Axenfeld-Rieger綜合征臨床特征及遺傳變異相關(guān)研究

王琦 綜述 邵正波 原慧萍 審校

哈爾濱醫(yī)科大學(xué)附屬第二醫(yī)院眼科 哈爾濱醫(yī)科大學(xué)心肌缺血教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,哈爾濱 150086

Axenfeld-Rieger綜合征(Axenfeld-Rieger syndrome,ARS)是一組累及雙眼的、可伴有全身多部位發(fā)育異常的常染色體顯性遺傳病,外顯率接近100%。該病眼部的特征改變首次記載于1883年,后經(jīng)Axenfeld正式命名為Axenfled異常,其特點(diǎn)為虹膜附著于突出、前移的Schwalbe線,即角膜后胚胎環(huán);伴有虹膜發(fā)育不良、瞳孔偏位或多瞳孔者為Rieger異常;同時出現(xiàn)眼外其他部位發(fā)育缺陷的即為Rieger綜合征[1]。因上述臨床表現(xiàn)相互重疊且傳統(tǒng)分類難以適用于所有情況,同時為提示醫(yī)生關(guān)注患者其他眼部和全身體征,將該疾病統(tǒng)稱為ARS[2]。作為一種罕見的發(fā)育相關(guān)遺傳病,ARS在多種族中均有報道,發(fā)病率為5萬～10萬分之一[3],且臨床表現(xiàn)復(fù)雜,具有表型異質(zhì)性和遺傳異質(zhì)性,為臨床診斷及致病機(jī)制的研究帶來極大困難。本文將對ARS臨床特征、相關(guān)基因、基因與臨床表型的關(guān)系、基因功能研究現(xiàn)狀等進(jìn)行綜述,以期提高臨床對ARS的認(rèn)識。

1 ARS的臨床特征

1.1 眼部特征

ARS在眼部主要累及角膜、虹膜、房角(圖1A),這些部位的發(fā)育異常使ARS患者具有較高的青光眼患病風(fēng)險,可高達(dá)50%以上[5],部分患者的眼部異常表現(xiàn)會隨生長發(fā)育而改變[2]。

圖1 ARS臨床特征 A:裂隙燈顯微鏡下可見瞳孔變形和偏位、多瞳孔、虹膜發(fā)育不良伴括約肌突出、角膜后胚胎環(huán)(黑色箭頭) B:虹膜前粘連 C:腹部照片顯示臍部皮膚突出 D:牙齒發(fā)育異常,如牙缺失、釘形牙 E:面部畸形如上頜骨發(fā)育不全伴面中部扁平[4]

1.1.1角膜后胚胎環(huán) 角膜后胚胎環(huán)作為ARS患者典型特征,裂隙燈顯微鏡下表現(xiàn)為角膜后近角膜緣處白線結(jié)構(gòu),即增粗、前移的Schwalbe線,通常位于眼部顳側(cè)或鼻側(cè),但其長短、粗細(xì)各不相同,少數(shù)患者可達(dá)全周,偶見Schwalbe線懸浮于前房[6]。病理學(xué)研究顯示這種粗大移位的Schwalbe線由致密的膠原蛋白和基質(zhì)構(gòu)成,并被角膜后彈力層樣膜組織覆蓋[2]。個別ARS患者不具有角膜后胚胎環(huán),而且約6.8%的非ARS眼科門診患者也存在后胚胎環(huán)[2,7]。

