Vohwinkel綜合癥分子遺傳學(xué)研究進(jìn)展

凌 霞 王震英 張 莉

1.山東第一醫(yī)科大學(xué)附屬山東省立醫(yī)院皮膚科，山東 濟(jì)南 250021；2.山東第一醫(yī)科大學(xué)（山東省醫(yī)學(xué)科學(xué)院）研究生部，山東 濟(jì)南 250117

Vohwinkel 綜合癥（Vohwinkel syndrome，VS）又名殘毀性掌跖角皮?。╩utilanting palmoplantar keratoderma）、殘毀性遺傳角質(zhì)瘤（keratoma hereditaria mutilans），沃溫克綜合征。最早由德國學(xué)者Vohwinkel 于1929 年描述并命名，該病為罕見遺傳性皮膚病，是掌跖角化病的一種，多為常染色體顯性遺傳病，也有隱性遺傳的報(bào)道。典型臨床表現(xiàn)包括彌漫性掌跖角化過度，蜂巢樣外觀，海星狀或條狀角化過度斑塊，指（趾）遠(yuǎn)端呈環(huán)形縮窄并逐漸斷離［1］，嚴(yán)重者出現(xiàn)肢端殘缺。該病治療困難，多為對癥治療，可以系統(tǒng)應(yīng)用類維甲酸如阿維a 和異維甲酸等來緩解角化過度［2-4］，但是出現(xiàn)收縮帶和自動截肢時則需要切除收縮環(huán)，移植或皮瓣移植等手術(shù)治療［2，5］。本病臨床表現(xiàn)復(fù)雜，常伴有聽力損失或魚鱗病，伴有聽力損失者被稱為典型VS；伴有魚鱗病者被稱為變異型VS（OMIM 604117）。也有同時伴有先天性耳聾和魚鱗病的病例［6］。VS 組織病理表現(xiàn)為：角化亢進(jìn)伴角化不全，顆粒層增厚，棘層肥厚，真皮淺層炎細(xì)胞浸潤［1］。VS的發(fā)生多與角質(zhì)形成細(xì)胞的異常增殖和凋亡相關(guān)，可能與AP-1，STAT等分子的異常有關(guān)，但具體涉及的分子及機(jī)制，知之甚少。目前多為關(guān)于VS的致病基因和診療方面的綜述［7］，缺少與該病相關(guān)的基因功能學(xué)的描述。本文著重于每個突變體及其功能的改變，試圖從這些突變中總結(jié)這些基因在維持正常皮膚功能方面的可能作用，為其治療提供新的思路。

近年來諸多學(xué)者對該病致病基因進(jìn)行研究，發(fā)現(xiàn)2個VS的相關(guān)位點(diǎn)，1個是位于染色體13q11-q12的GJB2（gap junction protein beta 2），編碼連接蛋白26（connexin 26，Cx26）。另1 個是位于染色體1q21的LOR（loricrin），編碼兜甲蛋白。GJB2突變常伴聽力損害，導(dǎo)致經(jīng)典型VS，而LOR突變常伴有魚鱗病，導(dǎo)致變異性VS。目前發(fā)現(xiàn)的與VS 有關(guān)的GJB2突變?nèi)缦拢篶.196G ＞ C （p.Asp66His）、c.175G ＞ a （p.Gly59Ser）、c.193T ＞ C（p.Tyr65His）、c.389G ＞ T（p.Gly130Val）和c. 358-360delGAG（delE120）［8］，多為錯義突變（表1）。與VS 有關(guān)的LOR 突變?nèi)缦拢?30insG、662insT、709insC 和c. A796G（p. Ser266 Gly）（表2）。

