遗传性耳聋相关基因的最新研究进展

马聪,孙艳美,张萍萍,张攀,苗绘,李亚丽

(河北省人民医院，石家庄050071)

听力损失是常见的感觉神经性障碍。全球约有3.6亿人患中至重度耳聋，1 000名新生儿中，有1.33名耳聋患者[1]，至少50%患者的病因与遗传因素相关。遗传性耳聋根据是否有除听力损失以外的症状分为综合征型耳聋(SHI)和非综合征型耳聋(NSHI)。NSHI约占70%。SHI常伴头部畸形、皮肤异常、视网膜色素变性等症状。迄今为止，耳聋大约与90余个基因的1 000多个突变位点有关。近年随着产前基因诊断技术的快速发展，对耳聋基因的研究取得了巨大成就，本文就近年最新研究进展进行如下综述。

1 SHI相关基因

SHI表型和遗传学背景复杂多样。世界上已报道的耳聋相关综合征有400余个，较常见的有Pendred综合征、Waardenburg综合征、Treacher-Collins综合征、Usher综合征、Alport综合征及线粒体基因突变综合征。

1.1 Pendred综合征相关基因 Pendred综合征是常染色体隐性遗传病,十万人中发病7.5～10人，占先天性耳聋患者的10%[2],由SLC26A4基因突变产生，编码pendrin蛋白，除在甲状腺、内耳表达外，肾脏、前列腺、子宫内膜、乳腺也有表达。表型包括伴前庭导水管扩张(EVA)的神经性耳聋、甲状腺肿大、碘有机化功能障碍。Goncalves等[3]对葡萄牙Pendred综合征女性患者的筛查中发现，SLC26A4基因的新突变位点为c.918+2T>C及c.821C>G。Mironovich等[4]首次在Pendred综合征患者和非综合征型EVA伴或不伴Mondini发育不良患者中发现突变c.222G>T，孤立的Mondini发育不良患者未检测到该突变。不同原因致聋者人工耳蜗植入后效果不同，Pendred综合征患儿术后效果好于不明原因耳聋患者，成人表现则相似；Pendred综合征与EVA患者的术后效果差异无统计学意义。Hosoya等[5]将Pendred综合征患者与健康人群血液中的诱导性多功能干细胞培育成内耳细胞，发现Pendred综合征患者内耳细胞中Pendred蛋白呈现异常凝集现象且细胞易死亡。通过细胞水平的药物试验，发现二甲双胍和免疫抑制剂雷帕霉素能有效降低聚集现象和控制细胞死亡。TP53 p.R175H为甲状腺肿瘤中惟一检测到的突变，突变限于肿瘤结节内，表明该突变在低度恶性甲状腺滤泡状肿瘤中起肿瘤诱发作用。

1.2 Perrault综合征相关基因 Perrault综合征是罕见的多系统疾病，表现为耳聋、女性原发性卵巢功能不全和神经功能缺陷。相关的5种基因：羟基类固醇(17β)脱氢酶4(HSD17B4)、HARS2、LARS2、丝氨酸蛋白酶(CLPP)及Twinkle解旋酶(TWNK)。

TWNK基因编码Twinkle，由连接区相连的引物酶和解旋酶结构域组成，维持蛋白质寡聚物的稳定。Twinkle对线粒体DNA的复制和完整的维护尤为重要。c.1802G>A(p.Arg601Gln)为TWNK新突变位点[6]。Arg601能够与ATP的N7原子形成氢键，谷氨酰胺不能与ATP的N7原子形成氢键，影响ATP的结合和水解。

