先天性常染色體隱性遺傳性魚鱗病基因與表型研究進(jìn)展

孫 喆 吳 哲 姚志榮

1上海交通大學(xué)醫(yī)學(xué)院附屬新華醫(yī)院皮膚科,上海,200092;2上海交通大學(xué)醫(yī)學(xué)院附屬皮膚病研究所,上海,200092;3上海市兒童醫(yī)院,上海交通大學(xué)醫(yī)學(xué)院附屬兒童醫(yī)院皮膚科,上海,200062

先天性魚鱗病是一組罕見的遺傳性角化異常性疾病,表皮異常分化和脫屑導(dǎo)致皮膚屏障缺陷,大部分在出生時(shí)或新生兒期即出現(xiàn)。依據(jù)不同的遺傳方式以及臨床表型,分為常染色體顯性魚鱗病、常染色體半顯性遺傳魚鱗病、X連鎖隱性魚鱗病、常染色體隱性先天性魚鱗病。先天性常染色體隱性遺傳性魚鱗病(autosomal recessive congenital ichthyosis,ARCI)表現(xiàn)為全身鱗屑和不同程度的紅斑,主要分為板層狀魚鱗病(lamellar ichthyosis,LI)、先天性魚鱗病樣紅皮病(congenital ichthyosiform erythroderma,CIE)、丑角樣魚鱗病(harlequin ichthyosis,HI)三種亞型［1］。

ARCI與以下基因變異相關(guān):ABCA12［2］、ALOX12［3］、ALOXE3［4］、CASP14［5］、CERS3［6］、CYP4F22［7］、NIPAL4［8］、TGM1［9］、PNPLA1［10］、SDR9C7［11］、LIPN［12］、SLC27A4［1］、SULT2B1［13］等。這些基因突變的致病機(jī)制與參與表皮角質(zhì)層包膜形成的脂質(zhì)代謝和轉(zhuǎn)運(yùn)功能信號(hào)通路相關(guān)。其中TGM1突變占ARCI病例的30%～50%,ALOXE3和ALOX12共占20%～30%,NIPAL4和CYP4F22分別占10%,ABCA12占5%,而其他基因占比則更少,但仍有18%左右的患者未發(fā)現(xiàn)基因變異［13］。

本文匯總了最新發(fā)現(xiàn)的ARCI致病基因,結(jié)合其臨床表型及病理,系統(tǒng)闡述ARCI相關(guān)基因突變和臨床治療的最新研究進(jìn)展。

1 ARCI突變基因與表型相關(guān)性分析

本文將ARCI的病因機(jī)制與臨床表型通過不同突變基因進(jìn)行分類,一一闡述不同突變基因存在的致病機(jī)制以及臨床特點(diǎn)和嚴(yán)重程度。

1.1 TGM1 轉(zhuǎn)谷氨酰胺酶1(transglutaminase 1,TGM1)是形成角質(zhì)細(xì)胞包膜(cornified envelope,CE)的關(guān)鍵酶,參與皮膚機(jī)械屏障形成,具有減少經(jīng)皮水分流失(transepidermal water loss,TEWL)和抗感染作用［14］。TGM1蛋白錨定在角質(zhì)形成細(xì)胞的內(nèi)質(zhì)膜上,通過長鏈u-羥基神經(jīng)酰胺連接外披蛋白,穩(wěn)定細(xì)胞的脂質(zhì)薄層結(jié)構(gòu)。

TGM1基因位于染色體14q11.2,包含15個(gè)外顯子。基因突變的患者表現(xiàn)為輕癥的板層狀魚鱗病或自愈性火棉膠嬰兒(self-healing collodion baby,SHCB)。患者出生時(shí)具有明顯的瞼外翻,全身如同包裹在緊密閃亮的火棉膠膜,幾周內(nèi)火棉膠膜脫落后出現(xiàn)深灰色或褐色板狀鱗片。目前尚未發(fā)現(xiàn)TGM1突變與ARCI嚴(yán)重程度的相關(guān)性。若TGM1突變?yōu)榫彼釟埢腷-桶狀結(jié)構(gòu)域發(fā)生錯(cuò)義突變［15］,則這一類預(yù)后較好,因?yàn)樵摻Y(jié)構(gòu)域可以提高酶活性,但對(duì)TGM1酶的功能發(fā)揮并非必需。

