先天性外中耳畸形(14)
——遺傳學(xué)和表觀遺傳學(xué)研究進(jìn)展*

張?zhí)煊?陳鑫 馬競(jìng)

1.2.3鰓-耳-腎譜系疾病(BORSD) BORSD(OMIM 113 650)是一類由于胚胎發(fā)育時(shí)期基因突變導(dǎo)致鰓裂、耳及腎臟發(fā)育異常的單基因遺傳病，發(fā)病率約1/40 000，30%～60%的BORSD患者伴有外中耳畸形[1]，呈常染色體顯性遺傳。具有高度的臨床表型和基因型異質(zhì)性，合并泌尿系統(tǒng)異常者稱為鰓-耳-腎綜合征(branchio-oto-renal syndrome，BORS)，無泌尿系統(tǒng)異常則為鰓-耳綜合征(branchio-oto syndrome，BOS)。EYA轉(zhuǎn)錄共激活因子磷酸酶1(EYA transcriptional coactivator and phosphatase 1，EYA1)、SIX同源框1(SIX homeobox 1，SIX1)和5(SIX homeobox 5，SIX5)基因目前被認(rèn)為是BORSD的致病基因。根據(jù)遺傳學(xué)病因，OMIM將BORS分為2型：由EYA1突變導(dǎo)致的BORS1[OMIM # 113650]，由SIX5突變導(dǎo)致的BORS2[OMIM # 610896]；將BOS分為3型：由EYA1突變引起的BOS1[OMIM # 602588]，遺傳學(xué)病因未知的BOS2[OMIM %120502]，及由SIX1突變導(dǎo)致的BOS3[OMIM # 608389]。

EYA1在耳、鰓弓、腎臟和眼睛發(fā)育中發(fā)揮重要作用，Eya1純合及雜合突變小鼠表現(xiàn)出類似于BORSD的耳和腎臟發(fā)育異常[25]。研究發(fā)現(xiàn)EYA1突變后與轉(zhuǎn)錄因子的相互作用喪失導(dǎo)致蛋白質(zhì)快速降解而致病[25]。93%的BORSD患者存在EYA1突變，包括無義、錯(cuò)義、剪接和缺失突變(Krug,2011)。SIX1編碼蛋白作為轉(zhuǎn)錄因子介導(dǎo)EYA1的核轉(zhuǎn)移，影響細(xì)胞周期及凋亡途徑，調(diào)控耳的發(fā)育。Ruf等(2004)首次在BORSD家系發(fā)現(xiàn)3種不同的SIX1突變，并證實(shí)突變影響EYA1與SIX1的相互作用。Six1突變小鼠模型證實(shí)其在一些器官發(fā)育中發(fā)揮關(guān)鍵作用，包括內(nèi)耳、肌肉組織和腎臟(Bosman,2009)。與EYA1突變相比，BORSD患者中SIX1基因突變概率較低。SIX5編碼的蛋白是一種具有同源結(jié)構(gòu)域的轉(zhuǎn)錄因子，在器官發(fā)育的調(diào)控中起著重要作用。Hoskins等(2007)首次在BORSD患者中發(fā)現(xiàn)SIX5 4種不同的雜合錯(cuò)義突變,對(duì)這些突變的功能研究分析表明，SIX5突變不僅影響EYA1-SIX5結(jié)合能力，而且會(huì)通過SIX5或EYA1-SIX5復(fù)合物影響基因的轉(zhuǎn)錄激活。目前認(rèn)為，SIX5突變與SIX1突變的致病機(jī)制類似,雖然SIX5已被認(rèn)為是BORSD的致病基因之一，但在臨床患者中較少發(fā)現(xiàn)；并且值得注意的是，有研究發(fā)現(xiàn)Six5基因敲除小鼠沒有發(fā)育缺陷[26]。因此，SIX5在BORSD中的作用還有待進(jìn)一步研究。

其他在BORSD患者中篩查出變異的可能致病基因還包括：SALL1[27]、SHANK相關(guān)RH結(jié)構(gòu)域作用物(SHANK associated RH domain interactor，SHARPIN)、成纖維細(xì)胞生長(zhǎng)因子3(fibroblast growth factor 3，F(xiàn)GF3)、同源框A基因簇(homeobox A cluster, HOXA cluster)(Brophy,2013)、苯胺素肌動(dòng)蛋白結(jié)合蛋白(anillin actin binding protein，ANLN)[28]等，是否能夠?qū)е翨ORSD尚有待研究。

