大疱性鱼鳞病样红皮病遗传学研究进展

陈平姣 李常兴 曾 抗 张锡宝



大疱性鱼鳞病样红皮病遗传学研究进展

陈平姣1李常兴2曾 抗1张锡宝3

先天性大疱性鱼鳞病样红皮病(BCIE)属于常染色体显性遗传性疾病，主要由KRT1和KRT10基因突变引起。近年来对BCIE的基因遗传学研究取得了很大进展，本文就该病的遗传模式、遗传学研究策略和研究进展进行了综述。

先天性大疱性鱼鳞病样红皮病； 遗传学； 角蛋白1和10； 基因突变

先天性大疱性鱼鳞病样红皮病(bullous congenital ichthyosiform erythroderma, BCIE)又称表皮松解性角化过度(epidermolytic hyperkeratosis, EHK)，表皮松解性鱼鳞病(epidermolytic ichthyosis, EI)，约50%患者有家族史。临床表现为出生时即出现皮肤潮红、水疱、脱屑等，主要分布在四肢屈侧，为广泛性或局限性，可发展为广泛的角化过度，部分病例有掌跖角化。随年龄增长，大部分患者水疱可逐渐减少，但也有患者水疱会伴随一生。人群中BCIE患病率为0.33/10万～1/10万，其中约50%的病例为无家族史的散发新发突变病例[1]。组织病理学显示BCIE患处皮肤颗粒层和角质层明显增厚，在棘细胞层中、上部和颗粒层可见细胞松解和空泡变性，在裂隙中有粗大角质透明蛋白颗粒。超微结构显示棘层和颗粒层角质形成细胞内中间丝聚集，颗粒层细胞间存在松解性角化过度。BCIE是一种罕见的完全外显的常染色体显性遗传病，男女患病率无差异。1902年由Wolff[2]首先报道，属常染色体显性遗传，主要由角蛋白KRT 1和(或)KRT 10的突变导致。连锁分析及转基因动物都已证实该病是位于12号染色体上的编码角蛋白1基因(KRT1)或位于17号染色体上的编码角蛋白10基因(KRT10)突变所致，外显率100%。近期，常染色体隐性遗传EI也有少数病例报告，基本都是由于KRT10的无义突变，在紧邻蛋白2B辖区[3]，但个别也有在1B辖区的无义突变(P.Tyr282Ter.)[4]。目前只有减轻症状的对症措施，尚无特效疗法。维甲酸类对某些类型的BCIE虽然有一定的疗效，但也只能暂时控制症状[5，6]，且会引起各种副作用。Vakati等[7]报道在发展中国家，有些民族的BCIE儿童偶可合并维生素D缺乏性佝偻病。发现BCIE的遗传学机制，对BCIE进行早期诊断，是其防治的重要方面。目前对于BCIE的基因遗传学研究已取得重大进展，以下就有关的研究状况进行综述。

1 BCIE的遗传模式

遗传模式大致有以下三种：①等效基因作用模式，即疾病与少数基因有关，并且这些基因的作用较为均衡；②主效基因作用模式，即疾病易感性主要与1～2个主效基因有关，且在群体中这1～2个主效基因的发生频率较高，其他次要基因的作用微弱；③微效基因作用模式或多基因效应模式。BCIE属常染色体显性遗传病，这类疾病有一定的家族倾向，但并不表现为典型的孟德尔遗传方式。由于遗传和表型异质性，基因-环境、基因-基因、基因产物之间复杂的相互作用，遗传模式的不确定性等是目前的研究热点和难点。现阶段普遍认为微效作用模式在复杂疾病的发生机制中起主要作用，即疾病的遗传易感性是由多个风险基因相互作用决定的，这些风险基因发生频率很低，来自多个位点。目前研究所得结果也证明BCIE遗传模式为单基因效应或微效基因效应模式。