1.2 ABCA12 ARCI亞型丑角樣魚鱗病(harlequin ichthyosis,HI)是由于角質(zhì)形成細(xì)胞脂質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白ATP結(jié)合盒亞家族A成員12(ATP-binding cassette subfamily A member 12,ABCA12)功能缺陷,ABCA12蛋白功能異常導(dǎo)致上表皮的角質(zhì)形成細(xì)胞中層狀顆粒脂質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)功能被破壞。ABCA12致病變異包括HI,CIE和LI。純合或復(fù)合雜合錯(cuò)義ABCA12突變與L1和CIE臨床表型相關(guān),而與HI相關(guān)的致病變體是純合或復(fù)合雜合無義突變和移碼突變［2］。其中HI患者最為嚴(yán)重,出生具有嚴(yán)重的瞼和唇外翻、耳朵扁平以及全身大片肥厚、呈不透明盔甲樣膜樣板狀鱗片［16］。這些患者易出現(xiàn)手指屈曲畸形,呈“長手掌/短手指”外觀,并伴有牙髓脫落、禿發(fā)和關(guān)節(jié)疼痛［2］。

Yanagi等［17］在ABCA12缺陷小鼠模型上使用添加了ABCA12蛋白的皮膚移植物,發(fā)現(xiàn)ABCA12基因缺陷小鼠角質(zhì)形成細(xì)胞功能恢復(fù)良好,屏障功能障礙所致的TEWL明顯減少,含有ABCA12蛋白的角質(zhì)形成細(xì)胞原代培養(yǎng)物改善了異常神經(jīng)酰胺分布,恢復(fù)絲聚蛋白原/絲聚蛋白轉(zhuǎn)化和角質(zhì)形成細(xì)胞正常分化。這提示了改善角質(zhì)形成細(xì)胞的分化缺陷是治療ARCI的一個(gè)新方向。

1.3 ALOXE3和ALOX12B 脂氧合酶基因ALOXE3和ALOX12B位于染色體17p3.1,分別編碼脂氧合酶-3(epidermal lipoxygenase-3,eLOX-3)和12(R)-脂氧合酶(12R-lipoxygenase,12R-LOX),eLOX-3和12R-LOX參與催化神經(jīng)酰胺中亞油酸酯部分的氧合,通過v-羥基神經(jīng)酰胺與角質(zhì)化細(xì)胞包膜蛋白質(zhì)的共價(jià)連接形成角質(zhì)細(xì)胞脂質(zhì)包膜。Krieg等［18］發(fā)現(xiàn)ALOXE3敲除的小鼠脂氧合酶-3功能缺失,致使皮膚屏障受損。

與TGM1突變患者相似,ALOXE3和ALOX12B突變的患者伴有圍生期全身火棉膠膜樣皮損,通常為輕中度紅斑伴有細(xì)小白色針狀非粘連鱗屑,但其臨床表現(xiàn)較輕且有一定自愈傾向。部分患者同時(shí)可伴黃色掌跖角化病、甲溝變形和假性杵狀指［19］。

1.4 SDR9C7 短鏈脫氫酶/還原酶家族(short chain dehydrogenase/reductase family 9C member 7,SDR9C7)也是ARCI致病基因之一,位于染色體12q13.3。有研究發(fā)現(xiàn)SDR9C7突變患者中TEWL明顯上升,角質(zhì)層中細(xì)胞滲透途徑異常［20］。在正常皮膚中,SDR9C7蛋白在表皮的角質(zhì)層和顆粒層中分布均一,而患者表皮中顆粒層明顯增厚,表皮上的外披蛋白和絲聚蛋白表達(dá)升高,角質(zhì)層中蛋白表達(dá)明顯減少。此外,SDR9C7還參與了視黃醛轉(zhuǎn)化為視黃醇的過程,起到酶催化作用,有助于表皮分化中維生素A的代謝［21］。

