鳃耳肾综合征临床特点与遗传学的研究进展

邓丽莎 胡炯炯 马兆鑫

耳聋是最常见的感觉障碍性疾病，其中遗传因素导致的耳聋占50%～60%[1-2]。遗传性耳聋根据是否伴有耳外组织的异常或病变可分为综合征型耳聋和非综合征型耳聋。鳃耳肾综合征(branchio-oto-renal syndrome，BORS)是常染色体显性遗传性综合征型耳聋疾病，在人群中的发病率约为1/40 000，而在聋哑儿童中的发病率约为2%[3]。然而国内对BORS的研究报道较少且多为个案，缺乏对该综合征的认识和重视。孙淑萍等[4]于2014年报道了2例BORS患者，2例最初都被误诊为单纯耳前瘘管进行治疗，其中1例因诊断不清进行了2次手术。之所以出现上述情况，主要是对该病认识不清。本文主要对该病的临床特点、治疗现状及遗传学研究进展作一综述，旨在加强国内临床医师对该病的认识和重视，从而减少误诊、漏诊，以期达到精准诊断和精准治疗。

1 临床特点及诊断标准

BORS为综合征型耳聋疾病，临床表现丰富多样，具有高度异质性，即使同一家系中不同患者的表型及严重程度也可出现极大差异。BORS的典型临床表现包括耳聋、耳前瘘管、鳃裂异常、肾脏畸形。其中，耳聋是BORS最常见的表型，具体可表现为传导性耳聋、感音神经性耳聋或混合性耳聋，约半数以上患者表现为混合性耳聋，常伴发耳部畸形(包括外耳、中耳、内耳畸形)。其严重程度从轻度、中度、重度至极重度不等，其中70%为非进展性耳聋，剩余则为进展性耳聋[5]。耳前瘘管和鳃裂异常是第一、二鳃弓先天发育异常所致。鳃裂异常包括鳃裂瘘和鳃裂囊肿，占颈部病变率高达45%，这通常是患者寻求医疗救治的主要原因[6-7]。Chang等[8]对BORS患者进行B超或肾盂造影检测的研究发现，约67%的受检者表现出肾脏畸形，其中肾脏缺如占29%，发育不全和发育不良分别占19%和14%；肾盂输尿管连接部梗阻占10%；肾盏憩室或囊肿占10%；肾盏、肾盂扩张，肾盂积水和膀胱输尿管反流各占5%等。如无肾脏畸形，又可称之为鳃耳综合征(branchiootic syndrome, BOS)。除了上述已报道的BORS相关症状，Salinas-Torres等[9]报道了1例BORS患者同时表现出骨骼缺陷。Au等[10]首次报道了1例远端关节弯曲的新生儿患者后期被诊断为BORS。由此可见，BORS患者也可表现为骨骼或关节发育不良。

BORS的临床诊断主要依据家族史和临床表现。基于大样本 BORS 患者表型特征分析，Chang等[8]提出迄今被普遍接受的BORS诊断标准，认为患者需满足如下条件之一方可诊断为该病：①具有至少3项主要表现；②具有2项主要表现，并同时有至少2项次要表现；③具备1项主要表现，且有至少1个一级亲属中有BORS患者。其中主要临床表现包括：①鳃裂瘘管或囊肿；②耳聋；③耳前瘘管；④肾脏畸形(肾脏缺如、发育不全、发育不良，肾盂输尿管连接部梗阻，肾盏憩室或囊肿，肾盏、肾盂扩张，肾盂积水，膀胱输尿管反流等)。次要临床表现包括：①外耳异常(耳前凸起、杯状耳、副耳郭，外耳道闭锁或狭窄等)；②中耳畸形(听骨链畸形、错位、脱臼或固定，鼓室狭窄或畸形等)；③内耳异常(耳蜗发育不全、耳蜗及前庭导管扩张、外半规管发育不全等)；④其他：面部不对称或味觉异常等。Song等[11]认为，EYA1基因突变分析应当作为东亚人口BORS/BOS诊断中不可分割的一部分。因此，对于单纯依据临床表现难以确诊的可疑BORS患者，常见致病基因突变检测可作为临床诊断有益的补充，同时为产前诊断以及BORS患儿早期植入人工耳蜗提供可靠的依据。若常见耳聋基因突变未检出，则患者耳聋可能为非遗传因素导致，如使用药物、孕妇妊娠期受病毒感染、分娩时受伤等，但不能排除其他基因突变的可能，需进一步完善家系病史调查、扩大突变基因检查范围，防止漏诊。

2 常见致病基因及新突变

在OMIM数据库中，已经登记了2个BORS和3个BOS(表1)。该病已报道的致病基因包括EYA1、SIX1、SIX5和SALL1，并有SHARPIN、FGF3和HOXA等数个基因推测可致病[12-13]。

