耳髁突综合征基因遗传学的研究现状

杨亦楠， 唐晓军



综 述

耳髁突综合征基因遗传学的研究现状

杨亦楠， 唐晓军

耳髁突综合征是一种罕见的颅面畸形，具有表型的多样性和不完全的外显率，其典型的临床表现三联征为小颌畸形、下颌髁突发育不全及特殊的外耳畸形(问号耳畸形)。该病的基因遗传学研究一直受到关注，现有的研究结果表明，耳髁突综合征可能与EDN1-EDNRA信号通路相关基因的突变有关，目前已知的突变位点有：PLCB4、GNAI3、EDN1。现将对近年来ACS基因遗传学研究成果进行回顾与总结。

耳髁突； 问号耳； 基因突变； EDN1信号通路

耳髁突综合征(auriculo-condylar syndrome, ACS; OMIM 602483 and 614669),又被称为“问号耳综合征”或“下颌发育不良症候群”，是一种较为罕见的先天性颅面畸形，其发生与第1、2咽弓的神经嵴细胞发育异常有关，暂无确切的发病率[1]。该病于1978年首次由V Uuspaa报道，1998年M Jampol首次系统描述该病特征并指出其是一个“新的综合征”。随后不断有科学家陆续报道了相关病例[2-8]，现就其临床特征总结如下。

耳髁突综合征的三联征包括：小颌畸形、下颌髁突发育不全及特殊的外耳畸形[9]。这种外耳畸形被称为“问号耳”或Cosman耳，由B Cosman等(1970年)首次描述。畸形位置固定于耳轮与耳垂之间，轻者仅存在一条切迹，重者耳轮与耳垂间有一条完全的裂隙。其他特征包括：小口畸形、面颊膨出、腭板畸形、舌后坠、牙列拥挤、面部不对称、耳后皮赘及听力损伤[10]。据Gordon、Ozturk、Rieder等[11-13]报道，不同的家系之间及同一家系不同成员之间有高度的表型变异，甚至可出现不外显。

单纯问号耳畸形(isolated question mark ears, IQME; OMIM612798)与ACS的外耳畸形极为相似，但仅存在外耳畸形，不伴有下颌的发育畸形，被认为可能是一种轻度的ACS[14-17]。ACS与其他发源于第1、2咽弓的颅面综合征有临床表现的重叠，尤其是眼耳脊柱综合征(OAVS, OMIM 164210) 、Treacher Collins综合征 (TCS, OMIM 154500)，但从ACS特征性的问号耳形态可进行鉴别诊断[10]。 在某些ACS家系中，受累较轻者仅表现为单纯的小颌畸形，提示某些异常表现为下颌发育不全的疾病，例如Pierre Robin序列征(PRS, OMIM 261800)的散发病例，实际可能与ACS的潜在基因学病因相似[9]。

ACS的致病基因一直受到颅颌面外科医师及基因学家的关注。笔者现对近年来ACS基因遗传学的研究成果进行回顾与总结。

1 基因位点突破与进展

2008年，C Masotti等报道了ACS的第1个基因座位点。由于ACS与第1、2鳃弓相关疾病有临床特征的重叠，并且Treacher Collins综合征、 眼耳脊柱综合征和Townes-Brocks 综合征 (OMIM 107480)是典型的有明确突变位点[TCS(TCOF1; 5q31-32)，OAVS(14q32),Townes-Brocks综合征(SALL1, 16q12)]的第1、2鳃弓相关疾病。因此他们首先通过基因连锁作图及定位克隆排除了这3个基因。随后他们对Guion Almeida (2002年)报道的1个ACS家族进行了全基因扫描，发现突变位于chromosome 1p21.1-q23.3。然而,在同时进行实验的另一家族中却并未发现与1号染色体有关的突变，据此，C Masotti 等首次提出了ACS的基因异质性，他们认为ACS至少存在另外一个突变位点。

2012年，Rieder等研究提出，由于PLCB4及GNAI3(位于前文所述的1号染色体区间内)所存在的杂合错义突变，导致了ACS的发生。PLCB4及GNAI3是EDN1-DLX5/DLX6 (endothelin-1-distal-less homeobox 5 and 6)信号通路的重要传导分子，而这一信号通路对于下颌骨的发育极为重要。他们通过试验组与对照组的成骨细胞培养，发现ACS患者下游的DLX5与DLX6表达有显著的下降。Rieder等通过建立斑马鱼与大鼠动物模型，提出以下假说：可能由PLCB4与GNAI3突变所引发的“下颌骨的上颌骨化”同源性改变,导致ACS的发生[13]。

