Usher综合征的遗传学及治疗研究进展

宋立，刘洋

(天津市儿童医院，天津300134)

Usher综合征(USH)，又称先天性聋视网膜色素变性综合征。据报道[1]，USH的发病率约为1/6 000，在聋儿中USH约占11%。USH是一种常染色体隐性遗传病，具有遗传异质性[2]，主要临床表现为视网膜色素变性( retinitis pigmentosa，RP) 和感音神经性听力损失(sensorineural hearing loss，SNHL)，部分患者可存在前庭功能障碍。USH根据视听症状的发病年龄、损伤的严重程度以及前庭受累分为三种亚型(USH Ⅰ、USH Ⅱ、USH Ⅲ)。近年来还发现了不同于传统三种亚型的非典型USH。早期由于视网膜杆状光感受器发生变性，USH患儿会出现夜盲症和周围视力丧失，直至锥状光感受器逐渐退化，最终完全失明，患者可能出现各种心理障碍。目前USH的发病机制尚未明确。现将近年USH的遗传学特点及治疗方法相关研究进展综述如下。

1 遗传学特点

迄今已鉴定出十四个USH致病基因，另外还有三个位点被怀疑与USH有关。目前明确9个基因与USH Ⅰ型相关，分别是MYO7A(USH1B)、CDH23(USH1D)、 USH1G、USH1C、USH1E、PCDH15(USH1F)、USH1H、USH1J、USH1K。主要突变类型为非同义突变、缺失重复及可变剪切位点变异等。与USH Ⅱ型相关的突变基因包括USH2A、GPR98(USH2C)、DFNB31(USH2D)。而致病基因CLARIN/CLRN1和HARS则与USH Ⅲ型相关。另外，两个修饰基因PDZD7和CEP250已被确认。USH疾病基因具有许多亚型，外显子数量巨大。总共有400多个编码外显子在已知的USH基因中被发现。目前USH致病基因研究方面已取得了大量进展，通过对不同动物模型中USH基因的广泛研究，有证据表明内耳毛细胞发育和光感受器细胞的缺陷可能是USH发病机制的基础[3]。

1.1 常见USH亚型基因突变特点 USH Ⅰ型临床症状最严重，患者存在重度先天性听力障碍，青春期前即可发生视网膜色素变性，伴前庭功能障碍及消失[4]。它主要由MYO7A基因的突变引起，包含49个外显子，编码氨基酸达到2 215个。MYO7A基因编码的肌球蛋白VIIA属于马达蛋白中的一种，与ATP 酶发生作用，水解ATP使肌球蛋白丝与肌动蛋白一起产生肌肉收缩，完成肌丝运动，使视网膜色素上皮细胞发生移行，光感受器细胞碎片被吞噬，转运视蛋白纤毛形成内耳感觉细胞静纤毛。当USH Ⅰ型患者发生视网膜病变时，萼突缺陷可能是其新的发病机制[5]，萼突是位于光感受器外节基部周围的微绒毛，锥细胞和杆状光感受器细胞中萼突的发育和维持依赖于原钙黏附素-15，原钙黏附素-15是USH1F基因型中的缺陷蛋白，原钙黏附素-15的缺乏，导致感光器功能受损和感光器外段形状异常。USH Ⅰ型患者的基因中，MYO7A、CDH23、PCDH15和USH1C可能存在基因型—表型相关性。Ma等[6]在一个中国家庭的USH患者中均存在MYO7A基因突变，其中一个是新的错义突：c.3671C>A(p.A1224D)，另一个是已报道[7]的插入突变c.390_391insC (p.P131PfsX9)，这两种复合杂合变体与常染色体隐性听力损失表型共分离有关。同年，代艾艾等[8]对一个来自中国河南省的家系成员(3代共9 名)，发现该家系中2 例患者为USH Ⅰ型，由CDH23基因复合杂合突变致病，两个位点分别是c.6253+1G >A 和c.287_288insG，他们分别为剪接突变和框移突变。2018年Jia等[9]通过全外显子组测序一家系四口在同胞姐弟中均发现了USH Ⅰ型MYO7A基因中的两个杂合变异：c.849+2T>C和c.5994G>>A (p.Trp1998)，通过对父母DNA分析确定这两个变异分别遗传自双亲之一，两个变异分别导致MYO7A基因的剪接改变和蛋白翻译提前终止。

USHⅡ型 (OMIM #276901) 最为常见，约占70%，其特点是中度及以上的非进行性感音神经性耳聋，视网膜色素变性在青春期前及青春期发病，前庭功能正常[10]。主要的致病基因是USH2A，外显子72个，编码氨基酸5 202个。USH2编码usherin、VLGR1和whirlin蛋白，它们相互作用，在光感受器周围膜复合体和发育中的毛细胞踝关节复合体中并存。USH2蛋白作为一种多蛋白复合物存在于体内。USH修饰蛋白PDZD7也直接与三种USH2蛋白相互作用[11]，并在毛细胞踝关节复合体处与VLGR1和whirlin结合。PDZD7和三个USH2蛋白在耳蜗毛细胞正常定位中相互依赖。Shu等[12]对两个中国家庭进行基因测序发现了新的USH2A杂合错义突变：c.13156A>T (p.I4386F)。