CLPP酶能够将较大蛋白质裂解为较小的肽。Dursun等[7]发现,新错义突变c.624C>G位于染色体19p13.3的CLPP的5号外显子，该突变使亮氨酸转变为甲硫氨酸，导致不孕、耳聋和生长迟缓。Chen等[8]对患Perrault综合征姐妹进行测序,姐妹均携带HSD17B4新突变位点c.298G>T，均为纯合子，但父母为杂合子。Demain等[9]发现,HSD17B4基因新突变位点c.244G>T，导致缬氨酸取代苯丙氨酸残基，可能干扰烟酰胺腺嘌呤二核苷酸结合。HSD17B4突变相关的病例均出现神经症状，包括小脑功能障碍、眼部异常和智力障碍，其中小脑表现最明显。HSD17B4突变疾病与D-双功能蛋白缺乏症相似。D-双功能蛋白缺乏症是常染色体隐性疾病，特征为严重神经症状和血浆中极长链脂肪酸积累，Perrault综合征患者多出现耳聋和性腺发育不全，而血浆中极长链脂肪酸正常。

1.3 Waardenburg综合征(WS)相关基因 WS大多为常染色体显性遗传，主要表现为神经性耳聋和色素减退。6种基因与之相关:PAX3、MITF、SNAI2、SOX10、EDN3和EDNRB。

PAX3突变导致的先天感觉神经性耳聋与内耳纹状血管缺乏黑色素细胞有关。Chen等[10]对广东患病家庭的研究中首次发现，PAX3新突变c.592delG与GJB2突变c.109G> A共同导致WS，c.592delG导致PAX3蛋白截断或无义密码子介导的mRNA降解机制，影响神经嵴细胞正常发育。Niu等[11]对I型WS家系进行突变筛查发现，PAX3基因的新致病突变c.808C>G，其导致PAX3转录功能障碍，核分布和正常的DNA结合活性被保留，但未能激活小眼畸形相关转录因子启动子，转录激活域的缺失导致了功能缺失。该研究同时表明单倍剂量不足是该家族轻度Ⅰ型WS表型的潜在机制。

Cesca等[12]对先证者及其家属进行遗传学研究，发现先证者与其父亲携带EYA4新的可能致病性突变c.1154C>T，导致学语后NSHI。祖父和叔父携带EYA4突变和PAX3新致病性剪接位点突变c.321+1G>A，两个受试者表现Ⅰ型WS的临床特征，新的PAX3基因突变c.321+1G>A与EYA4突变共分离。Xiao等[13]发现，PAX3基因新复合杂合突变c.169-170insC和c.172-174delAAG，与中国家庭的Ⅰ型WS共分离。SOX10基因新的无义突变c.163A>T使终止密码子取代第55位赖氨酸密码子，导致蛋白质翻译终止[14]。近年有研究对Ⅳ型WS家族研究发现与慢性便秘相关的SOX10杂合突变c.422T>C[15]。

1.4 Usher综合征相关基因 Usher综合征以耳聋和色素性视网膜炎为特征表现。先前认为发病率约为4.4/100 000，但最近证据表明实际发病率约为1/6 000[16]。

已知涉及Usher综合征的有十多个基因，但20%～30%患者的遗传基础仍未知[17]。应用全外显子组测序和全基因组测序鉴定新的致病基因CEP78[18]，该研究证明光感受器细胞和内耳毛细胞中纤毛类疾病与Usher蛋白网络之间存在联系。目前越来越多的基因位点被发现。Yan等[19]通过动物试验发现，Usher综合征的视网膜变性由磷酸二酯酶β亚基基因突变引起，而听力损失由Adgrv1基因突变引起。Ramzan等[20]发现，包括MYO7A新突变位点c.198-199insA及c.1219-1226del的复合杂合突变导致的Usher综合征，由此扩展了MYO7A的突变谱。Bousfiha等[21]首次在摩洛哥耳聋患者中发现GPR98基因突变、新复合杂合子突变(c.1054C>A，c.16544delT)导致Usher综合征。

目前无有效的生物疗法治疗听力损失，基因治疗是当前的研究热点。使用合成的腺相关病毒载体Anc80L65将野生型USH1C递送到USH1C c.216G>A小鼠的内耳中，显示转导80%～90%的感觉毛细胞，最终导致基因和蛋白质表达，听觉功能以及平衡行为恢复至正常水平[22]。

