半面短小征遺傳學病因及臨床表現的研究進展

蔡天翼 綜述 柯榮湖 穆雄錚 審校

半面短小征是僅次于唇、腭裂的顱頜面常見的先天性畸形，發病率約1/5 500[1]，男性多見。1963年，Gorlin首次提出了半面短小征(Hemifacial microsomia，HFM)的概念[2]，也可稱為Goldenhar綜合征(Goldenhar syndrome，GS)、第一二腮弓綜合征(First and second brachial arch syndrome)、眼耳脊柱發育不良(Oculo-auriculo-vertebral dysplasia，OAVD)、眼耳脊柱譜(Oculo-auriculo-vertebral spectrum，OAVS)等，表現為眼球皮樣囊腫、耳前肉贅、面部不對稱和脊柱畸形。此外，還可累及其他器官或系統，包括骨骼、心血管、泌尿生殖和呼吸系統等[3]。

半面短小征病因復雜，發病方式以散發為主，但仍有常染色體顯性遺傳的家系被報道[4]。該病的病因及致病機制尚不明了。近年來，半面短小征在遺傳學方面的研究已取得進步，并逐步成為該領域的研究熱點之一。本文就半面短小征的遺傳學、基因學及臨床表現等方面進行綜述。

1 半面短小征的遺傳學病因研究

半面短小征多呈散發，但也可見于一些遺傳性家族中，且該病的臨床表型存在遺傳異質性[5]。目前，有報道認為該病呈常染色體顯性遺傳，但也有報道支持隱性遺傳[3-4]。致病基因或分子遺傳學機制尚未明了，以下是現已報道的與該病相關的染色體異常，以及潛在的致病位點或致病基因。

1.1 半面短小征的染色體異常

5號染色體缺失和易位:Wang等[6]在對1例半面短小征患者進行FISH分析時發現，在5p13.3區域有介于29.4 Mb到31.2 Mb大小的缺失，該缺失片段位于5p遠端，且為大片段缺失，較好地避開了染色體區域5p15.2，一種常見于貓叫綜合征(5p deletion syndrome)的染色體核型。Huang等[7]通過單核苷酸多態性微陣列掃描(SNP arrays)技術對1名患者進行研究發現，在5q13.2染色體區域有1 Mb和167 Kb兩個片段存在缺失，該缺失區域包含有兩個調控細胞凋亡的基因，即BIR1C和OCLN基因。有關這兩個基因與半面短小的相關性研究目前尚未見報道。除了缺失，5號染色體不平衡易位也見于半面短小征。Josifova等[8]在對一個家系中父親及其兩子女，共3例半面短小征的染色體分析發現，這些患者異常的染色體核型表現為46,XY,t(5;8)(p15.31;8p23.1)。由此認為，該家系的發病是由于t(5;8)(p15.31;p23.1)的不平衡易位所致，與5p15.31到5pter變為單體和8p23.2到8pter的三體密切相關。

14q32異常突變:Kelberman等[9]在對兩個半面短小征家系進行大范圍基因組篩選和遺傳連鎖分析(Linkage Analysis)發現，其中一個家系發病的基因位置靠近14q32，約10.7 cM的區域內，微衛星標記物D14S987和D14S65之間最大優勢比的對數值為3.00。認為14q32很可能與半面短小的發病有關。通過查詢位于該染色體區域內的基因譜，篩選出潛在致病基因GSC(goosecoid 138890)，該基因作為轉錄因子在腮弓胚胎形成過程中高表達，提示該基因在頜面部的發育過程中扮演重要角色。然而，在對120例散發病例進行該等位基因Southern印跡雜交(Southern blot)檢測，卻未發現編碼區域存在有任何突變。而Northup等[10]通過FISH技術發現，1名患者上述致病區域14q32未見異常，但該染色體出現新的異常，即q11.2與q22.3之間有臂間倒位，認為位于該區域的3個基因SIX1、SIX6及OTX2可能與此類疾病相關。最近，Gimelli等[11]在一對母女患者中發現，14q31.1與q31.3中間存在缺失，且呈現單倍劑量不足，可見染色體14q某些區域基因的缺失與半面短小的發病密切相關。

