Noonan綜合征發(fā)病機(jī)制的研究進(jìn)展

羅光月綜述 陸韋審校

Noonan綜合征(Noonan syndrome，NS)是一種累及多系統(tǒng)的遺傳異質(zhì)性疾病，多屬于常染色體顯性遺傳，但也有少數(shù)病例呈常染色體隱性遺傳[1]。活產(chǎn)嬰兒中發(fā)生率為(4～10)/萬[2]。隨著分子診斷技術(shù)的發(fā)展，對(duì)其病因有了更全面的認(rèn)識(shí)，大約80%的NS患者與絲裂原活化蛋白激酶信號(hào)傳導(dǎo)通路(RAS-mitogen-activated protein kinase，RAS-MAPK)基因突變有關(guān)。然而，10%～20%的患者臨床診斷沒有得到分子學(xué)證實(shí)。目前認(rèn)為，NS主要特征是身材矮小、特殊面容、發(fā)育遲緩、先天性心臟病，其他還包括蹼狀頸、胸闊畸形、隱睪、各種凝血缺陷、淋巴發(fā)育不良、眼部異常和罕見的兒童時(shí)期惡性血液病[3-4]。其中先天性心臟病以肺動(dòng)脈瓣狹窄(pulmonary valvar stenosis，PVS)、房間隔缺損(atrial septal defect，ASD)及肥厚型心肌病(hypertrophic cardiomyopahy，HCM)多見。目前尚無有效治療NS的方案，以對(duì)癥治療為主。臨床醫(yī)生有必要了解NS各基因的致病機(jī)制及相關(guān)的基因型—表型，進(jìn)而找到潛在的治療靶點(diǎn)。因而，本文擬對(duì) NS發(fā)病機(jī)制做一簡(jiǎn)要綜述，為治療提供更多的研究方向。

1 發(fā)病機(jī)制

RAS-MAPK途徑是一種廣為人知的細(xì)胞內(nèi)信號(hào)傳導(dǎo)途徑，它攜帶細(xì)胞外配體(如激素、細(xì)胞因子和生長(zhǎng)因子)的信號(hào)，直到在細(xì)胞核中發(fā)生轉(zhuǎn)錄，從而參與細(xì)胞的增殖、分化和代謝過程。RAS充當(dāng)分子開關(guān)，刺激MAPK級(jí)聯(lián)的順序激活，這三個(gè)水平的激酶(RAF、MEK和ERK)在一系列磷酸化后最終通過轉(zhuǎn)錄修飾產(chǎn)生其作用?，F(xiàn)已明確20個(gè)與NS相關(guān)的基因，根據(jù)ClinGen基因策劃框架策劃的每個(gè)基因—疾病關(guān)聯(lián)分類，權(quán)威水平包括KRAS(14)、NRAS(13.5)、PTPN11(13.5)、RAF1(13.5)、RIT1(13.5)、SOS1(12.5)，強(qiáng)等級(jí)水平包括LZTR1(12)，中等水平包括BRAF(10.5)、SOS2(9.5)，有限水平包括MAP2K1(3.5)、MAP2K2(1)、LZTR1(AR)(8.75)、MRAS(4.5)、RASA2(2)、RRAS(3.25)，具有爭(zhēng)議的是A2ML1、RASA1、SHOC2，沒有證據(jù)的是HRAS(-)、PPP1CB(-)[5]；這些基因編碼產(chǎn)物參與RAS-MAPK信號(hào)通路的轉(zhuǎn)導(dǎo)，而NS發(fā)病與該通路信號(hào)上調(diào)相關(guān)。除LZTR1基因?qū)е碌腘S可能為常染色體隱性遺傳[1]，其他均為常染色體顯性遺傳。

2 NS相關(guān)基因

2.1 權(quán)威水平基因

2.1.1 KRAS： KRAS是具有GTP酶活性的RAS蛋白(屬于一類信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)GTP酶，其在與GTP和GDP結(jié)合的構(gòu)象之間循環(huán))，KRAS突變是NS的第二個(gè)報(bào)道基因，所占比例小于5%[6]。異亮氨酸替代位于14位的纈氨酸殘基是最常見的KRAS突變之一。具有KRAS突變的NS患者表現(xiàn)出更嚴(yán)重的臨床表現(xiàn)和認(rèn)知缺陷，約85%NS患兒伴有PVS、HCM、ASD等心臟受累表現(xiàn)，并且全部患有輕度至中度智力障礙[7]。K-Ras V14I小鼠顯示出心臟增生，這是由于與主動(dòng)脈瓣增厚有關(guān)的心肌細(xì)胞數(shù)量增加所致[8]。