SDR9C7突變的ARCI患者屬于輕癥,表現(xiàn)為軀干為主的紅皮病變,附著半粘性灰白色鱗屑,同時(shí)累及多甲的甲剝離(類似于病毒感染后的甲剝離),患者出生便具有肘部和膝部角化過度,而掌跖角化和脫發(fā)較為少見［20］。出生時(shí)癥狀最重,隨年齡增長而逐漸緩解,25%～30%的患者出生后面部和頭皮受累［22］。同時(shí)還伴有皮膚真菌的感染,使用特比萘芬和伊曲康唑治療有效,但由于皮膚屏障功能受損,停藥后復(fù)發(fā)可能性大。

1.5 SULT2B1 羥基類固醇硫酸基轉(zhuǎn)移酶(hydroxysteroid sulfotransferase 2B1,SULT2B1)是細(xì)胞溶質(zhì)磺基轉(zhuǎn)移酶超家族成員,參與人體內(nèi)類固醇合成和代謝［13］。它有兩個(gè)亞型:SULT2B1a和SULT2B1b,兩者在5’端有23個(gè)氨基酸的不同。其中 SULT2B1b在人類表皮上膽固醇代謝和和表皮的增殖分化中起到了重要的作用,維系了表皮的屏障功能。

SULT2B1突變干擾表皮分化,使膽固醇硫酸化受阻以及膽固醇異常聚集,導(dǎo)致代償性角化過度。通過與末端分化標(biāo)記物絲聚蛋白共染色定位,顯示在顆粒層-角質(zhì)層連接處有SULT2B1表達(dá),并參與晚期角質(zhì)形成細(xì)胞分化和維系表皮內(nèi)穩(wěn)態(tài)的功能。通過與細(xì)胞骨架標(biāo)記微管蛋白共染色的免疫熒光顯示SULT2B1存在于已分化的角質(zhì)形成細(xì)胞胞質(zhì)中并與細(xì)胞骨架的連接［23］。

SULT2B1突變患者在臨床上缺乏特異性,以火棉膠嬰兒為主要表現(xiàn),可伴有瘙癢以及皮島的出現(xiàn)［13］。

1.6 NIPAL4 由NIPAL4編碼的含NIPA樣結(jié)構(gòu)域4(NIPA-like domain containing 4)缺陷與LI或CIE表型相關(guān)［24］。 NIPAL4編碼的蛋白具有多個(gè)跨膜結(jié)構(gòu)域,屬于新型蛋白質(zhì)家族。脂肪酸轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白4(fatty acid transport protein 4,FATP4)、NIPAL4和TGase-1在脂質(zhì)加工中相互作用可維持表皮屏障功能,NIPAL4在皮膚中表達(dá)最高,可促進(jìn)ATP4的Mg2+轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白作用,有助于長鏈脂肪酸的攝?。?5］。

通過對(duì)NIPAL4突變患者的臨床特征的回顧性評(píng)估,發(fā)現(xiàn)這類患者無汗的特點(diǎn)［8］,并常伴有紅斑、掌跖角化病,好發(fā)于頸部和皮膚皺褶處,面部不受影響,部分存在瞼外翻和唇外翻或指甲異常。日本學(xué)者研究了患者皮膚的mRNA表達(dá)譜,推測(cè)IL-17和IL-36家族細(xì)胞因子參與了NIPAL4突變導(dǎo)致的ARCI,這類患者血液中的IL-17和IL-36表達(dá)水平升高,導(dǎo)致棘層及顆粒層中?；窠?jīng)酰胺的減少。通過口服類維生素A增加?；窠?jīng)酰胺含量,可改善NIPAL4突變的ARCI皮膚癥狀［26］。目前尚未發(fā)現(xiàn)有該基因突變的患者其他系統(tǒng)受累的病例。還有報(bào)道NIPAL4突變所致的FATP4蛋白表達(dá)異常導(dǎo)致魚鱗病性早熟綜合癥［27］。