2 NSHI相关基因

NSHI中常染色体隐性遗传性耳聋占75%～80%，常染色体显性遗传占20%～25%，线粒体遗传或X连锁方式不足1%。有大约100种不同NSHI基因被报道，最近Guan等[23]在中国耳聋患者突变筛查中首次鉴定出致病基因PDZD7。

2.1 GJB2基因 GJB2基因位于13q12，编码间隙连接蛋白-26(Cx26)，构成细胞间信号分子传输通道和维持耳蜗内淋巴电位。GJB2基因突变导致约50%遗传神经性耳聋，多与常染色体隐性遗传有关。Chen等[24]敲减出生当天(P0)和生后第8天(P8)小鼠的耳蜗Cx26，18 d后观察发现，P8组小鼠螺旋器无超微结构变化且听力正常，而P0组小鼠的Deiter细胞的指突未发展成指状结构，柱细胞中微管及乙酰化α-微管蛋白量减少，听力严重受损，表明GJB2参与出生后螺旋器成熟过程中柱细胞骨架的发育。由此提出GJB2新的致病机制：柱细胞中微管的减少可能导致螺旋器隧道开放失败，且畸形的指突可能对螺旋器的支持框架产生负面影响。

Koohiyan等[25]对伊朗NSHI人群筛查中发现，GJB2新突变位点 c.130T>G和c.178T>G对蛋白质构象产生影响。缝隙连接在耳蜗形成两个独立的网络:螺旋器上皮细胞和耳蜗侧壁结缔组织缝隙连接网络。上皮细胞Cx26和Cx30双杂合子缺失并未降低内耳蜗电位和正常的听力，提示该双杂合子缺失主要影响耳蜗侧壁的间隙连接功能。Cx26和Cx30双基因突变可能减弱Cx26和Cx30在耳蜗侧壁的杂合耦合，降低内耳蜗电位从而导致耳聋。该研究还证实，钾离子再循环假设不是Cx26和Cx30突变所致耳聋的机制。

有研究提出，儿童先天性耳聋与心脏参数延长相关。对GJB2突变和无GJB2突变患者的心电图参数研究，发现GJB2突变的耳聋患者与其心电图参数之间无关联。研究Cx26与产前缺氧之间的关系，发现慢性产前缺氧大鼠耳蜗Corti器官毛细胞数量少，Cx26蛋白和mRNA水平降低，缺氧增加了Cx26基因启动子区域的甲基化状态。启动子区超甲基化和Cx26的表达下调导致耳聋。

2.2 GJB3基因 GJB3基因编码含270个氨基酸的连接蛋白Cx31，该蛋白位于相邻两个细胞的细胞膜内，使相邻细胞间可以直接交换小分子物质及离子，传递化学物质和电信号。GJB3基因突变导致钾离子循环障碍，最终导致耳聋。

Cx31在跨膜区和胞外环的保守度远高于胞质区。GJB3致病性错义突变很少，仅发现9种错义突变导致NSHI，包括c.94G>A、c.250G>A、c.421A>G、c.497A>G、c.529T>G、c.538C>T、c.547G>A、c.580G>A、c.667C>A。Cx31保守度分析显示，Cx31保守性低于Cx26，突变对Cx31的影响小于Cx26，这可能是GJB2突变致聋的人群多于GJB3突变致聋人群的原因之一[26]。GJB3突变可导致常染色体显性或者隐性遗传性耳聋和皮肤疾病。近年有研究发现，c.134G>A可导致红斑角皮病。

Cx26和Cx31的双基因杂合突变可导致耳聋。Naseri等[27]对NSHI患者进行GJB2及GJB3基因分析，发现GJB3突变c.284C>T在与GJB2突变共同存在时致病，这还需要大规模家族和功能研究来验证。对中国5 700例耳聋患者及4 600例正常人的研究表明，GJB3 c.538C>T变异在耳聋和正常个体中发病率较低，尽管耳聋的发病率高于正常组,但差异无统计学意义，说明c.538C>T变异对耳聋的影响较小[28]。

