神經鞘瘤病發病機制綜述

張錦祥 黃永勝 黎凱 郭偉韜

廣東醫科大學附屬第二醫院，湛江 524000

神經鞘瘤病亦稱神經纖維瘤3 型（neurofibromatosis type 3，NF3），是一種以多發神經鞘瘤為特征的罕見疾病，多侵犯脊髓及外周神經系統，少見于顱神經，且不伴有雙側聽神經瘤，是區別于2 型神經纖維瘤病的腫瘤實體。對該病發病機制的研究，目前多圍繞于SMARCB1、LZTR1、NF2 等基因的突變及系列后續分子事件所展開。現就有關NF3的發病機制的研究進展綜述如下。

1 SMARCB1基因與NF3發病的關系

SMARCB1 基 因 與 NF3 的 關 系 由 Hulsebos 等［1］于2007 年首次確立，該基因全稱為SWI/SNF 相關的基質結合肌動蛋白依賴性染色質亞族B 成員調節因子1（SWI/SNF-related matrix-associated actin-dependent regulator of Chromatin subfamily B member 1，SMARCB1）基因，其別稱還有 hSNF5、INI1 及 BAF47 等［2-6］，位 于 22 號染色 體 長臂（22q11.2），具有 9 個外顯子［7］，與 LZTR1 及 NF2 基因毗鄰，且位于兩者之間，編碼SMARCB1 蛋白。SMARCB1 蛋白是SWI/SNF ATP 依賴性染色體重組復合體的核心蛋白，且在真核生物間高度保守，廣泛參與表觀遺傳調控、細胞周期進程、信號通路交聯等方面，是一類腫瘤抑制基因的表達蛋白［5，8-15］。SMARCB1可調節細胞周期蛋白D1及細胞周期調控因子P16［16-17］，并通過以下途徑發揮腫瘤抑制作用：（1）誘導G1 期阻滯；（2）誘導有絲分裂阻滯；（3）抑制非整倍體生成，誘導二倍體；（4）誘導腫瘤細胞衰老［18-19］。另外，SMARCB1 蛋白在調控 cyclin D1/CDK4 活性［5，11］，抑制 SHH信號通路［5］，調節Wnt/β-catenin 信號通路、E2F、aurora A 和c-MYC［5，20-22］，以及對多梳復合體的表觀遺傳拮抗方面有著重要作用［5，9］。

對于SMARCB1 基因種系突變相關的NF3，最經典的腫瘤發生模型為“4 次打擊3 個步驟”（4-hit/3-step）：即首先發生SMARCB1基因的種系突變（第1次打擊），然后是22號染色體發生雜合性丟失，導致第2 個SMARCB1 等位基因和一個NF2 等位基因丟失（第2、3 次打擊），接著是剩下的野生型NF2 等位基因發生體細胞突變（第4 次打擊）［23-26］。該模型也在雙側SMARCB1 及NF2 等位基因失活的NF3 患者的其他良性腫瘤中被發現，如腦膜瘤和平滑肌瘤［27-28］。“4次打擊3 個步驟”雖然能夠解釋部分SMARCB1 種系突變相關的NF3，但并非所有的神經鞘瘤中都存在雙側NF2 基因的失活，至少有19%的神經鞘瘤中僅存在單側的NF2 等位基因的失活［1，23-24，26-27］，這或許說明在雙側 SMARCB1種系突變的前提下，僅僅發生單側NF2便足以導致NF3的發生，但是仍然有相當一部分SMARCB1 種系突變相關的NF3 中僅僅發現 SMARCB1 的種系突變。Hutter 等［29］運用全外顯子測序技術對一組非SMARCB1 和LZTR1 種系突變相關的NF3 患者的腫瘤及血液樣本進行檢測，發現大部分病例未發現可檢測的突變基因。近期，國外有學者在對1 例家族性NF3 家系的研究中發現，在該家系患病成員的SMARCB1 基因的外顯子6 和7 之間的內含子中存在一個長度為94 個核苷酸的框外插入，導致終止密碼子的提前出現，并引起無義突變介導的mRNA 衰變，提示外顯子之外的基因事件對NF3的發生亦或存在重要作用［30］。