1.7 CYP4F22 CYP4F22(cytochrome P450, family 4, subfamily F, polypeptide 22)屬于細(xì)胞色素-P450家族4,編碼表皮ω-羥化酶,參與表皮中ω-羥基神經(jīng)酰胺合成,在脂代謝中具有活性,保護(hù)皮膚屏障功能［28］。突變患者表型相對(duì)溫和,火棉膠膜較為常見。這類患者出生時(shí)表現(xiàn)為典型紅皮病伴灰白鱗屑樣皮損,并有火山灰膜和關(guān)節(jié)攣縮特征,皮膚張力高［29］。由于攣縮會(huì)影響關(guān)節(jié)活動(dòng)能力和靈活性,因此盡早開始物理康復(fù)治療對(duì)患者非常重要［30］。

CYP4F22的錯(cuò)義突變最為常見［4］?；颊吲R床表現(xiàn)個(gè)體差異性較大,以典型火棉膠嬰兒為特點(diǎn)的患者預(yù)后較差,其原因尚不清楚。一些患者具有明顯苔蘚化的彌漫性掌跖角化病,而其他患者僅表現(xiàn)掌足部位線紋過多［31-33］。

CYP4F22突變伴發(fā)皮膚腫瘤的概率高［7］。有報(bào)道發(fā)現(xiàn)兩例有先天性魚鱗狀紅皮病病史的患者腿部和手臂上有異常的紅斑性丘疹,其中一例患者11歲起出現(xiàn)多發(fā)角化棘皮瘤,腿部皮損被診斷為高分化鱗狀細(xì)胞癌;另一患者內(nèi)眥患有結(jié)節(jié)型基底細(xì)胞癌及全身多發(fā)上皮瘤樣角化癌前病變。目前尚不清楚紅斑丘疹是否是CYP4F22突變患者發(fā)生皮膚腫瘤的先兆,但已知ARCI伴發(fā)皮膚腫瘤的病例并不少見,應(yīng)引起警惕。

1.8 PNPLA1 PNPLA1(patatin-like phospholipase domain-containing protein-1)參與表皮ω-O-?；窠?jīng)酰胺合成和皮膚屏障中甘油磷脂代謝,位于脂質(zhì)液滴表面［34］。3%的ARCI患者鑒定出存在PNPLA1突變。大多數(shù)具有雙等位基因PNPLA1突變患者出生時(shí)具有火棉膠嬰兒特點(diǎn),隨著年齡的增長有一定緩解,成年后表現(xiàn)出泛發(fā)性細(xì)薄層魚鱗狀鱗屑,伴有白或棕褐色鱗片,輕或中度紅皮病皮損,同時(shí)伴不同程度的瞼外翻和耳廓畸形。這些患者皮膚屏障功能紊亂,易患皮膚癬菌病或念珠菌病等感染性疾病,或伴血清IgE水平升高的特應(yīng)性皮炎［35］。Li等［34］報(bào)道了一例PNPLA1的第5外顯子上攜帶新的純合子缺失突變c.733_735delTAC(p.Tyr245del),具有紅斑、發(fā)白和淡褐色鱗片的臨床特征,并伴有瘙癢、掌跖角皮病、甲營養(yǎng)不良。目前仍尚未明確PNPLA1基因型和表型之間的明確關(guān)聯(lián)。