表1 Vohwinkel綜合癥GJB2 5種突變體對比

表2 Vohwinkel綜合癥LOR 4種突變體對比

1 GJB2

GJB2全長4 804 bp，編碼Cx26。Cx26包含跨膜區(qū)（M1-M4）、細(xì)胞膜外區(qū)（E1，E2）、胞漿內(nèi)連接區(qū)（CL）、細(xì)胞質(zhì)氨基末端（N 末端）和羧基末端（C 末端）。N端區(qū)和跨膜區(qū)M1的細(xì)胞內(nèi)側(cè)端構(gòu)成充當(dāng)電壓感受器的電荷復(fù)合體，細(xì)胞外區(qū)E1 和E2 決定縫隙連接通道與其他連接蛋白的相容性，胞內(nèi)連接區(qū)和C 端區(qū)與縫隙連接通道pH 值的門控有關(guān)。6 個連接蛋白寡聚化形成中空六聚體，稱為連接子或半通道，然后轉(zhuǎn)位到細(xì)胞質(zhì)膜。位于相鄰2 個細(xì)胞膜上的2 個連接子通過2 個胞外域?qū)?，組成親水的低電阻通道［9］。這些通道是細(xì)胞間電解質(zhì)、第二信使和代謝物質(zhì)的重要通路，在信息傳遞和物質(zhì)交換中起重要作用。連接蛋白在內(nèi)耳和表皮中表達(dá)，在維持內(nèi)耳鉀穩(wěn)態(tài)和表皮角質(zhì)形成細(xì)胞的生長、分化中起重要作用［1］。皮膚表達(dá)的縫隙連接蛋白基因突變會破壞表皮的生長和分化（干擾表皮分化和過度角化）。Bakirtzis 等［10］通過轉(zhuǎn)基因技術(shù)構(gòu)建了GJB2p.Asp66His突變過表達(dá)的小鼠模型，該模型模擬了真實(shí)的VS。突變小鼠表皮連接蛋白丟失，在細(xì)胞質(zhì)中積累，表皮角化層明顯增厚。該模型研究表明，VS（D66H）突變型病理機(jī)制可能涉及組織縫隙連接網(wǎng)絡(luò)的直接破壞，也可能涉及突變蛋白之間的新型相互作用，導(dǎo)致細(xì)胞死亡。

目前與VS 有關(guān)的GJB2突變體有5 種，其中GJB2的c. 196G ＞ C （p. Asp66His）突變［11］、c. 175G ＞ A （p. Gly59Ser）突變［12］和c. 193T ＞ C（p.Tyr65His）［13］突變均發(fā)生在E1 區(qū)（圖1A，1B），影響了通道通透性，鈣等物質(zhì)轉(zhuǎn)移減少。其中GJB2的p. Asp66His 突變編碼的Cx26 不產(chǎn)生通道功能，與連接蛋白43 共定位，相互作用［14］。Cx26 局部缺失或連接蛋白30缺失只會產(chǎn)生耳聾，不會產(chǎn)生皮膚病表型，說明連接蛋白的功能存在冗余。經(jīng)典VS 皮膚表型的產(chǎn)生可能是由于突變基因編碼的蛋白的運(yùn)輸缺陷和通道功能的改變引起的。GJB2的c.389G ＞ T（p.Gly130Val）突變位于細(xì)胞內(nèi)的第2個結(jié)構(gòu)域［15］，與以往突變不同，輕度PPK 和嚴(yán)重耳聾之間存在表型差異，差異的原因仍不清楚，或可從突變基因功能改變的研究找到合理的解釋。GJB2的c. 358-360delGAG（delE120）突變?yōu)榧兒献油蛔儯?6］。

圖1 Cx26縫隙連接通道結(jié)構(gòu)及其突變位點(diǎn)（其中120位點(diǎn)Glu缺失突變在結(jié)構(gòu)信息里面缺失）

圖2 兜甲蛋白結(jié)構(gòu)及其突變位點(diǎn)

引起經(jīng)典VS 的GJB2突變具有共同的分子表型，它們大多（除了p.Gly130Val）聚集在Cx26 的E1結(jié)構(gòu)域，影響蛋白運(yùn)輸和通道通透性。其中芳香烴受體（aryl hydrocarbon receptor， AHR）信號通路、干擾素（interferon， IFN）信號通路、絲裂原活化蛋白激酶（mitogen activated protein kinase， MAPK）信號通路的分子的異常可能參與不同GJB2突變型所引起的VS 的發(fā)?。?］。此外，VS 中蛋白酪氨酸激酶/信號傳導(dǎo)及轉(zhuǎn)錄激活蛋白（janus kinase-signal transducers and activators oftranscription， JAK/STAT）通路被預(yù)測為強(qiáng)烈激活［8］。JAK/STAT 是一種普遍表達(dá)的細(xì)胞內(nèi)信號轉(zhuǎn)導(dǎo)通路，涉及包括細(xì)胞増殖、分化、凋亡和免疫調(diào)節(jié)在內(nèi)的許多關(guān)鍵的生物學(xué)過程［17］。該通路在系統(tǒng)性紅斑狼瘡、特應(yīng)性皮炎、斑禿、扁平苔蘚、皮肌炎、移植物抗宿主病、化膿性汗腺炎、銀屑病和白癜風(fēng)［18］等與炎癥和免疫相關(guān)的皮膚疾病的發(fā)病機(jī)制和治療領(lǐng)域研究的較為深入。通過抑制JAK 信號通路可抑制銀屑病中細(xì)胞的增殖和角化，調(diào)節(jié)炎癥反應(yīng)［19-20］。VS中JAK1和STAT2的mRNA 表達(dá)量上調(diào)，激活JAK/STAT 信號通路可能在調(diào)控VS的角質(zhì)形成細(xì)胞的異常增殖和角質(zhì)化中起作用［8］，但其在GJB2突變引起的VS 皮膚癥狀中具體扮演的角色，以及與其他調(diào)控子或信號因子的更為具體的相互作用關(guān)系，有待進(jìn)一步研究。

