5種常見綜合征型唇腭裂遺傳學(xué)研究進(jìn)展

孫嘉琳 林巖松 石冰 賈仲林

口腔疾病研究國家重點實驗室 國家口腔疾病臨床醫(yī)學(xué)研究中心四川大學(xué)華西口腔醫(yī)院唇腭裂外科 成都610041

先天性唇腭裂是人類最常見的先天性出生缺陷，根據(jù)表型不同可分為唇裂伴或不伴腭裂以及單純腭裂。該疾病在世界范圍內(nèi)的平均發(fā)生率約為1.2/1 000，是由遺傳和環(huán)境共同作用導(dǎo)致的多因素遺傳病[1]。約30%的唇腭裂患者以綜合征形式出現(xiàn)，同時伴有全身其他部位先天畸形，而另外約70%的患者為非綜合征形式。非綜合征型唇腭裂病因?qū)W較為復(fù)雜，與此相反，綜合征型唇腭裂多由明確的染色體結(jié)構(gòu)異?；騿位蛲蛔兯?，符合孟德爾遺傳定律。本文將就幾種較為常見的綜合征型唇腭裂近年來的遺傳學(xué)方面的研究進(jìn)展進(jìn)行討論。

1 Van der Woude綜合征（Van der Woude syndrome，VWS）

VWS是最常見的唇腭裂綜合征，約占所有唇腭裂患者的2%，新生兒發(fā)病率約1/34 000[2]。雖然VWS外顯率較高，但表現(xiàn)度不一致。VWS的典型表現(xiàn)為先天性下唇凹陷，同時可伴或不伴有唇裂和腭裂，并且患者家屬中可同時出現(xiàn)唇腭裂。VWS患者的下唇凹陷也可有多種表型，可為單側(cè)或雙側(cè)，圓錐形或僅為淺開口。另外還有15%的患者不表現(xiàn)下唇凹陷，與非綜合征型唇腭裂難以鑒別[3]。Malik等[4]認(rèn)為，下唇凹陷或為胚胎發(fā)育早期的殘留物，但具體機(jī)制尚不清楚，或可藉由對下唇凹陷發(fā)育機(jī)制的研究進(jìn)一步探究VWS的發(fā)病機(jī)制?，F(xiàn)已確定的VWS致病的突變位于干擾素調(diào)節(jié)因子（interferon regulatory factor，IRF）6和粒狀頭樣3（grainyhead-like 3，GRHL3）基因上，均為常染色體顯性遺傳。在約70%的VWS患者中可檢測到IRF6基因突變，其中有80%的突變位于外顯子3，4，7和9號[5]。Leslie等[6]發(fā)現(xiàn)，VWS患者中IRF6的突變多位于DNA結(jié)合域。進(jìn)一步的研究[7]發(fā)現(xiàn)，唇腭裂相關(guān)的IRF6突變多位于與其他因子相互作用相關(guān)的區(qū)域，證實IRF6與其他因子的相互作用，對于VWS的致病至關(guān)重要。已有的研究[7-9]發(fā)現(xiàn)，IRF6與Klf4，非轉(zhuǎn)移性細(xì)胞（non metastatic cell，NME）1和NME2，受體酪氨酸激酶信號通路之間的相互作用對于動物胚胎發(fā)育早期腭部口腔周上皮細(xì)胞的細(xì)胞分化有調(diào)節(jié)作用，而IRF6突變的VWS患者表型多樣性或由其他與IRF6相互作用或IRF6相關(guān)的調(diào)節(jié)網(wǎng)絡(luò)的影響所致[10]。Peyrard-Janvid等[11]發(fā)現(xiàn)，另外約有5%的VWS患者是由于GRHL3基因突變所致。隨后陸續(xù)發(fā)現(xiàn)IRF6-GRHL3調(diào)節(jié)網(wǎng)絡(luò)對于腭發(fā)育有重要意義[12]。

除此之外，Degen等[13]在VWS患者衍生的角質(zhì)形成細(xì)胞中觀察到缺少蛋白結(jié)合結(jié)構(gòu)域和整個C末端的IRF6-VWS蛋白的穩(wěn)定性明顯低于野生型，因此其作為轉(zhuǎn)錄因子的功能不足。諸多的研究成果均證實，IRF6在VWS患者腭發(fā)育中有重要作用，未來的研究重點毫無疑問將放在IRF6及其相關(guān)調(diào)節(jié)網(wǎng)絡(luò)上，并且由于IRF6突變亦可導(dǎo)致非綜合征型的唇腭裂，對于VWS的研究也同樣對將來非綜合征型唇腭裂的研究具有指導(dǎo)作用。