22q11缺失與拷貝數異常:22q11缺失是一種常見的遺傳性疾病，累及人體多個系統，最多見的表現為先天性心臟病。Derbent等[12]對30例先天性心臟病患者進行FISH分析發現，30%(9/30)患者出現22q11.2缺失，其中有1例患者伴發有眼耳脊柱發育不良。Xu等[13]通過細胞遺傳學和CGH技術，在1例Goldenhar綜合征患兒中發現，該染色體即22q11.2存在1段新的1.12 Mb長度的片段缺失。Digilio等[14]利用熒光原位雜交技術，在3例眼耳脊柱發育不良患者中均檢測到22q11.2微缺失。Quintero-Rivera等[15]對1例半面短小征患者進行染色體分析，檢測到22q11.1到11.21之間部分區域的缺失和重復突變。最近，還有研究報道了該區域的染色體拷貝數存在異常[16]。因此，22q11.2缺失和該染色體拷貝數異常在該病的診斷中可能具有重要作用。

1p22.2 -31.1缺失突變:Callier等[17]采用微陣列比較基因組雜交技術(Array-CGH)，對30例伴有智力發育遲滯和先天畸形的散發性半面短小病例進行染色體分析，發現1例患者染色體1p22.2-31.1存在缺失，該染色體異常通過熒光原位雜交技術(FISH)得到進一步證實。因此，染色體1p22.2-31.1的缺失可能與該病密切相關。

12p13缺失:Rooryck等[18]對1例伴發心臟傳導異常的半面短小征患者研究發現，該患者12p13.33染色體區域存在長度為2.3 Mb的新的片段缺失，并篩選出其區域內的可能致病基因即WNT5B和CACNA1C，而有關這兩個基因與半面短小的相關性研究目前尚未見報道。

1.2 半面短小征的致病基因

BAPX1基因:Fischer等[19]報道了1例半面短小征患者，該患者染色體t(4;8)易位，4號染色體的斷裂點長約74.6 kb，該斷裂區域恰好位于BAPX1基因，由此推斷該等位基因在顱面發生過程中起到重要作用。隨后，雖然在105個患者的基因研究中沒有發現BAPX1基因的突變，但在其中5個患者的成纖維細胞中發現有BAPX1等位基因的顯著差異表達，且這種表達差異還在兩個遺傳家系中得到證實。研究表明，組蛋白脫乙酰酶抑制劑可逆轉BAPX1基因的下調，并影響下游的edn1和wnt9a/frzb/fzd7a嗎啡啉突變體，最終導致下頜骨發育異常。因此，推斷BAPX1基因表達下調在半面短小征的發生中起到重要作用[20]。

GSC(goosecoid 138890)基因:除了BAPX1基因，另一同源異形盒基因即GSC基因正逐步成為一個被認可的潛在致病基因。自2001年Kelberman在1例半面短小征家系中發現了染色體14q32缺失，GSC基因越來越受關注。如前文所述，轉錄因子在腮弓胚胎形成過程中高表達。GSC基因敲除的雜合性小鼠表現為多發性的顱面部畸形，其中以頜面部、鰓弓以及外耳道發育不全等表型最為突出。因此，GSC基因可能成為半面短小的致病基因。除了GSC基因，染色體14q32區域還存在其他基因。潘博等[21]從7個相關基因中選出了vrk1(vaccinia related kinase 1)基因，該基因與細胞凋亡有關。通過聚合酶鏈反應和直接測序技術分析了第2、3號外顯子，但是沒有發現能改變蛋白功能的缺失突變，而只在先證者中發現了新的單核苷酸多態性(SNP)。

同源異形盒基因家族(homobox family):Msx基因在顱面部第一腮弓的外胚層-間葉的分化中發揮重要作用。Msx基因作為重要的促凋亡因子，可通過調節幾種胱門蛋白酶來誘導神經嵴細胞凋亡或程序性死亡[22]。對Msx基因敲除小鼠的研究發現，該基因對于誘導組織發生和正常的顱面肢體的發育具有重要作用，改變小鼠的Msx基因可導致第一腮弓及其衍生物的結構異常[23]。因此，Msx基因作為半面短小的候選基因，可能通過誘導胚胎期第一腮弓的分化影響頜面發育。

