IRF2BPL基因突变相关临床表型和分子生物学机制

章 鸯 戴美珍 何丹丹 陈雪娇

IRF2BPL基因是一种无内含子基因，又称为C14orf4、EAP1或NEDAMSS基因，该基因编码的蛋白质被命名为干扰素调节因子-2结合蛋白样蛋白。IRF2BPL基因遗传学变异相关疾病是一种进展性神经退行性变疾病，是一种少见而且至今没有有效治疗手段的疾病，属于常染色体显性遗传病。主要表现为认知障碍、语言障碍以及运动疾病如小脑共济失调等。近年来由于诊断技术的发展，通过全外显子测序技术对于IRF2BPL基因遗传学变异的研究取得了一些进展。本文从IRF2BPL基因及蛋白质的结构和分子生物学机制、IFR2BPL基因突变的临床表型、影像学特征、遗传学特征方面进行综述,为临床遗传咨询提供理论基础。

一、IRF2BPL基因及其蛋白质的结构特点

IRF2BPL基因是一种无内含子基因，序列保守，又称为C14orf4、EAP1或NEDAMSS基因，该基因编码的蛋白质被命名为干扰素调节因子-2结合蛋白样蛋白。2000年，Rampazzo等[1]在染色体14q24.3区域检测到一个总长4859bp，开放阅读框总长度为2388bp，可编码含有796个氨基酸的蛋白质的基因，将其命名为C14orf4。该基因启动子区域包含CREB和AP-2的结合位点，5′侧翼区没有TATA盒和CAAT盒但是含有Sp1的结合位点，该基因编码的蛋白质的N端有一个多谷氨酰胺和多丙氨酸束，C端含有一个C3HC4RING指结构域，此外该蛋白质还包含3个PEST序列。根据C14orf4基因及其所包含的结构，Rampazzo等推测C14orf4编码的蛋白可能是一种核蛋白，这种蛋白的功能可能包括以下3点：①容易被降解或者磷酸化，可能对信号通路起到快速的调节作用；②通过结合蛋白和介导核蛋白之间的相互作用，可能与转录调节有关；③由于含有RING指结构域，可能是一种转录抑制因子，并且与泛素化有关。

二、IRF2BPL基因在生长发育过程中的分子生物学机制

IRF2BPL基因主要表达于心脏，其次是骨骼肌和胰腺，最后是大脑、肾脏、肝脏以及睾丸等。以前的研究表明IRF2BPL基因参与生长、发育等多种生理过程。2000年，Li等[2]在酵母双杂交系统中证实了ETS1与EAP1/Daxx相互作用，并且研究发现ETS1与EAP1/Daxx 共定位于哺乳动物的细胞核，ETS1 N端139位氨基酸和EAP1/Daxx C端173位氨基酸是两者相互作用的结构域，它们的相互作用对MMP1和Bcl-2基因的转录有抑制作用。2007年，Heger等[3]研究表明在动情期灵长类猴子和小鼠下丘脑中EAP1表达量增加，并且它的表达可以促进GNRH基因的表达和抑制前脑啡肽原的产生。该研究还通过EAP1 siRNAs抑制小鼠下丘脑EAP1的表达后，发现小鼠的动情期延迟、动情周期紊乱以及卵巢发育异常。这些结果进一步证明EAP1基因是一种转录调节因子，可能通过调节神经内分泌控制女性的生殖功能。为了证明EAP1基因是否是神经内分泌控制哺乳动物动情期的关键点，Mueller等[4]对TTF-1基因、YY1基因、CUX1基因、EAP1基因之间的相互作用进行了研究，发现EAP1基因的表达受到反式激活因子(TTF-1)和两个阻遏因子(YY1和CUX1)的双重转录调控，这两个阻遏因子被认为是青春期控制基因网络的上游调节因子。另外，EAP1本身通过一个负反馈回路机制来控制自己的表达。但是，EAP1表达量的增加并不受卵巢相关激素的调节[5]。2012年，Gregory等[6]开展的一项研究证明，EAP1基因在下丘脑特定区域的表达对于高等灵长类月经周期的维持是必需的，并推断EAP1可能通过抑制生殖功能神经内分泌相关的抑制基因的表达机制而控制生殖周期。随后，Alejandro等[7]研究报道EAP1 5′侧翼区单核苷酸多态性变异会导致灵长类动物绝经或月经稀少，以此类推EAP1的多态性变异可能增加人类功能失调性下丘脑性闭经的发病风险。2019年，Mancini等[8]在两个青春期发育延迟家系中发现EAP1基因发生突变，这两个突变都位于高度保守序列，并且证明该基因突变后产生的蛋白激活GnRH启动子的活性要低于野生型以及在灵长类动物动情期结合GnRH启动子的EAP1增加。