USH Ⅲ型 (OMIM #276902) 较罕见，主要临床表现为进行性出现感音神经性耳聋，视网膜色素变性发病时间不一，前庭功能表现亦有高度可变性[13]。其主要致病基因为CLRN1又称USH3A，包含外显子3个，编码232个氨基酸。其突变表型类似于USH Ⅰ型和Ⅱ型。

1.2 我国USH的基因突变特点 一项对67个中国USH患者家庭的突变谱研究分析[14]发现，90%的USH患者是由已知的USH基因突变引起的，MYO7A是USH Ⅰ型患者中最常见的突变基因，USH2A是USH Ⅱ型患者中突变最多的基因，此外，还首次在中国USH患者中发现了CCRN1、DFNB31、GPR98和PCDH15的突变，这些突变占11.4%。

1.3 非典型USH基因突变特点 近年来研究还发现了很多新的表型，它们不同于以往定义的USH三种亚型，称之为非典型USH[15]。Khateb等[16]曾对三个有犹太血统的也门人家庭进行全外显子基因测序，发现其中5名患者存在特异性视网膜变性和感音神经性耳聋，分析发现突变来自于人纤维肉瘤细胞，找到了一个纯合子的错义突变体，ARSG c.133g>T(p.d45y)，患者们都有一个特异的视网膜病变，其特点是围绕中央窝呈环形萎缩，视网膜出现环状暗点，感音神经性耳聋达到中度以上，视力和听力丧失都出现在40岁左右，研究还显示变异物破坏了氨基酸以及酶的催化部位，使得p.d45y失去活性功能，纯合子ARSG突变导致蛋白质功能障碍，引起迟发性非典型USH。同一临床表型的USH可以是由多个基因突变引起的，例如，一位USH患者携带两种突变基因：MYO7A (c.4951G >A、c.4360G> A) 和CNGA (c.265delC、c.479C>T)，它们都可导致听力和视力损害[14]。研究[17]还发现同一基因的突变会也导致不同的临床表型，例如，CLRN1突变与USH Ⅲ型相关，但CLRN1突变患者的症状则表现为USH Ⅰ型或USH Ⅱ型，表明CLRN1导致了广泛的听力和视网膜表型。

USH患者听力和视力丧失可导致不同程度的精神和行为障碍。Dammeyer等[18]对26例3～17岁USH患儿的心理和行为障碍的患病率及特点进行调查，有6例患儿被诊断为精神或行为障碍，分别为1例精神分裂症和轻度智力障碍、1例非典型孤独症和重度智力障碍、1例非典型孤独症和轻度智力障碍、1例轻度智力障碍、2例品行障碍，另外3例儿童在童年时曾有过精神或行为障碍，在三分之一没有精神障碍和行为障碍的儿童中，存在心理社会困难。USH与精神和行为障碍之间联系的可能可以用某些基因既易患USH，也易患精神分裂症来解释。到目前为止，已经发现HARS作为USH3基因，同时携带该基因突变的患者会发展为发作性精神病、进行性听力丧失和色素性视网膜炎，但是这也可能是其他罕见综合征的临床症状[19]。

2 USH的治疗方法

目前USH主要的治疗是针对视网膜色素变性和感音神经性耳聋。通过人工耳蜗、感觉假体植入可以改善患者的听力丧失或视网膜变性的症状[3]。尽管没有治愈的方法，但应用病毒载体、反义寡核苷酸靶向治疗等治疗USH已在动物实验中获得成功。同时为了避免USH患者精神和行为的异常发展，心理康复治疗也尤为重要。

2.1 人工耳蜗、感觉假体植入术 目前，耳聋可以通过人工耳蜗植入来治疗[20]，多数USH患儿在年龄较小时就接受了人工耳蜗植入手术，他们能够在一定程度上听到开放式的演讲，并提高口头交流能力。人工耳蜗植入和感觉假体有助于优化语音，但如果在9岁后植入，则效果较差。新的视觉技术ArgusⅡ视网膜假体系统的开发通过对视网膜的电刺激，增强了盲人的视觉感知，不仅可以提高视网膜色素变性患者的视力，还可以增加他们的空间知觉和运动发育[21]。虽然视网膜假体已经取得了巨大的进展，但目前的植入方法在视力方面不如人工耳蜗植入成功[22]。另外，视网膜色素变性发生时间不一，目前可以通过光谱域光学相干断层扫描(SD-OCT)技术来监测USH患者的凹锥密度来检测视网膜色素变性，但是新的研究发现利用共焦和非共焦分裂检测器自适应光学扫描光检眼镜(AOSLO)监测USH患者的锥光感受器结构，AOSLO比SD-OCT更加灵敏[23]。