在其他腫瘤抑制基因中，雜合性丟失常常由有絲分裂重組錯誤引起，雖然在有關SMARCB1種系突變的NF3患者中，22 號染色體的雜合性丟失似乎與有絲分裂重組無關［31-33］，但對于無 SMARCB1 突變的 NF3 而言，有絲分裂重組錯誤或許是重要的致病因素。22q11 包含了數段低拷貝重復結構域，長度大約為6.3 Mb，是基因組中一個特別不穩定的區域［34-35］。已知有貓眼綜合征、腭-面-心綜合征、迪-喬治綜合征、慢性粒細胞性白血病伯基特淋巴瘤、尤因肉瘤等疾病與該區域的有絲分裂重組事件有關［36］。Hadfield 等［24］發現在部分神經鞘瘤中發現的雜合性缺失與有絲分裂重組事件有關，這些事件對于SMARCB1突變陰性的NF3和NF2相關的神經鞘瘤尤其重要，在這些腫瘤中，分別有23%和19%的神經鞘瘤的有絲分裂重組事件檢測呈陽性。其機制可能是NF2 基因的體細胞突變使其中斷，并影響到SMARCB1 基因的位置。然而，盡管所有被檢測出SMARCB1 種系突變陽性的NF3 患者的腫瘤中也含有雜合性丟失，但這些丟失不太可能是由有絲分裂重組事件引起的，因為按照“4 次打擊3 個步驟”學說，只有當同側NF2 突變發生在第二處時，突變等位基因的重復才可能發生，這提示初始的基因事件或許會影響二次打擊的類型，因此這一部分患者的神經鞘瘤可能是通過另一種機制所發生的［25］。

SMARCB1 基因突變除了與NF3 有關，其突變還參與了非典型畸胎瘤/惡性橫紋肌樣瘤的發生發展［7，37］，在大約1/3 的惡性橫紋肌樣瘤的患者中發現了SMARCB1的種系突變［37-40］。在這兩種預后截然不同的腫瘤中，SMARCB1 基因種系突變的主要類型和位置也不一樣。與NF3 相關的SMARCB1 種系突變好發于基因的 3’端或 5’端［1，24，41-43］；相反，與橫紋肌樣瘤相關的SMARCB1種系突變好發于基因的中央區域［43］。除了這種位置效應，二者之間的突變類型也有所不同。NF3 相關的SMARCB1 種系突變主要表現為非截斷性突變，包括錯義突變、剪接位點突變和框內缺失，這些突變引起的轉錄本依舊是穩定的［44］；然而，在橫紋肌樣瘤相關的SMARCB1種系突變中，其突變類型要么表現為蛋白質截斷性突變，要么表現為整段基因或者多個外顯子的刪除［39-40，43，45］。 值 得 一 提 的 是 ，在 NF3 中 ，高 達 44.0% 的SMARCB1種系突變對剪接位點有影響，而在家族性及散發性橫紋肌樣瘤中，該比例僅有5.7%［40］。這些發現提示了兩種疾病的基因型/表型相關性：在橫紋肌樣瘤中，SMARCB1的種系突變導致了該基因功能的完全缺失；而在NF3 中，SMARCB1 的種系突變的影響主要表現為亞等位基因性［43-44］。在部分NF3中，位于5’端區域的SMARCB1突變可能產生了過早出現的翻譯終止密碼子（premature translational termination codon，PTC），并且包含這些PTCs 的轉錄本可能被無義突變介導的 mRNA 衰變（nonsense-mediated mRNA decay，NMD）所降解，但是穩定的轉錄本仍然可在這些腫瘤組織中檢測到。對這些冰凍腫瘤組織進行Western blot 分析，發現部分短縮的SMARCB1蛋白可能產生于下游的轉錄再重啟，且這些短縮的SMARCB1蛋白仍殘留部分功能，類似的結果也從其他實驗中得到證實［46］。

SMARCB1 可產生8 個mRNA 亞型，其中最為常見的為亞型1及亞型2，前者包含完整的外顯子2序列，后者缺失了外顯子2 序列3’端的最后27 個核苷酸，而剩余6 種mRNA亞型在轉錄中僅占有極小的比例，且其功能及意義仍未詮釋清楚［47-48］。Melean 等［49］在 1 例家族性 NF3 患者的腫瘤組織中發現存在c.207_208dupTA 的框移突變，該突變僅影響了亞型1 而并未影響亞型2。另有研究發現，單獨敲低任一亞型，可觀察到其他亞型的補償表達，并且對細胞存活并無影響［50］。然而，目前尚不清楚SMARCB1基因mRNA 亞型之間比例的不同對NF3的發生是否有意義。

