桿狀體肌病臨床、病理及分子生物學(xué)研究進(jìn)展

趙燕，劉卓，常蕾蕾，盧正娟，吳家勇，牛豐南，徐運(yùn)

·綜述·

桿狀體肌病臨床、病理及分子生物學(xué)研究進(jìn)展

趙燕，劉卓，常蕾蕾，盧正娟，吳家勇，牛豐南，徐運(yùn)

先天性肌病(CMs)是一組單基因遺傳性骨骼肌疾病，具有臨床/遺傳異質(zhì)性，活檢骨骼肌病理存在特定的結(jié)構(gòu)改變。遺傳方式有常染色體顯性遺傳(AD)、常染色體隱性遺傳(AR)、X連鎖隱性遺傳(XR)及散發(fā)。發(fā)病率暫無統(tǒng)一統(tǒng)計(jì)，瑞典估計(jì)約為1/22 480，北愛爾蘭為1/13 500[1]。典型臨床表現(xiàn)多數(shù)以新生兒/幼兒期發(fā)病的四肢/軸向肌群肌無力及肌張力低下，病情相對穩(wěn)定/進(jìn)展緩慢?？砂橛忻婕∈芾?細(xì)長臉、高顎弓等)和骨關(guān)節(jié)受累(先天性髖關(guān)節(jié)發(fā)育不良、脊柱側(cè)彎、跟腱攣縮等)。血清肌酸激酶(CK)正常/輕度升高，EMG正常/肌源性改變。骨骼肌活檢共同的病理特點(diǎn)：無明顯肌纖維變性、壞死，可存在肌纖維類型分布異常。根據(jù)其特征性病理特點(diǎn)，North等[2]將CMs主要分為以下5類：(1)軸空性肌病，包括中央軸空病(CCD)和多微小軸空病(MmD)；(2)中心核肌病(CNMs)；(3)桿狀體肌病(NM)，根據(jù)桿狀體不同的病理表現(xiàn)形式還包括帽狀肌病、斑馬體肌病、軸空/桿狀體肌?。?4)肌球蛋白儲積病(MSM)又稱為透明體肌??；(5)先天性肌纖維類型不均(CFTD)。

NM是CMs中最常見的類型之一，呈AD/AR遺傳。NM具有廣泛的臨床表現(xiàn)，肌無力程度輕重不等，最嚴(yán)重的患兒在出生后無法自主呼吸；而癥狀較輕的患者僅有輕度肢體無力，病情穩(wěn)定/不進(jìn)展[3]。

1 臨床特點(diǎn)

根據(jù)ENMC國際協(xié)作組[4]的分型，NM主要分為以下6型：(1)先天性NM嚴(yán)重型(16.1%)[5]，出生時(shí)即有嚴(yán)重的肌無力、肌張力低下，無自發(fā)運(yùn)動及自主呼吸，很快死亡；(2)中間型(20.3%)，較先天性NM嚴(yán)重型稍輕，肢體肌力可達(dá)Ⅰ級，通過呼吸支持可以維持生命，但不能行走；(3)輕癥型(即經(jīng)典型)(46.1%)，嬰兒期/兒童期起病，主要以面肌、軀干肌無力，伴肌張力低下，運(yùn)動發(fā)育遲緩，病情相對穩(wěn)定；(4)兒童起病嚴(yán)重型(13.3%)；(5)散發(fā)的成人起病型(4.2%)；(6)少數(shù)骨骼肌病理發(fā)現(xiàn)桿狀體，但需診斷為骨骼肌細(xì)肌絲蛋白病或肌病伴桿狀體，以區(qū)別先天性桿狀體肌病。根據(jù)患者癥狀的嚴(yán)重程度對NM進(jìn)行分類，有助于判斷該病的預(yù)后及可能的致病基因。但隨著分子生物學(xué)的發(fā)展，特定基因變異對應(yīng)特定的臨床、病理表型，因此目前NM的分類傾向于依據(jù)變異基因進(jìn)行分類。盡管如此，某些變異基因可以有相似或共同的臨床/肌群受累表現(xiàn)，依據(jù)臨床表現(xiàn)，可指導(dǎo)基因測序方向，如ACTA-1、NEB、KLHLF40突變的NM可出現(xiàn)極嚴(yán)重的新生兒肌張力低下，表現(xiàn)為松軟兒的特征，包括胎兒運(yùn)動不能或運(yùn)動功能減退、關(guān)節(jié)攣縮/骨折、呼吸衰竭，并在出生時(shí)吞咽/喂養(yǎng)困難[6]；NEB、TPM3、TPM2突變的NM，臨床表型相似，輕中度受累的患者表現(xiàn)出明顯的頸部肌群無力和趾屈無力，可出現(xiàn)足下垂和弓形足。NEB-NM在輕癥患者中可僅有小腿脛骨前肌受累，重癥患者下肢肌肉彌漫性受累[7]，頭顱MRI顯示選擇性侵犯翼外肌，并影響咀嚼肌和舌肌[8]。TPM2-NM主要影響咀嚼肌(顳)及下肢遠(yuǎn)端比目魚肌與遠(yuǎn)端伸、屈肌，而大腿肌群無明顯受累[9]。

