Usher綜合征表型及發病機制研究進展

徐晨陽 劉曉雯 郭玉芬

蘭州大學第二醫院耳鼻咽喉科 蘭州大學第二醫院(蘭州730030)

1 USH的臨床特征及分型

Usher綜合征又稱遺傳性耳聾-色素性視網膜炎綜合征，是一組以視網膜色素變性及不同程度聽力損失為特征，伴或不伴有前庭功能異常的常染色體隱性遺傳病，具有遺傳異質性。該病是臨床上最常見的RP合并SNHL的疾病[1]。據統計，USH在全球范圍內的發病率約為3.3～16.6/100000[2]，呈散發性，無明顯性別差異。根據患者聽力和前庭功能及視野受損情況，以往將USH分為3種亞型：USH1、USH2、USH3[2]。此外，有些病例不能根據臨床癥狀歸類于上述類別，被稱為非典型USH，但近年來有觀點認為應將部分與ARSG有關的非典型USH劃為一類新亞型，即USH4[3]，目前僅有兩篇相關報道[3,4]。由于USH的各亞型中RP的發病年齡之間有交叉，因此不能將視力改變作為可靠的診斷依據。USH的臨床表現并不具有特異性，一些其他疾病也可引起類似的臨床表現，且USH臨床表現有較大的個體差異，單純依靠癥狀難以快速診斷USH。

2 USH 1 相關基因的病理機制

USH1是臨床表現最嚴重，發生發展最迅速的USH亞型，主要表現為先天性重度-極重度SNHL，RP出現較早，常在青春期前，夜盲癥通常是首發視覺癥狀。由于先天性聾，USH1患者一般可在RP出現之前被診斷，該亞型常合并前庭功能障礙，患者幼兒時期可表現出運動發育遲緩，學會獨立行走較同齡兒童晚。目前認為與USH1有關的基因座位有10個（USH1A-K），已鑒定的致病基因有6個，其中已明確相關的有5個，分別是MYO7A、USH1C、CDH23、USH1G、PCDH15，CIB2雖也被認為 與USH1J有一定的關系，但具體關聯尚不明確[5,6]。其余 4個基因 座 位（USH1A、USH1E、USH1H 和USH1K）的致病基因尚未確定。

2.1 USH1基因的作用機制

MYO7A是USH1B的致病基因，也是導致USH1最常見的基因[7]，約有53.2%的USH1與該基因突變有關[8]。MYO7A包含56個外顯子，其編碼的MyosinⅦa蛋白屬于肌球蛋白，表達于視網膜色素上皮及視網膜感光細胞中，在人胚胎的耳蝸及前庭神經上皮中亦有分布。該蛋白在內耳整個靜纖毛上均有分布。研究發現，MYO7A作為一類運動蛋白，可在內耳毛細胞機械-電信號轉化（mechanoelectric transduction，MET）復合體中起馬達作用，保證內耳毛細胞的MET活性。缺乏MYO7A的小鼠內耳毛細胞靜息電位降低，MET電流強度下降，常出現迅速發展的SNHL，這是USH1的典型癥狀之一[9]。此外，MYO7A在胎兒發育早期參與內耳毛細胞纖毛束的形成。MYO7A的純合突變可能破壞MYO7A與其他USH1蛋白之間的相互作用，并損害視網膜色素上皮細胞中黑素體的轉運，從而導致患者出現耳聾及進行性視力障礙等USH1典型表現[10]。

USH1C是USH1C的致病基因，其表達的Harmonin蛋白是一種定位于靜纖毛尖端連接（tip link）上連接點（upper tip link densities，UTLD）的支架蛋白，是USH1蛋白網絡的結構基礎。Harmonin可將其他USH1蛋白整合入USH1蛋白復合體內，參與毛細胞的分化及信號轉導[11]。此外，Harmonin還是USH1和USH2蛋白的分子聯系位點[12]，USH2蛋白可通過該蛋白的PDZ1結構域整合到USH蛋白網絡中[3]。USH1C的雜合突變可干擾Harmonin與CDH23的相互作用，影響人體聽覺與平衡功能引起USH1[13]。

CDH23是USH1D的致病基因，該基因的表達產物Cadherin 23是一種具有結合蛋白功能的跨膜蛋白，優先表達在內耳。CDH23參與纖毛束的早期成熟過程，其缺失會影響纖毛束發育的早期階段導致發育異常，表現為結構脆弱、方向雜亂。此外，CDH23還表達在纖毛束頂部的尖端連接復合體中，該復合體具有鈣敏感性，可與細胞骨架相互作用，CDH23的突變對其結構和功能均有影響。CDH23還可能參與維持耳蝸內淋巴液的離子組成，通過改變內淋巴液的離子構成影響MET的正常過程。這些功能是CDH23突變引起USH1D的基礎。USH1F的致病基因PCDH15與CDH23相似，其表達產物Protocadherin 15蛋白與CDH23存在相關性，也是一種定位于靜纖毛尖端連接復合體的跨膜蛋白[14]，其突變后果與CDH23相似。