2 22q11.2微缺失綜合征（22q11.2 micro deletion syndrome，22q11.2DS）

22q11.2DS是極為常見的綜合征，在嬰兒中的發(fā)病率約為1/4 000[14]。22q11.2DS的表型極為多樣，約35%～90%的22q11.2DS最初被診斷為以先天性心臟病、甲狀旁腺功能減退和免疫缺陷為特點的DiGeorge綜合征，約80%～100%被診斷為腭心面綜合征，其典型特征為心臟畸形和腭部發(fā)育異常等。

雖然最初被認(rèn)為是多種疾病，但最終均被證實由22號染色體長臂近著絲粒端存在典型缺失區(qū)域（typical deletion region，TDR）導(dǎo)致，但依據(jù)不同的臨床表現(xiàn)而有不同的臨床診斷?，F(xiàn)已確認(rèn)，22q11.2DS會導(dǎo)致該區(qū)域90余個基因單倍型不足，如TBX1、DVL222、UFD1L等；其中研究最多的為TBX1基因?，F(xiàn)已證實，TBX1基因為腭心面綜合征典型表現(xiàn)的主效致病基因，TBX1對于胚胎發(fā)育過程中心臟發(fā)育的影響已經(jīng)基本闡明[15-16]。隨著對22q11.2DS認(rèn)識的逐步深入，學(xué)者們逐漸發(fā)現(xiàn)微缺失與TDR內(nèi)的4個低拷貝重復(fù)序列相關(guān)[17-18]。由于其96%的部分都是完全相同的，使得該位點易受錯誤的減數(shù)分裂的影響，多項對TDR的重復(fù)實驗也證實了缺失的主要機(jī)制為減數(shù)分裂時的不平衡交換[18-19]。之后對于TBX1的研究或?qū)㈥P(guān)注于是否能在胚胎發(fā)育早期通過一定干預(yù)措施彌補微缺失對心臟發(fā)育造成的影響，例如通過TBX1表達(dá)的抑制劑維甲酸、相關(guān)的修飾基因等，對TBX1單倍型不足的患兒的表達(dá)進(jìn)行調(diào)控。

另外，約36%的22q11.2DS患者存在先天性腎臟和泌尿道異常[20]。Lopez-Rivera等[21]發(fā)現(xiàn)，位于22q11.2位點的一段370 kb的缺失尤其是CRKL基因單倍劑量不足導(dǎo)致了DiGeorge綜合征腎損害以及散發(fā)型先天性腎臟和泌尿道異常。同時，該研究也發(fā)現(xiàn)在1 093名腎臟發(fā)育不全患者中，約1.1%存在22q11.2缺失，因此推測或許22q11.2微缺失患者存在患先天性腎病的傾向。

隨著對22q11.2DS認(rèn)識的逐步深入，學(xué)者們已不再滿足于僅將其作為單一疾病進(jìn)行研究。22q11.2缺失是已知的精神神經(jīng)類疾病最大的危險因素，原因或許是由于其對神經(jīng)發(fā)育存在影響。染色體互換對于評價拷貝數(shù)變異、腦測量及相關(guān)的神經(jīng)精神疾病預(yù)后有著重要意義。雖然基因劑量在動物模型上具有可操作性，但無法在人體上實現(xiàn)，因此利用已存在的突變作為研究的手段成為了一大趨勢。而22q11.2位點由于易受染色體重排影響，因此成為了研究基因劑量效應(yīng)的一大突破口。Lin等[22]對143名受試者（其中包括66名22q11.2微缺失，21名22q11.2微重復(fù)，56名無突變）進(jìn)行了磁共振成像掃描檢測，22q11.2缺失患者存在精神分裂癥狀，22q11.2微重復(fù)存在自閉癥，且其大腦形態(tài)存在明顯差異，前者灰質(zhì)較厚，大腦表面區(qū)域較少，而后者則正好相反。因此，該研究推測22q11.2處的基因劑量效應(yīng)對大腦存在顯著影響。兒茶酚氧位甲基轉(zhuǎn)移酶（catechol-Omethyltransferase，COMT），是與多巴胺代謝相關(guān)的酶，存在高酶活性和低酶活性2種表型，即COMTH和COMTL。而腭心面綜合征患者由于該基因的單倍型缺失，因此COMTL的患者存在最低的COMT酶活性，與22q11.2DS心理精神疾病的高發(fā)病率這個事實吻合。因此，他們認(rèn)為可以通過22q11.2DS這一研究手段，深入探究心理精神疾病后的遺傳因素，以及關(guān)鍵基因的劑量效應(yīng)。Voll等[23]發(fā)現(xiàn)22q11.2DS成年人肥胖癥明顯相關(guān)，證實肥胖癥確有其遺傳基礎(chǔ)，并且存在明顯的劑量效應(yīng)，為后續(xù)肥胖癥的相關(guān)基因研究提供了大致方向，也為22q11.2DS者的成年后治療提供了參考。