2 其它相關疾病的分子遺傳學病因研究

盡管半面短小征存在典型癥狀，但其表型呈多樣化，且與小耳畸形和Treacher Collins綜合征的表型都存在著不同程度的重疊。

小耳畸形:研究表明，診斷為小耳畸形的患者可伴發其他畸形，如面部不對稱、心臟畸形、小口畸形等。而幾乎所有半面短小征都伴有小耳畸形或者耳前肉贅，所以遇見這兩種疾病的重疊臨床表型時，會導致診斷困難。Tasse等[24]建議將單獨的小耳畸形或耳前畸形作為半面短小征的最小診斷標準，所以對小耳畸形的致病基因進行研究，將有助于探索半面短小征的遺傳學病因[25]。林琳等[26]對小耳畸形家系進行全基因組掃描和連鎖分析，通過精細定位排除了2號、12號、15號和16號染色體，并最終選出4號和11號染色體作為可能的致病染色體。根據染色體不同的作用，從靠近D4S419、D4S412和D11S4191區域內篩選出3個基因，分別為FGF3、FGFR3和HMX。然而，這些基因未見任何突變，僅能檢測出幾個新的單核苷酸多態性(SNP)。因此，這些基因是否是該病的候選基因，還有待于進一步證實。

Treacher Collins綜合征(Treacher Collins syndrome，TCS):一種常染色體顯性遺傳性疾病，其中有53%～93%的病例會被檢測出在TCOF1基因上有突變[27]。Thiel等[28-29]發現，在TCS患者中，有部分患者同時患有半面短小征，對這些患者的TCOF1基因上27個編碼外顯子和兩個額外外顯子6a和16a進行直接測序后發現，在第10、12、16號外顯子以及16a和21號內含子上有已在公共數據庫中被描述過的突變，而且大部分的突變是無義突變和移碼突變。Su等[30]通過對12名半面短小征患者進行基因測序發現，其中6位患者均在TCOF1基因的24號外顯子上發現有新的移碼突變(TCOF1 nt.4127 G mutation)，進一步提示TCOF1基因在該病遺傳學研究中的重要性。

盡管，有大量研究報道了諸多染色體變異或基因突變，但至今仍沒有一個確切的致病染色體或基因被證實，其中雖有一些染色體或基因受到重視，譬如14q22.3或22q11.2染色體的缺失，GSC基因、BAPX1基因及TCOF1基因，但半面短小征是以散發報道為主，所以，未來對于半面短小征的遺傳學探究不僅需要進一步對上述染色體或基因位點進行檢測研究，更需要收集更多擁有遺傳背景的患者家系，才可能最終確定出致病基因。

3 半面短小征的臨床表現

半面短小征的臨床表現復雜多樣，可涉及全身多個器官或系統。

3.1 半面短小征的典型臨床表現

參照常用的Rollnick診斷標準[31]，半面短小征的典型表現包括:先天性下頜骨發育不良、眼球皮樣囊腫、小耳畸形以及脊椎畸形。

下頜骨發育不良:單側下頜骨的發育不良是半面短小最基本的癥狀，嚴重程度不一，輕者僅表現為關節的輕微錯位，如患側髁突的發育不良；重者則出現單側髁突和/或下頜支不發育，甚至同側關節窩缺如等。其中，髁突不發育的發生率約50%～70%[32]。下頜骨體各個方向的縮小，可引起腭部的寬度受限，進而影響上頜骨的生長發育，最終導致咬牙合關系紊亂。此外，下頜骨的發育不良亦累及附著于其上的肌肉，導致其發育不良，包括咬肌、顳肌、翼內肌和翼外肌等。其中，最顯著的癥狀表現為大口畸形，即口角向患側外延1～2 cm[33]。

