遺傳性耳聾相關基因的最新研究進展

馬聰,孫艷美,張萍萍,張攀,苗繪,李亞麗

(河北省人民醫院，石家莊050071)

聽力損失是常見的感覺神經性障礙。全球約有3.6億人患中至重度耳聾，1 000名新生兒中，有1.33名耳聾患者[1]，至少50%患者的病因與遺傳因素相關。遺傳性耳聾根據是否有除聽力損失以外的癥狀分為綜合征型耳聾(SHI)和非綜合征型耳聾(NSHI)。NSHI約占70%。SHI常伴頭部畸形、皮膚異常、視網膜色素變性等癥狀。迄今為止，耳聾大約與90余個基因的1 000多個突變位點有關。近年隨著產前基因診斷技術的快速發展，對耳聾基因的研究取得了巨大成就，本文就近年最新研究進展進行如下綜述。

1 SHI相關基因

SHI表型和遺傳學背景復雜多樣。世界上已報道的耳聾相關綜合征有400余個，較常見的有Pendred綜合征、Waardenburg綜合征、Treacher-Collins綜合征、Usher綜合征、Alport綜合征及線粒體基因突變綜合征。

1.1 Pendred綜合征相關基因 Pendred綜合征是常染色體隱性遺傳病,十萬人中發病7.5～10人，占先天性耳聾患者的10%[2],由SLC26A4基因突變產生，編碼pendrin蛋白，除在甲狀腺、內耳表達外，腎臟、前列腺、子宮內膜、乳腺也有表達。表型包括伴前庭導水管擴張(EVA)的神經性耳聾、甲狀腺腫大、碘有機化功能障礙。Goncalves等[3]對葡萄牙Pendred綜合征女性患者的篩查中發現，SLC26A4基因的新突變位點為c.918+2T>C及c.821C>G。Mironovich等[4]首次在Pendred綜合征患者和非綜合征型EVA伴或不伴Mondini發育不良患者中發現突變c.222G>T，孤立的Mondini發育不良患者未檢測到該突變。不同原因致聾者人工耳蝸植入后效果不同，Pendred綜合征患兒術后效果好于不明原因耳聾患者，成人表現則相似；Pendred綜合征與EVA患者的術后效果差異無統計學意義。Hosoya等[5]將Pendred綜合征患者與健康人群血液中的誘導性多功能干細胞培育成內耳細胞，發現Pendred綜合征患者內耳細胞中Pendred蛋白呈現異常凝集現象且細胞易死亡。通過細胞水平的藥物試驗，發現二甲雙胍和免疫抑制劑雷帕霉素能有效降低聚集現象和控制細胞死亡。TP53 p.R175H為甲狀腺腫瘤中惟一檢測到的突變，突變限于腫瘤結節內，表明該突變在低度惡性甲狀腺濾泡狀腫瘤中起腫瘤誘發作用。

1.2 Perrault綜合征相關基因 Perrault綜合征是罕見的多系統疾病，表現為耳聾、女性原發性卵巢功能不全和神經功能缺陷。相關的5種基因：羥基類固醇(17β)脫氫酶4(HSD17B4)、HARS2、LARS2、絲氨酸蛋白酶(CLPP)及Twinkle解旋酶(TWNK)。

TWNK基因編碼Twinkle，由連接區相連的引物酶和解旋酶結構域組成，維持蛋白質寡聚物的穩定。Twinkle對線粒體DNA的復制和完整的維護尤為重要。c.1802G>A(p.Arg601Gln)為TWNK新突變位點[6]。Arg601能夠與ATP的N7原子形成氫鍵，谷氨酰胺不能與ATP的N7原子形成氫鍵，影響ATP的結合和水解。