從以上3項研究可看出，隨著對22q11.2DS認(rèn)識的加深，其對于學(xué)者們不再是單一病種和研究對象，由于其獨特的單倍型缺失，造成的TDR內(nèi)基因存在明顯的劑量效應(yīng)，該缺失逐漸成為學(xué)者們對于一些22q11.2DS相關(guān)癥狀、疾病基因研究的跳板，借助這一天然形成的基因模型，可以更好地研究相關(guān)的疾病。

3 Treacher Collins綜合征（Treacher Collins syndrome，TCS）

TCS是一種先天性頜面部發(fā)育缺陷，典型特征為面部骨發(fā)育不全，尤其是上下頜骨和顴骨復(fù)合體，以及眼裂下斜，不同程度下眼瞼缺失伴睫毛缺失，常伴有呼吸道梗阻、腭裂等[24]。TCS的發(fā)病機(jī)制已基本闡明，主要的致病基因是Tcof1（約占TCS患者80%），POLR1C和POLR1D（約占20%），其中Tcof1呈常染色體顯性，POLR1C和POLR1D分為常染色體隱性和顯性[25-26]。但Schaefer等[27]發(fā)現(xiàn)，POLR1D突變所致的TCS也可呈常染色體隱性突變。Tcof1基因編碼核仁磷酸蛋白Treacle、POLR1C和POLR1D編碼RNA聚合酶（polymerase，Pol）Ⅰ和Ⅲ共有的亞基，Treacle通過上游結(jié)合因子和核仁中的RNA PolⅠ直接結(jié)合來促進(jìn)核糖體RNA轉(zhuǎn)錄。RNA PolⅠ和RNA PolⅢ對核糖體RNA的轉(zhuǎn)錄被認(rèn)為是核糖體生物發(fā)生的限速步驟之一[28]?，F(xiàn)有的動物實驗已證實，TCS的致病機(jī)制是由于神經(jīng)嵴細(xì)胞（neural crest cells，NCC）核糖體生物發(fā)生減少所致。NCC是1種多潛能游走細(xì)胞，最終分化為面部骨等組織，NCC增殖、遷移、分化調(diào)節(jié)異常會導(dǎo)致多種發(fā)育疾病如TCS。發(fā)育中的NCC要合成更多蛋白質(zhì)，因此需要大量核糖體，在TCS動物模型中可觀察到，由于核糖體供應(yīng)不足，NCC未完全生長增殖時就提前凋亡，從而導(dǎo)致頜面發(fā)育不足和缺陷[25,29]。POLR1C和POLR1D導(dǎo)致RNA PolⅠ和PolⅢ合成減少，進(jìn)而導(dǎo)致核糖體RNA減少，蛋白質(zhì)合成減少，NCC細(xì)胞提前凋亡。隨著對TCS致病機(jī)制的認(rèn)識逐漸加深，研究重點逐漸轉(zhuǎn)向了對于TCS的預(yù)防和治療。Noack Watt等[28]發(fā)現(xiàn)，對p53的遺傳抑制可以抑制NCC凋亡并改善POLR1C和POLR1D突變導(dǎo)致的骨骼異常。但抑制p53會導(dǎo)致腫瘤的發(fā)生和轉(zhuǎn)移，因此還需要探究與p53無關(guān)的預(yù)防手段。Sakai等[30]發(fā)現(xiàn)，Treacle蛋白集中到中心體處，對于腦發(fā)育過程中神經(jīng)前體細(xì)胞的染色體分離和細(xì)胞分裂有重要的調(diào)節(jié)作用。de Peralta等[31]發(fā)現(xiàn)通過抗氧化治療可緩解TCS模型動物頜面部畸形表現(xiàn)，同時可以保證p53基因的正常表達(dá)，避免腫瘤相關(guān)后遺癥。Kwong等[32]發(fā)現(xiàn)，TCS模型斑馬魚胚胎中POLR1C基因的作用時間點為受精后8～30 h，可在此期間對突變的POLR1C基因進(jìn)行治療和恢復(fù)。對TCS的抗氧化治療以及各致病基因的作用時間將會是未來研究的主要方向。

