耳硬化癥的遺傳學(xué)研究進(jìn)展

張永麗 楊華

北京協(xié)和醫(yī)學(xué)院中國醫(yī)學(xué)科學(xué)院北京協(xié)和醫(yī)院(北京100730)

耳硬化癥是一種原發(fā)于骨迷路的局灶性病變，主要與骨迷路異常的骨代謝有關(guān)[1]。病變通常先侵及鐙骨周圍的環(huán)韌帶，可引起鐙骨活動受限或者固定，導(dǎo)致傳導(dǎo)性聽力下降；若病變侵及耳蝸或者內(nèi)聽道，引起耳蝸或者聽神經(jīng)病變，可導(dǎo)致感音神經(jīng)性聽力下降；若病變僅局限在迷路骨壁，可無聽力下降。關(guān)于耳硬化癥的病因眾說不一，迄今不明。目前大多數(shù)研究結(jié)果表明環(huán)境因素與遺傳因素共同導(dǎo)致耳硬化癥的發(fā)生[2,3]，其中遺傳因素在疾病的發(fā)病過程中發(fā)揮重要作用。自1998年第一個耳硬化癥的相關(guān)基因座位OTSC1[4]被發(fā)現(xiàn)后，越來越多的耳硬化癥的相關(guān)基因被發(fā)現(xiàn)和報道[5-10]。

1 耳硬化癥的發(fā)病率與發(fā)病年齡

耳硬化癥在白種人中發(fā)病率相對較高，其發(fā)病率約0.3%-0.4%，在黑種人及黃種人發(fā)病率較低[11]。Declau[12]等發(fā)現(xiàn)耳硬化癥在白種人中的發(fā)病率正在下降，這一現(xiàn)象可能與環(huán)境因素有關(guān)。另外，耳硬化癥在女性中的發(fā)病率高于男性，其比例約為1.4:1-2:1[13,14]。耳硬化癥的平均發(fā)病年齡在30歲左右，Niedermeyer[15]等發(fā)現(xiàn)耳硬化癥的發(fā)病年齡有逐漸老齡化趨勢。

2 耳硬化癥的病因?qū)W

目前關(guān)于耳硬化癥的病因?qū)W眾說不一，其中環(huán)境因素和遺傳因素在耳硬化癥的發(fā)病過程中發(fā)揮重要作用[2,3]。有研究發(fā)現(xiàn)病毒感染，尤其是麻疹病毒及風(fēng)疹病毒可能通過啟動骨迷路包囊的炎癥反應(yīng)導(dǎo)致耳硬化癥的發(fā)生。內(nèi)分泌因素，比如雌激素或者口服避孕藥可能導(dǎo)致了耳硬化癥發(fā)病率女性高于男性[13,14]。另有研究[16,17]發(fā)現(xiàn)氟化鈉（NaF）可能能夠延緩耳硬化癥的發(fā)生，降低耳硬化癥的發(fā)病率。近年來，有研究[5-10]發(fā)現(xiàn)耳硬化癥與遺傳有關(guān)，多種基因可能參與耳硬化癥的發(fā)生，許多學(xué)者[5-10,18]認(rèn)為耳硬化癥是一種常染色體顯性遺傳伴不完全顯性的疾病。此外，成骨不全綜合征、結(jié)締組織病及酶學(xué)說也可能與耳硬化癥有關(guān)。

3 耳硬化癥的遺傳特點

1866年，Toynbee[19]第一次描述了耳硬化癥有遺傳傾向，之后Albrect在其研究中首次報道耳硬化癥常染色體顯性遺傳的特點，另有研究[20-22]發(fā)現(xiàn)耳硬化癥的外顯率約為40%左右。Bauer和Stein曾報道耳硬化癥常染色體隱性遺傳的特點，但是他們的研究遭到Morrison[23,24]等學(xué)者的質(zhì)疑。Hernandez-Orozco和Courtney[25]曾報道耳硬化癥X-連鎖顯性遺傳的特點。迄今為止，大多數(shù)研究[8-10]支持耳硬化癥常染色體顯性遺傳伴不完全外顯的特點。