CLPP酶能夠將較大蛋白質裂解為較小的肽。Dursun等[7]發現,新錯義突變c.624C>G位于染色體19p13.3的CLPP的5號外顯子，該突變使亮氨酸轉變為甲硫氨酸，導致不孕、耳聾和生長遲緩。Chen等[8]對患Perrault綜合征姐妹進行測序,姐妹均攜帶HSD17B4新突變位點c.298G>T，均為純合子，但父母為雜合子。Demain等[9]發現,HSD17B4基因新突變位點c.244G>T，導致纈氨酸取代苯丙氨酸殘基，可能干擾煙酰胺腺嘌呤二核苷酸結合。HSD17B4突變相關的病例均出現神經癥狀，包括小腦功能障礙、眼部異常和智力障礙，其中小腦表現最明顯。HSD17B4突變疾病與D-雙功能蛋白缺乏癥相似。D-雙功能蛋白缺乏癥是常染色體隱性疾病，特征為嚴重神經癥狀和血漿中極長鏈脂肪酸積累，Perrault綜合征患者多出現耳聾和性腺發育不全，而血漿中極長鏈脂肪酸正常。

1.3 Waardenburg綜合征(WS)相關基因 WS大多為常染色體顯性遺傳，主要表現為神經性耳聾和色素減退。6種基因與之相關:PAX3、MITF、SNAI2、SOX10、EDN3和EDNRB。

PAX3突變導致的先天感覺神經性耳聾與內耳紋狀血管缺乏黑色素細胞有關。Chen等[10]對廣東患病家庭的研究中首次發現，PAX3新突變c.592delG與GJB2突變c.109G> A共同導致WS，c.592delG導致PAX3蛋白截斷或無義密碼子介導的mRNA降解機制，影響神經嵴細胞正常發育。Niu等[11]對I型WS家系進行突變篩查發現，PAX3基因的新致病突變c.808C>G，其導致PAX3轉錄功能障礙，核分布和正常的DNA結合活性被保留，但未能激活小眼畸形相關轉錄因子啟動子，轉錄激活域的缺失導致了功能缺失。該研究同時表明單倍劑量不足是該家族輕度Ⅰ型WS表型的潛在機制。

Cesca等[12]對先證者及其家屬進行遺傳學研究，發現先證者與其父親攜帶EYA4新的可能致病性突變c.1154C>T，導致學語后NSHI。祖父和叔父攜帶EYA4突變和PAX3新致病性剪接位點突變c.321+1G>A，兩個受試者表現Ⅰ型WS的臨床特征，新的PAX3基因突變c.321+1G>A與EYA4突變共分離。Xiao等[13]發現，PAX3基因新復合雜合突變c.169-170insC和c.172-174delAAG，與中國家庭的Ⅰ型WS共分離。SOX10基因新的無義突變c.163A>T使終止密碼子取代第55位賴氨酸密碼子，導致蛋白質翻譯終止[14]。近年有研究對Ⅳ型WS家族研究發現與慢性便秘相關的SOX10雜合突變c.422T>C[15]。

1.4 Usher綜合征相關基因 Usher綜合征以耳聾和色素性視網膜炎為特征表現。先前認為發病率約為4.4/100 000，但最近證據表明實際發病率約為1/6 000[16]。

已知涉及Usher綜合征的有十多個基因，但20%～30%患者的遺傳基礎仍未知[17]。應用全外顯子組測序和全基因組測序鑒定新的致病基因CEP78[18]，該研究證明光感受器細胞和內耳毛細胞中纖毛類疾病與Usher蛋白網絡之間存在聯系。目前越來越多的基因位點被發現。Yan等[19]通過動物試驗發現，Usher綜合征的視網膜變性由磷酸二酯酶β亞基基因突變引起，而聽力損失由Adgrv1基因突變引起。Ramzan等[20]發現，包括MYO7A新突變位點c.198-199insA及c.1219-1226del的復合雜合突變導致的Usher綜合征，由此擴展了MYO7A的突變譜。Bousfiha等[21]首次在摩洛哥耳聾患者中發現GPR98基因突變、新復合雜合子突變(c.1054C>A，c.16544delT)導致Usher綜合征。

目前無有效的生物療法治療聽力損失，基因治療是當前的研究熱點。使用合成的腺相關病毒載體Anc80L65將野生型USH1C遞送到USH1C c.216G>A小鼠的內耳中，顯示轉導80%～90%的感覺毛細胞，最終導致基因和蛋白質表達，聽覺功能以及平衡行為恢復至正常水平[22]。