2 骨骼肌病理活檢

該組肌病無論是哪種致病基因所致，其特征性表現(xiàn)均為骨骼肌活檢于肌細(xì)胞胞漿中可見高密度的桿狀體(MGT染色觀察最為典型——紅染桿狀體)。桿狀結(jié)構(gòu)的數(shù)量可隨年齡的增長而增多，但其與疾病的嚴(yán)重程度無關(guān)。不同部位的肌肉組織及不同肌纖維中桿狀體數(shù)目不盡相同，故有些NM患者沒有在桿狀體聚集的部位取材可能漏診，需行二次活檢才能明確診斷[10]。桿狀體通常出現(xiàn)在胞漿中且多位于肌膜下，極少病例(如ACTA1-NM)可于細(xì)胞核中觀察到桿狀體。免疫組化示桿狀體與Z線具有相同的蛋白質(zhì)，α-輔肌動蛋白、肌動蛋白、肌鈣蛋白T、肌原肌球蛋白和結(jié)蛋白染色陽性[11-13]。電鏡下桿狀體呈桿狀或卵圓狀，與肌纖維長軸平行，由于桿狀體與Z線有相同的晶格結(jié)構(gòu)和蛋白質(zhì)，推測某些桿狀體可能來源于Z線[14]。帽狀肌病曾作為一類獨(dú)立肌病，后來研究[15-17]發(fā)現(xiàn)，帽狀體表現(xiàn)為肌膜下邊界清晰的帽狀物，出現(xiàn)于4%到幾乎100%肌纖維中，MGT染色為紫色偏藍(lán)或綠色，HE染色為嗜酸性，NADH-TR染色為暗藍(lán)色，ATPase染色減低，電鏡下與桿狀體結(jié)構(gòu)一致，免疫組化與NM一致，故目前帽狀肌病已歸類于NM。與其他類型NM不同的是帽狀體累及肌纖維的多少與疾病的嚴(yán)重程度和患者年齡相關(guān)。軸空結(jié)構(gòu)[18-19]可以與桿狀體同時(shí)存在，桿狀體聚集區(qū)域缺乏線粒體，因此該區(qū)域氧化酶染色示缺如呈軸空結(jié)構(gòu)。這點(diǎn)也與軸空性肌病的軸空形成相鑒別，軸空性肌病的軸空結(jié)構(gòu)是由于肌原纖維斷裂、排列紊亂而缺少線粒體。桿狀體并非NM特有，亦可出現(xiàn)正常眼肌、老年人肌肉[20]及少數(shù)遺傳性(線粒體腦肌病、強(qiáng)直性肌營養(yǎng)不良、Hodgkin病等)或獲得性神經(jīng)肌肉病(皮肌炎、HIV感染等[21])。