4 耳硬化癥的基因?qū)W

耳硬化癥是一種多因素疾病，多種環(huán)境因素和遺傳因素在疾病的發(fā)生過程中發(fā)揮重要作用，單一的環(huán)境因素或者遺傳因素不足以導(dǎo)致疾病的發(fā)生。高血壓、糖尿病及肥胖等都屬于多因素疾病，它們存在遺傳傾向，但是并不完全符合孟德爾遺傳定律。近年來遺傳因素在耳硬化癥發(fā)病過程中的作用得到比較深入的研究。在耳硬化癥的易感基因鑒別和定位中，基因連鎖分析和基因關(guān)聯(lián)分析是主要應(yīng)用的分析方法。

4.1 基因連鎖分析

基因連鎖分析是一種對符合孟德爾遺傳定律的疾病和有家族聚集傾向的疾病進(jìn)行遺傳分析的方法?；诨蜻B鎖分析方法已經(jīng)有10種耳硬化癥基因座位被發(fā)現(xiàn)，除了OTSC6和OTSC9未被正式公布外，其他8種耳硬化癥基因座位OTSC1-5和OTSC7-10已經(jīng)相繼被發(fā)現(xiàn)和報道。

4.1.1 OTSC1

Tomek[4]通過分析一個印度家系，發(fā)現(xiàn)并定位第一個耳硬化癥的相關(guān)基因座位OTSC1。OTSC1位于常染色體15q25-q26，包含33個基因，其中聚蛋白多糖基因（aggrecan）是一個候選基因。可能原因有：①aggrecan有多個不同等位基因；②內(nèi)耳骨迷路的前體細(xì)胞中有aggrecan蛋白的表達(dá)；③aggrecan突變的小鼠表現(xiàn)出一定的聽力損失。但是目前尚無研究證實aggrecan與耳硬化癥有關(guān)，具體OTSC1上的耳硬化癥致病基因及致病機(jī)制需要進(jìn)一步的研究和發(fā)現(xiàn)。

4.1.2 OTSC2

2001年，Van Den Bogaert[26]等通過對一個比利時家系進(jìn)行連鎖分析，發(fā)現(xiàn)第二個耳硬化癥的相關(guān)基因座位OTSC2。這個基因座位位于常染色體7q34-36，介于D7S495和D7S2426之間，包含132個基因。在OTSC2基因座位中轉(zhuǎn)錄中介因子TIF1α和賴氨酸羥化酶3（PLOD3）是兩個候選基因。TIFα是維甲酸（RA）生長抑制活性的抑制物之一，RA可以影響耳囊的分化和發(fā)展。因此，TIF1α可能通過干擾RA的生長抑制活性來影響骨迷路的分化和發(fā)育。PLOD3可能通過干擾內(nèi)耳軟骨細(xì)胞對腫瘤壞死因子α（TNFα）介導(dǎo)的刺激反應(yīng)來影響內(nèi)耳膠原蛋白的合成和代謝，從而導(dǎo)致耳硬化癥的發(fā)生發(fā)展。

4.1.3 OTSC3

OTSC3是第3個耳硬化癥的基因座位。2002年，W Chen[27]等通過分析一個塞浦路斯家系，排除已知耳硬化癥基因座位OTSC1和OTSC2，在第6號染色體上發(fā)現(xiàn)了另一耳硬化癥基因座位。OTSC3基因座位位于常染色體6p21.3-22.3，包含488個基因。在OTSC3基因座位中，RING1和COL11A2是兩個候選基因，RING1是COL1A1啟動子的轉(zhuǎn)錄激活子，RING1可能通過影響COL1A1基因的轉(zhuǎn)錄來參與調(diào)節(jié)骨迷路中I型膠原蛋白的合成進(jìn)而引起耳硬化癥的發(fā)生。COL11A2[28]在骨迷路中表達(dá)，COL11A2的啟動子區(qū)包括人類特有的膠原調(diào)節(jié)原件，參與前骨膠原和合成，可引起非綜合征性常染色體顯性聽力損失。

