GJB2基因突變導(dǎo)致的遺傳性耳聾

王美蘭 馬靜

GJB2是第一個發(fā)現(xiàn)能導(dǎo)致常染色體隱性遺傳性耳聾的基因，GJB2的變異可能導(dǎo)致常染色體顯性遺傳或隱性非綜合征性聽力損失以及綜合征性聽力損失。已發(fā)現(xiàn)超過200個GJB2突變（DFNB1，MIM220290）與常染色體隱性非綜合征性聽力損失有關(guān)，而只有19個GJB2突變與遺傳性常染色體顯性遺傳性非綜合征性耳聾有關(guān)（DFNA3，MIM601544）[1]。

1 GJB2基因的結(jié)構(gòu)

GJB2是含有226個氨基酸的蛋白質(zhì)，由20種氨基酸組成，其中纈氨酸、異亮氨酸、賴氨酸和苯丙氨酸的含量最多，而組氨酸、天冬酰胺和谷氨酰胺含量較低。分子量大約26 kDa，在細(xì)胞遺傳學(xué)定位于13q11-q12，基因組坐標(biāo)為（GRCh37）：13：20761601-20767113（來源于 NCBI），定位于人類的13號染色體及大鼠的14號染色體。DNA全長4804 bp，含有1個內(nèi)含子，兩個外顯子（exon1和exon2），而編碼區(qū)位于exon2。Bilal等建立的GJB2三維結(jié)構(gòu)，對認(rèn)知GJB2的生物功能帶來了好處[2]。

2 Cx26的結(jié)構(gòu)

GJB2基因編碼的Cx26是一種跨膜蛋白，包含4次跨膜，共5個區(qū)：N端區(qū)、跨膜區(qū)（M1，M2，M3，M4）、細(xì)胞外區(qū)（E1，E2）、胞漿內(nèi)連接區(qū)和C端區(qū)。Cx26蛋白與其它的連接蛋白分子形成連接子，其在毗鄰的細(xì)胞融合形成縫隙連接通道，是細(xì)胞間電解質(zhì)、第二信使和代謝物質(zhì)的重要通路，對信息傳遞和物質(zhì)交換起重要的作用?？p隙連接蛋白的結(jié)構(gòu)在細(xì)胞膜一側(cè)形成六聚體，并于相鄰細(xì)胞的六聚體對應(yīng)上，形成通道。由單一連接蛋白組成的連接子稱同聚體連接子，由幾種連接蛋白組成的連接子稱異聚體連接子[3]。由相同連接子組成的縫隙連接稱作同型縫隙連接，而由異聚體連接子參與組成的縫隙連接稱作異型縫隙連接[4]。使用電子-超分辨率結(jié)構(gòu)照明顯微鏡（SR-SIM）分析人類耳蝸中聽覺上皮細(xì)胞隙連接網(wǎng)絡(luò)中的Cx26和Cx30表達(dá)，發(fā)現(xiàn)兩種蛋白質(zhì)類型是共表達(dá)的，這表明這兩種蛋白之間存在功能的協(xié)作；在人耳蝸中建立GJ網(wǎng)絡(luò)的分子組成和分布可以增加對Cx相關(guān)聽力損失的病理生理學(xué)的理解，還可以幫助制定治療遺傳性聽力損失的策略[5]。

3 GJB2基因突變的致病原因

GJB2的突變導(dǎo)致耳蝸中主要的間隙連接異構(gòu)體改變，可以導(dǎo)致非綜合征性聽力損失的發(fā)生，并且是非綜合征性聽力喪失中最常見原因[6]。Cx26蛋白在耳蝸的上皮和結(jié)締組織中廣泛表達(dá)，可以細(xì)胞特異性和時空復(fù)雜的方式形成同聚或者異聚體的間隙連接通道。內(nèi)耳淋巴液中鉀離子是產(chǎn)生內(nèi)淋巴電位和機(jī)械能與電能相互轉(zhuǎn)化的電荷載體，Cx26蛋白是鉀離子循環(huán)通路的一部分，對于耳蝸正常滲透壓及維持聽覺機(jī)制起著極其重要的作用。研究表明基因突變會引起鉀離子的復(fù)極回流障礙，從而導(dǎo)致聽力受損[7]。但也有研究表明，縫隙連接蛋白的表達(dá)是內(nèi)毛細(xì)胞功能成熟的關(guān)鍵[8]，這也可能是GJB2突變導(dǎo)致聽力下降的原因。

