李睿婷综述 李涛审校
综 述
特发性基底节钙化的研究进展
李睿婷综述 李涛审校
特发性基底节钙化;Fahr病;家族遗传性;双侧对称性钙化
特发性基底节钙化(idiopathic basal ganglia calcification,IBGC)又称Fahr病(FD)或家族性特发性基底节钙化(FIBGC),近年来有学者建议该病应更名为原发性家族性脑钙化(PFBC),是一种罕见的遗传或散发的神经系统疾病,发病率低于1/100万[1,2]。德国神经病学家Karl Theodor Fahr于1930年首次描述了IBGC的疾病特征[3],国内于1983年由蒋雨平首次报道[4]。该疾病主要特点为大脑运动控制区域包括基底节、下丘脑、齿状核、大脑皮质、小脑皮质下白质等异常钙化[2]。患者大多以椎体外系症状为首发症状,还可表现为小脑功能失调、语言障碍、痴呆、癫痫和神经精神症状等[2]。部分患者在整个生命过程中均可无症状[1]。
尽管目前有许多临床、影像、生化、分子基因和病理方面的研究,但IBGC的病因和发病机制至今仍不清楚。由于该病有家族性发病的特点,遗传因素一直受到广泛的关注。目前IBGC最常见的遗传方式为常染色体显性遗传,也有常染色体隐性遗传和散发病例的报道[2,5,6]
1999年Geschwind 等[7]报道美国1个多代常染色体显性遗传家系,并对该家系中三代成员采用多态卫星标记物进行全基因组扫描,用连锁分析法在14号染色体长臂上证实了该病的第一个致病基因位点14q11.2-21.3(IBGC1)。Oliveira 等[8]报道了1个美国IBGC家系,检测发现IBGC1位点的CTAGE5基因存在错义突变(P521A) 。然而,该突变在2个巴西和伊朗受累家系进行检测时并未得到证实[9,10]。2008年Volpato等[11,12]报道了1个来自意大利南蒂罗尔的Fahr病多代家系,检测IBGC1位点基因正常,随后对该家系的全基因组扫描连锁分析显示一个新的突变位点2q37 (IBGC2),而该位点的基因编码蛋白包括泌磷蛋白2(secreted phosphoprotein 2,SPP2)对调节细胞钙平衡尤为重要 。2010年Dai 等[13]在对中国的一个Farh病家系进行基因分析发现另一个与IBGC相关的基因位点8p21.1-8q11.23(IBGC3),2012年Wang 等[14]发现该位点的SLC20A2基因为IBGC的可疑致病基因,其突变形式包括错义突变、小片段删除和剪接突变。该基因可编码3型钠-磷共同转运体(PiT2)[15,16],然而仍有部分IBGC患者的基因检测这3个基因位点均为正常,提示该病的致病基因存在基因异质性。
近年来,SLC20A2被认为是家族特发性基底节钙化最常见的致病基因。Zhang等[16]研究认为机体局部磷失衡是IBGC的主要病理生理机制。磷为整个生命过程中所必需,而体内磷的平衡依赖于钠—磷共同转运体的调节。2型钠—磷共同转运体(SLC34)主要在肾脏和肠道黏膜表达,主要依靠肠道的吸收和肾脏的重吸收来维持体内磷的稳定[17]。而SLC20A2编码的3型钠—磷共同转运体在人体的所有组织和细胞均表达[18]。SLC20A1和SLC20A2在体内的广泛表达提示它们在调节体内微环境中磷的平衡至关重要,而且这两种蛋白在体内的不同部位的不同表达率将引起不同部位磷的水平不同。有学者认为这可能是磷依赖性钙化的病理生理基础,SLC20A1和SLC20A2 二种基因均在大脑各部位表达,但模式不同[19]。SLC20A2在IBGC患者常见的发生异常钙化部位如基底节、大脑皮质、小脑皮质表达较高,而且在某些区域如黑质(SN)SLC20A2也呈高水平表达。基底节区的SLC20A2呈高表达而SLC20A1呈低表达,使得该区域更易受到SLC20A2基因突变的影响,而且SLC20A2在颅脑的表达是恒定的,不受调控,进一步解释了钙化更易发生在基底节的现象。