1.1.2虹膜異常 虹膜體征主要為發(fā)育不良、瞳孔偏位、多瞳以及虹膜周邊前粘連。虹膜發(fā)育不良在ARS患者中很常見,多呈局灶性或彌漫性基質(zhì)萎縮,嚴(yán)重者虹膜基質(zhì)完全缺失,也可出現(xiàn)括約肌突出、虹膜顏色呈巧克力棕色或土灰色改變[8-9]。ARS患者所表現(xiàn)的多瞳孔是由虹膜局部區(qū)域全層缺失所致。虹膜周邊前粘連的情況也不盡相同,粘連部位多位于Schwalbe線,少數(shù)為Schwalbe線前方角膜或小梁網(wǎng);周邊虹膜粘連形式上可以呈現(xiàn)單一束狀附著,也可呈花瓣狀附著于某個象限甚至全周,但粘連范圍與青光眼發(fā)生無明顯相關(guān)性[2]。

1.1.3青光眼 ARS患者眼壓升高可以發(fā)生在出生時和出生后的任何時間,主要起病于青少年時期或成年早期,青光眼的患病風(fēng)險與眼部表型嚴(yán)重程度尚無明確關(guān)聯(lián);組織病理學(xué)研究發(fā)現(xiàn)ARS患者存在房水引流途徑結(jié)構(gòu)異常,如小梁網(wǎng)結(jié)構(gòu)致密、小梁間隙明顯變薄或缺失,缺少發(fā)育正常的Schlemm管[2,10],因此房水流出結(jié)構(gòu)發(fā)育阻滯是ARS伴發(fā)青光眼的可能機(jī)制之一。在嬰兒期或兒童早期即出現(xiàn)眼壓升高的患者也會伴有眼瞼痙攣、角膜擴(kuò)張、角膜混濁等癥狀[11],需要與原發(fā)性嬰幼兒型青光眼相鑒別。

1.1.4其他 ARS患者雖呈雙眼發(fā)病,但嚴(yán)重程度不一,極少數(shù)患者具有雙眼不對稱的表型。Law等[12]報道一例ARS患兒右眼瞳孔偏位、雙瞳孔,左眼虹膜幾乎全部缺失,經(jīng)房角檢查發(fā)現(xiàn)雙眼存在虹膜前粘連、左眼房角接近全部閉合。國內(nèi)外均有發(fā)現(xiàn)ARS患者伴有斜視、視網(wǎng)膜脫離、白內(nèi)障等情況,個別ARS患者出現(xiàn)球形晶狀體、晶狀體異位[2,13-17],但因病例少,上述異常表型形成的機(jī)制尚不明確,故尚不能作為ARS的典型臨床特征。查明這類患者的遺傳變異、破解這些伴隨癥狀的潛在機(jī)制可為深入理解眼部發(fā)育的調(diào)控機(jī)制提供新的角度。

1.2 眼外其他器官發(fā)育異常

ARS眼外其他系統(tǒng)的發(fā)育缺陷主要表現(xiàn)在顱面部、牙齒、腹部的異常(圖1)。面部特征主要為器官過距、內(nèi)眥間距過寬、前額突出、鼻根平而寬、上頜骨或下頜骨短、上唇薄而下唇厚;也可出現(xiàn)牙齒發(fā)育不良、小牙、釘形牙、先天性缺牙或無牙。患者可以具有上述顱面部表現(xiàn)的一種或幾種,且嚴(yán)重程度不一。肚臍凹陷處皮膚突出或增生是ARS常見的軀體發(fā)育異常,個別患者臍部皮膚可突出于腹壁平面,極少的患者可能在出生時死于臍膨出或腹壁關(guān)閉失敗[12,18]。值得注意的是上述發(fā)育缺陷并非ARS獨(dú)有,Walter等[19]發(fā)現(xiàn)診斷為房角發(fā)育異常(iridogoniodysgenesis,IGD)的患者也可伴有相似的上頜骨發(fā)育不良、臍部皮膚突出等,因此是否具有ARS樣角膜后胚胎環(huán)和虹膜前粘連成為鑒別ARS和IGD的關(guān)鍵點(diǎn)。