此外，Decrock 等［21］認(rèn)為，細(xì)胞凋亡不僅與縫隙連接相關(guān)的信號通路改變有關(guān)，也可能通過縫隙連接蛋白介導(dǎo)的細(xì)胞凋亡前后抗凋亡分子的擴(kuò)散來控制細(xì)胞的存亡。Zhang 等［22］發(fā)現(xiàn)，GJB2基因敲除小鼠耳蝸外毛細(xì)胞表現(xiàn)了典型的凋亡態(tài)。GJB2基因敲除小鼠耳蝸感覺上皮細(xì)胞發(fā)生凋亡［23］。

2 LOR

LOR位于染色體1q21的表皮分化復(fù)合物區(qū)域，編碼兜甲蛋白，該基因突變會導(dǎo)致變異型VS。角質(zhì)化包膜（cornified envelope, CE）中的成分以復(fù)雜的、多階段相互作用沉積在質(zhì)膜的內(nèi)表面是形成正常角化表皮的關(guān)鍵。兜甲蛋白是CE 中的一種蛋白，能維持皮膚角質(zhì)層的完整性和皮膚屏障的穩(wěn)定性。兜甲蛋白由4 個甘氨酸環(huán)結(jié)構(gòu)域組成，這些結(jié)構(gòu)域的兩側(cè)是富含谷氨酰胺和谷氨酰胺/賴氨酸的區(qū)域。甘氨酸環(huán)結(jié)構(gòu)域是高度靈活的，“velcro”假說認(rèn)為，角蛋白的甘氨酸環(huán)與兜甲蛋白的甘氨酸環(huán)通過弱疏水性和氫鍵相互作用結(jié)合在一起，當(dāng)施加適當(dāng)?shù)膲毫r就會破壞這種相互作用，并誘導(dǎo)他們之間產(chǎn)生一種新的類似的相互作用，當(dāng)除去壓力時，這種新的相互作用又會消失［24］。該作用一定程度解釋了表皮的柔韌性和彈性恢復(fù)特征，可能賦予CE 和表皮靈活性和延展性；而谷氨酰胺和谷氨酰胺/賴氨酸區(qū)域是谷氨酰胺轉(zhuǎn)胺酶介導(dǎo)的Nε-（γ-谷氨酰胺基）賴氨酸異二肽交聯(lián)CE組分的關(guān)鍵底物，這是CE高度不溶性的原因。變異的兜甲蛋白包含一個以基本氨基酸短鏈延伸為特征的羧基末端序列，結(jié)構(gòu)扭曲，無法產(chǎn)生明顯二級結(jié)構(gòu)，破壞交聯(lián)，無法進(jìn)入角質(zhì)層，但是會進(jìn)入顆粒層細(xì)胞核內(nèi)并逐漸積累，會導(dǎo)致表皮間水分的流失和魚鱗?。?］，干擾角質(zhì)化細(xì)胞終末分化。

LOR第730 位插入核苷酸G 致密碼子232 框移的雜合突變是最常見的一種突變，蛋白異常易位到細(xì)胞核內(nèi)［25］。LOR的662insT雜合突變［26］，第4個甘氨酸環(huán)結(jié)構(gòu)域和富含谷氨酰胺/賴氨酸的c 端結(jié)構(gòu)域被一個富含精氨酸和亮氨酸的區(qū)域取代。這2種突變都破壞了甘氨酸環(huán)，可能通過破壞谷氨酰胺轉(zhuǎn)胺酶介導(dǎo)的其與自身或其他CE成分的交聯(lián)能力或者通過使其結(jié)構(gòu)僵化，削弱其靈活性而破壞包膜的作用；突變也可能導(dǎo)致C端肽中富含精氨酸的序列中引入潛在的核靶向基序，這種序列的存在或可解釋顆粒細(xì)胞層中兜甲蛋白在核內(nèi)積累［27-28］。兜甲蛋白單體之間可以通過二硫鍵相互交聯(lián)，VS患者核內(nèi)除了異常兜甲蛋白，還有正常的兜甲蛋白，2種兜甲蛋白之間可以交聯(lián)，在核內(nèi)積累，會導(dǎo)致相對的兜甲蛋白缺乏，并進(jìn)一步導(dǎo)致有缺陷的CE 形成［29］。Ishida-Yamamoto 等［29］在一個日本VS 患者中發(fā)現(xiàn)了LOR第709 位后面插入了一個C 殘基，突變導(dǎo)致移碼使C端的91個氨基酸變成了錯義氨基酸，錯義氨基酸清除了約1/3參與異二肽交聯(lián)形成的谷氨酰胺和賴氨酸殘基；兜甲蛋白和其他角化細(xì)胞包膜蛋白之間的分子間交聯(lián)的相對數(shù)量被突變破壞。LOR存在p.Ser266Gly 突變的患者既有先天性感音性耳聾［6］，也伴有魚鱗病。該突變在既往插入突變高發(fā)區(qū)的肽鏈的C 末端，該區(qū)可能是LOR重要的功能區(qū)，突變使絲氨酸轉(zhuǎn)變?yōu)楦拾彼?，甘氨酸較絲氨酸在結(jié)構(gòu)上少一個醛基結(jié)構(gòu)，突變可能影響到蛋白質(zhì)的空間構(gòu)象，從而引起功能的改變。但絲氨酸和甘氨酸性質(zhì)基本相同，而且引起耳聾的原因尚未明確，可能還存在其他的致病基因，需要進(jìn)一步進(jìn)行功能方面的實(shí)驗(yàn)深入探討。