眼部畸形:半面短小征常見的眼部畸形為眼球皮樣囊腫和眼瞼裂，兩者的發病率分別為35%和10%，偶爾可伴發小眼畸形或無眼畸形[34]。

耳部畸形:半面短小征主要的耳部畸形是外耳畸形和中耳異常。對于前者，患者可出現小耳畸形以及從單純的發育不良到完全卷曲萎縮的外耳畸形，外耳畸形中25%的患者會伴發耳前肉贅；對于中耳異常，患者常表現為傳導性耳聾，發病率大約為30%～50%[35]。

脊柱畸形:主要表現為脊椎骨融合，發病率為40%～60%，常表現為枕骨和寰椎的融合，其次也可表現為相鄰兩個或多個頸椎部分或完全的融合。脊柱畸形也可表現為脊柱裂和肋骨的畸形[36]。

3.2 半面短小征的非典型臨床表現

鼻、咽、喉部:鼻翼軟骨發育不良或者鼻中隔軟骨贅生物、懸雍垂裂鼻咽管狹窄伴腺樣組織充填、喉軟骨軟化伴患側會厭肥大、患側舌肌不發育(為健側1/4長)等[37-38]。

眼部:兔眼、內眥贅皮、上眼瞼下垂、小角膜、前極性白內障、脈絡膜異常和淚管閉鎖等[39]。

耳部:外耳道膽脂瘤、持續性中耳炎、鰓裂囊腫和沿著耳前、下頜骨直至頸部皮膚異常的耳毛生長等[40]。

骨骼系統:錐形手指、腳趾畸形、脊柱側彎、先天性斜頸、短頸等[41]。

心血管系統:先天性心臟病可見于5%～58%的患者，主要有法洛氏四聯癥、室間隔缺損，也可見大血管轉位和主動脈弓畸形等異常。

呼吸系統:先天性肺發育不良。

泌尿生殖系統:直腸-陰道-尿道瘺、雙側腎臟轉位異常、尿道下裂、膀胱輸尿管反流、多囊腎、輸尿管腎盂閉鎖和肛門閉鎖等[42]。

中樞神經系統:面神經和三叉神經麻痹、感音神經性耳聾、額葉和頂葉的腦溝變寬、大腦鐮萎縮和鈣化和持續性透明隔空洞伴神經運動發育遲滯等[43]。

4 結語

半面短小征從最初被報道至今已60余年，臨床表型多樣，病變可累及幾乎全身所有的系統，而其診斷標準、病因、發病機制和遺傳模式均仍未明了。根據現有的散發病例和遺傳家系進行歸納研究后發現，約1%～2%的病例符合常染色體顯性遺傳的規律，具有不全的外顯率和遺傳異質性的特點。目前,對半面短小征的分子遺傳學研究成為現階段的重點，但關鍵性的致病染色體或基因尚無定論。在現已報道的相關異常染色體中，以14q22.3或22q11.2染色體的缺失備受關注。因此，聚焦于這些染色體區域的基因譜檢測，將為后續篩選半面短小征的致病基因奠定基礎。

[1]Grabb WC.The first and second branchial arch syndrome[J].Plast Reconstr Surg,1965,36(5):485-508.

[2]Gorlin RJ,Jue KL,Jacobsen U,et al.Oculoauriculovertebral dysplasia[J].J Pediatr,1963,63(5):991-999.

[3]Hartsfield JK.Review of the etiologic heterogeneity of the oculoauriculo-vertebral spectrum(Hemifacial Microsomia)[J].Orthod Craniofac Res,2007,10(3):121-128.

[4]Regenbogen L,Godel V,Goya V,et al.Further evidence for an autosomal dominant form of oculoauriculovertebral dysplasia[J].Clin Genet,1982,21(3):161-167.

[5]Cousley R,Naora H,Yokoyama M,et al.Validity of the HFM transgenic mouse as a model for hemifacial microsomia[J].Cleft Palate Craniofac J,2002,39(1):81-92.

[6]Wang JC,Khan A.Large distal 5p deletion with hemifacial microsomia and absence of cri-du-chat syndrome[J].Clin Dysmorphol,2010,19(1):38-39.