心臟發(fā)育缺陷和聽力下降也可見于ARS患者,其中心臟異常表現(xiàn)為二尖瓣發(fā)育不良、脫垂、反流或狹窄,房間隔缺損及房顫等[20-23]。也有個別報道ARS患者出現(xiàn)垂體功能異常、精神發(fā)育遲滯、甲狀腺功能異常、腦積水、蛛網(wǎng)膜囊腫、肛門閉鎖以及男性患者的尿道下裂等[9,24-28]。目前無法明確上述異常是ARS相關(guān)表現(xiàn)還是與ARS并存的其他發(fā)育缺陷,而針對ARS的治療主要依靠手術(shù),而患者這些其他的全身先天發(fā)育異常增加了手術(shù)的風(fēng)險。

2 ARS遺傳變異

ARS是神經(jīng)嵴細(xì)胞相關(guān)的眼前節(jié)發(fā)育異常[10],遺傳變異是探究ARS發(fā)病機(jī)制的重要切入點(diǎn)。比利時和荷蘭聯(lián)合進(jìn)行的一項(xiàng)針對80例ASD患者研究顯示,40%患者攜帶PITX2和FOXC1基因的遺傳變異[29]。美國一項(xiàng)研究中也發(fā)現(xiàn)38例ARS患者中24例攜帶PITX2或FOXC1基因變異[30]。由于ARS疾病罕見、具有遺傳異質(zhì)性、缺少大規(guī)模的人群研究,故而無法得知ARS相關(guān)致病基因的確切致病比例。

2.1 PITX2基因相關(guān)突變

PITX2基因?qū)儆诰幋aPaired-Bicoied同源盒結(jié)構(gòu)域(homeodomain,HD)蛋白家族的成員之一,其以不同轉(zhuǎn)錄形式表達(dá)于顱面部及垂體、心臟等多種器官[19],編碼的蛋白作為轉(zhuǎn)錄因子正向或負(fù)向調(diào)控目標(biāo)基因的轉(zhuǎn)錄[31]。PITX2基因上編碼HD的同源盒(homobox,HOX)區(qū)為ARS突變熱點(diǎn)區(qū),相關(guān)突變主要為基因內(nèi)的錯義或無義突變、堿基的刪除或插入、剪接突變,基因內(nèi)重復(fù)、PITX2基因調(diào)控區(qū)異常、涉及PITX2基因的染色體異常等也是ARS發(fā)病的遺傳因素[32-34]。

基因內(nèi)突變和基因刪除(單倍體劑量不足)在ARS相關(guān)PITX2基因突變中很常見,提示該基因表達(dá)量在發(fā)育中至關(guān)重要,并經(jīng)動物模型驗(yàn)證[20,35]。而基因內(nèi)突變的類型和所在位置與表型沒有明確的相關(guān)性,這可能與PITX2突變后殘留功能相關(guān)[3,36];其也可能是由于突變在不同程度上改變了PITX2蛋白DNA結(jié)合能力、轉(zhuǎn)錄激活能力[11,32,37],使得基因調(diào)控網(wǎng)絡(luò)失去平衡。一些PITX2基因突變也可能通過影響mRNA剪接進(jìn)而影響蛋白質(zhì)各級結(jié)構(gòu),從而造成功能異常[38]。