1.9 其他基因 除了上述基因突變與ARCI有關(guān),還發(fā)現(xiàn)了一些少見的基因突變。

神經(jīng)酰胺合成酶3(ceramide synthase,CERS3)突變影響了具有超長鏈?；糠值纳窠?jīng)酰胺合成,促成魚鱗病樣皮損形成［36,37］。根據(jù)皮膚病理和患者原代角質(zhì)形成細(xì)胞的功能分析,2017年一項(xiàng)針對(duì)6個(gè)CERS3突變的ARCI患者家系研究中發(fā)現(xiàn),先證者出生時(shí)呈現(xiàn)火棉膠膜樣伴大片鱗片脫落、肢端早老癥、掌跖線紋過多以及瞼外翻。病理表現(xiàn)為典型ARCI特點(diǎn):表皮角化過度,局灶性顆粒層增厚和棘皮樣皮損表現(xiàn)。另有病例報(bào)道在4例CERS3突變患者出現(xiàn)了無汗和熱不耐受［6］。

含半胱氨酸的天冬氨酸蛋白水解酶(Caspase 14,CASP14)屬于半胱氨酸蛋白酶家族,僅限于表皮的基底上層以及毛囊處表達(dá)分布,參與角質(zhì)形成細(xì)胞的分化和角質(zhì)化,可以將絲聚蛋白前體和絲聚蛋白單體降解為天然保濕因子［38,39］。CASP14缺乏的表皮水合水平降低,TEWL增加［40］。同時(shí)CASP14可以激活表皮的胰蛋白酶,參與鞘脂激活蛋白A(saposin A)的產(chǎn)生,這對(duì)正常的皮膚屏障的維持相當(dāng)重要［41］。

另一致病基因人長鏈脂肪酸轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白4(Human Long-chain fatty acid transport protein 4,SLC27A4)參與FATP4蛋白翻譯和脂肪酸轉(zhuǎn)運(yùn),在魚鱗病早產(chǎn)綜合征曾被報(bào)道［42］。FATP4蛋白定位于內(nèi)質(zhì)網(wǎng),幫助外源性脂肪酸攝入細(xì)胞,協(xié)同對(duì)長鏈脂肪酸和超長鏈脂肪酸的攝取,酶的活性主要依賴于鎂和ATP,參與?；窠?jīng)酰胺構(gòu)成,維系皮膚水屏障結(jié)構(gòu)。

在晚發(fā)型LI患者中還發(fā)現(xiàn)有LIPN突變,LIPN編碼脂肪酶N(Lipase N)［43］。盡管LIPN的功能尚未闡明,但人們推測(cè)它在人角質(zhì)形成細(xì)胞分化中發(fā)揮作用。

2 小結(jié)

綜上所述,不同ARCI致病變異基因可能存在不同的致病機(jī)制以及臨床特點(diǎn)和嚴(yán)重程度。隨著基因檢測(cè)方法發(fā)展,ARCI的突變檢測(cè)手段愈發(fā)完善。明確突變位點(diǎn)有助于明確臨床診斷及治療,改善患者預(yù)后。

近年來,由于ARCI的基因篩查技術(shù)逐漸完善,基于基因突變的靶向治療逐漸應(yīng)用于臨床。Aufenvenne發(fā)現(xiàn)通過彌補(bǔ)突變基因表達(dá)的蛋白缺陷可恢復(fù)突變基因的功能,修護(hù)皮膚屏障從而改善癥狀,并嘗試了對(duì)TGM1突變的ARCI患者實(shí)行酶替代療法［14］,證明使用脂質(zhì)體包封的重組人TGM1制劑局部治療于皮損可恢復(fù)表皮上層的酶活性,維系了表皮完整性和恢復(fù)屏障功能。還有研究發(fā)現(xiàn)NIPAL4雜合突變的CIE亞型患者具有IL-17顯性特點(diǎn),使用優(yōu)特克單抗(ustekinumab)可以改善患者皮損［44］。雖然目前研究仍然處于起步階段,但隨著對(duì)于突變基因致病機(jī)制的深入挖掘,靶向治療結(jié)合局部對(duì)癥治療更有利于改善ARCI皮損,修復(fù)皮膚屏障功能。

本綜述將最新發(fā)現(xiàn)的ARCI突變基因與臨床特異性表型和治療進(jìn)行資料的收集及匯總,希望能夠給予未來有關(guān)ARCI的致病機(jī)制和診療方法提供思路。