有研究表明，與連接蛋白突變相關(guān)的內(nèi)耳疾病不能僅僅歸因于K+循環(huán)途徑的破壞，其中間隙連接發(fā)揮不同的作用，取決于其分子組成和在內(nèi)耳間隙連接網(wǎng)內(nèi)的位置[9]。對Cx26蛋白第86位氨基酸存在的3種多態(tài)性進(jìn)行集中分析，并通過分子生物學(xué)手段對其對細(xì)胞中的功能進(jìn)行驗(yàn)證。最終證實(shí)只有當(dāng)?shù)?6位氨基酸突變?yōu)锳rg時，Cx26蛋白功能喪失。最終證實(shí)Cx26 T86R突變可能為潛在致聾突變，但Cx26的T86S突變不影響蛋白功能[10]。雙Cx26+/-/Cx30+/-雜合小鼠模型表明Cx26+/-/Cx30+/-可能主要損害耳蝸側(cè)壁的間隙連接功能，導(dǎo)致耳蝸內(nèi)單位（endocochlear potential，EP)減少和聽力喪失。還有研究表明耳蝸間隙連接可能在年齡相關(guān)的聽力損失中起重要作用[11]。

目前盡管對隱性和顯性常染色體性耳聾的突變通道和動物模型進(jìn)行了研究，但仍然不清楚為什么間隙連接對聽覺功能至關(guān)重要。最近的研究強(qiáng)調(diào)了間隙連接參與非感覺細(xì)胞之間第二信使的轉(zhuǎn)移，并提出須將研究焦點(diǎn)轉(zhuǎn)向內(nèi)源代謝物和第二信使，以更好地了解連接蛋白突變后引起的耳蝸病理改變[12]。

4 GJB2基因與綜合征性耳聾

GJB2基因突變可以引起一系列與耳聾有關(guān)的綜合征，包括Vohwinkel綜合征、巴-普二氏綜合征、IV型Bartter綜合征、進(jìn)行性對稱性紅斑角化癥、KID綜合征等。

Vohwinkel綜合征表現(xiàn)為殘毀性角化病和中度高頻耳聾，是常染色體顯性遺傳性疾病，報其罕見。GJB2突變D66H可引起Vohwinkel綜合征，Dippold等[13]在一名聽力篩查未通過并且手腳上有的角化病的新生兒中發(fā)現(xiàn)了GJB2的突變，并且這個孩子的父親也表現(xiàn)出相同的癥狀，父親的GJB2基因極有可能攜帶女兒遺傳的突變。

巴-普二氏綜合征（bart-pumphrey syndrome；BPS）是一種常染色體顯性疾病，其特征是聽力喪失，白癜風(fēng)，和掌跖角化病。GBJ2細(xì)胞外結(jié)構(gòu)域中的兩個突變可導(dǎo)致該綜合征。迄今為止，文獻(xiàn)中已發(fā)表BPS的病例報告，聽力損失和指節(jié)墊是這種綜合征最常見的表現(xiàn)[14]

IV型Bartter綜合征，以失鹽性腎病和感音神經(jīng)性耳聾為特征。是由BSND突變或CLCNKA和CLCNKB的同時突變引起的。Bartter綜合征比較罕見性，在BSND的外顯子中檢測到c.22C＞T（p.Arg8Trp）和c.127G＞A（Val43Ile）雙純合突變。在同一患者的GJB2的外顯子中也發(fā)現(xiàn)了c.235delC（p.Leu79CysfsX3）和c.109G＞A（p.Val37Ile）的復(fù)合雜合突變。結(jié)果表明，純合子突變c.22C＞T是關(guān)鍵的遺傳因素，BSND和GJB2的雙基因效應(yīng)可能是導(dǎo)致感音神經(jīng)性耳聾的原因[15]。

進(jìn)行性對稱性紅斑角化癥(progressive symmetric erythrokeratodermia，PSEK)主要表現(xiàn)為進(jìn)行性對稱性紅斑角化癥及可變性紅斑角化癥。患者的GJB2基因存在雜合突變，核苷酸序列第608位發(fā)生錯義突變，堿基由T突變成C，GJB2基因編碼的蛋白第203位的異亮氨酸轉(zhuǎn)換成蘇氨酸突變。GJB2基因突變可能是該例PSEK患者的致病基因[16]。