2.1EYA1基因EYA1基因与多种人类疾病有关，包括BOS、BORS、先天性白内障和眼前段异常等。EYA1蛋白功能的几个不同方面受到影响，例如磷酸酶活性，EYA1-SIX，Dach-Ga亚基的相互作用，或者上述2方面同时受影响可导致BORS。 Musharraf等[14]的最新研究发现，BORS相关的EYA1错义突变S454P、L472R和L550P会导致哺乳动物细胞中EYA1蛋白的蛋白酶体降解增强，表明蛋白质的不稳定性是EYA1的致病机制之一。

表1 BORS/BOS OMIM数据库条目

目前，EYA1基因异常被认为是BORS最常见的病因，约40%的BORS患者携带此基因突变。目前已经报道169种不同的杂合致病突变体，包括移码突变、终止突变、剪接突变和错义突变。随着基因检测技术的不断进步，越来越多的EYA1新突变被发现。2014年，Kim等[15]首次报道在韩国BORS患者中发现EYA1基因外显子中的错义突变c.418G>A干扰了正常剪接。2015年，Dantas等[16]在首次发现EYA1基因外显子4～10部分重复与BOS表型共分离。2016年，Spahiu等[6]报道1例BORS并发现1个严重影响蛋白质功能的EYA1基因新突变c.1627C>T。2017年，Klingbeil等[17]通过全外显子测序在6个不同家系中发现3个新突变：c.525delT、c.979T>C和c.1768delG。尽管越来越多的致病突变被发现，但其致病机制仍未研究透彻。

EYA1基因与BORS相关临床表现的关系尚不十分明确。Zhang等[18]通过将EYA1基因突变类型分为框移突变和非框移突变的研究提示，EYA1基因框移突变与BORS表型的严重性没有明确关系(P=0.799)。其中，框移突变具体可分为剪接突变、插入突变、无义变体、>3-bp 的重复或缺失突变等；非框移突变包括致病性错义突变、3-bp以下的缺失突变等。Krug等[19]在1个包含124个BORS家系的研究中发现，携带有EYA1基因突变的患者最常见的症状是肾脏发育不全，表明EYA1基因突变可能与肾脏畸形严重程度密切相关。

2.2SIX1基因和SIX5基因 在脊椎动物中，SIX基因家族分为3个亚群：SIX1/SIX2(So)，SIX3/SIX6(Optix)和SIX4/SIX5(Dsix4)。其中，研究最广泛的是SIX1，其涉及许多组织和器官，如肌肉、肾、听觉系统、感觉器官、颅面结构等[20]。SIX蛋白质是一种引发EYA蛋白质核异位的转录因子。SIX蛋白质不但可以导致EYA1核易位，还可以维持EYA1稳定。EYA1被蛋白酶体机械泛素化和降解的过程，就是通过与SIX蛋白质的相互作用而阻止的[14]。Ruf等[21]首先通过直接测序筛选出SIX1中的3个突变：Y129C、delE133和R110W，与此同时，通过功能分析发现位于SIX结构域(SD)中的R110W突变干扰Eya1-Six1复合物的形成，而Y129C和delE133突变不仅影响蛋白质-蛋白质相互作用，还影响SIX1结合DNA的能力，从而首次证实SIX1是BORS的致病基因。2007年，Sanggaard等[22]发现SIX1新突变W122R影响EYA1-SIX1相互作用而致病。1年后，Kochhar[23]等筛选了247个BORS家族并检测出5个新的SIX1突变：c.50T>A，c.218A>C，c.317T>G，c.329G>A，c.334C>T和1个先前报道过的突变c.328C>T(p.R110W)。所有突变要么影响EYA1-SIX1相互作用，要么影响DNA结合，且都在蛋白结合的SIX结构域(SD)。最新研究[24]发现，SIX1主要通过单螺旋与EYA相互作用，并且该螺旋中单个氨基酸的突变足以破坏该相互作用。截至目前，共有9个BORS相关的SIX1基因突变被发现(表2)，其中7个是错义突变，1个是框移缺失。

表2 BORS相关的SIX1突变

2007年，Hoskins等[25]报道了SIX蛋白家族的第2个成员SIX5为BORS的新致病基因。SIX5之所以被认为是BORS的一个很好的候选基因，一方面是因为它与已知的BORS致病基因SIX1相似，另一方面则是因为线虫与已知的BORS致病基因EYA1相互作用。Hoskins等[25]共发现了4个无义突变：A158T、A296T、G365R和T552M，并通过功能研究发现EYA1与SIX5相互作用且转录活性降低，表明SIX5为BORS相关基因。然而，Krug等[26]在140例BORS患者中筛查EYA1、SIX1和SIX5基因时，在一个先前报道携带SIX5Thr552Met突变的患者中检测到一个缺失3个外显子的EYA1基因异常，这使得我们开始质疑SIX5基因在BORS发生、发展中的作用。