4 Crouzon-Apert綜合征

顱縫早閉是一系列以不同部位的顱縫過早閉合為特征的綜合征，常合并有唇裂、腭裂。目前已有報道的顱縫早閉綜合征便已逾上百種。其中，Crouzon綜合征（Crouzon syndrome，CS）及Apert綜合征（Apert syndrome，AS）便是最為常見的2種。

CS表現(xiàn)為尖頭畸形、面孔異常，如面中部凹陷和眼球突出等，與其他顱縫早閉癥的區(qū)別是患兒具有正常的手足外觀，僅存在顱頜面畸形。AS又稱尖頭并指/趾畸形，顱面部癥狀與CS相似，表現(xiàn)為顱縫早閉所致的頭顱畸形，突眼和面中部嚴(yán)重發(fā)育不良，頭顱畸形為尖頭和短頭，同時伴有對稱性手足并指/趾畸形，多數(shù)患兒有智力遲緩。

CS及AS均為常染色體顯性遺傳病，對于大部分患者而言，定位于10q25～q26的成纖維生長因子受體（fibroblast growth factor receptor，F(xiàn)GFR）2蛋白編碼區(qū)基因突變?yōu)橹饕∫騕33]。FGFR由1組相關(guān)但獨立的酪氨酸激酶受體組成，這些受體有著相似的蛋白結(jié)構(gòu)：3個胞外免疫球蛋白樣區(qū)域，1個單獨的膜生成部分，以及胞內(nèi)的酪氨酸激酶區(qū)域。FGFR可分為FGFR1（編碼基因在Pfeiffer綜合征中發(fā)生突變），F(xiàn)GFR2（編碼基因在AS、CS中發(fā)生突變），F(xiàn)GFR3（編碼基因在軟骨發(fā)育不全癥和伴黑棘皮癥的CS中發(fā)生突變），以及FGFR4。

近年來，通過對AS患者基因突變的頻率遠(yuǎn)超全基因組的平均突變率的原因進(jìn)行探究，學(xué)者們[34-37]證實了AS患者致病突變多來源于父親提供的精原干細(xì)胞，這是由于青春期后男性較女性有更多的生殖細(xì)胞分裂，更易產(chǎn)生新突變，年紀(jì)較大的父親較年輕的更容易生出患病兒童，這一效應(yīng)被稱為父系年齡效應(yīng)（paternal age effect，PAE）。相關(guān)研究[38]證實，帶有PAE的精原干細(xì)胞體外適應(yīng)性和競爭力更強，但機(jī)制尚不明確。例如AS這類呈家族再發(fā)性，常染色體顯性，偏向父親遺傳，且受父親年齡影響較大的效應(yīng)稱為復(fù)發(fā)性常染色體顯性男性偏父年齡效應(yīng)（recurrent autosomal dominant male biased paternal age effect，RAMPAE）[39]。考慮到隨著當(dāng)今社會變遷，男性生育年齡逐漸上升，男性可考慮冷凍精液樣本以避免RAMPAE的產(chǎn)生。

CS和AS主要致病突變?yōu)镕GFR2基因的S252W和P253R位點突變[40]。另一研究熱點是深入探究S252W突變在顱縫早閉發(fā)生過程中的作用。Chen等[41]發(fā)現(xiàn)，F(xiàn)GFR2+/S252W突變Apert小鼠胚胎發(fā)育階段p38和Erk1/2信號通路與骨量減少有關(guān)。Xu等[42]發(fā)現(xiàn)，Wnt/β-catenin信號通路與成年小鼠激活FGFR2+/S252W突變導(dǎo)致的成骨增加有關(guān)，且通過注射Wnt信號抑制劑可部分反轉(zhuǎn)這一進(jìn)程。其他可能與FGFR2基因S252W突變相關(guān)的信號通路有MEK、ERK、PLCγ、p38和Wnt/β-catenin等[41,43-44]。已有相當(dāng)數(shù)量的研究[45-50]證實，通過藥物性抑制S252W相關(guān)信號通路可部分阻斷顱縫早閉發(fā)生進(jìn)程。另外，應(yīng)用FGFR2突變導(dǎo)致的成骨增加或可成為其他一些成骨不全類疾病的治療手段。