2 BCIE的遗传学研究策略

目前对复杂疾病研究主要是以家系或群体为基础的连锁分析和关联分析，这也是BCIE遗传学研究的主要方法。基因组扫描与连锁分析，是指通过对全基因组上大量遗传标记进行扫描，探讨未知基因或染色体区域在疾病发生发展中的作用。连锁分析包括传统的非参数连锁分析、参数的Lods法以及应运而生的其它方法。全基因组连锁分析自提出后已鉴定了导致人类疾病的1300多个基因，这些疾病大多为单基因遗传病。连锁分析是利用连锁的原理研究计算致病基因(causal variant)与参考位点[遗传标记(Tag)]之间的关系和距离。连锁分析主要适用于发现研究样本的主效基因，对独立家系的中效或微效基因的检出率较差。传统的连锁分析结果基因组确定区域只有20～30 cm，确定区域较小；近年来连锁分析也出现了较新的分析方法，如高密度SNP标记连锁分析等。候选基因突变研究是研究候选基因与疾病表型的相关性。疾病候选基因可以是在疾病发生和代谢过程中起关键作用的基因，也可以是基因组扫描所确定区域的编码序列。关联分析实质属于病例-对照研究，是确定疾病表型变化与候选基因相关性的常用方法，通过比较某一基因的等位基因在没有血缘关系的患者与健康人中出现频率的不同来发现与疾病关联的基因。相比而言，连锁分析对致病基因总体效应要求较高，而关联分析对基因总体效应要求则较低。因此在鉴定微效的遗传变异方面关联分析较连锁分析更有效。关联分析较连锁分析更有效，不需要收集大样本量的家系资料, 在确定风险等位基因时可提供更多的信息，定位区域较小(1～10 cm)。目前在BCIE定位研究中全基因组关联分析正逐渐被采用。对于复杂疾病的每个微效基因的鉴别而言，全基因组关联分析较全基因组连锁分析更有效；全基因组关联分析在隔离群体中具有更强的检测效力，应用前景也更加广阔。全基因组连锁分析不只对单基因病有贡献，对皮肤科的复杂疾病，如银屑病、白癜风和斑秃等，也发现了许多非常有意义的基因。

3 BCIE遗传学研究

3.1 BCIE基因组扫描与连锁分析 目前应用此方法的研究数量不多。Kremer等发现BCIE由KRT1或KRT10基因突变所致。KRT1和KRT10的点突变是构成BCIE的遗传学基础。转基因鼠及患者基因分析发现BCIE是由表皮基底上方KRT 10/ KRT 1的中央保守区发生突变所致。目前发生于KRT 1及KRT 10的突变已知的大约有120种，约87%为杂合子错义突变，且突变谱正逐渐变广[8]。在首次报道了KRT 1和KRT 10的基因突变后不久[9]，遗传连锁分析显示BCIE与角蛋白基因相关。Boni-fas等通过使用特异的cDNA 克隆进行体细胞杂交分析和原位杂交，将KRT 1和KRT 10基因分别定位于12q11-q13和17q12-q21。

3.2 候选基因突变研究 突变大多位于KRT1和KRT10 1A和2B区的A螺旋末端序列。这些区域在维持细胞的完整性上发挥着重要作用，属于高度保守区域，与角蛋白丝聚集相关。研究发现不同的突变位点的患者，临床表现、皮损轻重程度有很大的差异。突变位点位于高度保守区域临床表型常较严重，这些区域包括非螺旋区的H1区段和α螺旋末端区域HTP(shelix termination peptides)[10]。目前认为KRT1的2B区域 HTP，从478位～490位氨基酸是中间丝蛋白的高度保守区域，也是突变高发区域。而位置在螺旋之外的KRT1的 L1-2区域引起的突变多引起类似于单纯性表皮松解，临床表现较轻微的类型[11]。