近年来，世界上性早熟的发生率不断增加，其仅次于肥胖患者。促性腺素释放激素(gonadotropin-releasing hormone，GnRH)释放异常导致下丘脑-垂体性腺轴紊乱是引起中枢性早熟的可能原因，但是该神经生物学机制依然知之甚少。自2003年开始，Kisspeptin/GPR54信号通路相关的研究表明该通路在青春期发育过程中起到了关键作用[9，10]。KISS1基因编码的亲肽素可以结合GPR54受体刺激GnRH的释放，并且，KISS1基因对GnRH释放和表达的调节位于EAP1和CUX1基因的下游[11，12]。2016年，Jing等[13]的研究进一步证实KISS1的表达可以刺激GnRH的产生，EAP1基因的表达在动情早期有明显的增加，这与KISS基因表达在该时期增加的结果一致。与之相反，Chenxi等[14]研究发现，EAP1表达的抑制可以导致青春期延迟、卵巢功能不全以及下丘脑GnRH分泌减少，但是KISS1基因的转录与表达量并没有随着EAP1表达的抑制而改变。因此，EAP1基因是否通过Kisspeptin/GPR54信号通路控制女性的青春期发育和维持生殖内分泌系统的稳态有待进一步的研究。

2018年，Marcogliese等[15]对果蝇中IRF2BPL同源基因pits的功能进行了研究，发现无论是发育过程中的果蝇还是成年的果蝇其神经系统中都富含pits蛋白，并且发现通过RNAi敲除pits基因的果蝇其症状与IRF2BPL基因发生截短突变的患者相似：①截短突变的患者表现为癫痫，pits基因敲除的果蝇表现为癫痫样麻痹；②截短突变的患者表现为进行性运动障碍，pits基因敲除的果蝇其神经元的pits蛋白表达减少表现为爬行能力减退；③截短突变的患者表现为脑萎缩，pits基因敲除的果蝇由于感受器pits蛋白表达下降而表现为神经元完整性受损；④截短突变的患者表现为小脑萎缩，pits基因敲除的果蝇触角和运动中枢的pits蛋白表达下降从而使得果蝇出现听力、平衡能力以及运动协调出现问题。以上现象足以证明IRF2BPL蛋白和pits蛋白在神经系统的发育和维持中起着至关重要的作用。

同年，Higashimori等[16]对 IRF2BPL在胃癌中的作用进行了一系列的研究，得出以下结果：①抑癌基因FOXF2基因表达上调的情况下，IRF2BPL,基因的mRNA水平上调，并增加了β-连环蛋白质泛素化；②通过免疫沉淀检测发现IRF2BPL直接作用于β-连环蛋白，对IRF2BPL基因进行siRNAs干扰实验以后，发现FOXF2基因对β-连环蛋白的下调和抑制作用依赖IRF2BPL的存在；③通过ChIP-PCR检测FOXF2可能与IRF2BPL4个启动子区(#3、#4、#6、#7)中的“AAACA”DNA结合序列结合；④IRF2BPL还抑制了LEF1基因启动子荧光素酶的活性和c-myc基因mRNA的表达；⑤胃癌组织中IRF2BPL基因mRNA的表达水平明显要低于正常组织，并且FOXF2基因的表达与IRF2BPL基因的表达呈正相关。总结以上的结果，研究者得出FOXF2是通过直接结合IRF2BPL基因的启动子上调IRF2BPL基因的表达，然后IRF2BPL再作用于β-连环蛋白导致其泛素化并降解，从而抑制Wnt信号通路发挥抑癌作用。