4.1.4 OTSC4

2004年，Brownsten Z[29]通過對一個以色列家族進(jìn)行連鎖分析，發(fā)現(xiàn)第4個耳硬化癥基因座位OTSC4。OTSC4位于常染色體16q21-23.2上，包含74個基因，其中COG8和COG4是2種候選基因，它們可能通過影響免疫系統(tǒng)和骨代謝參與耳硬化癥過程，目前COG8和COG4在耳硬化癥中具體致病機(jī)制還未得到報道。

4.1.5 OTSC5

2004年，Van Den Bogaert[30]等發(fā)現(xiàn)和報道了第5個基因座位OTSC5。它位于常染色體3q22-24，包含59個基因，其中前膠原羧基末端蛋白水解酶增強(qiáng)蛋白2（PCOLCE2）和 糖硫轉(zhuǎn)移酶2（CHST2）是兩個候選基因。PCOLCE2參與編碼Ⅰ型前膠原蛋白相關(guān)的糖蛋白，在非骨化軟骨中高度表達(dá)，骨迷路包囊中存在非骨化軟骨，因此推測PCOLCE2在骨迷路的非骨化軟骨中表達(dá)可能通過參于骨迷路的骨代謝；耳硬化癥曾被推測與耳囊軟骨殘體中的異常細(xì)胞外基質(zhì)代謝有關(guān)，CHST2參與編碼細(xì)胞外基質(zhì)，因此推測CHST2可能影響骨迷路軟骨細(xì)胞外基質(zhì)參于耳硬化癥的發(fā)生。

4.1.6 OTSC7

2007年，Melissa Thus[31]等通過對一個希臘家族進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)了第7個耳硬化癥基因座位OTSC7，它位于常染色體6q13-16.1，介于D6S1036和D6S300之間，包含66個基因。COL12A1是OTSC7基因座位上的一個候選基因，它在耳蝸中有表達(dá)，可影響三聯(lián)螺旋的纖維結(jié)合膠原（FACIT）的合成，該膠原在綜合征性和非綜合征性聽力損失中發(fā)揮重要作用。因此推測COL12A1與耳硬化癥有關(guān)。

4.1.7 OTSC8

2008年，第8個耳硬化癥基因座位OTSC8被Bel Hadj Ali[32]等人發(fā)現(xiàn)。它位于常染色體9p13.1-9q21.11，介于D9S970和 D9S1799之間，包含145個基因。在這一基因座位中TJP2、TRPM3和KLF9是3個候選基因。TJP2屬于緊密連接蛋白，參與上皮和內(nèi)皮細(xì)胞內(nèi)的連接。TRPM3可影響細(xì)胞鈣信號傳導(dǎo)和內(nèi)環(huán)境穩(wěn)定，影響破骨細(xì)胞的活性。KLF9可調(diào)解哺乳動物的顱面發(fā)育。目前尚未在耳硬化癥中的具體致病機(jī)制的研究和報道。

4.1.8 OTSC10

2011 年，Weegerink NJ和 Schrauwen I[33,34]相繼報道了第10個耳硬化癥基因座位OTSC10。OTSC10位于常染色體q41-44，包含306個基因。TGFB2和AGT是2個候選基因，它們可能參與內(nèi)耳骨迷路的骨代謝。TGFB2是一種多功能的生長因子，參與多種生物過程，在骨迷路中有表達(dá)，可影響骨迷路包囊的骨代謝，因此TGFB2是一種耳硬化癥候選致病基因。AGT可能也與骨迷路異常的骨代謝有關(guān)，具體致病機(jī)制需要進(jìn)一步研究。

4.2 基因關(guān)聯(lián)分析

基因關(guān)聯(lián)分析是一種以單核苷酸多態(tài)性（SNP）為分子遺傳標(biāo)記，在全基因組水平上進(jìn)行對照分析，以發(fā)現(xiàn)復(fù)雜遺傳疾病致病基因的新策略，也是目前研究復(fù)雜遺傳病常用方法之一。近年來，基于基因關(guān)聯(lián)分析已有越來越多的耳硬化癥的相關(guān)致病基因被發(fā)現(xiàn)和報道[5-10,35-38]。這些基因可能通過參與骨代謝、免疫調(diào)節(jié)或者內(nèi)分泌等分子途徑致病。