2.1.2 NRAS： NRAS是RAS蛋白家族的另一成員，在極少數(shù)NS個(gè)體也發(fā)現(xiàn)了NRAS突變。NRAS的Switch Ⅱ區(qū)域內(nèi)或附近發(fā)現(xiàn)了突變，并被認(rèn)為干擾了GTP酶的功能，突變可導(dǎo)致MEK和ERK磷酸化增強(qiáng)[9]。這些NRAS突變的患者通常表現(xiàn)出相對(duì)溫和的典型Noonan特征[10]。

2.1.3 PTPN11： PTPN11是NS中第一個(gè)被發(fā)現(xiàn)且最常見的致病基因，約占所有病例的50%[11]。SHP2是PTPN11的蛋白產(chǎn)物，是一種非受體蛋白酪氨酸磷酸酶(PTP)，由N和C端SH2域和一個(gè)催化PTP域組成。PTPN11中大多數(shù)引起NS的錯(cuò)義突變都集中在與N-SH2和PTP結(jié)構(gòu)域之間相互作用有關(guān)的殘基中。該區(qū)域的突變破壞了 SHP2 無催化活性形式的穩(wěn)定性，削弱了蛋白質(zhì)從活性構(gòu)象轉(zhuǎn)變?yōu)榉腔钚詷?gòu)象的能力，并導(dǎo)致 RAS-MAPK 通路的信號(hào)傳導(dǎo)增加[12]。

SHP2參與調(diào)控RAS-MAPK信號(hào)通路與一系列生因子和細(xì)胞因子的信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)相關(guān)，如生長(zhǎng)激素、胰島素樣生長(zhǎng)因子和成纖維細(xì)胞生長(zhǎng)因子等，從而導(dǎo)致NS患兒生長(zhǎng)遲緩和骨骼異常等多種臨床表現(xiàn)。對(duì) PTPN11 基因缺陷小鼠進(jìn)行的研究表明，PTPN11 編碼的SHP2蛋白對(duì)于胚胎心臟瓣膜的發(fā)育至關(guān)重要。與非PTPN突變型患者相比， PTPN11突變患者更多源于家族遺傳，具有典型的NS特殊面容，PVS、ASD、身材矮小、胸廓畸形、隱睪、容易瘀傷等的發(fā)生率較高。

N-甲基-D-天門冬氨酸(NMDA)受體(NMDARs)對(duì)于突觸可塑性和學(xué)習(xí)與記憶至關(guān)重要，GluN2亞基的酪氨酸磷酸化調(diào)節(jié)NMDAR功能。NS相關(guān)的SHP2使GluN2B去磷酸化，從而調(diào)節(jié)NMDAR功能，導(dǎo)致NS認(rèn)知功能障礙[13]。PTPN11突變相關(guān)NS的頭顱影像學(xué)顯示雙側(cè)紋狀體的灰質(zhì)體積減少，顳葉區(qū)域的表面積減少，額葉區(qū)域的皮質(zhì)厚度增加，并減少了邊緣區(qū)域的皮質(zhì)厚度，包括海馬回路中必不可少的邊緣結(jié)構(gòu)，從而影響正在發(fā)育的人腦的注意力和記憶力，表現(xiàn)出注意力不集中、活動(dòng)過度和記憶力障礙水平很高[14]。

在NS患者中PTPN11突變的存在與其容易瘀傷密切相關(guān)，SHP2催化失調(diào)增加了血小板反應(yīng)不良，表型為出凝血缺陷[15]。PTPN11激活突變?cè)诟杉?xì)胞微環(huán)境中有致白血病的作用，間充質(zhì)干/祖細(xì)胞和骨祖細(xì)胞中的PTPN11突變，導(dǎo)致CC趨化因子CCL3過度產(chǎn)生，該因子可將單核細(xì)胞招募到造血干細(xì)胞所在的區(qū)域。因此，造血干細(xì)胞被IL-1β和可能由單核細(xì)胞產(chǎn)生的其他致炎細(xì)胞因子過度激活，導(dǎo)致干細(xì)胞移植后兒童時(shí)期的骨髓增生性腫瘤(myeloproliferative neoplasm，MPN)加重和供體細(xì)胞來源的MPN。有研究揭示了骨髓微環(huán)境中PTPN11突變?cè)诎籽“l(fā)生中的關(guān)鍵作用，并確定CCL3是控制NS白血病進(jìn)展和改進(jìn)NS相關(guān)白血病干細(xì)胞移植治療的潛在治療靶點(diǎn)[16]。