三、IFR2BPL基因突变的临床表型、影像学特征及遗传学特征

IRF2BPL基因遗传学变异的临床表型在发育早期往往没有很明显的发育异常，或者可能只出现轻微的运动发育迟缓或语言发育迟缓，但随着患者年龄的增加症状会加重，如出现运动性疾病、发音困难、癫痫、认知障碍或智力障碍等。运动性疾病主要包括肌张力低下、舞蹈手足徐动症、小脑共济失调、动眼异常、双下肢瘫痪、容易跌倒等[15]。Tran等[17]研究了11例存在IRF2BPL基因截短变异的患者，发现除了以上的一些相关症状外，其中7例存在癫痫，年龄跨度较大(6个月～26岁)，大部分属于难治性癫痫，其中有小部分对抗癫痫治疗有效，癫痫的类型包含了婴儿痉挛、肌阵挛以及强直-阵挛性癫痫。此外,IFR2BPL基因遗传学变异的患者还可能存在视力不佳、下肢张力增加以及腱反射增强，其中视力不佳表现为眼球震颤、外斜视、近视、散光、屈光不正亦或是圆锥角膜[18，19]。

表1 25例IRF2BPL基因突变患者的相关临床表型

IRF2BPL基因突变患者头颅磁共振(magnetic resonance imaging,MRI)容易出现大脑、小脑萎缩，但一般发生在年龄较大的患者。Marcogliese等[15]报道了2例存在MRI异常的患者：1例在13岁时出现了严重的伴随脑室扩张的大脑萎缩、小脑轻度萎缩以及脑干和基底核的重度萎缩，该患者到20岁时以上这些萎缩症状加重；另1例患者34岁，存在广泛的大脑和小脑萎缩，脑干和胼胝体偏薄。Prilop等[19]则通过多巴胺转运蛋白成像技术发现存在双侧纹状体多巴胺转运蛋白减少的现象，这可能与纹状体发生萎缩相关。近两年的研究表明伴随癫痫或痉挛的患者往往伴有脑电图异常，典型的脑电图(electroencephalograph，EEG)特征包括不规则的θ波、高频的尖波以及尖慢复合波[20]。

IRF2BPL基因的遗传方式是常染色体显性遗传，男女性别发病机会均等，患者父母一般有一方是患者，不过不排除是新发突变。目前人类数据库已经报道的与IRF2BPL基因突变相关的病例数量有限，主要包括无义突变(12例)、错义突变(5例)以及移码突变(8例)。这些报道的病例存在起病年龄、临床表型以及疾病进展的异质性，不同患者的基因突变位点也不一致(表1)。

四、展 望

IRF2BPL通过抑制生殖功能神经内分泌相关的抑制基因的表达控制生殖周期，它表达的抑制可以导致青春期延迟、卵巢功能不全以及下丘脑GnRH分泌减少，这一结论已在分子水平和灵长类动物或小鼠水平得到了证实，这一理论为靶向药物的研究提供了理论依据，但是IRF2BPL基因是通过怎样的信号通路控制女性的青春期发育和维持生殖内分泌系统的稳态还有待于进一步的研究。另外，IRF2BPL基因在神经系统发育和维持中起着重要作用，但是实现这一过程的分子机制依然不明确。IRF2BPL抑制Wnt信号通路发挥抑癌作用的机制在分子层面和胃癌组织层面已经得到证实，在这方面建立细胞和动物模型将是未来的研究方向。在临床中，IRF2BPL基因病是种少见的并且无有效治疗手段的疾病。因此，为患者父母提供已知的遗传学信息，对于患者父母在产前诊断中和再生育方面做出决定至关重要。但是由于已报道的致病突变位点有限，无论是针对产前诊断还是再生育，家系研究尤其是对于有家族史的患者不可忽视。遗传学专家通过家系研究可以为患者父母提供再生育的发病风险以及更精确的产前诊断咨询。