(cè)，且對(duì)本研究一家系成員進(jìn)行SCA3基因CAG動(dòng)態(tài)突變檢測(cè)。采集患者外周靜脈血4 mL，用EDTA抗凝，采用全血基因組DNA抽取試劑盒(美國(guó)OMEGA公司)提取基因組DNA作為PCR擴(kuò)增模板。引物設(shè)計(jì)、PCR擴(kuò)增以及DNA測(cè)序由上海生工生物工程公司完成。

2 結(jié)果

2.1 SCA3患者臨床特征男8例，女28例，男女比為2∶7，均為雜合子。發(fā)病年齡20～63(39.72±11.00)歲，病程1～20 a，平均8(4，9)a。SCA3基因CAG重復(fù)55～79(64.86±5.09)次，發(fā)病年齡與CAG重復(fù)次數(shù)呈負(fù)相關(guān)(r=-0.762，P<0.001)，病程與CAG重復(fù)次數(shù)呈正相關(guān)(r=0.331，P=0.049)。

30例(83.3%)以步態(tài)不穩(wěn)伴頭暈為首發(fā)癥狀，僅有3例(8.3%)以言語(yǔ)不清、飲水嗆咳為首發(fā)癥狀，1例以雙下肢麻木為首發(fā)癥狀，1例以頭部震顫為首發(fā)癥狀，1例以雙下肢無(wú)力伴疼痛為首發(fā)癥狀。所有發(fā)病者均有步態(tài)不穩(wěn)和小腦共濟(jì)失調(diào)癥狀，言語(yǔ)障礙、飲水嗆咳、吞咽困難可與走路不穩(wěn)同時(shí)出現(xiàn)，也可在發(fā)病數(shù)年后逐漸出現(xiàn)，病情均呈進(jìn)行性加重。25例(69.4%)患者有家族史，21例(58.3%)患者病理征陽(yáng)性，22例(61.1%)患者腱反射活躍或亢進(jìn)。頭顱磁共振結(jié)果顯示有腦萎縮13例(36.1%)，最常見(jiàn)于小腦半球，其次為腦干，多數(shù)為輕度小腦萎縮。見(jiàn)圖1、2、3。

圖1 36例SCA3患者臨床表現(xiàn)

圖2 SCA3患者的神經(jīng)系統(tǒng)檢查

2.2 典型家系臨床資料先證者，男，36歲，以雙下肢無(wú)力伴震顫為首發(fā)癥狀就診于鄭州大學(xué)第一附屬醫(yī)院神經(jīng)內(nèi)科，訴病史3 a，起初表現(xiàn)為打籃球時(shí)跑跳障礙，雙下肢不自主震顫，抬腳吃力。6個(gè)月前癥狀逐漸加重，表現(xiàn)為走路不穩(wěn)，左右搖晃如醉酒樣。神經(jīng)系統(tǒng)查體：雙眼無(wú)眼球震顫，四肢肌肉無(wú)萎縮，雙下肢肌力4級(jí)，雙上肢肌力5級(jí)，雙下肢肌張力稍增高，雙上肢肌張力正常，雙側(cè)膝反射活躍，Romberg征陽(yáng)性，雙側(cè)跟-膝-脛試驗(yàn)欠穩(wěn)準(zhǔn)，深淺感覺(jué)未見(jiàn)異常，病理征未引出，呈寬基底步態(tài)，走“一字”不穩(wěn)。頭顱MRI提示小腦腦溝稍寬，輕度小腦萎縮待排除；磁敏感加權(quán)成像未見(jiàn)明顯異常。實(shí)驗(yàn)室檢查未見(jiàn)明顯異常。追問(wèn)病史，描述其外祖母、母親、舅舅、姨母等共13人有走路不穩(wěn)的家族史，對(duì)該家系成員進(jìn)行了調(diào)查，見(jiàn)表1，家系圖見(jiàn)圖4。家系中6位成員完成了SCA3基因篩查，結(jié)果見(jiàn)表2。5代人共14人發(fā)病，其中2例確診，12例臨床診斷，3例癥狀前患者。SCA3基因檢測(cè)毛細(xì)管電泳結(jié)果見(jiàn)圖5。

A為顱腦MRI T2加權(quán)像，示雙小腦半球萎縮；B為顱腦矢狀位MRI T1加權(quán)像，示小腦、腦橋萎縮。

表1 家系中患病成員臨床特征

表2 家系成員SCA3基因重復(fù)次數(shù)

圖4 SCA3家系圖

A.先證者(Ⅳ3)基因檢測(cè)結(jié)果(毛細(xì)管電泳方法)，CAG重復(fù)數(shù)目為20次和62次；B.先證者三姨(Ⅲ5)重復(fù)數(shù)目為7次和61次；C.先證者大姐(Ⅳ1)重復(fù)數(shù)目為20次和63次；D.先證者二姐(Ⅳ2)重復(fù)次數(shù)為5次和8次；E.先證者女兒(Ⅴ1)重復(fù)數(shù)目為13次和62次；F.兒子(Ⅴ2)重復(fù)數(shù)目為13次和63次。箭頭示異常CAG重復(fù)片段。