2.2 FOXC1基因相關(guān)突變

FOXC1基因編碼的蛋白作為叉頭轉(zhuǎn)錄因子之一,發(fā)揮調(diào)控間充質(zhì)干細(xì)胞遷移、分化等作用[19]。FOXC1蛋白上的叉頭結(jié)構(gòu)域可與靶基因DNA調(diào)控區(qū)結(jié)合,而編碼該重要部分的基因區(qū)是ARS相關(guān)錯義突變的主要發(fā)生位點(diǎn),其他FOXC1突變還有基因內(nèi)的片段重復(fù)、刪除或插入。與PITX2一樣,FOXC1基因表達(dá)量減少與ARS發(fā)病有關(guān),但基因重復(fù)較PITX2更為常見[4,39]。Berry等[40]研究發(fā)現(xiàn)PITX2蛋白與FOXC1蛋白在小鼠胚胎時期眼周組織共表達(dá);在COS-7細(xì)胞系中,PITX2A蛋白的HD區(qū)與FOXC1蛋白上轉(zhuǎn)錄激活相關(guān)的C-末端相互作用,進(jìn)而抑制FOXC1蛋白靶基因轉(zhuǎn)錄激活;而Hela細(xì)胞中ARS相關(guān)的PITX2突變可逆轉(zhuǎn)這種抑制作用。Acharya等[41]進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn),人小梁網(wǎng)(human trabecular meshwork,HTM)細(xì)胞中FOXC1蛋白的轉(zhuǎn)錄激活作用也受到PAWR蛋白的影響,而后者也可通過與PITX2蛋白相互作用抑制PITX2蛋白靶基因的激活,并協(xié)同F(xiàn)OXC2或FOXC1蛋白影響PITX2蛋白的轉(zhuǎn)錄活性。因此FOXC1基因劑量的異常、PITX2和FOXC1蛋白轉(zhuǎn)錄激活能力的調(diào)控失衡可能是ARS發(fā)病的機(jī)制所在,而深入研究其內(nèi)在調(diào)節(jié)機(jī)制、破解與表型連接的關(guān)鍵點(diǎn)或可為ARS治療提供靶點(diǎn)。

與PITX2突變相比,FOXC1突變患者的全身異常相對少見,以心臟異常和聽力下降者較多,眼部表型差異不大,但青光眼發(fā)病年齡更早[5,9,20,42]。在HTM細(xì)胞中,FOXC1蛋白通過調(diào)控?zé)嵝菘说鞍准易宄蓡THSPA6表達(dá)來發(fā)揮抗氧化應(yīng)激作用,而ARS相關(guān)突變在一定程度上削弱該保護(hù)作用[43]。當(dāng)斑馬魚FOXC1基因敲除時出現(xiàn)視網(wǎng)膜神經(jīng)節(jié)細(xì)胞層細(xì)胞變小和數(shù)量減小,這提示FOXC1與青光眼的形成及早發(fā)有關(guān)[44]。另外Walter等發(fā)現(xiàn)FOXC1突變攜帶者對常規(guī)降眼壓藥物反應(yīng)性差,認(rèn)為其可能與FOXC1參與調(diào)控前列腺素信號通路、遺傳變異導(dǎo)致FOXC1活性降低有關(guān)[5,45]。因此聯(lián)系基因型和表型的特殊性或許可為揭示ARS致病機(jī)制提供新思路。

2.3 其他ARS相關(guān)基因及染色體位點(diǎn)

Sibon等[46]通過連鎖分析和直接測序鎖定含有5例ARS患者的家系致病突變?yōu)镃OL4A1基因錯義點(diǎn)突變,但該家系患者除ARS典型特征外,還伴有腦白質(zhì)病變。另有研究報道COL4A1變異與ASD伴中樞神經(jīng)系統(tǒng)異常相關(guān),但目前對于COL4A1基因相關(guān)變異尚無診斷標(biāo)準(zhǔn)[47-48]。PRDM5是通過全外顯子測序技術(shù)發(fā)現(xiàn)的與ARS相關(guān)的新基因[49],其與PITX2同樣位于4號染色體長臂,也同為轉(zhuǎn)錄因子,但由于未對該P(yáng)RDM5變異進(jìn)行功能研究,其致病性與PITX2相關(guān)性尚不清楚。Riise等[50]通過PAX6基因熒光原位雜交(fluorescence in situ hybridization,FISH)發(fā)現(xiàn)一例ARS患兒體內(nèi)一條11號染色體p13區(qū)缺失,而PAX6基因包含其中,故認(rèn)為PAX6基因是ARS的致病基因之一。但Riise等[51]再次對該患兒進(jìn)行FISH和多重連接依賴式探針擴(kuò)增技術(shù)均無法再次驗(yàn)證11p13區(qū)缺失,推測此前使用的FISH探針與該區(qū)域雜交能力差;同時發(fā)現(xiàn)該患兒攜帶已報道PITX2基因c.253-11A>G突變。作為原發(fā)性先天性青光眼(primary congenital glaucoma,PCG)的致病基因,CYP1B1基因也見于ARS報道,且其中多數(shù)ARS患者攜帶與PCG患者相同的突變[52-53]。由于未進(jìn)行相關(guān)機(jī)制研究,故無法明確CYP1B1突變是ARS的病因,還是僅參與ARS患者青光眼的發(fā)生。其他與ARS相關(guān)的染色體位點(diǎn)包括6p25、13q14等,但至今尚未鎖定變異形式及致病基因[54-55]。