USH1G是USH1G的致病基因，其編碼的SANS是一類定位于UTLD處的支架蛋白，參與調控其他USH1蛋白沿微管及肌動蛋白骨架向動纖毛運輸的過程，并在纖毛束的發育過程中參與調控靜纖毛的肌動蛋白，對維持毛細胞第2、3排靜纖毛的高度具有重要作用。SANS通過與鞭毛內運輸（intraflagellar transport，IFT）系統的 IFT-B 蛋白結合，將USH蛋白網絡連接至IFT系統中，其N末端的病理突變導致SANS與IFT-B分子結合松動，造成毛細胞第2、3排纖毛長度發育異常[15]，影響其他USH1蛋白在毛細胞中的表達，損傷毛細胞相關功能，最終導致USH。

CIB2與USH1的關系仍有爭議。CIB2可能是USH1J的致病基因，同時也可引起非綜合征性耳聾（nonsyndromic hearing loss，NSHL）。CIB2可能有助于維持毛細胞內的Ca2+穩態，保證毛細胞膜內外Ca2+濃度穩定，影響毛細胞的MET過程。但目前尚無足夠證據支持CIB2與USH之間的關聯性，也有研究認為CIB2僅與NSHL有關。CIB2在聽覺系統中的地位及與USH1的關系仍需研究[5,6]。

2.2 USH1基因表達產物的相互作用

USH1蛋白主要參與毛細胞的發育成熟及MET過程。在毛細胞發育早期，CDH23和PCDH15參與形成纖毛束的瞬時橫向連接（transient lateral links）和動纖毛連接（kinociliary links）。纖毛束發育成熟后，瞬時橫向連接、動纖毛連接及踝連接（ankle links）消失，尖端連接在耳蝸及前庭毛細胞中永久存在[16]，此時，CDH23和PCDH15共定位于尖端連接復合體中，而Harmonin、SANS及MYO7A在內耳毛細胞纖毛束UTLD處形成復合物[17,18]，將CDH23和PCDH15錨定至相鄰更高的靜纖毛的肌動蛋白肌絲上[18]。在成熟的毛細胞中，尖端連接復合體可將較短的靜纖毛尖端連接至臨近較長的靜纖毛的側壁上，并在毛細胞的MET過程中介導離子通道的開放。USH1蛋白的缺失或異?？捎绊懠舛诉B接復合體的結構與功能，導致毛細胞MET受阻或敏感性降低，這是USH1患者SNHL程度較重的重要功能基礎。

3 USH 2 相關基因的病理機制

USH2癥狀較輕，進展較慢，但發病率最高，主要表現為中度-重度SNHL，RP出現在10-38歲（平均年齡15±8.5歲），目前多認為USH2患者前庭功能正常，但也有研究表明USH2A突變可能引起前庭功能潛在損傷。目前已定位了4個基因座位（USH2A-D），已明確與該亞型相關的致病基因有3種 ，分 別 是 USH2A（USH2A）、GPR98（USH2C)、WHRN(USH2D)。

3.1 USH2基因的作用機制

USH2A是USH2最常見的致病基因，約占臨床病例的58～90%[19]。USH2A編碼的Usherin蛋白是一種具有結合蛋白功能的跨膜蛋白，主要表達于內耳毛細胞靜纖毛底部，參與踝連接復合體的形成，在前庭毛細胞、視網膜光感受器中也有表達。該基因突變可導致耳蝸底轉外毛細胞（outer hair cell，OHC）脫落，內毛細胞（inner hair cell，IHC）通常正常[20]，耳蝸頂轉IHC及OHC均不受影響。這種病理改變會導致中度或重度高頻進行性SNHL，聽力曲線呈緩降或陡降型，是USH2的典型臨床表現。

GPR98突變的發生率僅次于USH2A，約占臨床病例的5～19%[19]。該基因主要與耳蝸靜纖毛有關，其突變可導致螺旋器OHC缺失，靜纖毛形態進行性退變，引起先天性SNHL。GPR98的表達產物VLGR1（very large G-protein coupled receptor 1）是踝連接復合體的核心蛋白[21]，該復合體對耳蝸OHC靜纖毛形成“V”形態至關重要。此外，VLGR1對毛細胞和感光細胞的胞外Ca2+濃度變化敏感，該蛋白的缺陷可能會引起這兩種細胞膜外Ca2+濃度失衡，但具體機制仍需研究。

還有少部分USH2由WHRN突變引起。這類基因突變較少見，臨床上僅1～9.5%的病例與其有關[19]。WHRN編碼的Whirlin支架蛋白表達于內耳毛細胞靜纖毛頂部、踝連接復合體及視網膜光感受器上，是相關USH發生發展的基礎。WHRN具有遺傳異質性，其突變可導致該蛋白N端及C端翻譯提前終止，N端突變可同時影響Whirlin在內耳及視網膜的表達，引起SNHL和RP，而C端突變僅影響其在內耳的表達，引起SNHL而不伴發RP[22]。