2013年,Gordon等在11例 ACS及IQME病例中进行了PLCB4与GNAI3 的定位检测，其中6例出现了PLCB4的杂合错义突变，1例出现了GNAI3的杂合错义突变；同时，他们还检测到在另外1例病例中，出现了PLCB4内的纯合基因缺失。因此，他们否定了ACS为常染色体显性遗传的说法，首次提出了ACS也有常染色隐性遗传的可能[10]。

随后，Gordon等通过对3个家庭1个散发病例测序，发现了第3个新位点：END1位点的纯合替代。他们对2个IQMES家系进行外显子测序，其中1个家系发现了EDN1的终止突变；另1家系发现了EDN1的错义突变。对1个ACS家庭进行靶向测序，结果发现了1个位于内皮素转化酶裂解位置附近的纯合突变。通过分析家系谱，他们认为END1突变可导致隐性的ACS，显性的IQME。不同的遗传模式证明，残余EDN1的活性程度与突变不同有关。这进一步支持了这一理论，即ACS与IQMES分别是由EDN1-EDNRA信号通路上不同的变异导致[18]。

2014年，CT Vuillot和A Gordon等通过桑格测序及微卫星多态分析，补充发现了除去之前所报道的GNAI3的2种变异之外，在ACS患者中存在另外3种GNAI3新变异，并总结所有5种GNAI3变异产物均聚集于GDP/GTP结合区，可直接或间接地扰乱GDP/GTP结合成键过程，并产生显性负效应。他们的分析，预示着GDP/GTP可能是对ACS致病因素研究新的重点[19]。

2 EDN1-EDNRA信号通路与位点分析

Gordon等认为PLCB错义突变集中于蛋白催化区，其错义突变的残余物影响三磷酸肌醇或钙在活化区的成键，也可能影响其他参与催化的氨基酸，结构蛋白建模表明该突变基因呈现的是显性负效应[9，13，16]。他们发现了1例拥有纯合缺失突变的患者，推论该突变可能会导致PLCB4功能蛋白的完全缺失。其血缘父母各拥有1个基因缺失的杂合状态，但表型均无异常。此外，据记载其他PLCB4的不同程度基因缺失突变，可呈现出不同的表型，但均无ACS表现。由此可证明ACS并不是由PLCB4突变的单倍剂量不足引起。更确切合理的解释，应该是ACS的PLCB4突变可对蛋白质合成产生显性负效应，扰乱蛋白质的功能，即突变后不仅自身无功能，还能抑制或阻断同一细胞内的野生型信号转导蛋白的作用。2007年，Walker等[20]发现，作为PLCB4的同源物，斑马鱼的plcb3基因催化区可发生schmerle (she)错义突变。通过反义吗啉代来阻断斑马鱼胚胎中的plcb3功能，可出现相比突变者低外显率的轻度表型。这强力支持了其他plcb家族的基因(人类、斑马鱼、大鼠各有4种PLCB基因)发生错义突变，也可能有显性负效应。

关于GNAI3[9-10，13]，突变的氨基酸处于G1 box的首位与末位。G1 box是参与GDP/GTP成键过程的RAS超家族及G-α蛋白的5个高度保守序列之一。与PLCB4相似，GNAI3的突变位置均位于结构域，可能参与GDP/GTP成键过程[21]。 而单倍剂量不足的突变，比如移码突变是随机分布的，这提示这种突变也不是单纯的单倍剂量不足，而应该是通过某种方式改变蛋白活性来致病。Gordon等[11]对GNAI3突变位点氨基酸进行蛋白质建模后，提出了显性负效应机制。若想探究明确这些突变是如何导致的ACS仍需进行深入的功能分析。