4.2.1 骨代謝途徑

1998年，McKenna等[39]首次應(yīng)用基因關(guān)聯(lián)分析發(fā)現(xiàn)COL1A1基因突變可能與耳硬化癥的發(fā)生有關(guān)。之后McKenna等[40,41]又發(fā)現(xiàn)COL1A1基因中SP1結(jié)合位點的多態(tài)性與耳硬化癥有關(guān)。COL1A1參與編碼Ⅰ型膠原蛋白，COL1A1基因突變導(dǎo)致Ⅰ型膠原蛋白合成減少，導(dǎo)致骨質(zhì)異常。通常COL1A1基因突變與成骨不全綜合征的發(fā)生有密切關(guān)系，部分成骨不全患者可出現(xiàn)與耳硬化癥患者類似的進(jìn)行性傳導(dǎo)性聽力下降的臨床表現(xiàn)。與耳蝸骨代謝相關(guān)的致病基因TGF-β1、BMP2及BMP4[8]也陸續(xù)被發(fā)現(xiàn)和報道，它們同屬于TGFβ超家族，參與內(nèi)耳的胚胎發(fā)育以及迷路骨質(zhì)的代謝。

4.2.2 內(nèi)分泌途徑

耳硬化癥在女性中的發(fā)病率高于在男性中的發(fā)病率，可能與雌激素有關(guān)。有學(xué)者認(rèn)為耳硬化組織中的雌激素受體變異可能影響雌激素介導(dǎo)的耳硬化癥的發(fā)生或骨迷路的骨代謝異常。有研究[42]發(fā)現(xiàn)雌激素能促進(jìn)催乳素的分泌，催乳素能降低骨保護(hù)素（OPG）的表達(dá)，提高RANKL的表達(dá)，進(jìn)而影響骨代謝，因此推測OPG/RANK/RANKL旁路的異常改變可能與耳硬化癥的發(fā)病有關(guān)，但是具體的分子致病機(jī)制仍有待研究。

4.2.3 免疫系統(tǒng)途徑

人類白細(xì)胞抗原（HLA）系統(tǒng)在免疫系統(tǒng)中發(fā)揮重要作用，參與多種疾病過程。雖然關(guān)于耳硬化癥與HLA系統(tǒng)的關(guān)聯(lián)研究已經(jīng)被報道[43-45]，但是這些研究結(jié)果并不一致。盡管如此，這些研究表明HLA系統(tǒng)與耳硬化癥的發(fā)生可能存在某種免疫病理學(xué)的聯(lián)系，但是研究還有待深入。

人類自身免疫在耳硬化癥發(fā)病過程中可能發(fā)揮一定作用。Lolov,S.[46,47]等學(xué)者曾提出麻疹病毒感染引起的自身免疫反應(yīng)是耳硬化癥發(fā)生的重要因素。Yoo,T.J.[48]等也曾提出自身免疫系統(tǒng)對Ⅱ型膠原蛋白（COL1A2）的免疫反應(yīng)在耳硬化癥的發(fā)病過程中發(fā)揮一定的作用。但是之后這一學(xué)說并沒有得到其他研究的驗證。由此可見，自身免疫系統(tǒng)可能與耳硬化癥有關(guān)，但仍需要進(jìn)一步的研究證實。

4.2.4 其他分子通路途徑

Schrauwen I[49]發(fā)現(xiàn)RELN基因與耳硬化癥相關(guān)，并且這一發(fā)現(xiàn)在不同人群中得到了證實[49-53]。RELN的突變區(qū)域位于常染色體7q22.1，內(nèi)含子1到內(nèi)含子4之間。RELN編碼細(xì)胞外基質(zhì)蛋白，參與大腦發(fā)育過程中神經(jīng)元的定位。有研究發(fā)現(xiàn)[49,51]RELN在人鐙骨底板和小鼠內(nèi)耳中均有表達(dá)。雖然研究[49-53]相繼報道了RELN與耳硬化癥之間相關(guān)性，但是RELN的致病機(jī)制目前尚不清楚。

