Usher綜合征的遺傳學及治療研究進展

宋立，劉洋

(天津市兒童醫院，天津300134)

Usher綜合征(USH)，又稱先天性聾視網膜色素變性綜合征。據報道[1]，USH的發病率約為1/6 000，在聾兒中USH約占11%。USH是一種常染色體隱性遺傳病，具有遺傳異質性[2]，主要臨床表現為視網膜色素變性( retinitis pigmentosa，RP) 和感音神經性聽力損失(sensorineural hearing loss，SNHL)，部分患者可存在前庭功能障礙。USH根據視聽癥狀的發病年齡、損傷的嚴重程度以及前庭受累分為三種亞型(USH Ⅰ、USH Ⅱ、USH Ⅲ)。近年來還發現了不同于傳統三種亞型的非典型USH。早期由于視網膜桿狀光感受器發生變性，USH患兒會出現夜盲癥和周圍視力喪失，直至錐狀光感受器逐漸退化，最終完全失明，患者可能出現各種心理障礙。目前USH的發病機制尚未明確?，F將近年USH的遺傳學特點及治療方法相關研究進展綜述如下。

1 遺傳學特點

迄今已鑒定出十四個USH致病基因，另外還有三個位點被懷疑與USH有關。目前明確9個基因與USH Ⅰ型相關，分別是MYO7A(USH1B)、CDH23(USH1D)、 USH1G、USH1C、USH1E、PCDH15(USH1F)、USH1H、USH1J、USH1K。主要突變類型為非同義突變、缺失重復及可變剪切位點變異等。與USH Ⅱ型相關的突變基因包括USH2A、GPR98(USH2C)、DFNB31(USH2D)。而致病基因CLARIN/CLRN1和HARS則與USH Ⅲ型相關。另外，兩個修飾基因PDZD7和CEP250已被確認。USH疾病基因具有許多亞型，外顯子數量巨大。總共有400多個編碼外顯子在已知的USH基因中被發現。目前USH致病基因研究方面已取得了大量進展，通過對不同動物模型中USH基因的廣泛研究，有證據表明內耳毛細胞發育和光感受器細胞的缺陷可能是USH發病機制的基礎[3]。

1.1 常見USH亞型基因突變特點 USH Ⅰ型臨床癥狀最嚴重，患者存在重度先天性聽力障礙，青春期前即可發生視網膜色素變性，伴前庭功能障礙及消失[4]。它主要由MYO7A基因的突變引起，包含49個外顯子，編碼氨基酸達到2 215個。MYO7A基因編碼的肌球蛋白VIIA屬于馬達蛋白中的一種，與ATP 酶發生作用，水解ATP使肌球蛋白絲與肌動蛋白一起產生肌肉收縮，完成肌絲運動，使視網膜色素上皮細胞發生移行，光感受器細胞碎片被吞噬，轉運視蛋白纖毛形成內耳感覺細胞靜纖毛。當USH Ⅰ型患者發生視網膜病變時，萼突缺陷可能是其新的發病機制[5]，萼突是位于光感受器外節基部周圍的微絨毛，錐細胞和桿狀光感受器細胞中萼突的發育和維持依賴于原鈣黏附素-15，原鈣黏附素-15是USH1F基因型中的缺陷蛋白，原鈣黏附素-15的缺乏，導致感光器功能受損和感光器外段形狀異常。USH Ⅰ型患者的基因中，MYO7A、CDH23、PCDH15和USH1C可能存在基因型—表型相關性。Ma等[6]在一個中國家庭的USH患者中均存在MYO7A基因突變，其中一個是新的錯義突：c.3671C>A(p.A1224D)，另一個是已報道[7]的插入突變c.390_391insC (p.P131PfsX9)，這兩種復合雜合變體與常染色體隱性聽力損失表型共分離有關。同年，代艾艾等[8]對一個來自中國河南省的家系成員(3代共9 名)，發現該家系中2 例患者為USH Ⅰ型，由CDH23基因復合雜合突變致病，兩個位點分別是c.6253+1G >A 和c.287_288insG，他們分別為剪接突變和框移突變。2018年Jia等[9]通過全外顯子組測序一家系四口在同胞姐弟中均發現了USH Ⅰ型MYO7A基因中的兩個雜合變異：c.849+2T>C和c.5994G>>A (p.Trp1998)，通過對父母DNA分析確定這兩個變異分別遺傳自雙親之一，兩個變異分別導致MYO7A基因的剪接改變和蛋白翻譯提前終止。

USHⅡ型 (OMIM #276901) 最為常見，約占70%，其特點是中度及以上的非進行性感音神經性耳聾，視網膜色素變性在青春期前及青春期發病，前庭功能正常[10]。主要的致病基因是USH2A，外顯子72個，編碼氨基酸5 202個。USH2編碼usherin、VLGR1和whirlin蛋白，它們相互作用，在光感受器周圍膜復合體和發育中的毛細胞踝關節復合體中并存。USH2蛋白作為一種多蛋白復合物存在于體內。USH修飾蛋白PDZD7也直接與三種USH2蛋白相互作用[11]，并在毛細胞踝關節復合體處與VLGR1和whirlin結合。PDZD7和三個USH2蛋白在耳蝸毛細胞正常定位中相互依賴。Shu等[12]對兩個中國家庭進行基因測序發現了新的USH2A雜合錯義突變：c.13156A>T (p.I4386F)。