[7]Huang X,Xiao L,Li X,et al.Two neighboring microdeletions of 5q13.2 in a child with oculo-auriculo-vertebral spectrum[J].Eur J Med Genet,2010,53(3):153-158.

[8]Josifova DJ,Patton MA,Marks K.Oculoauriculovertebral spectrum phenotype caused by an unbalanced t(5;8)(p15.31;p23.1)rearrangement[J].Clin Dysmorphol,2004,13(3):151-153.

[9]Kelberman D,Tyson J,Chandler D,et al.Hemifacial microsomia:progress in understanding the genetic basis of a complex malformation syndrome[J].Hum Genet,2001,109(6):638-645.

[10]Northup JK,Matalon D,Hawkins JC,et al.Pericentric inversion,inv(14)(p11.2 q22.3),in a 9-month old with features of Goldenhar syndrome[J].Clin Dysmorphol,2010,19(4):185-189.

[11]Gimelli S,Cuoco C,Ronchetto P,et al.Interstitial deletion 14q31.1 q31.3 transmitted from a mother to her daughter,both with features of hemifacial microsomia[J].J Appl Genet,2013,54(3):361-365.

[12]Derbent M,Yilmaz Z,Baltaci V,et al.Chromosome 22q11.2 deletion and phenotypic features in 30 patients with conotruncal heart defects[J].Am J Med Genet Part A,2003,116(2):129-135.

[13]Xu J,Fan YS,Siu VM.A child with features of Goldenhar syndrome and a novel 1.12 Mb deletion in 22q11.2 by cytogenetics and oligonucleotide array CGH:is this a candidate region for the syndrome[J]?Am J Med Genet Part A,2008,146(14):1886-1889.

[14]Digilio MC,McDonald-McGinn DM,Heike C,et al.Three patients withoculo-auriculo-vertebralspectrumandmicrodeletion 22q11.2[J].Am J Med Genet Part A,2009,149(12):2860-2864.

[15]Quintero-Rivera F,Martinez-Agosto JA.Hemifacial microsomia in cat-eye syndrome:22q11.1-q11.21 as candidate loci for facial symmetry[J].Am J Med Genet Part A,2013,161(8):1985-1991.

[16]Tan TY,Collins A,James PA,et al.Phenotypic variability of distal 22q11.2 copy number abnormalities[J].Am J Med Genet Part A,2011,155(7):1623-1633.

[17]Callier P,Faivre L,Thauvin-Robinet C,et al.Array-CGH in a series of 30 patients with mental retardation,dysmorphic features,and congenital malformations detected an interstitial 1p22.2-p31.1 deletion in a patient with features overlapping the Goldenhar syndrome[J].Am J Med Genet Part A,2008,146(16):2109-2115.

[18]Rooryck C,Stef M,Burgelin I,et al.2.3 Mb terminal deletion in 12p13.33 associated with oculoauriculovertebral spectrum and evaluation of WNT5B as a candidate gene[J].Eur J Med Genet,2009,52(6):446-449.

[19]Fischer S,Lüdecke HJ,Wieczorek D,et al.Histone acetylation dependent allelic expression imbalance of BAPX1 in patients with the oculo-auriculo-vertebral spectrum[J].Hum Mol Genet,2006,15(4):581-587.

[20]Kamel G,Hoyos T,Rochard L,et al.Requirement for frzb and fzd7a in cranial neural crest convergence and extension mechanisms during zebrafish palate and jaw morphogenesis[J].Dev Biol,2013,381(2):423-433.

[21]潘博,林琳,蔣海越,等.2個第1、2腮弓綜合征家系的vrk1基因突變檢測[J].臨床耳鼻咽喉頭頸外科雜志,2007,21(22):1026-1028.

[22]Singh N,Gupta M,Trivedi CM,et al.Murine craniofacial development requires Hdac3-mediated repression of Msx gene expression[J].Dev Biol,2013,337(2):333-344.

[23]Alappat S,Zhang ZY,Chen YP.Msx homeobox gene family and craniofacial development[J].Cell Res,2003,13(6):429-442.