虽然这两种基因在黑质的表达模式与基底节相似,区别在于SLC20A1在该区域的表达是可以上调的,这种上调可以代偿 SLC20A2突变所引起的变化,最终维持磷的平衡[19]。这种机制既可以解释为什么黑质无钙化,又可解释为什么SLC20A2也在人体颅脑外组织表达,却只在颅内形成钙化灶。当然这种假设还需要更多的研究去证实。2013年Nicolas等[20]在对1个Fahr病家系进行全外显子检测时发现位于5q32位点的PDGFRB基因发生突变,家系中13例患者均有该基因的突变,而其中8例健康成员检测正常,且对19例非家系内Fahr患者进行检测,也发现PDGFRB基因的突变。PDGFRB基因编码促血小板生长因子(PDGFRβ),是一种细胞表面的酪氨酸蛋白激酶受体,受体激活可引起酪氨酸残基磷酸化,从而激活下游的信号通路,包括细胞增殖、分化、存活和迁移。PDGFRB在人类大脑表达,特别是在基底节和小脑齿状核,该区域也是IBGC患者大脑钙化最易常见的部位[20]。钙盐沉积物主要出现在毛细血管、动脉和静脉的血管周围间隙及周围,极少情况下出现在神经纤维网中[21~24]。PDGFRB在神经元、脉络丛、血管平滑肌细胞(vSMC)和周细胞中表达[25~27]。血管平滑肌细胞的增殖、迁移需要PDGFRβ的信号转导,缺乏钙受体或配体的大鼠完全失去了中枢神经系统周细胞,表现为内皮细胞增生、血管直径增加、血管通透性增加,并于出生后不久死亡[25,28~30]。而且,周细胞在维持血脑屏障的完整性中发挥着重要作用[31],因此有学者认为IBGC患者的周细胞也存在着缺陷[24,32]。另外,除了促进血管生成的作用,PDGFRβ通路也可以直接参与vSMC钙化过程。在磷酸盐浓度正常的条件下,将vSMC暴露在PDGF-BB中,将引起细胞内钙离子(Ca2+)浓度增加,并诱导钙化和骨软骨细胞表型的改变,类似于无机磷酸盐(P)诱导的vSMC钙化。PDGF-BB可促进SLC20A1编码的磷酸转运体转录因子(Pit-1)的表达[20]。Pit-1在细胞膜和vSMC内质网中表达,有报道认为该转录因子的表达与vSMC的钙化存在很大的相关性[33,34]。此外,SLC20A1/ Pit-1 RNA干扰可阻止vSMC的磷酸诱导钙化过程[20]。以上资料提示PDGFRβ- Pit-1通路可能通过影响细胞内P的平衡来诱导vSMC的钙化。这个研究结果也支持大脑内P平衡在IBGC患者病理生理中的重要作用。
IBGC的主要病理过程为糖蛋白和黏多糖混合于矿物质,在血管的中膜和内膜形成钙化,包括小动脉、小静脉和毛细血管,随后钙化向血管周围发展扩展到神经元。脑神经组织的钙化又可引起脑血管受压,血流减慢,进一步引起神经组织损伤,矿物质沉积,最终进入恶性循环[2]。钙化可造成相应部位神经元的丧失、神经胶质细胞增生和脱髓鞘改变,晚期病变脑实质几乎被钙化和神经胶质细胞替代。Smeyers-Verbeke 等[35]报道 IBGC 颅内高密度阴影的主要成分为羟磷灰石,与骨骼成分相似。钙化过程可能为先形成小圆形体,而后相互黏合形成钙化。除钙、磷以外,还有锰、铜、铁、锌、铝、镁、银、及少量钴元素。头部 PET 扫描发现局部的葡萄糖代谢和脑血流量明显降低,IBGC 的氟-L-多巴吞噬正常提示黑质纹状体多巴胺途径完整[36]。
IBGC患者多于30~60岁起病[37],病程进展缓慢,性别差异不大,家族性患者发病年龄有一代比一代提前的趋势(遗传早现现象),也可见于婴幼儿、儿童或青春期起病[37]。
IBGC患者的神经症状最常见于运动障碍,包括笨拙、易疲劳、步态蹒跚、说话缓慢、口齿不清、构音障碍、吞咽困难、无意识的运动和肌肉痉挛等。Manyam等[37]研究认为运动障碍症状出现率分别为:帕金森症57%、舞蹈病19%、震颤8%、肌张力障碍8%、手足徐动症5%和口—面部运动障碍3%。IBGC病患者神经功能方面的异常除运动障碍外,还可表现为各种类型的癫痫、晕厥、脑卒中事件、言语障碍、慢性头痛、眩晕等。König等[38]研究认为近50%的IBGC病患者表现有神经症状,然而Kazis等[39]研究显示只有1/3的患者可出现神经症状。