5 先天缺指/趾-外胚層發(fā)生不全-唇腭裂綜合征（ectrodactyly，ectodermal dysplasia，and cleft lip/palate syndrome，EECS）

EECS是1種綜合有多種先天性畸形的疾病，其中最為常見的3種臨床表現(xiàn)為先天缺指/趾或并趾、外胚層發(fā)生不全、唇裂/唇腭裂。其中，外胚層發(fā)生不全可表現(xiàn)為皮膚薄缺少汗腺且易于損傷，頭發(fā)及指甲脆弱，牙齒數(shù)目及結(jié)構(gòu)異常，淚管畸形，角膜受損等；表現(xiàn)各異，但受累器官均發(fā)育自外胚層[51]。EECS的發(fā)病率約為1.5/1 000 000[52]。EECS外顯率各不相同，在部分病例中可缺少部分癥狀表現(xiàn)為不完全性的綜合征[53]?，F(xiàn)有研究[51,54]已確定，EECS的主要致病基因為TP63，約98%的病例是由于該基因3q28位點突變引起，呈常染色體顯性遺傳。另外，已確定的位于TP63的突變還有40余種，主要為錯義突變。有學(xué)者[55-56]發(fā)現(xiàn)，p63突變導(dǎo)致EEC患者角質(zhì)形成細(xì)胞中的增強子在基因組范圍內(nèi)重新分布，之后的研究中又發(fā)現(xiàn)轉(zhuǎn)錄因子CTCF和p63協(xié)同參與DNA環(huán)以調(diào)節(jié)表皮基因表達(dá)。近年來，學(xué)者們對EECS的研究主要著眼于基因治療，Shen等[57]證實，由于p63與p53有大量相同的序列且結(jié)構(gòu)類似，使用以p53為靶點的藥物可有效緩解p63突變角質(zhì)細(xì)胞的形態(tài)學(xué)及基因表達(dá)的改變。學(xué)者們[58-59]發(fā)現(xiàn)，通過小干擾RNA可沉默TP63突變位點進(jìn)而部分恢復(fù)p63的轉(zhuǎn)錄活性，這有望成為可行的治療方向，或可治愈或者推遲EECS患者角膜退化和皮膚的癥狀。但有關(guān)的研究較少且僅停留在細(xì)胞實驗階段，尚需要更進(jìn)一步實驗支持。

6 總結(jié)

先天性唇腭裂是口腔頜面部最常見的先天畸形之一，目前對于唇腭裂的遺傳研究主要集中于非綜合征型唇腭裂的易感基因，但也有相當(dāng)數(shù)量的研究發(fā)現(xiàn)了綜合征型唇腭裂的多種致病突變。本文就幾種發(fā)生率相對較高的綜合征型唇腭裂近年來的遺傳學(xué)研究進(jìn)展進(jìn)行討論，發(fā)現(xiàn)部分已明確的綜合征型唇腭裂致病基因，如IRF6，TP63、TBX1等也同樣是綜合征型唇腭裂的易感基因[15-16,51,60]，因此從已明確的綜合征型唇腭裂致病基因探討非綜合征型唇腭裂易感基因也可作為研究手段。筆者也因此推測，可引起非綜合征型唇腭裂的易感基因的突變，經(jīng)過如表觀遺傳的基因修飾作用，或者由于與其他基因的相互作用，從而影響了全身其他部位的胚胎期發(fā)育進(jìn)而導(dǎo)致了綜合征型唇腭裂。雖然假設(shè)還需要進(jìn)一步的研究支持，但或許這一方向的遺傳研究，可以為將來的唇腭裂發(fā)生機(jī)制、基因間相互作用、基因修飾作用的研究提供參考。關(guān)于22q11.2微缺失的遺傳研究，也證實了基因間的相互作用，有著非常復(fù)雜的作用機(jī)制，通過對這一類單基因病或染色體結(jié)構(gòu)異常的疾病的研究，逐漸加深了人們對于人類遺傳組的認(rèn)識。

現(xiàn)今的遺傳研究發(fā)現(xiàn)，僅僅只是龐大的遺傳信息的冰山一角，在對多因素疾病如非綜合征型唇腭裂研究的同時，也需要關(guān)注綜合征型唇腭裂這一類單基因或染色體結(jié)構(gòu)異常導(dǎo)致的疾病，這樣才能不斷加深人們對于先天性疾病的認(rèn)識，為將來的遺傳病的預(yù)防乃至基因治療提供重要的參考依據(jù)。

利益沖突聲明：作者聲明本文無利益沖突。