2.3 OTOF基因 OTOF基因主要负责编码Otoferlin，在前庭神经细胞和内耳毛细胞(IHCs)中高度表达。听觉依赖于IHCs带状突触上快速、精确且持续地释放神经递质。该过程需要Otoferlin作为钙离子传感器，调节内耳毛细胞活性区域中引发与突触前膜囊泡融合和突触囊泡池补充的速率。OTOF基因突变致病频率具有种群性。沙特阿拉伯耳聋患者致病基因主要是OTOF，约占33%，近亲婚姻偏多导致纯合致病突变的高比率。Tang等[29]对广西一家系研究发现，OTOF的复合杂合突变，包括无义突变c.1273C>T和错义突变c.4994T>C。前者导致密码子过早终止，致使异常或非功能蛋白出现。c.4994T> C位于C2E和C2F结构域之间，导致脯氨酸取代亮氨酸。

伊朗首次对OTOF基因进行胚胎植入前遗传学诊断(PGD)，同时发现新的致病性变异c.1392+1G>A[30]，影响剪接位点并导致内含子被保留。有研究发现，OTOF基因突变导致的耳聋与温度有关。在体温升高时听力丧失，温度下降则恢复。Otoferlin的纯合或复合杂合突变c.2975-2978delAG/c.4819C>T、c.4819C>T/c.4819C>T或c.2382-2383delC/c.1621G>A可能是温度敏感性听神经病的原因，另一项研究发现，OTOF纯合突变p.Ile515Thr也导致温度敏感性耳聋[31，32]。OTOF突变致聋的患者在人工耳蜗植入后表现出良好的电生理反应和听觉及言语能力，不经历年龄相关听觉的自发恢复过程。

2.4 SLC26A4基因 SLC26A4基因编码含780个氨基酸残基的Pendrin蛋白。SLC26A4基因突变影响Pendrin的合成和功能，导致阴离子转运障碍;引起前庭水管扩大，导致耳蜗前庭内环境受颅内压增高的影响增大；造成内耳毛细胞受损。Pendrin对远端肾单位的NaCl重吸收起关键作用，研究表明pendrin基因可能是治疗高血压的新靶点。

目前发现的SLC26A4基因突变类型有500余个，且具有种族性和区域性。Cengiz等[33]对土耳其、伊朗和墨西哥耳聋患者进行全外显子组或Sanger测序，发现4个新突变位点：c.1673A>G、c.1708-1G>A、c.1952C>T、c.2090-1G>A，在两个不相关家庭中同时检测出突变c.1673A>G。中国研究者发现，新复合杂合突变c.589G>A和c.1742G>T，后者为新突变位点，在中国人群中尤其罕见。该突变导致抗sigma拮抗剂结构域中581号氨基酸位点上的p.R581M转变，影响SLC26蛋白稳定性及功能。SLC26A4基因新突变位点c.2110G>C导致细胞质拓扑结构域中氨基酸p.Glu704Gln转变，改变了pendrin蛋白的结构，其构象的随机性增加，减弱了pendrin阴离子转运体的活性[34]。对携带GJB2 35delG突变的NSHI患者的研究发现，SLC26A4新剪接供体突变c.164+1delG，与致病性突变c.1061T>C共同致聋[35]。

3 小结与展望

对耳聋基因的不断深入研究及二代测序技术的大规模使用，更多的基因突变致聋者能得到准确的基因诊断。针对耳聋家庭，遗传诊断咨询、生育指导及产前诊断是预防生育聋儿的主要方法。耳聋并非致死性疾病，因此产前诊断可能导致的引产始终存在伦理争议。PGD的出现尤为重要，该技术真正意义上实现了耳聋的一级预防。应用二代测序技术，单基因遗传病及染色体筛查同时进行是当前PGD领域的研究热点。基于多重荧光探针技术的突变基因检测系统具有高度灵敏性，能够在每个反应中检测低至10个DNA拷贝样本，且与Sanger测序具有完全一致性。最重要的是，血液和唾液可以直接用于检测，无需DNA提取过程，简化了操作过程，有望成为临床实际应用中的首选工具。耳聋基因检测率的提高有助于整体提升我国耳聋预防的水平，优化出生人口素质。