IBGC患者的神经精神症状可表现为轻度的注意力和记忆力下降,情绪障碍、精神或情感失调、性格和行为学改变,甚至出现精神病和痴呆。有学者研究显示99例IBGC病患者中有21例患者有精神症状,但精神症状的表现不同[1]。影像学显示颅内广泛性钙化患者出现神经症状的比例(35.8%)相对于局限性钙化(34.5%)没有显著性差异。但是前者出现精神症状的发生率(50.0%)明显高于后者的发生率(34.5%)[2]。此外,有报道IBGC患者还可表现为尿急、尿失禁、阳痿和严重高血压等,但这些症状与该疾病的相关性尚不十分清楚[2]。
IBGC在不同家系的不同患者临床表现不同,而且同一家系的不同患者表现也可不同。因此,有学者认为钙化不是产生临床症状的原因,而只能作为该病的一种标记,不同的临床表现可能与该病的遗传异质性有关。
3.1 诊断方法
3.1.1 颅脑CT:一般认为颅脑CT是评价脑钙化程度和定位的最佳方法。钙化灶最常见于豆状核,特别是苍白球内部,也可见于小脑、脑干、半卵圆中心和皮质下白质。钙化还可影响壳核、丘脑、尾状核等。部分患者的钙化灶也可出现在基底节以外的颅脑区域。颅脑CT可以评价高危个体出现症状的风险,却不能作为预测症状出现的时间、严重程度、症状类型或一个无症状个体的病情进展速度。
3.1.2 颅脑MR:基底节钙化灶在T2像表现为低信号,在T1加权像既可表现为低信号,也可表现为高信号。虽然MR显示颅内钙化灶的敏感性远不如CT,但也有学者认为MR在显示小脑病灶时明显优于CT,而且梯度回波可改善对钙化的显示,能够显示病灶区和周围胶质增生与囊变的范围及程度。因此,MR和CT相结合可以更加全面显示病变范围,为临床诊断提供客观依据。有时病灶在MR上可出现长T1、长T2信号,主要是由于病灶内过多的神经胶质或退化组织的反应[2,40]。
3.1.3 颅脑X线:在Fahr病的病变早期,钙化密度不是很高,颅脑平片容易造成小钙化灶的遗漏。1982 年 Puvanendran等[41]在 CT 上发现 47例颅内钙化, 其中 42例不能在 X 线平片上证实。Kazis等[39]研究也显示CT诊断的颅内钙化仅4.2%可被传统的颅脑平片发现。因此,目前不推荐使用普通的头部平片来诊断IBGC病。
3.2 诊断标准 Fahr病的临床诊断标准最先由Moskowitz等[42]制定,经Ellie等[43],Manyam等[44]修改后如下:(1)影像学检查可见双侧基底节钙化,也可累及颅脑其他部位,包括小脑、脑干、半卵圆中心和皮质下白质等。(2)进行性神经功能缺损,包括常见的运动障碍和/或神经精神症状。发病年龄一般在30~60岁,也可见于儿童或婴儿。(3)生化检查正常,无线粒体疾病、代谢疾病和其他系统性疾病的症状和体征。(4)无感染、中毒、或外伤的病因。(5)家族史符合常染色体显性遗传特征。
3.3 诊断路径 (1)患者影像学检查显示双侧基底节钙化,伴或者不伴有临床症状,考虑为IBGC时,在进行基因检测之前应先完善实验室检查,包括血钙、磷、降钙素、甲状旁腺激素(PTH),血清碱性磷酸酶(ALP)、尿环磷腺苷酸(cAMP)、尿肌酐、骨钙素、静息时与活动后的血清乳酸水平和1,25-二羟基维生素D3水平等。(2)如果没有检测到可引起颅脑钙化的病因或有明显的家族史提示为常染体显性遗传,此时应考虑进行分子基因检测。首先对最为常见的致病基因SLC20A2进行测序,分析该基因位点是否有该序列的突变。若SLC20A2基因检测正常,可对PDGFRB基因进行检测分析。如果这两种常见的基因检测均正常,可对引起该病的其他基因进行检测如:SPP2、THAP1、TULiP1等。(3)在患者确诊为IBGC(先证者)后,应对其家系内高危成年成员进行颅脑CT的检查,观察是否有颅脑钙化。如此时有成员颅内有钙化灶,即使没有分子基因检测的证据,也预示着该疾病的存在。如果家系内的高危无症状患者的CT扫描未发现钙化,应首先检测出该家系的致病基因,再进行预测。产前诊断和胚胎植入前的基因诊断同样需要首先明确该高危孕妇所在家系的致病基因[2]。(4)当无症状高危个体涉及财务、职业规划或婚育时,应做该疾病方面的检查。检查结果为阴性的患者应进行长期追踪随访。很多学者一致认为年龄<18岁的无症状家系成员应不做该疾病的检查,该检查可给患者及其父母带来心理压力,增加其焦虑和抑郁的发生率[2],而且即使诊断出该疾病,在无症状时也无特效药物可以延缓或阻止疾病的发生和进展。