[24]Tasse C,Bohringer S,Fischer S,et al.Oculo-auriculo-vertebral spectrum(OAVS):clinical evaluation and severity scoring of 53 patients and proposal for a new classification[J].Eur J Med Genet,2005,48(4):397-411.

[25]Lin L,Pan B,Jiang H,et al.Mutational analysis of PACT gene in Chinese patients with microtia[J].Am J Med Genet Part A,2011,155(4):906-910.

[26]林琳,潘博,蔣海越,等.小耳畸形家系的基因定位及候選基因篩查初步研究[J].中國優生與遺傳雜志,2013(6):17-19.

[27]Su PH,Yu JS,Chen JY,et al.Mutations and new polymorphic changes in the TCOF1 gene of patients with oculo-auriculovertebral spectrum and Treacher-Collins syndrome[J].Clin Dysmorphol,2007,16(4):261-267.

[28]So RB,Gonzales B,Henning D,et al.Another face of the Treacher Collins syndrome(TCOF1)gene:identification of additional exons[J].Gene,2004,328:49-57.

[29]Thiel CT,Rosanowski F,Kohlhase J,et al.Exclusion of TCOF1 mutations in a case of bilateral Goldenhar syndrome and one familial case of microtia with meatal atresia[J].Clin Dysmorphol,2005,14(2):67-71.

[30]Su PH,Liu YF,Yu JS,et al.Facial asymmetry and clinical manifestations in patients with novel insertion of the TCOF1 gene[J].Clin Genet,2012,82(5):460-465.

[31]Rollnick BR,Kaye CI,Opitz JM.Hemifacial microsomia and variants:pedigree data[J].Am J Med Genet,1983,15(2):233-253.

[32]Kazanjian VH.Bilateral absence of the ascending rami of the mandible[J].Br J Plast Surg,1956,9(1):77-82.

[33]Handler MZ,Alabi O,Miller J.Unusual presentation of hemifacial microsomia[J].J Plast Reconstr Aesthet Surg,2011,64(12):e306-e308.

[34]Margolis S,Aleksic S,Charles N,et al.Retinal and optic nerve findings in Goldenhar-Gorlin syndrome[J].Ophthalmology,1984,91(11):1327-1333.

[35]Baum JL,Feingold M.Ocular aspects of Goldenhar's syndrome[J].Am J Ophthalmol,1973,75(2):250-257.

[36]Cohen Jr MM.Variability versus“incidental findings”in the first and second branchial arch syndrome:unilateral variants with anophthalmia[J].Birth Defects Orig Artic Ser,1971,7(7):103-108.

[37]Kourelis K,Gouma P,Naxakis S,et al.Oculoauriculovertebral complex with an atypical cause of obstructive sleep apnea[J].Int J Pediatr Otorhinolaryngol,2009,73(3):481-485.

[38]Andrews TM,Shott SR.Laryngeal manifestations of Goldenhar syndrome[J].Am J Otolaryngol,1992,13(5):312-315.

[39]OstlereSJ,McDonaldB,AthanasouNA.Mesenchymal chondrosarcoma associated with Goldenhar’s syndrome[J].Arch Orthop Trauma Surg,1999,119(5-6):347-348.

[40]Miller TD,Metry D.Multiple accessory tragi as a clue to the diagnosis of the oculo-auriculo-vertebral(Goldenhar)syndrome[J].J Am Acad Dermatol,2004,50(2):11-13.

[41]Barkdull GC,Carvalho D.Goldenhar syndrome with external auditory canal stenosis complicated by canal cholesteatoma and first branchial cleft cyst[J].Int J Pediatr Otorhinolaryngol Extra,2007,2(2):128-132.

[42]Ritchey ML,Norbeck J,Huang C,et al.Urologic manifestations of Goldenhar syndrome[J].Urology,1994,43(1):88-91.

[43]Aleksic S,Budzilovich G,Reuben R,et al.Congenital trigeminal neuropathyinoculoauriculovertebraldysplasia-hemifacial microsomia(Goldenhar-Gorlin syndrome)[J].J Neurol Neurosurg Psychiatry,1975,38(10):1033-1035.