隨著核磁共振波譜分析技術的飛速發展，該技術越來越頻繁地用于蛋白質三維結構的解析。國外有學者通過核磁共振波譜分析成功解析出SMARCB1 蛋白的一個翼狀螺旋DNA 結合域，該結合域由SMARCB1 基因的一個N 末端區域編碼，在人類SWI/SNF 復合體中的BAF45a亞基中也發現了它的存在，該結合域在多細胞生物中保守［51］。當SMARCB1基因第一個外顯子發生截斷性突變時，所生成的短縮SMARCB1 蛋白缺少該結合域［47］。除此之外，發生在SMARCB1 基因N 末端的錯義突變可能影響該結構域的正常折疊，進而導致所編碼蛋白的不穩定，并影響與DNA 的結合［51］。盡管如此，這些有缺陷的蛋白似乎足以阻止患者在幼年時期就罹患惡性橫紋肌樣瘤［52］。

Jeremie 等成功構建了攜帶 SMARCB1 和/或 NF2 缺失的不同組織和發育階段特異性條件性敲除小鼠，發現SMARCB1 在早期神經嵴的丟失是啟動腦神經和腦膜腫瘤的必要條件，具有人類橫紋肌樣腫瘤的典型組織學特征和分子特征；而通過誘導雪旺細胞系發育后期的SMARCB1丟失，加上雙等位基因NF2基因失活性，成功構建了神經鞘瘤小鼠模型，該模型具有在神經鞘瘤患者中發現的相同的潛在基因突變；提示基因突變的時空性對NF3 發生發展的重要性［53］。

2 LZTR1基因與NF3發病的關系

亮氨酸拉鏈樣轉錄調節因子1（LZTR1），其基因亦位于22號染色體上，距離SMARCB1僅有2.8 Mb，距NF2為8.7 Mb。編碼蛋白為BTB-Kelch 超家族中的一員，活動于高爾基復合體，是含cullin 3 的E3 泛素連接酶復合體的效應器［54-55］。與其他BTB-Kelch 超家族成員包含一個N 端BTB 結構域和一個Kelch 基序的經典結構不同，LZTR1蛋白包含一個N 端Kelch 基序和兩個BTB 結構域［55］。有研究表明，LZTR1通過泛素-蛋白酶體途徑促進RAS 的多聚泛素化和降解，導致RAS/MAPK 信號的抑制，并可能與細胞自噬有關［56］，而該信號通路途徑與LZTR1基因突變相關的NF3是否有關尚需要更深入的研究并進一步驗證。除此之外，LZTR1 基因突變還與膠質母細胞瘤及努南綜合征等多種疾病有關［54，57-60］。

與SMARCB1 相關的NF3 存在突變位點偏好不同，在LZTR1 相關的NF3 中，LZTR1 的突變位點幾乎出現于所有的外顯子，且大部分LZTR1 突變并非是亞等位基因性的［29，52，57，61-62］。Paganini 等［63］發現 LZTR1 突變的類型似乎會影響腫瘤中LZTR1 蛋白的表達：在無義或移碼LZTR1 突變的神經鞘瘤中觀察不到LZTR1 蛋白免疫染色，而攜帶剪接或錯義突變的神經鞘瘤中該免疫染色降低。相比之下，非LZTR1 相關的神經鞘瘤患者以及NF2 患者的神經鞘瘤均呈擴散但陽性的LZTR1免疫染色。這種變異是否對神經鞘瘤的生長或位置有影響尚不清楚［52，63］。

對于大部分LZTR1 種系突變相關的NF3，其致病機制與“4 次打擊 3 個步驟”模型相似［57，62-63］。然而，考慮到SMARCB1基因位于LZTR1與NF2基因之間，22號染色體長臂的丟失或刪除，必然伴隨著SMARCB1基因的丟失，因此，“5 次打擊3 個步驟”更符合LZTR1 種系突變相關的NF3 的致病模型。這也提示只要22 號染色體長臂缺失的范圍足夠大，“5 次打擊3 個步驟”也符合SMARCB1 種系突變相關的NF3。在腫瘤發生的“4 次打擊”或“5 次打擊”的模型下，神經鞘瘤是否會在生長速度、增殖指數或位置上表現出差異還有待進一步研究［52］。與SMARCB1 種系突變相關的NF3 類似，并非所有LZTR1 種系突變相關的NF3 中都存在雙側NF2 等位基因的失活，雖然不排除因檢測技術受限等原因而無法發現另一側NF2 存在基因內突變的可能，但考慮到在NF2 啟動子區域高甲基化很常見，需要進一步的分析來確定其他機制，如NF2 基因表達的表觀遺傳沉默是否可能參與這些腫瘤中的雙等位基因NF2失活［52，62-65］。