3.2 USH 2基因表達產物的相互作用

Usherin與Whirlin、VLGR1共定位在發育期的毛細胞踝連接復合體中，以蛋白復合物[23]的形式參與毛細胞的生理功能，任何一種蛋白的缺失均會影響其功能并導致耳蝸OHC靜纖毛異常，MET敏感性降低，而IHC纖毛束基本正常，MET無異常表現。這提示USH2基因主要影響耳蝸OHC的發育成熟及生理功能，對IHC影響較小。盡管目前多認為USH2患者前庭功能基本正常，但也有研究顯示USH2可能導致潛在前庭損傷[24,25]，原因可能是基因突變導致前庭毛細胞受損，USH2相關基因突變是否影響前庭功能仍有待商榷。

4 USH 3 相關基因的病理機制

USH3常表現為進行性加重的SNHL伴不同程度的前庭功能障礙，RP存在與否不確定，具體臨床表現具有高度可變性。目前認為與USH3有關的基因有CLRN1、HARS兩種，但已明確的USH3基因僅有CLRN1，HARS的相關性仍有爭議。CLRN1所表達的Clarin-1是一類存在于耳蝸具有4個跨膜結構域的細胞膜表面蛋白，參與維持纖毛束形態，有助于維持毛細胞MET敏感性，也是內耳毛細胞帶狀突觸的關鍵組成部分，可確保帶狀突觸成分的正確定位[26]。CLRN1突變可導致纖毛束畸形及突觸成熟延遲，是該基因導致USH3的主要機制[27]。CLRN1突變與USH2相關基因的突變存在一定相似性，Clarin-1缺陷主要導致OHC靜纖毛異常，MET敏感度降低，而對IHC影響較小[28]。但目前已明確Clarin-1可影響前庭毛細胞，影響其MET敏感度，導致進行性前庭功能障礙[28]，這是USH3與USH2的主要區別之一。

CLRN1對毛細胞纖毛束、帶狀突觸等結構與功能均有影響，其突變對毛細胞生理功能影響十分廣泛，導致USH3癥狀多變，且發病機制尚不明確，仍需研究。

5 USH4 相關基因的病理機制

近年來，有學者在臨床工作中發現許多臨床癥狀與USH1、2、3均不相符的USH病例，這類病例以往被稱為非典型USH。近年來有觀點認為，應將由ARSG純合突變引起的一類USH定義為一個新亞型，即USH4。該亞型主要表現為無前庭受累的遲發性RP和進行性SNHL[3]。

已知與USH4可能相關的致病基因僅ARSG一種。ARSG所編碼的Arylsulfatase G蛋白屬于硫酸酯酶家族，參與激素生物合成、細胞信號轉導及大分子降解。研究者在家系分析中發現，ARSG的p.D45Y純合突變可能與USH4有關，該突變可引起遲發性視錐細胞營養不良、視網膜萎縮、色素變性并產生環形暗點，隨病情發展可累及黃斑與中央凹，并伴有進行性中重度SNHL。另一項研究發現ARSG的c.130G>A（p.Asp44Asn）純合突變亦可能與USH4相關。目前對USH4及ARSG的研究尚不深入，僅能推測USH4可能與ARSG突變改變了高度保守的天冬氨酸殘基有關，其具體機制有待研究[3,4]。

6 USH相關的其他基因

PDZD7是一種修飾基因。該基因的表達產物PDZD7蛋白可與USH2蛋白相互作用，其突變可與其他USH2基因突變產生協同作用，加重USH2的表型[29]。例如，PDZD7 可與 Usherin、Whirlin、VLGR1結合并共定位于踝連接復合體處[23]，PDZD7功能缺陷會導致其他三種蛋白定位異常，引起毛細胞死亡或變性[23,30]。

CEP250是一種與非典型USH相關的致病基因，但目前對該基因的研究較少，尚無充足證據支持CEP250與USH的相關性，致病機制亦不明確。研究顯示，CEP250的純合無義突變與C2orf71的雜合無義突變共同作用可引起以早發SNHL和輕度RP為主要癥狀的非典型USH，但具體機制尚不明確[31]。

7 不同亞型USH蛋白的相互作用

USH蛋白除與同亞型蛋白相結合外，還可與其他亞型USH蛋白相互作用，例如CIB2及MYO7A可與Whirlin共同構成內耳毛細胞靜纖毛頂部連接復合體參與MET，維持毛細胞正常結構和功能。支架蛋白Harmonin和Usherin及VLGR1亦可相互作用。這些研究表明，USH蛋白之間可彼此結合構成復合體網絡發揮協同作用，當一種USH基因突變引起相關蛋白功能異常時，對其它亞型的USH蛋白也會產生影響。

8 展望

USH作為目前最常見引起人類聾盲的遺傳性疾病，始終是研究重點。由于USH復雜的臨床表現，單純依靠癥狀不能及時診斷。傳統治療方式多以緩解患者臨床癥狀的人工耳蝸植入[32]為主。目前對USH的研究仍不夠深入，因此，對USH基因型、表型及分子基礎的進一步研究，基因治療等新治療方法的不斷探索，將對USH遺傳咨詢、早期診斷、治療和預后大有裨益。