角蛋白(Keratin)是分子量40～70 kD的角蛋白中间丝(KIFs)家族, 具有由310个氨基酸组成的，长约47 nm的中央杆状α螺旋区。螺旋杆状区包括4个功能亚区，分别为1A、1B、2A、2B，由3个非螺旋序列L1、L12和L2连接。其中1A 区起始端和2B末端属于高度保守区，此区对体内10 nm角蛋白丝的装配有着重要的意义。如果此高度保守区发生突变，将影响角蛋白丝的形成和稳定，以及角蛋白的网状结构形成，从而产生各种临床表现。人表皮表达的蛋白主要有KRT 1/KRT 10及KRT 5/KRT 14等4种。KRT 1/KRT 10是基底层上分化性表皮细胞主要表达的角蛋白对； KRT 5/KRT 14是表皮增生性基底细胞表达的蛋白对；目前报道的引起BCIE的突变绝大多数位于角蛋白1A区起始端和2B末端，KRT10第156位精氨酸被组氨酸、脯氨酸、半胱氨酸、丝氨酸、亮氨酸等氨基酸替代相当常见。目前Fonseca等[12]报道中有50%突变属于此突变。另外一个突变热点在KRT1的2B区域HTP，其第478～490位氨基酸是突变高发区，478位谷氨酸是KIFs蛋白的高度保守区，该位置发生突变将引起严重的临床症状。

Arin等[8]对28例EI患者的KRT1和KRT10基因直接排序分析，发现有14种不同的突变(其中4种此前尚无报告)，虽然本病的遗传型与表型之间的关系十分复杂，但某些突变可能在临床上与该病的不同类型、病情的轻重等密切相关，如泛发性红皮病、PPK的有无，是否为常染色体隐性遗传(超微结构检查)等。对于临床上不典型的病例，应全面地筛查相关基因，而不是仅查"热点"突变。杆状结构螺旋区的突变常出现严重的临床表型。而非螺旋区的突变表型相对较轻[13]。Natsuga等[14]报道了一个西班牙大家系中出现的BCIE主要是由高度保守的KRT1α杆状螺旋区的1A区中的错义突变引起。另外角蛋白非编码区的序列分析在BCIE的诊断过程中也非常重要。Jerbkov等[15]用基因组PCR直接测序法对4个英国家系进行检测,发现基因突变大部分为KRT10突变。其中一个家系患者KRT10的1A区域2138CC →AA ,导致了D155E 和R156S两个氨基酸被取代。在另两个家系中发现KRT10 1A 螺旋区2139C→T和2140G→A,导致氨基酸被取代。多数研究认为，尽管BCIE发生有种族差异存在， 但KRTl0的156位精氨酸突都变严重影响中间丝的聚集。其突变使KRT1/KRT10结构破坏，导致严重BCIE。而在临床表现不典型或轻型BCIE患者的突变通常位于角蛋白杆状螺旋区域之外的羧基非头段和末端或连接子区域。BCIE存在明显的临床异质性。主要包括角化过度的程度、大疱发生情况、红皮病程度和躯体受累状况等，其中最具特异性的是掌跖是否受累。DiGiovanna和Bale将BCIE分为严重掌跖角化过度型(severe palm/sole hyperkeratosis, PS)和非严重掌跖角化过度型(no severe palm/sole hyperkeratosis, NPS)两型[16]，认为PS型突变大多是由KRT1突变引起，NPS型突变大多是由KRT10突变引起[17]。但近期有学者发现某些发生在KRT10的突变的ECIE患者也伴有严重的掌跖角化过度。最近，Palombo等[18]报告2例散发的EI，都携带相同的KRT1 pl479T替代，鱼鳞病症状轻微，掌跖角化较重。其中PPK特别严重的一例，在掌跖部仅有突变的等位基因表达(半合子的)，这表明存在一种新型的皮肤镶嵌体(掌跖镶嵌性)。有学者研究发现KRT1基因的HTP区域发生突变的BCIE患者，部分伴有严重的掌跖角化过度[8]，而部分患者仅表现轻微的鱼鳞病样改变。另外，有研究发现表皮痣患者中也有KRT1和KRT10突变，这种突变仅发生在皮损的角质形成细胞中，非皮损部位的检测则为阴性，因此也将这种角蛋白突变称为镶嵌型突变。这种突变可能会使表皮痣患者后代患有BCIE。因此有学者建议，为避免BCIE的发生，患有表皮痣且KRT1/KRT10发生突变的患者需要进行基因产前诊断和相关的遗传咨询。Terheyden等研究了一个父母有线状表皮痣，女儿有泛发性BCIE的家系，检测父母的正常皮肤、血液和结缔组织发现突变很少，仅患处皮肤角质细胞的KRT10有50%发生突变；其女儿所有细胞的KRT10有50%发生突变。