LOR突變多為插入突變，位于LOR的C 端結(jié)構(gòu)域，影響甘氨酸環(huán)，破壞兜甲蛋白的細(xì)胞定位和交聯(lián)作用。Yoneda 等［30］發(fā)現(xiàn)，表皮生長因子受體（epithelial growth factor receptor， VEGF）、血管內(nèi)皮生長因子受體2（vascular endothelial growth factor receptor 2， VEGFR2）和信號傳導(dǎo)與轉(zhuǎn)錄激活因子3（signal transducer and activator of transcription 3，STAT3）在LOR突變的細(xì)胞中均發(fā)生磷酸化，STAT3蛋白在突變體細(xì)胞中與VEGF 啟動子結(jié)合，提示在loricrin 角化病細(xì)胞模型中，VEGF 的釋放和隨后VEGFR2的激活將LOR突變與細(xì)胞的快速增殖聯(lián)系起來。這些分子在上述GJB2突變導(dǎo)致的VS中也出現(xiàn)了異常，可能是不同VS的共同致病通路。

3 總結(jié)與展望

VS具有臨床和遺傳異質(zhì)性，不僅編碼不同的基因突變表型存在差異，編碼相同的GJB2突變產(chǎn)生的表型也存在差異，如p.Gly59Ser突變體引起的VS可同時伴有魚鱗病和遺傳性耳聾，而p.Asp66His突變體引起的VS僅伴有耳聾，差異的原因尚不清楚。經(jīng)典VS和變異型VS都存在致病基因編碼蛋白質(zhì)的錯誤定位［30］，可能會引起縫隙連接的形成，進(jìn)而影響信號分子的傳導(dǎo)。值得注意的是，郭可盈等［8］通過基因芯片發(fā)現(xiàn)了經(jīng)典VS 中JNK/AP-1 通路的異常。AP-1 因子參與調(diào)控角質(zhì)形成細(xì)胞的增殖、分化、凋亡和轉(zhuǎn)化，AP-1 信號分子的改變可能是多種類型角化病的共同通路。在無LOR遺傳背景下，抑制AP-1（c-Jun）功能的小鼠會出現(xiàn)變異型VS 表型［31］；小鼠表皮AP-1（c-Jun 和JunB）的抑制導(dǎo)致銀屑病樣異常，包括關(guān)節(jié)炎癥，角化過度、角化不全與T細(xì)胞和中性粒細(xì)胞浸潤［32］；Tang等［33］發(fā)現(xiàn)，在過表達(dá)連接蛋白31導(dǎo)致的角質(zhì)形成細(xì)胞過度增生、角化不全、角化過度、淋巴細(xì)胞浸潤的家族性變異型紅皮角化病中c-Fos/JunB 表達(dá)增加，AP-1 抑制劑的使用使表型得到了改善。但是該信號通路在VS中的作用知之甚少，具體機(jī)制需進(jìn)一步研究。對于變異型VS，LOR的多態(tài)性或者存在不同的修飾基因，影響了VS 的發(fā)病機(jī)制和表型。Yoneda 等［30］發(fā)現(xiàn)的VEGF、VEGFR2和STAT3分子的異常與角質(zhì)形成細(xì)胞異常增殖可為研究VS的致病機(jī)制提供思路。病情嚴(yán)重時可致殘致畸，危害患者生活，當(dāng)下基因治療還處于起步階段，基礎(chǔ)研究與臨床使用還有很大的距離，分子遺傳學(xué)研究疾病的發(fā)病機(jī)制將為其治療提供新的思路，隨著研究的深入，相信將來會使患者獲得更大的受益。

利益沖突所有作者均聲明不存在利益沖突