3 討論

SCA3是我國(guó)最常見(jiàn)的脊髓小腦共濟(jì)失調(diào)亞型，其致病基因是位于14號(hào)染色體長(zhǎng)臂(14q24.3 -32)上的ATXN3基因。SCA3的發(fā)病是由于ATXN3基因的第10外顯子區(qū)域的三核苷酸CAG重復(fù)擴(kuò)增，神經(jīng)元多聚谷氨酰胺ATXN3蛋白聚集引起蛋白構(gòu)象改變而導(dǎo)致的。因此，在遺傳學(xué)上SCA3屬于動(dòng)態(tài)重復(fù)擴(kuò)增突變，也稱為多聚谷氨酰胺疾病[2]。ATXN3基因編碼ataxin-3蛋白，ataxin-3是一種去泛素酶，參與多種細(xì)胞過(guò)程，如去泛素化、細(xì)胞骨架組織和轉(zhuǎn)錄調(diào)控。正常的ataxin-3主要存在于神經(jīng)細(xì)胞的細(xì)胞質(zhì)中，突變的ataxin-3聚集在神經(jīng)細(xì)胞核內(nèi)，并在大腦許多區(qū)域的神經(jīng)細(xì)胞內(nèi)聚集形成核內(nèi)包涵體[5]。多聚谷氨酰胺疾病常見(jiàn)的病理特征是疾病蛋白在神經(jīng)元內(nèi)的積累和聚集，最常發(fā)生在神經(jīng)元的核內(nèi)，直接或間接產(chǎn)生神經(jīng)毒性效應(yīng)，潛在地?fù)p害各種細(xì)胞過(guò)程和細(xì)胞內(nèi)穩(wěn)態(tài)，最終導(dǎo)致神經(jīng)元的丟失和腦萎縮[6]。正常ATXN3基因CAG重復(fù)次數(shù)為12～49次，當(dāng)CAG重復(fù)次數(shù)達(dá)到51次時(shí)可導(dǎo)致SCA3，目前研究表明CAG異常重復(fù)大多在51～86次[7]。

SCA3的一些臨床、影像學(xué)和病理研究已經(jīng)證實(shí)了廣泛的神經(jīng)退行性變，包括大腦皮質(zhì)、基底神經(jīng)節(jié)、丘腦、小腦和腦干，且腦結(jié)構(gòu)和功能的損傷早于臨床表現(xiàn)。SCA3型腦萎縮相對(duì)較輕，本研究中僅有少數(shù)(36.1%)患者M(jìn)RI發(fā)現(xiàn)了小腦或腦干的萎縮，多為小腦半球萎縮，病情嚴(yán)重者可出現(xiàn)腦橋和延髓的萎縮。多數(shù)(69.4%)SCA3患者具有家族史，少部分為散發(fā)型。此外，CAG重復(fù)次數(shù)與發(fā)病年齡呈負(fù)相關(guān)，與病程呈正相關(guān)，與既往研究結(jié)論一致，即CAG重復(fù)次數(shù)越多，發(fā)病年齡越早，疾病越嚴(yán)重[8]。Leotti等[9]的一項(xiàng)縱向研究發(fā)現(xiàn)，CAG重復(fù)擴(kuò)增次數(shù)與更快速的國(guó)際合作共濟(jì)失調(diào)量表評(píng)分進(jìn)展呈正相關(guān)，重復(fù)序列在70～75次的患者疾病進(jìn)展更快，并發(fā)現(xiàn)30%的進(jìn)展變化可以用CAG重復(fù)長(zhǎng)度來(lái)解釋。該家系的發(fā)病成員中，8男6女，發(fā)病年齡33～60歲，病程1～20 a，Ⅰ～Ⅲ代在發(fā)病6～20 a后去世。先證者以雙下肢無(wú)力、震顫起病，伴有雙下肢肌張力障礙，逐漸出現(xiàn)步態(tài)不穩(wěn)，共濟(jì)失調(diào)，家系中其他成員以行走困難起病，進(jìn)行性加重，部分出現(xiàn)肌張力障礙但無(wú)雙下肢震顫。錐體外系表現(xiàn)在SCA3患者中并不常見(jiàn)，容易誤診為帕金森綜合征。有研究發(fā)現(xiàn)18.1%的SCA患者合并震顫，并且有震顫的SCA患者比無(wú)震顫的患者有更嚴(yán)重的共濟(jì)失調(diào)[10]。該先證者年輕起病，并且有共濟(jì)失調(diào)家族史，結(jié)合影像學(xué)、神經(jīng)系統(tǒng)查體，應(yīng)考慮診斷SCA3，經(jīng)基因檢測(cè)確診為SCA3。因此，以肢體震顫為首發(fā)癥狀的SCA3患者要注意與帕金森綜合征相鑒別。