除了以上介紹的三種外中耳畸形相關(guān)綜合征，其他相關(guān)綜合征和已知致病基因見表2。

表2 外中耳畸形相關(guān)綜合征及已知致病基因

2 先天性外中耳畸形的表觀遺傳學(xué)因素

盡管不同組織類型的細(xì)胞具有相同的DNA序列，但其表觀遺傳調(diào)控因細(xì)胞類型而異。這種調(diào)節(jié)有助于細(xì)胞分化，使細(xì)胞只表達(dá)其相關(guān)組織中功能所必需的基因。環(huán)境因素可在受孕前產(chǎn)生致突變和致畸作用，而內(nèi)分泌干擾或表觀遺傳作用可在受孕期發(fā)生[29]。表觀遺傳主要包括DNA甲基化、組蛋白修飾以及非編碼RNA[30]。然而，迄今為止，對(duì)外中耳畸形表觀遺傳學(xué)的研究相當(dāng)有限，對(duì)組蛋白修飾的研究完全沒有。

2.1DNA甲基化 DNA甲基化是基因組DNA的主要表觀遺傳修飾。DNA甲基化對(duì)胚胎組織的結(jié)構(gòu)發(fā)育和功能非常重要，異常的DNA甲基化可能會(huì)導(dǎo)致外中耳畸形[31]。動(dòng)物模型表明DNA甲基化對(duì)面部發(fā)育至關(guān)重要。暴露于5-azaC[一種DNA甲基轉(zhuǎn)移酶(DNMT)活性抑制劑]可導(dǎo)致日本稻花魚出現(xiàn)小頭畸形和顱面軟骨畸形。由于DNMT的表達(dá)在發(fā)育過程中受到調(diào)控，因此,顱面缺損可能是DNMT表達(dá)失調(diào)的結(jié)果(宋宇鵬，2012)。在人類基因組正常的情況下，60%的啟動(dòng)子區(qū)域有非甲基化的CpG島,當(dāng)CpG島甲基化異常時(shí)，將發(fā)生基因沉默;已發(fā)現(xiàn)COL18A1、MYH14、RBMY1A1、ZIC3(林琳，2009)和EYA1基因的異常甲基化CpG島可能與外中耳畸形的發(fā)病有關(guān),并且低甲基化也可能導(dǎo)致外中耳畸形[32]。

2.2非編碼RNA調(diào)控 參與基因調(diào)控的非編碼RNA主要包括微小RNA(micro RNA,miRNA)、長(zhǎng)鏈非編碼RNA(long noncoding RNA，lncRNA)和環(huán)狀RNA(circular RNA，circRNA),其中，在先天性外中耳畸形的研究中只有miRNA和lncRNA有相關(guān)報(bào)道。

控制轉(zhuǎn)錄后基因表達(dá)的miRNA是一類長(zhǎng)度為20～22個(gè)核苷酸的非編碼RNA。這些小RNA分子已經(jīng)被證明可以控制細(xì)胞的增殖和分化，并且許多miRNA在調(diào)節(jié)內(nèi)源性或外源性細(xì)胞凋亡途徑中發(fā)揮重要作用[33]。Torres等[34]在胚胎時(shí)期小鼠的耳郭軟骨和皮膚中發(fā)現(xiàn)了40個(gè)差異表達(dá)的miRNA，預(yù)測(cè)其靶基因發(fā)現(xiàn)一部分與外耳發(fā)育相關(guān)，如:mmu-miR-10a(一種已知可調(diào)節(jié)Hoxa1 mRNA水平的miRNA)，并且發(fā)現(xiàn)耳郭中mmu-miR-10a低表達(dá)會(huì)影響耳部發(fā)育。外中耳畸形患者的耳郭組織中miR-203、miR-486-5p、miR-200c和miR-451的表達(dá)與對(duì)照組相比有很大差異[35]。有研究提示調(diào)節(jié)細(xì)胞凋亡的miRNA和外耳發(fā)育相關(guān)，其表達(dá)減少可能參與耳郭發(fā)育不良伴外耳道閉鎖的發(fā)生[36]。

人類基因組的62%～75%都被轉(zhuǎn)錄成大量的lncRNA[36,37]。在多細(xì)胞生物中，lncRNA在沉默可遺傳等位基因的表達(dá)和維持涉及細(xì)胞分化和正常發(fā)育的表觀遺傳特性方面起重要作用。Zhang等[38]發(fā)現(xiàn)相較于正常對(duì)照，外中耳畸形患者的殘耳軟骨組織中，大量lncRNAs和mRNA差異表達(dá),他們共鑒定出180個(gè)差異表達(dá)的lncRNA和相關(guān)的信號(hào)通路異?？赡芘c外中耳畸形的發(fā)病相關(guān)。

3 未來研究及展望

目前雖然有一些關(guān)于先天性外中耳畸形相關(guān)的遺傳學(xué)和表觀遺傳學(xué)研究，但有待更深入的研究。因此，需要收集更多的散發(fā)和家系樣本，建立標(biāo)準(zhǔn)化的生物樣本庫(kù)，從多組學(xué)角度以及單細(xì)胞層面，充分運(yùn)用各種先進(jìn)的檢測(cè)技術(shù)深入挖掘和明確該病的病因和發(fā)病機(jī)制，將有助于疾病的產(chǎn)前診斷、胚胎植入前診斷和遺傳咨詢，對(duì)該病的預(yù)防起到積極作用。