3.4 鉴别诊断 基底节区轻度钙化在日常CT检查经常见到,特别是在老年人中多见。基底节钙化的发生率为 12.5%,其中苍白球钙化的出现频率最高,约占其中的96.4%[45]。CT 扫描的患者中,1.02%出现颅内对称性钙化[39]。IBGC的神经影像学特点主要表现为颅内钙化灶。但颅内异常钙化的病因很多,在考虑诊断为IBGC时应进行鉴别诊断,(1)甲状旁腺疾病:甲状旁腺功能减退(HP)特发性或手术后引起的HP是最常见的引起对称性基底节钙化的病因。HP通常在儿童或青少年期起病,血清甲状旁腺激素(PTH)水平降低、血钙降低、血磷升高,针对HP治疗可显著改善临床症状。假性甲状旁腺功能减退(PHP)和假假性甲状旁腺功能减退(PPHP):PHP患者的血清甲状旁腺激素(PTH)水平升高、血钙降低、血磷升高,尿cAMP排泄基线水平低于正常。PPHP主要表现为骨营养不良、血清钙、磷正常,对PTH刺激反应正常。(2)线粒体疾病:线粒体疾病患者基底节和颅脑其他部位均可出现矿物质异常沉积。部分患者仅累及单个器官,大多数患者可出现多个器官系统受累。(3) 感染性疾病:宫内或围产期感染弓形体、风疹、巨细胞病毒或单纯疱疹病毒可引起基底节钙化,甚至出现遍布全脑的大片钙化灶。影像学显示颅脑钙化,且无家族史的患者可考虑病毒性脑炎可能。艾滋病患者的机会性感染和炎性改变可能引起基底节钙化,多见于儿童。细菌或寄生虫感染,如布鲁氏菌病、弓形体病、囊虫病等,其钙质沉积的分布与形状与IBGC患者有着明显的区别。(4)遗传先天性或早期发病的综合征、 柯凯因综合征、结节硬化症、脑视网膜血管钙化和囊肿等均可表现为颅内钙化。(5) 其他:由创伤、中毒等引起的神经组织坏死,包括围产期缺氧、一氧化碳中毒、汞和铅中毒、辐射等可产生颅内钙化灶。系统性红斑狼疮(SLE)的颅内钙化及老年患者的生理性钙化也应考虑。
IBGC目前尚无特效的治疗方法,主要是对症治疗以缓解或稳定症状。药物治疗可以用于改善焦虑、抑郁、强迫症和改善肌张力。抗帕金森药物和治疗手足徐动症的药物也可用于改善症状。有精神异常者可使用抗精神病药物。奥西布林可用于治疗尿失禁,抗癫痫药可用于治疗癫痫发作[2]。但在使用锂盐治疗时应更加谨慎,因为锂可增加IBGC综合征患者发生癫痫的风险。卡马西平、巴比妥类药物可加重原有的步态障碍[2]。由于缺少大量的临床试验和试验数据证据,神经科和精神科医师在使用常规抗抑郁和抗焦虑药物是应保持警惕,这些药物在体内聚集产生不良反应的阈值要比其他疾病疾病或健康人更低[2]。近年来,基于多种生物学原理的几种治疗方法正在研究中,并且部分已经计划进行小规模的临床试验。有报道1例表现为精神障碍的IGBC患者,使用多种抗精神病药物无效后使用电休克治疗,治疗效果好[46]。
近年来,IGBC病的研究取得了很大的进展,尤其在病因、疾病表型谱和诊断方面。但目前仍无特效的方法可治疗和延缓或阻止疾病的进展,且当前的药物大多效果不佳或耐受性较差。未来的方向应主要集中研究IGBC病发生双侧颅脑钙化的病理生理机制和该病安全有效的治疗方法。
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430061 武汉大学人民医院神经内科
李涛,E-mail:ltll@163.com
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2014-03-07)