有研究發(fā)現(xiàn)PITX2基因周圍調(diào)控序列異常可通過影響PITX2表達(dá)而致ARS發(fā)生[56]。對比包含F(xiàn)OXC1的染色體區(qū)段大片段刪除的ARS病例,發(fā)現(xiàn)其表型的嚴(yán)重程度與刪除片段大小相關(guān),這提示FOXC1相鄰基因可能也參與ARS發(fā)病[20]。Mears等[54]通過連鎖分析鎖定一家系的ARS發(fā)病與FOXC1所在的6p25變異有關(guān),但并未篩查到FOXC1基因的任何異常,這提示FOXC1附近可能也存在FOXC1調(diào)控序列,進(jìn)而參與ARS發(fā)生,但目前尚未見相關(guān)研究。即使具有相同突變的同一家系患者,疾病所累及的組織結(jié)構(gòu)及嚴(yán)重程度也不盡相同。Hjalt等[18]推測可能由于患者突變基因下游靶基因或輔助因子的某種等位基因?qū)χ虏』蛲蛔儽憩F(xiàn)出敏感性差異,或突變基因內(nèi)存在尚未發(fā)現(xiàn)的調(diào)控區(qū)域變異。隨著高通量測序技術(shù)的不斷發(fā)展,外顯子測序及全基因組測序等二代測序技術(shù)的應(yīng)用可為發(fā)現(xiàn)PITX2、FOXC1基因外其他致病遺傳變異提供高效途徑,進(jìn)而加快推進(jìn)ARS發(fā)病機(jī)制、表型異質(zhì)性研究進(jìn)程。

3 總結(jié)與展望

ARS所具有的表型異質(zhì)性以及與其他神經(jīng)嵴細(xì)胞相關(guān)眼前節(jié)發(fā)育異常交集的眼部特征,為臨床診斷帶來一定困難,因此對于疑似ARS或其他神經(jīng)嵴細(xì)胞相關(guān)眼前節(jié)發(fā)育異常的患者,除詳盡的裂隙燈檢查、青光眼排查及家族史詢問外,還應(yīng)結(jié)合眼部超聲生物顯微鏡、眼前節(jié)光學(xué)相干斷層掃描、活體角膜激光共聚焦顯微鏡等輔助檢查結(jié)果以及全身系統(tǒng)表現(xiàn)。ARS的罕見性和遺傳異質(zhì)性使其分子遺傳學(xué)研究難度增加,聯(lián)合多地區(qū)眼科醫(yī)師進(jìn)行眼科罕見病和發(fā)育相關(guān)眼病的共同診療及多中心分子遺傳學(xué)合作研究,可加快推進(jìn)ARS等眼前節(jié)發(fā)育異常疾病發(fā)病機(jī)制的研究進(jìn)程,為眼相關(guān)遺傳病治療、產(chǎn)前診斷和遺傳咨詢提供重要的參考價值,推動兒童防盲治盲工作的進(jìn)一步完善和發(fā)展。

利益沖突所有作者均聲明不存在利益沖突