本研究發(fā)現(xiàn)該家系成員的異常CAG重復(fù)擴(kuò)增次數(shù)接近，均在61～63次，但疾病的嚴(yán)重程度不同且存在一定的遺傳早現(xiàn)現(xiàn)象，即家系中發(fā)病年齡逐代提前，第1代發(fā)病年齡在60歲左右，至第4代先證者提前到33歲。這可能與文獻(xiàn)報(bào)道的結(jié)論一致：CAG重復(fù)次數(shù)并不能完全解釋所有SCA3患者發(fā)病年齡和嚴(yán)重程度的差異，AO中只有平均55.2%的變異可歸因于CAG的擴(kuò)展程度，提示了其他因素如環(huán)境、基因多態(tài)性等也在起作用[11]。Mergener等[12]研究發(fā)現(xiàn)rs3512的C等位基因?qū)CA3有保護(hù)作用，在相同CAG擴(kuò)增長(zhǎng)度條件下，攜帶rs3512 G/G基因型的受試者比攜帶至少1個(gè)C等位基因的受試者的發(fā)病時(shí)間平均早2.44 a。Jiao等[13]研究發(fā)現(xiàn)年齡是SCA3疾病嚴(yán)重程度的獨(dú)立調(diào)節(jié)因素，在控制其他因素相同的條件下，年齡越大，疾病越嚴(yán)重。

值得注意的是，先證者的大姐，43歲，SCA3基因CAG異常重復(fù)數(shù)為63次，與先證者(62次)接近，但臨床并未發(fā)病，考慮可能原因：(1)環(huán)境、性別等因素造成的差異；(2)表觀遺傳的變化可能也參與了發(fā)病年齡的發(fā)病機(jī)制。先前研究顯示，同一家系中CAG重復(fù)數(shù)相同但發(fā)病年齡較早的成員ATXN3啟動(dòng)子區(qū)域第1個(gè)CpG島的DNA甲基化水平較高，推測(cè)可能是ATXN3基因啟動(dòng)子區(qū)域高甲基化水平所觸發(fā)的某些特定通路的激活或抑制[14]。先證者兒子、女兒均被基因診斷為SCA3，但目前均未臨床發(fā)病，考慮可能是由于該病一般成年發(fā)病，發(fā)病年齡在30～40歲，先證者女兒14歲，兒子9歲，所以可能還未到發(fā)病年齡，以后還需要長(zhǎng)期隨訪觀察。本研究還發(fā)現(xiàn)，在該家系的5代成員中，父系遺傳的后代均臨床發(fā)病或未發(fā)病但基因診斷為SCA3型，母系遺傳的后代中部分為正常個(gè)體，在既往的家系報(bào)道中未觀察到此現(xiàn)象，是否可以用既往研究結(jié)論來(lái)解釋：對(duì)SCA3基因動(dòng)態(tài)突變的分析發(fā)現(xiàn)，親本對(duì)CAG重復(fù)傳播有顯著影響，這種不穩(wěn)定性在父系遺傳中更顯著[15]。Pearson等[16]認(rèn)為可能是精子在有絲分裂周期中減數(shù)分裂前突變的結(jié)果。

治療方面，基因修飾治療是最佳的方法。目前開(kāi)發(fā)的一些新的方法包括在DNA或RNA水平上靶向ATXN3基因，如基因組編輯、新發(fā)現(xiàn)的可以與擴(kuò)展的CAG重復(fù)結(jié)合的小分子[17]，激活蛋白質(zhì)量控制途徑以及細(xì)胞穩(wěn)態(tài)等。這些方法的目的在于沉默ATXN3的表達(dá)，減少ATXN3的剪切和聚集，激活蛋白質(zhì)量控制途徑和增加細(xì)胞穩(wěn)態(tài)[18]。最近的研究發(fā)現(xiàn)，反義寡核苷酸靶向RNA的方法，可以有效地降低SCA3小鼠大腦中ATXN3突變體水平[19-20]，該方法已處于開(kāi)發(fā)晚期，有望成為新的疾病修飾療法。但這些方法仍處于臨床前階段，因此該病目前尚無(wú)法治愈，臨床上無(wú)特效藥，但對(duì)癥支持治療如物理治療、康復(fù)訓(xùn)練、刺激治療、心理治療等對(duì)改善患者癥狀、提高患者生活質(zhì)量、延緩殘疾進(jìn)展、延長(zhǎng)患者預(yù)期壽命有重要作用。關(guān)于純合子SCA3的報(bào)道顯示，純合子SCA3的AO早于雜合子SCA3，且ATXN3純合子的基因劑量效應(yīng)可增強(qiáng)臨床表型嚴(yán)重程度[21]。因此要避免近親結(jié)婚，通過(guò)遺傳咨詢和產(chǎn)前診斷來(lái)阻止突變體ATXN3向下一代的傳播。

SCA3是臨床異質(zhì)性顯著的遺傳性疾病，典型表現(xiàn)是進(jìn)行性小腦性共濟(jì)失調(diào)，對(duì)于非典型癥狀起病的患者，如肢體震顫，臨床醫(yī)生應(yīng)詳細(xì)詢問(wèn)家族史并進(jìn)行基因突變篩查，以提高疾病診斷的準(zhǔn)確率。