USH Ⅲ型 (OMIM #276902) 較罕見，主要臨床表現為進行性出現感音神經性耳聾，視網膜色素變性發病時間不一，前庭功能表現亦有高度可變性[13]。其主要致病基因為CLRN1又稱USH3A，包含外顯子3個，編碼232個氨基酸。其突變表型類似于USH Ⅰ型和Ⅱ型。

1.2 我國USH的基因突變特點 一項對67個中國USH患者家庭的突變譜研究分析[14]發現，90%的USH患者是由已知的USH基因突變引起的，MYO7A是USH Ⅰ型患者中最常見的突變基因，USH2A是USH Ⅱ型患者中突變最多的基因，此外，還首次在中國USH患者中發現了CCRN1、DFNB31、GPR98和PCDH15的突變，這些突變占11.4%。

1.3 非典型USH基因突變特點 近年來研究還發現了很多新的表型，它們不同于以往定義的USH三種亞型，稱之為非典型USH[15]。Khateb等[16]曾對三個有猶太血統的也門人家庭進行全外顯子基因測序，發現其中5名患者存在特異性視網膜變性和感音神經性耳聾，分析發現突變來自于人纖維肉瘤細胞，找到了一個純合子的錯義突變體，ARSG c.133g>T(p.d45y)，患者們都有一個特異的視網膜病變，其特點是圍繞中央窩呈環形萎縮，視網膜出現環狀暗點，感音神經性耳聾達到中度以上，視力和聽力喪失都出現在40歲左右，研究還顯示變異物破壞了氨基酸以及酶的催化部位，使得p.d45y失去活性功能，純合子ARSG突變導致蛋白質功能障礙，引起遲發性非典型USH。同一臨床表型的USH可以是由多個基因突變引起的，例如，一位USH患者攜帶兩種突變基因：MYO7A (c.4951G >A、c.4360G> A) 和CNGA (c.265delC、c.479C>T)，它們都可導致聽力和視力損害[14]。研究[17]還發現同一基因的突變會也導致不同的臨床表型，例如，CLRN1突變與USH Ⅲ型相關，但CLRN1突變患者的癥狀則表現為USH Ⅰ型或USH Ⅱ型，表明CLRN1導致了廣泛的聽力和視網膜表型。

USH患者聽力和視力喪失可導致不同程度的精神和行為障礙。Dammeyer等[18]對26例3～17歲USH患兒的心理和行為障礙的患病率及特點進行調查，有6例患兒被診斷為精神或行為障礙，分別為1例精神分裂癥和輕度智力障礙、1例非典型孤獨癥和重度智力障礙、1例非典型孤獨癥和輕度智力障礙、1例輕度智力障礙、2例品行障礙，另外3例兒童在童年時曾有過精神或行為障礙，在三分之一沒有精神障礙和行為障礙的兒童中，存在心理社會困難。USH與精神和行為障礙之間聯系的可能可以用某些基因既易患USH，也易患精神分裂癥來解釋。到目前為止，已經發現HARS作為USH3基因，同時攜帶該基因突變的患者會發展為發作性精神病、進行性聽力喪失和色素性視網膜炎，但是這也可能是其他罕見綜合征的臨床癥狀[19]。

2 USH的治療方法

目前USH主要的治療是針對視網膜色素變性和感音神經性耳聾。通過人工耳蝸、感覺假體植入可以改善患者的聽力喪失或視網膜變性的癥狀[3]。盡管沒有治愈的方法，但應用病毒載體、反義寡核苷酸靶向治療等治療USH已在動物實驗中獲得成功。同時為了避免USH患者精神和行為的異常發展，心理康復治療也尤為重要。

2.1 人工耳蝸、感覺假體植入術 目前，耳聾可以通過人工耳蝸植入來治療[20]，多數USH患兒在年齡較小時就接受了人工耳蝸植入手術，他們能夠在一定程度上聽到開放式的演講，并提高口頭交流能力。人工耳蝸植入和感覺假體有助于優化語音，但如果在9歲后植入，則效果較差。新的視覺技術ArgusⅡ視網膜假體系統的開發通過對視網膜的電刺激，增強了盲人的視覺感知，不僅可以提高視網膜色素變性患者的視力，還可以增加他們的空間知覺和運動發育[21]。雖然視網膜假體已經取得了巨大的進展，但目前的植入方法在視力方面不如人工耳蝸植入成功[22]。另外，視網膜色素變性發生時間不一，目前可以通過光譜域光學相干斷層掃描(SD-OCT)技術來監測USH患者的凹錐密度來檢測視網膜色素變性，但是新的研究發現利用共焦和非共焦分裂檢測器自適應光學掃描光檢眼鏡(AOSLO)監測USH患者的錐光感受器結構，AOSLO比SD-OCT更加靈敏[23]。