4 遗传咨询及产前诊断

BCIE主要依靠角蛋白的基因分析和皮肤活检来进行诊断。有家族史的胎儿也可以用这种检测进行产前诊断。产前诊断，即出生前诊断，是指在出生前对胚胎或胎儿的发育状态、是否患有疾病等进行检测诊断，对可治性疾病，选择适当时机进行宫内治疗；对于不可治疗性疾病，能够做到知情选择。目前最常用的产前侵袭性诊断技术是羊膜腔穿刺技术。从BCIE胎儿大水疱中取得的表皮进行分析，发现角蛋白和中间丝相关蛋白异常导致组织结构的改变。过早角化的胎儿表皮各层出现异常的角蛋白丝。遗传学相关研究已证实KRT1或KRT10的突变导致BCIE[19]。目前对BCIE患者尚无有效的治疗方法[20]，因此对有家族史的胎儿进行产前诊断尤为重要。Kang等[21]通过直接测序的方法，对受孕15周的有发病风险的双胞胎作产前诊断。发现胎儿父亲患者和胎儿的KRT10高度保守的1A 螺旋区有酪氨酸→天冬酰胺突变，这种突变在健康家系中并未发现。表明这个位置的突变可能导致发病或加重病情。此外，Rothnagel等通过直接测序分析，对15周的胎儿进行KRT1和KRT10基因检测，该胎儿父母没有BCIE，其第一个子女患有BCIE，DNA分析结果显示胎儿携带KRT1和KRT10基因突变，但出生后婴儿未患BCIE[22,23]。

常染色体隐性遗传EI虽然少见，但在遗传咨询中应予重视。在散发的EI病例中，如能排除双亲局限性表皮松解性角化过度的存在，EI再发的可能性就明显减少[4]。相反，在某些病例，尤其是父母有血缘关系的，因此，对计划生育的父母作KRT10分子分析很有必要[4]。常染色体隐性遗传型的存在可增加再发率1%～25%[7]。只有明确BCIE患者的基因突变，了解各基因型和表型之间的关系，才能明确BCIE的发病机制，为患者和家属的遗传咨询提供更可靠的依据[24]，才能使产前诊断成为可能。BCIE的易感基因相关研究挑战性很大，目前尚有许多问题有待解决，如BCIE的单个基因作用微弱，遗传和表型异质性，基因-环境、基因-基因、基因产物之间复杂的相互作用，遗传模式的不确定性等。由于本病存在遗传异质性，对其它可能候选基因的研究仍在进行中。

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(收稿：2016-07-01 修回：2016-07-25)

Update of the genetics of bullous congenital ichthyosiform erythroderma

CHENPingjiao1,LIChangxing2,ZENGKang1,ZHANGXibao3.

1.DepartmentofDermatology,NanfangHospital,SouthernMedicalUniversity,Guangzhou, 510515,China; 2.DepartmentofDermatology,DongguanSixthPeople'sHospital,Dongguan, 523008,China; 3.DepartmentofDermatology,GuangzhouInstituteofDermatology,Guangzhou, 510095,China

s:ZENGKang,E-mail:npfkzk@163.comZHANGXibao,E-mail:zxibao@126.com

Bullous congenital ichthyosiform erythroderma (BCIE) is an autosomal dominant inherited disease and the mutations of KRT1 and KRT10 are the key in the pathogenesis of the disease. Studies on the genetics of BCIE have been developed in recent years. In this review, we summarize the patterns, strategies and the update progress of the genetic researches on BCIE.

bullous congenital ichthyosiform erythroderma; genetics; keratin1and keratin10; gene mutation

国家自然科学基金资助项目(编号：81071286)

1南方医科大学南方医院皮肤科，广东广州,510515 2东莞市第六人民医院，广东东莞,523008 3广州医科大学皮肤病研究所/广州市皮肤病防治所，广东广州,510095

曾抗，E-mail：npfkzk@163.com 张锡宝， E-mail: zxibao@126.com