2 NSHI相關基因

NSHI中常染色體隱性遺傳性耳聾占75%～80%，常染色體顯性遺傳占20%～25%，線粒體遺傳或X連鎖方式不足1%。有大約100種不同NSHI基因被報道，最近Guan等[23]在中國耳聾患者突變篩查中首次鑒定出致病基因PDZD7。

2.1 GJB2基因 GJB2基因位于13q12，編碼間隙連接蛋白-26(Cx26)，構成細胞間信號分子傳輸通道和維持耳蝸內淋巴電位。GJB2基因突變導致約50%遺傳神經性耳聾，多與常染色體隱性遺傳有關。Chen等[24]敲減出生當天(P0)和生后第8天(P8)小鼠的耳蝸Cx26，18 d后觀察發現，P8組小鼠螺旋器無超微結構變化且聽力正常，而P0組小鼠的Deiter細胞的指突未發展成指狀結構，柱細胞中微管及乙酰化α-微管蛋白量減少，聽力嚴重受損，表明GJB2參與出生后螺旋器成熟過程中柱細胞骨架的發育。由此提出GJB2新的致病機制：柱細胞中微管的減少可能導致螺旋器隧道開放失敗，且畸形的指突可能對螺旋器的支持框架產生負面影響。

Koohiyan等[25]對伊朗NSHI人群篩查中發現，GJB2新突變位點 c.130T>G和c.178T>G對蛋白質構象產生影響。縫隙連接在耳蝸形成兩個獨立的網絡:螺旋器上皮細胞和耳蝸側壁結締組織縫隙連接網絡。上皮細胞Cx26和Cx30雙雜合子缺失并未降低內耳蝸電位和正常的聽力，提示該雙雜合子缺失主要影響耳蝸側壁的間隙連接功能。Cx26和Cx30雙基因突變可能減弱Cx26和Cx30在耳蝸側壁的雜合耦合，降低內耳蝸電位從而導致耳聾。該研究還證實，鉀離子再循環假設不是Cx26和Cx30突變所致耳聾的機制。

有研究提出，兒童先天性耳聾與心臟參數延長相關。對GJB2突變和無GJB2突變患者的心電圖參數研究，發現GJB2突變的耳聾患者與其心電圖參數之間無關聯。研究Cx26與產前缺氧之間的關系，發現慢性產前缺氧大鼠耳蝸Corti器官毛細胞數量少，Cx26蛋白和mRNA水平降低，缺氧增加了Cx26基因啟動子區域的甲基化狀態。啟動子區超甲基化和Cx26的表達下調導致耳聾。

2.2 GJB3基因 GJB3基因編碼含270個氨基酸的連接蛋白Cx31，該蛋白位于相鄰兩個細胞的細胞膜內，使相鄰細胞間可以直接交換小分子物質及離子，傳遞化學物質和電信號。GJB3基因突變導致鉀離子循環障礙，最終導致耳聾。

Cx31在跨膜區和胞外環的保守度遠高于胞質區。GJB3致病性錯義突變很少，僅發現9種錯義突變導致NSHI，包括c.94G>A、c.250G>A、c.421A>G、c.497A>G、c.529T>G、c.538C>T、c.547G>A、c.580G>A、c.667C>A。Cx31保守度分析顯示，Cx31保守性低于Cx26，突變對Cx31的影響小于Cx26，這可能是GJB2突變致聾的人群多于GJB3突變致聾人群的原因之一[26]。GJB3突變可導致常染色體顯性或者隱性遺傳性耳聾和皮膚疾病。近年有研究發現，c.134G>A可導致紅斑角皮病。

Cx26和Cx31的雙基因雜合突變可導致耳聾。Naseri等[27]對NSHI患者進行GJB2及GJB3基因分析，發現GJB3突變c.284C>T在與GJB2突變共同存在時致病，這還需要大規模家族和功能研究來驗證。對中國5 700例耳聾患者及4 600例正常人的研究表明，GJB3 c.538C>T變異在耳聾和正常個體中發病率較低，盡管耳聾的發病率高于正常組,但差異無統計學意義，說明c.538C>T變異對耳聾的影響較小[28]。