2.2 病毒載體進行基因治療 最近關于USH基因替代療法的研究主要集中在尋找傳遞大基因的方法，利用各種病毒載體使基因進入目標視網膜細胞中。首次利用USH基因進行視網膜基因治療的研究是使用慢病毒(lentiviral，LV)傳遞負責USH1B的MYO7A基因[24]。因為MYO7A的編碼序列是6.7 kb，所以我們需要一個病毒載體，比如LV來進行傳遞，腺相關病毒(AAV) 的攜帶能力大于5 kb。MYO7A存在于光感受器和視網膜色素上皮細胞。將LV-MYO7A注射到MYO7A缺陷小鼠視網膜下間隙中，可以糾正這兩種細胞類型的突變表型。已有多種使用AAV的報道[25]。一種方法是將整個人類MYO7A cDNA打包成單個AAV粒子，然而，過大的單個AAV載體往往具有異質性基因組，這引起了臨床應用中的安全問題，其他方法還可應用雙AAV重疊、反剪接和混合載體[26]。大量研究[24]已表明，過大的AAV基因組可以截短與反義基因組包裝成高滴度的AAV，稱為片段載體(fAAV) 。截短的基因組在靶細胞轉導后可以高保真、高效能地重新組裝成完整的轉基因產物。重組偏向于同源重組，而不是非同源末端連接。使用表達MYO7A cDNA的fAAV的大規?；蛱娲煼ǎ粌H使體內轉基因產物完整重建，而且潛在突變的表型校正比雙AAV載體表達系統更加可靠。

科學家在USH小鼠模型中，通過基因療法恢復了平衡和聽覺功能，該研究經過Ⅰ/Ⅱ期臨床試驗(https://clinicaltrials.gov/ct2/show/NCT01505062 )，采用腺病毒2/8型(AAV8-whirlin)后半規管注射法，將病毒cDNA導入小鼠內耳，通過后半規管傳遞的基因治療使前庭系統和耳蝸中具有whirlin表達的毛細胞數量顯著增加，單側注射至少4個月能恢復小鼠的平衡功能并改善聽力，該基因治療可能成為平衡和聽力遺傳障礙的一種治療選擇[27]。

2.3 反義寡核苷酸 (ASO) 靶向治療 ASO被用于糾正CEP290中剪接位點的突變，CEP290是一種缺陷基因，其蛋白與大多數USH蛋白一樣，在光感受器纖毛中起作用[28]。ASO作用于靶向USH1C同源物中的隱性接合位點，從而挽救USH1C小鼠模型的聽力和前庭功能障礙。在出生后第5天的USH1C小鼠體內，腹腔注射18 bp ASO，能夠恢復前庭功能長達9個月，聽力功能恢復長達6個月，是以往試驗中最長的兩個時間點[23]。該研究設計了15～18 bp ASOs的堿基序列與包含有USH1C 216G>A突變的患者基因組DNA區域互補，阻斷隱性5′剪接位點產生的突變，從而產生少量的正常調和蛋白。

2.4 精神及心理治療 隨著視力及聽力的逐漸喪失，患有USH的兒童從幼年起就面臨著各種各樣的精神和心理問題，如應激、焦慮、社交孤立和抑郁等。腦功能障礙、神經性厭食癥和多動癥也在USH的病例研究中被討論或報道過。為了避免抑郁的經歷，運用交流和語言康復手段進行干預，在預防心理和行為障礙以及心理社會困難方面被認為是重要的[29]。USH兒童和他們的父母可能需要在兒童早期的得到更多地臨床支持，通過專業的心理康復治療以降低精神和行為障礙的患病率。

近年來，我國基因檢測技術日益進步，鑒定USH致病基因已取得了一系列的研究成果，針對我國USH患者的突變譜正逐步完善，利用基因分型芯片和下一代測序技術對USH進行大規模測序已經成為可能，這些方法的使用將會極大的促進臨床診斷和科學研究的發展，為我國USH患者的早期診斷、治療、預防等提供大量有價值的基因信息，同時對攜帶者診斷、遺傳咨詢、相關分子藥物研發及特殊的分子治療提供幫助。我們還可以預測具有特定USH基因型的嬰兒或胎兒可能發生的病變，判斷USH突變的嚴重程度。結合分子診斷和患者臨床信息，可以更準確地診斷、預測和個性化治療單個USH患者。

盡管通過各種生化、細胞和遺傳方法對USH基因進行了鑒定和廣泛的研究，但在分子水平上對基因功能的了解還遠遠不夠充分，尤其是在視網膜病變上，這為我們理解USH的致病機制設置了一個主要障礙。USH與神經心理疾病的相關性研究可能為神經心理疾病的診斷與治療提供新的理論依據。