與其他CMs一樣，NM可見肌纖維直徑大小不等，Ⅰ型肌纖維萎縮/發(fā)育不良，在肌纖維類型上呈Ⅰ型肌纖維優(yōu)勢/單一Ⅰ型肌纖維。無肌纖維變性、壞死及再生。

3 分子生物學(xué)研究及發(fā)病機(jī)制

目前已發(fā)現(xiàn)10種基因變異(表1)可引起NM，其臨床表現(xiàn)具有相似或者相同的癥狀。TPM3、NEB、ACTA1、TPM2、TNNT1、CFL2編碼肌節(jié)細(xì)肌絲蛋白或相關(guān)蛋白，KBTBD13、KLHL40 (KBTBD5)和KLHL41 (KBTBD10)涉及到泛素-蛋白酶體通路(UPP)，編碼小于5/6結(jié)構(gòu)域的KLHL蛋白，該蛋白屬于標(biāo)準(zhǔn)KLHL蛋白家族(包括BTB、BACK、5/6 Kelch結(jié)構(gòu)域)中的一種，又被歸類于KBTBD家族[19,22-29]。

表1 NM致病基因譜系肌病分型致病基因OMIM基因定位編碼蛋白遺傳形式NM1/609284TPM31910301q21.2tropomyosin3AD/ARNM2/256030NEB1616502q23.3nebulinARNM3/161800ACTA11026101q42.1actin,1AR/ADNM4/609285TPM21909909p13tropomyosin2(a)AD206500TPM21909909p13tropomyosin2(a)ARNM5/605355TNNT119104119q13troponinTtype1ARNM6/609273KBTBD1361372715q22Kelch-repeatandBTB(POZ)domaincontaining13ADNM7/610687CFL260144314q13.1cofilin2ARNM8KLHL40(KBTBD5)6153403p22.1Kelch-likefamilymember40ARNM9KLHL41(KBTBD10)6077012q31kelch-likefamilymember41ARNM10/616165LMOD36161123p14.1leiomodin-3ARNMRYR118090119q13ryanodinereceptor1AR/AD

NEB變異是NM最常見原因，該基因擁有183個(gè)外顯子，編碼700 kDa的伴肌動蛋白。該蛋白為人類肌節(jié)中最大的蛋白之一，是細(xì)肌絲的組成部分，是肌動蛋白結(jié)合蛋白，具有高度重復(fù)序列結(jié)構(gòu)，重復(fù)序列結(jié)構(gòu)可以結(jié)合肌動蛋白。目前發(fā)現(xiàn)140個(gè)NEB突變，均呈AR遺傳且多為復(fù)合雜合突變，未發(fā)現(xiàn)常見的突變或熱點(diǎn)突變，大部分為移碼突變及無義突變，可見錯(cuò)義突變、剪切突變。由于NEB巨大，以往的DNA測序使用傳統(tǒng)的Sanger法，僅局限于測序伴肌動蛋白的C-末端(因該端與Z線錨定)，如今下一代測序技術(shù)(NGS)為NEB變異的診斷帶來了極大便利。如Scoto等[24]使用NGS報(bào)道NEB基因55號外顯子4 bp重復(fù)的移碼突變c.24372_24375dup (P.Val8126fs)。NEB還存在一些特殊突變，如1例德系猶太人于NEB基因的55號外顯子及54、55號內(nèi)含子部分區(qū)域被發(fā)現(xiàn)2502 bp缺失突變[30]，為NEB分子生物學(xué)診斷帶來了挑戰(zhàn)。

ACTA1是第二常見的致病基因，編碼骨骼肌a-肌動蛋白，該蛋白存在于Ⅰ型和Ⅱ型肌纖維中，約有25%的患者存在ACTA1基因突變[21]。目前已發(fā)現(xiàn)200余種ACTA突變，主要為錯(cuò)義突變，90%為AD遺傳，10%為AR遺傳。其中，約50%的患者表現(xiàn)為先天性NM嚴(yán)重型。ACTA1也是唯一一個(gè)與核內(nèi)桿狀體相關(guān)的基因，該基因變異亦引起斑馬體肌病，也被認(rèn)為是NM的一種，目前世界上僅報(bào)道了2例，骨骼肌病理不僅發(fā)現(xiàn)了斑馬體，還顯示了桿狀體。