SIX1同源基因靶向敲除小鼠的研究发现，SIX1基因敲出后的小鼠表型不一，其表型多变的机制包括：单倍体剂量不足、显性负性突变以及功能获得性突变等。单倍剂量不足是指一个等位基因突变后，另一个等位基因能正常表达，但只有正常水平50%的蛋白质，不足以维持细胞正常的生理功能。显性负性突变后不仅自身无功能，还能抑制或阻断同一细胞内野生型信号转导蛋白的作用。功能获得性突变即指一个基因突变后获得新功能。其中，显性负性突变以及功能获得性突变最为常见，这在BORS家系基因突变机制中有报道[27]。

2.3SALL1基因 2014年，Morisada等[13]报道了1例日本人BORS散发病例，并通过阵列比较基因组杂交的方法发现SALL1基因16号染色体上的6Mb微缺失与BORS表型相关。Engels等[28]也曾报道过SALL1基因突变导致BORS，因此SALL1基因极有可能是BORS的新致病基因，目前其致病机制尚不明确。

3 治疗和预防

目前BORS的治疗主要为对症处理。对于未感染的耳前瘘管和鳃裂瘘可暂不处理，一旦感染，手术彻底切除是唯一的根治办法；外耳道狭窄若无症状可不治疗，但多数患者可合并外耳道胆脂瘤，故需及时处理；对于有肾脏畸形(肾脏缺如、发育不全、发育不良，肾盂输尿管连接部梗阻，肾盏憩室或囊肿，肾盏、肾盂扩张，肾盂积水，膀胱输尿管反流等)的患者，应行肾功能检查。腹部B超或肾盂造影等检查。避免使用肾毒性药物，病变较轻时可不予治疗或给予药物治疗。有手术指征者及时手术治疗，必要时行透析治疗或肾移植。听力下降者可予佩戴助听器，必要时行人工耳蜗植入；同时应避免使用耳毒性药物，以改善听力和更好地利用剩余听力。由于大多数BORS患者听力损失表现为传导性耳聋，目前可尝试通过中耳探查性切开术和听骨重建来改善听力。Miyagawa等[29]证明，对于具有复杂外耳、中耳和内耳异常的BOS患者，骨传导听力植入是一个很好的治疗选择。为了提高手术效果，术后可进行个体化听觉康复。避免近亲结婚以及对有明确致病基因突变的家系进行产前诊断和遗传咨询可有效减少该病患儿的出生。

总的来说，目前尚无针对耳聋的根治方法，基因治疗和干细胞移植是较有前景的治疗方法。近几年来有多项研究通过向耳蜗内导入相应的野生型基因，逆转了包括TMC、KCNQl在内的基因敲除小鼠动物模型的听力表型，成功地保留了部分听力[30-32]。这一系列研究提示，基因治疗有望成为从根本上治疗遗传性耳聋的有效方法。干细胞治疗耳聋是近些年耳科的研究热点之一。有研究发现，notch信号在毛细胞的分化过程中起关键作用。当notch信号被抑制时，新的毛细胞可以被诱导生成，噪声刺激引起的听力损伤可以被部分恢复[33]。因此在耳蜗里调控notch信号通路可能是一种让毛细胞再生的有效方法，这也给遗传性耳聋的治疗提供了新思路。

4 总结与展望

本文围绕BORS的临床特点及其常见致病基因的遗传学研究进展进行了简单的回顾，同时对BORS的治疗与预防作了简单介绍。近年来，尽管BORS的遗传学研究取得了较大进展，但由于其高度遗传异质性，仍有许多BORS家系与已报道的相关位点不连锁，提示BORS致病基因谱还远未完善，其致病机制也有待深入研究。因此目前的主要研究任务就是找到并认定BORS致病基因及其突变位点和突变类型，丰富和完善BORS致病基因库，并探明其分子生物学致病机制，为临床精准诊断、精准治疗和防范以及遗传咨询工作的开展奠定分子病因学基础。截至目前，耳聋基因治疗的基础研究也取得了很大的进展，但是要实现临床转化还存在许多阻碍，主要是缺乏理想的基因载体。与病毒载体相比，非病毒载体具有高安全性，可作为耳聋基因治疗的理想载体，然而其转染效率较低且缺乏靶向性，因此如何提高非病毒载体的转染效率和靶向性是未来研究要面临的主要挑战。最新研究发现，通过对纳米粒子表面修饰后的多功能复合基因载体，如PHEA-g-C18-Arg8纳米粒子[34]，能通过鼓室内途径成功导入内耳，这或许将是人类基因治疗载体发展的新方向。如果上述问题得以攻破，基因治疗将成为从根本上治愈耳聋的有效方法。当下我们应该做到的是加强宣教，提高人们对遗传性疾病的认识和防范意识，积极开展遗传咨询服务工作。相信经过一两代人的努力干预，可逐步降低BORS致病基因在人群中的携带比例，进而从根本上降低BORS的发病率，从而极大程度地减轻个人和社会的经济负担。