角膜炎-魚鱗病-耳聾綜合征是一種罕見的基因病，伯恩斯首次報道了全身性先天性角化病，角膜炎和耳聾的關(guān)聯(lián)[17]。臨床三聯(lián)征為血管化的角膜炎、魚鱗病及感音神經(jīng)性耳聾。其他表現(xiàn)包括皮膚紅斑角化、脫發(fā)和掌跖網(wǎng)狀角化過度。其通常由GJB2基因或較少見的GJB6基因突變引起?；加蠯ID綜合征的患者具有較高的惡性腫瘤和感染風(fēng)險[18]?；驒z測示GJB2基因外顯子2中的第148位堿基發(fā)生G→T雜合突變(c.148G→T)，導(dǎo)致其編碼的第50位氨基酸發(fā)生錯義突變(p.Asp50Tyr)?；驒z測有助于明確該病診斷[19]。

5 GJB2基因與非綜合征性耳聾

0～12歲發(fā)病的GJB2及SLC26A4基因突變相關(guān)耳聾兒童發(fā)病年齡主要集中在嬰兒及幼兒期，均以極重度聽力損失為主，且發(fā)病年齡越小，極重度聽力損失比例越高[20]。

GJB2基因突變者聽力學(xué)表型多樣，在進(jìn)行基因檢測時，除重視雙耳重度、極重度感音神經(jīng)性聾或聽力圖為殘余型和平坦型的人群外，也應(yīng)該對單耳耳聾、雙耳輕度聽力損失或聽力圖為上升型感音神經(jīng)性聾患者進(jìn)行常規(guī)耳聾基因檢測[21]。

GJB2基因突變是引起散發(fā)性非綜合征耳聾患者聽力損失發(fā)生的重要原因，不同人種GJB2基因的突變熱點(diǎn)存在差異，與大多數(shù)亞洲人群相同，c.235delC是GJB2基因在中國人中的主要致病突變位點(diǎn)[22]；而c.35delG是高加索人及歐洲人常染色體隱性遺傳性非綜合征性聽力損失的重要原因[23]，歐洲耳聾患者中突變率約1/50[24]，南歐甚至高達(dá)1/31[25]。早期研究表明，GJB2基因突變引起的聽力損失主要是先天性的，聽力表型主要是雙側(cè)、對稱、中度至重度的感音神經(jīng)性聽力下降。隨著研究的進(jìn)展，一些研究人員發(fā)現(xiàn)，大約3.8%～6.9%的GJB2基因突變兒童能夠通過新生兒聽力篩查，但是會發(fā)生遲發(fā)性的聽力損失[26]。GJB2純合突變患者的聽力損失程度重于復(fù)合雜合突變患者；GJB2致病突變患者的聽力損失程度以極重度為主[27]。在早發(fā)，嚴(yán)重的聽力損失病例中，如果GJB2分析僅導(dǎo)致一個雜合子改變，則強(qiáng)烈建議進(jìn)一步進(jìn)行二代基因測序[28]。

6 與GJB2基因突變相關(guān)的治療與預(yù)后

臨床上可以根據(jù)GJB2基因檢測預(yù)先了解患兒人工耳蝸植入術(shù)后的效果。攜帶GJB2基因突變的非綜合征性感音神經(jīng)性聾患兒適于行人工耳蝸植入手術(shù)，術(shù)后效果滿意[29]。與由環(huán)境因素引起的后天性耳聾相比，GJB2相關(guān)性耳聾人工耳蝸植入效果更好。然而，與未知原因的非綜合征性聽力喪失或其他類型的基因突變引起的耳聾相比，GJB2突變患兒術(shù)后效果無明顯差異[30]。通過對耳聾相關(guān)基因進(jìn)行篩查和測序來確定攜帶耳聾基因家庭的新生兒是否需要植入人工耳蝸，正常野生型GJB2基因的兒童不需要早期干預(yù)來防止其聽力損失和后期的發(fā)聲障礙[31]。目前有研究表明將小鼠的GJB6敲除，可以過度表達(dá)GJB2基因，能使小鼠聽覺損傷得到有效恢復(fù)，遺傳校正有效恢復(fù)聽覺功能[32]。

GJB2導(dǎo)致耳聾表型多變，致病種類繁多，也可能存在伴隨著其他系統(tǒng)的病變，攜帶者聽力表現(xiàn)形式也多樣，隨著研究的進(jìn)展，將會更一步了解GJB2基因的發(fā)病機(jī)制及制定更全面的診療措施。