TPM2和TPM3分別編碼β-原肌球蛋白和慢型α-原肌球蛋白，遺傳方式為AR/AD，占5%以下的NM。迄今為止，已報(bào)道TPM2基因錯(cuò)義突變導(dǎo)致的NM：如Q147P[27]、E41K[9]、E117K[31]；缺失突變：p.E138del[32]、p.E139del[9-10]。TPM3已報(bào)道為AD遺傳的錯(cuò)義突變及AR遺傳的1 bp的缺失突變。由于慢型α-原肌球蛋白僅存在于慢肌肌纖維中(Ⅰ型肌纖維)，當(dāng)肌細(xì)胞桿狀體僅存在于Ⅰ型肌纖維時(shí)，可優(yōu)先考慮TPM3變異。TNNT1和CFL2突變引起NM，目前報(bào)道的均為AR遺傳。迄今為止，TNN1僅報(bào)道了1例無義突變，CFL2報(bào)道了幾例純合錯(cuò)義突變及缺失突變[19,23]。CFL2編碼肌肉的肌動蛋白結(jié)合蛋白絲切因子-2，絲切因子-2缺乏可導(dǎo)致肌動蛋白解聚作用減少，導(dǎo)致其在肌纖維中的聚集形成桿狀體[28]。KBTBD13發(fā)現(xiàn)了3個(gè)AD遺傳的錯(cuò)義突變；KLHL40、KLHL41 和LMOD3均為AR遺傳。目前報(bào)道了純合/復(fù)合雜合突變，其中KLHL41移碼突變可以導(dǎo)致嚴(yán)重的臨床表現(xiàn)，新生兒即死亡；錯(cuò)義突變損害運(yùn)動功能，患者可以存活至兒童晚期或成年早期[33]。

RYR1導(dǎo)致的單純的NM非常少見，目前僅報(bào)道1例[34]，該研究使用NGS發(fā)現(xiàn)1例2歲極嚴(yán)重NM患者的RYR1第33號外顯子c.4718C>T (p.1573Pro>Leu)及47號外顯子c.7585G>A (p.2529Asp>Asn) 復(fù)合雜合突變。RYR1變異報(bào)道較多的是軸空/桿狀體肌病[18, 34-35]。軸空/桿狀體肌病在NM中非常少見，已報(bào)道致病基因除了最多見的RYR1外還有NEB[22]和ACTA1[36]。帽狀體肌病目前已知的致病基因?yàn)锳CTA1[14]、TPM2[9, 11]、TPM3[37-38]。

4 總結(jié)

隨著分子生物學(xué)技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用，越來越多的NM病例被報(bào)道，人們認(rèn)識了更多的NM的臨床、病理及遺傳學(xué)特征，因此，“桿狀體”不能再作為診斷本組肌病的金標(biāo)準(zhǔn)，而是必須結(jié)合分子生物學(xué)診斷。同時(shí)，分子生物學(xué)研究的進(jìn)展也推動了人們對該病發(fā)病機(jī)制的探索，隨著動物模型的建立，NM的發(fā)病機(jī)制研究以及基因治療將成為新的研究熱點(diǎn)。

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R746

A

1004-1648(2017)05-0383-03

國家自然科學(xué)基金青年基金(81300977)；國家自然科學(xué)基金面上項(xiàng)目(81671113)

210008南京大學(xué)醫(yī)學(xué)院附屬鼓樓醫(yī)院神經(jīng)內(nèi)科(趙燕，劉卓，常蕾蕾，盧正娟，吳家勇，徐運(yùn))，病理科(牛豐南)

徐運(yùn)

2016-12-10

2016-12-20)