另有研究發(fā)現(xiàn)[54]炎性因子可能參與耳硬化癥的病理過程，尤其是腫瘤壞死因子α（TNFα）。TNFα可促進(jìn)骨吸收，可能通過異常的骨代謝途徑致病。此外血管緊張素轉(zhuǎn)化酶基因（ACE和AGT）[55]的基因突變可能也與耳硬化癥有關(guān)，具體致病機(jī)制尚需進(jìn)一步的研究發(fā)現(xiàn)。

5 耳硬化癥的動物模型

耳硬化癥的致病機(jī)制目前尚不清楚，耳硬化癥的動物模型是探索耳硬化癥致病機(jī)制以及相關(guān)致病基因的有效途徑。Andreas F.[56]等人通過構(gòu)建OPG敲除小鼠，發(fā)現(xiàn)OPG敲除小鼠可表現(xiàn)出許多與人耳硬化癥的類似癥狀。比如OPG敲除小鼠出現(xiàn)了與耳硬化癥的活動期的類似的內(nèi)耳骨迷路包囊的局灶性骨吸收和沉積，小鼠出現(xiàn)進(jìn)行性聽力下降的癥狀。另外，OPG敲除小鼠也出現(xiàn)一系列不同于人耳硬化癥的表現(xiàn)，比如OPG基因敲除小鼠出現(xiàn)全身骨質(zhì)的異常骨重塑，同時中耳的錘骨和砧骨也會受到影響。之后Konstantina M.等[57]構(gòu)建了一種成骨不全綜合證的小鼠模型Mov13小鼠，他們對Mov13小鼠的耳囊60余種基因進(jìn)行研究，發(fā)現(xiàn)COL1A1可參與內(nèi)耳骨迷路的多種基因的轉(zhuǎn)錄調(diào)控，內(nèi)耳OPG的表達(dá)量明顯高于身體其他部位骨質(zhì)中的表達(dá)量。雖然Mov13小鼠內(nèi)耳骨迷路包囊沒有表現(xiàn)出耳硬化癥類似的異常骨重建，不能作為典型耳硬化癥的動物模型，但是Mov13小鼠的研究發(fā)現(xiàn)內(nèi)耳骨質(zhì)與其他骨質(zhì)之間的基本生物學(xué)差異，為內(nèi)耳的骨代謝的研究提供一定的分子理論支持。2014年Jacqueline M.等人[58]構(gòu)建了一種CHARGE綜合征的小鼠模型Chd7+/Looper小鼠，這種小鼠可表現(xiàn)出與人耳硬化癥類似的鐙骨底板固定，另外還會出現(xiàn)半規(guī)管發(fā)育不全和前庭功能紊亂以及生長遲緩及面部不對稱等癥狀。耳硬化癥的動物模型建立有助于耳硬化癥分子致病機(jī)制的深入研究，但是耳硬化癥動物模型的成功構(gòu)建仍需要進(jìn)一步的研究和探索。

6 小結(jié)

遺傳因素在耳硬化癥的發(fā)病過程中發(fā)揮重要作用。研究表明耳硬化癥多表現(xiàn)為常染色體顯性遺傳伴不完全外顯，外顯率在40%左右。遺傳因素在致病過程中可能與影響骨重塑、內(nèi)分泌途徑及免疫途徑等有關(guān)。目前已有10種致病基因座位被報道，但是在這些基因座位上具體的致病基因目前仍不清楚。另外有數(shù)10余種致病基因被發(fā)現(xiàn)，在這些基因的研究結(jié)果中，除了BMP2、BMP4等少許基因的研究結(jié)果被重復(fù)外，其余研究結(jié)果大多是相互矛盾的。另外，耳硬化癥在黃種人和黑種人中發(fā)病率較低，找到足夠大的家系進(jìn)行耳硬化癥的遺傳學(xué)研究分析較困難。目前關(guān)于耳硬化癥的遺傳學(xué)研究大多以病人為重點，耳硬化癥致病基因的動物學(xué)研究較少，耳硬化癥的具體的分子作用機(jī)制尚需要更加深入的研究。未來，對耳硬化癥致病基因進(jìn)行準(zhǔn)確定位，并對致病基因的具體分子致病機(jī)制進(jìn)行研究有可能成為新的研究方向。