2.2 病毒载体进行基因治疗 最近关于USH基因替代疗法的研究主要集中在寻找传递大基因的方法，利用各种病毒载体使基因进入目标视网膜细胞中。首次利用USH基因进行视网膜基因治疗的研究是使用慢病毒(lentiviral，LV)传递负责USH1B的MYO7A基因[24]。因为MYO7A的编码序列是6.7 kb，所以我们需要一个病毒载体，比如LV来进行传递，腺相关病毒(AAV) 的携带能力大于5 kb。MYO7A存在于光感受器和视网膜色素上皮细胞。将LV-MYO7A注射到MYO7A缺陷小鼠视网膜下间隙中，可以纠正这两种细胞类型的突变表型。已有多种使用AAV的报道[25]。一种方法是将整个人类MYO7A cDNA打包成单个AAV粒子，然而，过大的单个AAV载体往往具有异质性基因组，这引起了临床应用中的安全问题，其他方法还可应用双AAV重叠、反剪接和混合载体[26]。大量研究[24]已表明，过大的AAV基因组可以截短与反义基因组包装成高滴度的AAV，称为片段载体(fAAV) 。截短的基因组在靶细胞转导后可以高保真、高效能地重新组装成完整的转基因产物。重组偏向于同源重组，而不是非同源末端连接。使用表达MYO7A cDNA的fAAV的大规模基因替代疗法，不仅使体内转基因产物完整重建，而且潜在突变的表型校正比双AAV载体表达系统更加可靠。

科学家在USH小鼠模型中，通过基因疗法恢复了平衡和听觉功能，该研究经过Ⅰ/Ⅱ期临床试验(https://clinicaltrials.gov/ct2/show/NCT01505062 )，采用腺病毒2/8型(AAV8-whirlin)后半规管注射法，将病毒cDNA导入小鼠内耳，通过后半规管传递的基因治疗使前庭系统和耳蜗中具有whirlin表达的毛细胞数量显著增加，单侧注射至少4个月能恢复小鼠的平衡功能并改善听力，该基因治疗可能成为平衡和听力遗传障碍的一种治疗选择[27]。

2.3 反义寡核苷酸 (ASO) 靶向治疗 ASO被用于纠正CEP290中剪接位点的突变，CEP290是一种缺陷基因，其蛋白与大多数USH蛋白一样，在光感受器纤毛中起作用[28]。ASO作用于靶向USH1C同源物中的隐性接合位点，从而挽救USH1C小鼠模型的听力和前庭功能障碍。在出生后第5天的USH1C小鼠体内，腹腔注射18 bp ASO，能够恢复前庭功能长达9个月，听力功能恢复长达6个月，是以往试验中最长的两个时间点[23]。该研究设计了15～18 bp ASOs的碱基序列与包含有USH1C 216G>A突变的患者基因组DNA区域互补，阻断隐性5′剪接位点产生的突变，从而产生少量的正常调和蛋白。

2.4 精神及心理治疗 随着视力及听力的逐渐丧失，患有USH的儿童从幼年起就面临着各种各样的精神和心理问题，如应激、焦虑、社交孤立和抑郁等。脑功能障碍、神经性厌食症和多动症也在USH的病例研究中被讨论或报道过。为了避免抑郁的经历，运用交流和语言康复手段进行干预，在预防心理和行为障碍以及心理社会困难方面被认为是重要的[29]。USH儿童和他们的父母可能需要在儿童早期的得到更多地临床支持，通过专业的心理康复治疗以降低精神和行为障碍的患病率。

近年来，我国基因检测技术日益进步，鉴定USH致病基因已取得了一系列的研究成果，针对我国USH患者的突变谱正逐步完善，利用基因分型芯片和下一代测序技术对USH进行大规模测序已经成为可能，这些方法的使用将会极大的促进临床诊断和科学研究的发展，为我国USH患者的早期诊断、治疗、预防等提供大量有价值的基因信息，同时对携带者诊断、遗传咨询、相关分子药物研发及特殊的分子治疗提供帮助。我们还可以预测具有特定USH基因型的婴儿或胎儿可能发生的病变，判断USH突变的严重程度。结合分子诊断和患者临床信息，可以更准确地诊断、预测和个性化治疗单个USH患者。

尽管通过各种生化、细胞和遗传方法对USH基因进行了鉴定和广泛的研究，但在分子水平上对基因功能的了解还远远不够充分，尤其是在视网膜病变上，这为我们理解USH的致病机制设置了一个主要障碍。USH与神经心理疾病的相关性研究可能为神经心理疾病的诊断与治疗提供新的理论依据。