内皮素A受体(EDNRA)是一种G蛋白偶联受体，在第1、2咽弓的发育成形过程中扮演重要角色[22]。EDN1信号系统通过EDNRA调节Distalless homeobox (DLX)转录因子在第1、2咽弓的表达，进而在脊椎动物下颌骨的分化发育过程中起到重要作用[23-26]。磷脂酶C(PLC)可在不同的细胞环境下调节EDN1信号系统[27]，并根据斑马鱼模型中plcb3的缺失，扰乱了第1、2咽弓的发育，推论ACS患者的PLCB4活动被扰乱，对于人类发育过程中EDN1-EDNRA信号系统有着相似的负性作用。由于GNAI3也位于EDNRA G蛋白偶联受体下游，同理提出有可能 GNAI3也抑制了EDNRA的信号传导这一假设。

2012年，Riede等[13]发现PLCB4、GNAI3突变的ACS患者，其DLX5/DLX6表达的下颌骨成骨细胞均有显著下降。对于大鼠的咽弓来说，基本是单纯依赖于EDNRA传导来诱导DLX5 and DLX6的表达[28]。Riede等认为，这表明ACS患者可能是EDNRA介导的信号系统出了问题。明确PLCB4、GNAI3及EDN1在EDN1-EDNRA -DLX信号通路中的作用，仍需进一步建立动物模型或对ACS患者进行多能干细胞诱导功能试验。

3 表型与基因型尚无关联

Clouthier等[9]在总结目前所报道的PLCB4/GNAI3错义突变病例中，尚未发现基因型与表型之间关联，家族内的表型变化与家族间的表型变化都很多。由于许多其他综合征也可表现为髁突的发育不全，故不能把髁突病变当做可用以鉴别的特征性临床表现。而问号耳则为诊断该病的最具特征性的表现，可用于鉴别诊断。另外一个值得关注的特征性改变，是位置基本固定的耳后皮赘，位于耳轮耳垂连接处上方。除此之外，小口畸形与面颊膨出也是较为重要的特征性表现。

综上所述，现有的研究结果表明，耳髁突综合征的发生可能与EDN1-EDNRA信号通路相关基因的突变有关，变异产物或可扰乱GDP/GTP结合成键过程。目前已知的突变位点有：PLCB4、GNAI3、EDN1。ACS及IQME基因学致病机制尚不明晰，对于EDN1-EDNRA信号系统在时间及空间调节作用的进一步研究，可帮助我们深入了解这一信号系统在导致人类颅面发育畸形中的作用。

[1] 刘 伟, 唐晓军, 张智勇. 耳髁突综合征[J]. 中华整形外科杂志, 2013,29(5):398-400.

[2] Guion-Almeida ML, Kokitsu-Nakata NM, Zechi-Ceide RM, et al. Auriculo-condylar syndrome: further evidence for a new disorder[J]. Am J Med Genet, 1999,86(2):130-133.

[3] Priolo M, Lerone M, Rosaia L, et al. Question mark ears, temporo-mandibular joint malformation and hypotonia:auriculo-condylar syndrome or a distinct entity?[J]. Clin Dysmorphol, 2000,9(4):277.

[4] Guion-Almeida ML, Zechi-Ceide RM, Vendramini S, et al. Auriculo-condylar syndrome: additional patients[J]. Am J Med Genet, 2002,112(2):209-214.

[5] Ozturk S, Sengezer M, Isik S, et al. The correction of auricular and mandibular deformities in auriculo-condylar syndrome[J]. J Craniofac Surg, 2005,16(3):489-492.

[6] Storm AL, Johnson JM, Lammer E, et al. Auriculo-condylar syndrome is associated with highly variable ear and mandibular defects in multiple kindreds[J]. Am J Med Genet A, 2005,138A(2):141-145.

[7] Nezarati MM, Aftimos S. Microtia, severe micrognathia and absent ossicles: auriculo-condylar syndrome or new entity?[J]. Clin Dysmorphol, 2007,16(1):9-13.

[8] Shkalim V, Eliaz N, Linder N, et al. Autosomal dominant isolated question mark ear[J]. Am J Med Genet A, 2008,146A(17):2280-2283.

[9] Clouthier DE, Passos-Bueno MR, Tavares AL, et al. Understanding the Basis of Auriculocondylar Syndrome: Insights From Human and Mouse Genetic Studies[J]. Am J Med Genet C Semin Med Genet, 2013,163C(4):306-317.

[10] Kokitsu-Nakata NM, Zechi-Ceide RM, Vendramini-Pittoli S, et al. Auriculo-condylar syndrome. Confronting a diagnostic challenge[J]. Am J Med Genet A, 2012,158A(1):59-65.