2.1.4 RAF1： 在NS患者中，8%的患者存在RAF1突變。RAF1基因位于第3號(hào)染色體上，編碼648個(gè)氨基酸的絲氨酸/蘇氨酸蛋白激酶，是下游Ras直接的效應(yīng)子之一。與NS相關(guān)的大多數(shù)RAF1突變都聚集在2個(gè)區(qū)域中：保守區(qū)域2(S259側(cè)翼)和保守區(qū)域3(圍繞激活片段)。這些突變導(dǎo)致RAF1的不同功能，因?yàn)闅埢鵖259和S621的磷酸化負(fù)責(zé)RAF1的調(diào)節(jié)。RAF1基因突變與肥厚性心肌病、智力缺陷、身材矮小和伴有雀斑綜合征的NS樣皮膚特征(多發(fā)性雀斑、咖啡色斑痣、多發(fā)性痣)。超過90%的RAF1保守區(qū)域2突變的NS患者表現(xiàn)出嚴(yán)重的肥厚性心肌病，是由異常的ERK5和MEK1/2信號(hào)傳導(dǎo)所致，MEK1/2的過度激活導(dǎo)致肌原纖維紊亂，ERK5信號(hào)增加介導(dǎo)心肌細(xì)胞肥大，抑制MEK1/2可以逆轉(zhuǎn)誘導(dǎo)型多能干細(xì)胞來源的心肌細(xì)胞中肌節(jié)紊亂，而抑制MEK5/ERK5可以逆轉(zhuǎn)心肌肥大的表型。RAF1的L613V突變使皮質(zhì)中神經(jīng)膠質(zhì)細(xì)胞數(shù)增加，與學(xué)習(xí)增強(qiáng)有關(guān)[17]。

2.1.5 RIT1： RIT1突變占NS病例的5%～9%[18]。RIT1是與RAS亞家族相關(guān)的小GTP酶，與經(jīng)典的RAS GTP酶(KRAS、HRAS、NRAS)有50%的序列同源性，并顯示出典型的GTP酶活性，可調(diào)節(jié)細(xì)胞存活率，RIT1在胚胎和成年階段普遍存在表達(dá)[19]。雖然RIT1在正常的RAS-ERK通路激活中可能不起主要作用，但突變的RIT1等位基因在異種細(xì)胞中的表達(dá)增加了MAPK-ERK通路的激活或ELK的反式激活，顯示了功能獲得效應(yīng)，并進(jìn)一步支持了RIT1在NS發(fā)病機(jī)制中的致病作用[20]。具有RIT1突變的個(gè)體常見于產(chǎn)前異常(圍產(chǎn)期異常，包括頸部半透明、胎兒積水、胸腔積液或乳糜胸和先天性心臟缺陷)，心血管疾病(肥厚型心肌病、房間隔缺損和肺動(dòng)脈狹窄)和淋巴管異常，而身材矮小、智力問題、眼部異常和外胚層異常則較不常見[18-20]。該突變菌株易于部分通過AKT介導(dǎo)的信號(hào)傳導(dǎo)而受到腎上腺素刺激，導(dǎo)致心臟肥大[21]。具有早發(fā)性HCM表型(年齡<2歲)的患者，特別是在雙心室梗阻的患者中，預(yù)后較差，MEK抑制劑可逆轉(zhuǎn)RIT1突變的NS的肥厚型心肌病[22]。

2.1.6 SOS1： SOS1突變約占病例的15%。SOS1編碼產(chǎn)物為RAS特異性的鳥嘌呤核苷酸交換因子，該蛋白負(fù)責(zé)刺激RAS從非活性GDP結(jié)合形式轉(zhuǎn)變?yōu)榛钚訥TP結(jié)合形式。SOS1是一種具有多個(gè)結(jié)構(gòu)域的復(fù)雜蛋白，參與了自身抑制。改變的氨基酸殘基可能解除自身抑制，導(dǎo)致結(jié)構(gòu)性激活。SOS1基因突變的NS患者表現(xiàn)出相當(dāng)獨(dú)特的類型，表現(xiàn)為明顯的面部畸形(巨頭畸形、上瞼下垂)、某些皮膚表現(xiàn)(角化過度、眉毛稀疏、生長(zhǎng)緩慢的卷發(fā))、心臟缺陷(肺動(dòng)脈瓣狹窄、房間隔缺損和室間隔缺損)、淋巴疾病，而身材矮小、智力缺陷、肥厚性心肌病的發(fā)生率較低[23]。對(duì)于PTPN11篩查陰性，且發(fā)育遲滯不前，伴有心—面—皮膚綜合征樣的皮膚、毛發(fā)改變而身高正常者，應(yīng)考慮行SOS1基因突變的篩查。MEK抑制劑曲美替尼能治療SOS1突變相關(guān)的NS患者的嚴(yán)重淋巴疾病[24]。