3 COQ6基因與NF3發病的關系

國內有學者在1 例家族性神經鞘瘤家系中運用全外顯子測序發現了該家系患病成員的COQ6 基因上存在c.622G>C p.（Asp208His）的雜合性錯義突變，而未發現SMARCB1、LZTR1 及NF2 基因存在致病突變，并且從免疫組化層面亦未發現SMARCB1、LZTR1 及NF2 染色缺失，因該COQ6 的錯義突變與疾病相分離，借此論證了COQ6 基因的突變可能與NF3 的發病相關。雖然COQ6 錯義突變在缺乏互補驗證的COQ6缺陷酵母突變體中存在有害影響，但沒有證據表明檢測到的COQ6 錯義突變體具有顯性負效應或毒性功能增益［66］。因而我們認為，在該NF3家系中，該突變與NF3發病之間的關系還需要更多的實驗進一步驗證。

4 無明確致病基因NF3的研究進展

對NF3 患者血液來源DNA 的突變篩查顯示，38%的家族性病例是由LZTR1突變引起的，48%是由SMARCB1突變引起的。因此，在14%的家族性NF3中，尚未發現易感的種系突變。在散發性NF3 中，30% 的病例是由生殖系LZTR1 突變引起的，10%是由生殖系SMARCB1 突變引起的［23-24，26，29，41-43，62-63］。根據這些評估，在所有散發性神經鞘瘤病患者中，有60% 的致病性突變事件仍然未知。SMARCB1 或LZTR1 突變的體細胞嵌合體可能與這些尚無明確致病突變的事件相關，然而，到目前為止，NF3 患者體細胞LZTR1 或SMARCB1 突變的嵌合體尚未被報道，只有1 例SMARCB1 突變的生殖系（性腺）嵌合體被發現［67］。而根據 Widemann 等［68］的研究，NF2 基因突變的體細胞嵌合體在疑似NF3 的患者中更為常見，但這些患者不攜帶生殖系SMARCB1或LZTR1突變。事實上，一些NF2基因突變的體細胞嵌合體患者符合NF3的診斷標準［69］。即使假設一定比例的未解釋的NF3是由NF2基因突變的體細胞嵌合體引起的，這些未解釋的病例中的一部分很可能是由一個或多個尚未被識別的基因突變引起的。根據Piotrowski 等［57］的分析，這一子集應至少占所有不明原因散發性NF3 的27%。綜上所述，我們認為可能還有更多的NF3 易感性基因有待鑒定。

5 問題與展望

近20 年來有關NF3 發病遺傳學及其分子機制的研究雖然碩果不斷，但是大多數研究僅停留在DNA 層面上探討致病突變基因與NF3 發生發展的關系。SMARCB1 基因作為SWI/SNF 復合體的核心成員，主要通過調節染色質重塑廣泛參與生命活動的方方面面，然而在SMARCB1 相關的NF3 背景下關于SMARCB1 基因突變與NF3 發生發展的表觀遺傳學研究卻較為少見，對其中所涉及的下游分子機制的研究亦是少有報道。LZTR1 基因作為近10 年內最新發現的NF3致病熱點基因，通過泛素-蛋白酶體途徑促進RAS的多聚泛素化和降解，導致RAS/MAPK 信號的抑制，在細胞增殖、分化等方面發揮重要作用，然而對LZTR1基因突變背景下的NF3發病模型及其分子機制的研究同樣匱乏。造成該局面的重要原因之一是NF3 為罕見病，在人群中發病率低，家族性NF3更是少之又少，研究樣本的缺乏致使對該病的研究一度停滯不前。可喜的是，隨著染色質免疫共沉淀、核磁共振波譜分析等技術的飛速發展，我們擁有探索NF3 更深層次的發病機制的得力方法，并且隨著對SMARCB1、LZTR1、NF2等基因及其編碼蛋白的認識的不斷深入，相信在不久的將來，NF3 的發病機制將會得到一個較為完整的闡釋。