[11] Gordon CT, Vuillot A, Marlin S, et al. Heterogeneity of mutational mechanisms and modes of inheritance in auriculocondylar syndrome[J]. Journal of medical genetics, 2013,50(3):174-186.

[12] Ozturk S, Sengezer M, Isik S, et al. The correction of auricular and mandibular deformities in auriculo-condylar syndrome[J]. J Craniofac Surg, 2005,16(3):489-492.

[13] Rieder MJ, Green GE, Park SS, et al. A human homeotic transformation resulting from mutations in PLCB4 and GNAI3 causes auriculocondylar syndrome[J]. American journal of human genetics, 2012,90(5):907-914.

[14] Al-Qattan MM. Cosman (question mark) ear: congenital auricular cleft between the fifth and sixth hillocks[J]. Plast Reconstr Surg, 1998,102(2):439-441.

[15] Brodovsky S, Westreich M. Question mark ear: a method for repair[J]. Plast Reconstr Surg, 1997,100(5):1254-1257.

[16] Fumiiri M, Hyakusoku H. Congenital auricular cleft[J]. Plast Reconstr Surg, 1983,71(2):249-250.

[17] Pan B, Jiang H, Zhao Y, et al. Clinical analysis, repair and aetiology of question mark ear[J]. J Plast Reconstr Aesthet Surg, 2010,63(1):28-35.

[18] Gordon CT, Petit F, Kroisel PM, et al. Mutations in endothelin 1 cause recessive auriculocondylar syndrome and dominant isolated question-mark ears[J]. Am J Hum Genet, 2013,93(6):1118-1125.

[19] Romanelli Tavares VL, Gordon CT, Zechi-Ceide RM, et al. Novel variants in GNAI3 associated with auriculocondylar syndrome strengthen a common dominant negative effect[J]. Eur J Hum Genet, 2015,23(4):481-485.

[20] Walker MB, Miller CT, Swartz ME, et al. Phospholipase C, beta 3 is required for Endothelin1 regulation of pharyngeal arch patterning in zebrafish[J]. Dev Biol, 2007,304(1):194-207.

[21] Wennerberg K, Rossman KL, Der CJ. The Ras superfamily at a glance[J]. J Cell Sci, 2005,118(5):843-846.

[22] Clouthier DE, Hosoda K, Richardson JA, et al. Cranial and cardiac neural crest defects in endothelin-A receptordeficient mice[J]. Development, 1998,125(5):813-824.

[23] Clouthier DE, Williams SC, Yanagisawa H, et al. Signaling pathways crucial for craniofacial development revealed by endothelin-A receptor-deficient mice[J]. Dev Biol, 2000,217(1):10-24.

[24] Miller CT, Yelon D, Stainier DY, et al. Two endothelin 1 effectors, hand2 and bapx1, pattern ventral pharyngeal cartilage and the jaw joint[J]. Development, 2003,130(7):1353-1365.

[25] Ruest LB, Xiang X, Lim KC, et al. Endothelin-A receptor-dependent and-independent signaling pathways in establishing mandibular identity[J]. Development, 2004,131(18):4413-4423.

[26] Ozeki H, Kurihara Y, Tonami K, et al. Endothelin-1 regulates the dorsoventral branchial arch patterning in mice[J]. Mech Dev, 2004,121(4):387-395.

[27] Ho PC, Tsui YC, Lin YW, et al. Endothelin-1 promotes cytoplasmic accumulation of RIP 140 through a ET(A)-PLCbeta-PKCepsilon pathway[J]. Molecular and cellular endocrinology, 2012,351(2):176-183.

[28] Ruest LB, Clouthier DE. Elucidating timing and function of endothelin-A receptor signaling during craniofacial development using neural crest cell-specific gene deletion and receptor antagonism[J]. Dev Biol, 2009,328(1):94-108.

北京市科学技术委员会(Z141107002514049) 作者单位：100144 北京，中国医学科学院北京协和医学院整形外科医院 颌面整形外科中心 第一作者：杨亦楠(1990-)，女，河北邯郸人，博生研究生. 通信作者：唐晓军,100144，中国医学科学院北京协和医学院整形外科医院 颌面整形外科中心,电子信箱：frog30@126.com

10.3969/j.issn.1673-7040.2016.12.019

2016-06-28)