2.2 強(qiáng)水平基因 亮氨酸拉鏈樣轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)因子1(LZTR1)是一個(gè)高度保守的基因，其編碼蛋白的N端有6個(gè)Kelch基序，C端有2個(gè)BTB/POZ結(jié)構(gòu)域。在NS中的發(fā)生率高達(dá)8%[1]。LZTR1是正常細(xì)胞周期的重要調(diào)節(jié)因子，并起著抑癌作用。LZTR1被發(fā)現(xiàn)是RAS泛素化和信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)的保守調(diào)節(jié)因子。雙等位基因LZTR1突變導(dǎo)致了常染色體顯性及隱性遺傳Noonan 綜合征，隱性NS相關(guān)的LZTR1錯(cuò)義突變通過加速LZTR1降解或異常的亞細(xì)胞定位而可變地影響蛋白質(zhì)功能，并在RAS-MAPK信號(hào)背景下表現(xiàn)為功能喪失突變；顯性遺傳NS相關(guān)的LZTR1突變特異性地影響Kelch結(jié)構(gòu)域底物識(shí)別表面并增強(qiáng)RAS-MAPK信號(hào)。攜帶LZTR1突變的NS患者表現(xiàn)出典型的NS面部特征、蹼狀頸、心血管缺陷和出血[25]。LZTR1功能的喪失導(dǎo)致血管功能障礙，抗血管內(nèi)皮生長(zhǎng)因子可能是治療LZTR1突變的NS患者出血性疾病的方法[26]。

2.3 中等水平基因

2.3.1 BRAF： BRAF是蘇氨酸—絲氨酸蛋白激酶家族的一員，可作為RAS的效應(yīng)器和MAPK模塊的上游成分。該基因位于染色體7a34 區(qū)，其突變常與心—面—皮膚綜合征相關(guān)。BRAF過度的酪氨酸激酶活性促進(jìn)了RAS-MAPK信號(hào)級(jí)聯(lián)的失調(diào)，使細(xì)胞分子改變，從而導(dǎo)致受影響個(gè)體NS的發(fā)生。特征性面部和外胚層表現(xiàn)是BRAF突變的主要臨床特征，表現(xiàn)為新生兒生長(zhǎng)障礙，喂養(yǎng)困難，身材矮小，頭頸部突出，面部特征明顯，多發(fā)性痣和深色雀斑，輕到中度的認(rèn)知障礙，骨骼異常，肌張力降低，無心—面—皮膚綜合征樣相關(guān)的皮膚異常、羊水過多和肥厚性心肌病[27]。

2.3.2 SOS2： SOS2從結(jié)構(gòu)和功能上與SOS1類似，致病突變影響位于Dbl同源結(jié)構(gòu)域的3個(gè)保守殘基，其中2個(gè)直接參與維持SOS2自身抑制構(gòu)象的分子內(nèi)結(jié)合網(wǎng)絡(luò)。致病的SOS2突變促進(jìn)了SOS2中GEF功能的增強(qiáng)，導(dǎo)致RAS和RAF-MEK-ERK級(jí)聯(lián)的信號(hào)增強(qiáng)。與引起NS的SOS1突變相似，與SOS2缺陷相關(guān)的表型特征為生長(zhǎng)發(fā)育正常，明顯的外胚層受累和易患淋巴并發(fā)癥[28]。首例SOS2突變的NS產(chǎn)前病例發(fā)現(xiàn)頸部半透明層明顯增加[29]。然而，與SOS1突變不同的是，SOS2突變僅限于DH區(qū)域。

3 小結(jié)與展望

NS是一種常染色體遺傳性疾病，研究發(fā)現(xiàn)，大約80%的NS發(fā)病機(jī)制與RAS-MAPK信號(hào)通路相關(guān)的基因突變有關(guān)。國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)NS發(fā)生、發(fā)展過程中可能涉及到的基因進(jìn)行了研究，通過對(duì)NS動(dòng)物模型應(yīng)用相應(yīng)靶點(diǎn)阻斷劑后觀察疾病轉(zhuǎn)歸，為NS的治療提供了更多的研究方向。但是，NS臨床表現(xiàn)復(fù)雜、缺乏有效的治療方案，需要臨床醫(yī)師定期對(duì)患者疾病狀態(tài)進(jìn)行評(píng)估，判斷疾病嚴(yán)重程度并采取積極治療。然而，臨床上仍無一致、有效的治療方案，故對(duì)于NS發(fā)病機(jī)制的研究，有助于臨床醫(yī)師探索潛在、有效的治療靶點(diǎn)。因此，不斷深入研究NS發(fā)生、發(fā)展過程中各基因突變的發(fā)病機(jī)制及相關(guān)的基因型—表型，對(duì)NS的治療具有重要的指導(dǎo)意義，但是從基礎(chǔ)研究中尋找治療靶點(diǎn)再到臨床應(yīng)用還需要很長(zhǎng)時(shí)間的探索。