2.3 OTOF基因 OTOF基因主要負責編碼Otoferlin，在前庭神經細胞和內耳毛細胞(IHCs)中高度表達。聽覺依賴于IHCs帶狀突觸上快速、精確且持續地釋放神經遞質。該過程需要Otoferlin作為鈣離子傳感器，調節內耳毛細胞活性區域中引發與突觸前膜囊泡融合和突觸囊泡池補充的速率。OTOF基因突變致病頻率具有種群性。沙特阿拉伯耳聾患者致病基因主要是OTOF，約占33%，近親婚姻偏多導致純合致病突變的高比率。Tang等[29]對廣西一家系研究發現，OTOF的復合雜合突變，包括無義突變c.1273C>T和錯義突變c.4994T>C。前者導致密碼子過早終止，致使異常或非功能蛋白出現。c.4994T> C位于C2E和C2F結構域之間，導致脯氨酸取代亮氨酸。

伊朗首次對OTOF基因進行胚胎植入前遺傳學診斷(PGD)，同時發現新的致病性變異c.1392+1G>A[30]，影響剪接位點并導致內含子被保留。有研究發現，OTOF基因突變導致的耳聾與溫度有關。在體溫升高時聽力喪失，溫度下降則恢復。Otoferlin的純合或復合雜合突變c.2975-2978delAG/c.4819C>T、c.4819C>T/c.4819C>T或c.2382-2383delC/c.1621G>A可能是溫度敏感性聽神經病的原因，另一項研究發現，OTOF純合突變p.Ile515Thr也導致溫度敏感性耳聾[31，32]。OTOF突變致聾的患者在人工耳蝸植入后表現出良好的電生理反應和聽覺及言語能力，不經歷年齡相關聽覺的自發恢復過程。

2.4 SLC26A4基因 SLC26A4基因編碼含780個氨基酸殘基的Pendrin蛋白。SLC26A4基因突變影響Pendrin的合成和功能，導致陰離子轉運障礙;引起前庭水管擴大，導致耳蝸前庭內環境受顱內壓增高的影響增大；造成內耳毛細胞受損。Pendrin對遠端腎單位的NaCl重吸收起關鍵作用，研究表明pendrin基因可能是治療高血壓的新靶點。

目前發現的SLC26A4基因突變類型有500余個，且具有種族性和區域性。Cengiz等[33]對土耳其、伊朗和墨西哥耳聾患者進行全外顯子組或Sanger測序，發現4個新突變位點：c.1673A>G、c.1708-1G>A、c.1952C>T、c.2090-1G>A，在兩個不相關家庭中同時檢測出突變c.1673A>G。中國研究者發現，新復合雜合突變c.589G>A和c.1742G>T，后者為新突變位點，在中國人群中尤其罕見。該突變導致抗sigma拮抗劑結構域中581號氨基酸位點上的p.R581M轉變，影響SLC26蛋白穩定性及功能。SLC26A4基因新突變位點c.2110G>C導致細胞質拓撲結構域中氨基酸p.Glu704Gln轉變，改變了pendrin蛋白的結構，其構象的隨機性增加，減弱了pendrin陰離子轉運體的活性[34]。對攜帶GJB2 35delG突變的NSHI患者的研究發現，SLC26A4新剪接供體突變c.164+1delG，與致病性突變c.1061T>C共同致聾[35]。

3 小結與展望

對耳聾基因的不斷深入研究及二代測序技術的大規模使用，更多的基因突變致聾者能得到準確的基因診斷。針對耳聾家庭，遺傳診斷咨詢、生育指導及產前診斷是預防生育聾兒的主要方法。耳聾并非致死性疾病，因此產前診斷可能導致的引產始終存在倫理爭議。PGD的出現尤為重要，該技術真正意義上實現了耳聾的一級預防。應用二代測序技術，單基因遺傳病及染色體篩查同時進行是當前PGD領域的研究熱點。基于多重熒光探針技術的突變基因檢測系統具有高度靈敏性，能夠在每個反應中檢測低至10個DNA拷貝樣本，且與Sanger測序具有完全一致性。最重要的是，血液和唾液可以直接用于檢測，無需DNA提取過程，簡化了操作過程，有望成為臨床實際應用中的首選工具。耳聾基因檢測率的提高有助于整體提升我國耳聾預防的水平，優化出生人口素質。