脊髓小脑共济失调及强直性肌营养不良症易感基因突变位点的研究进展

兰贺，刘辰庚，王培昌

(首都医科大学宣武医院检验科，北京 100053)

常见遗传性疾病分为多基因遗传病和单基因遗传病两大类，后者的遗传方式包括常染色体显性遗传、隐性遗传、X-连锁隐性遗传等。脊髓小脑共济失调(spinocerebellar ataxia,SCA)以及强直性肌营养不良症(myotonic dystrophy,DM)是目前研究较为广泛的常染色体显性遗传且累及神经系统的单基因遗传病[1]，其基因突变类型主要为位于基因的编码区、3′或5′非翻译区(UTR)、启动子区、内含子区拷贝数异常的动态突变(dynamic mutation)中的三核苷酸序列或多核苷酸序列，从而导致在减数分裂或体细胞的有丝分裂过程中遗传物质的不稳定,影响转录或使翻译后蛋白质结构及功能异常[1-2]。本文旨在对SCA、DM的易感基因主要突变位点及检测方法作一综述，以期为上述疾病的基因诊断提供依据。

1 SCA的临床特征及遗传特点

1.1SCA的临床及病理特征 SCA是一种异质性的遗传性神经退化性疾病，以进行性小脑共济失调伴眼球运动障碍、构音障碍、锥体系及锥体外系神经损害、色素性视网膜病变、周围神经病变、认知功能障碍等一系列症状为特征[2]。并以脊髓、脑干、小脑神经元细胞脱失和胶质增生，含有多聚谷氨酰胺的突变蛋白在细胞核内沉积形成核内包涵体为典型病理特征[3]。目前已经证实了40多种SCA亚型,临床上可根据患者存在缓慢发生、进展性、对称性共济失调的典型症状，辅助检查(如神经电生理学检查、影像学检查等)的支持证据以及阳性家族史进行诊断[4]。SCA多为常染色体显性遗传，存在SCAs致病基因突变通常被认为是确诊依据。

1.2SCA的遗传学特点 目前有关SCA的发病机制尚不十分明确。研究表明，在核酸水平形成发夹结构可影响复制，其翻译出的突变蛋白因存在多聚谷氨酰胺，而形成不可溶的聚集体等[5]。目前已发现40多种SCA亚型，约有18种SCA亚型基因位点已经被定位，致病基因位点共45个，约65%的患者由致病基因编码区/非编码区的三核苷酸或多核苷酸异常重复扩展突变所致，只有少数由致病基因编码区点突变、插入或缺失突变等引起[6]。在已发现的SCAs相关致病基因位点中，未发现甲基化与磷酸化位点。SCA各亚型的发病率在全球范围内存在较大差异，其中我国主要为SCA 1～3亚型，其中SCA3亚型约占70%～80%[7]。SCA1、SCA2、SCA3、SCA6、SCA7、SCA17及DRPLA亚型是由于致病基因外显子中CAG序列重复次数增多，编码蛋白质内形成异常扩增的多聚谷氨酰胺(polyglutamine，PolyQ)链所致[7-8]。研究发现，SCA8、SCA10、SCA12、SCA31亚型是由于致病基因的非编码区短序列拷贝异常所致,其他类型的SCAs致病基因突变均由碱基的替换、插入、缺失等引起[8]。虽然目前已发现了许多SCAs相关的致病基因，但仍然约有40%经临床确诊为SCA的患者未能筛查出致病基因。

1.3SCA检测技术的新进展 SCA 1～3亚型诊断是以特定核酸片段上三核苷酸(CAG)n重复序列的数量作为诊断遗传性脊髓小脑共济失调的依据。近年来，有学者采用Sanger测序联合多重DNA聚合酶链反应对SCA3型患者进行单核苷酸多态性分析，发现SCA动态突变可导致等位基因相关位点的缺失[9]。Cubo等[10]利用单光子发射计算机断层扫描(SEPT)技术发现SCA3型患者突触前多巴胺功能损害，并证实SCA3异常变异患者呈现帕金森综合征表现，且SCA基因突变与神经退行性疾病密切相关。

2 DM临床特征及遗传学特点

2.1DM的临床及病理特征 DM是一种以肌无力、肌萎缩和肌强直为特点的常染色体显性遗传病,人群发病率高达1/8 000。随着年龄的增长，DM患者肌无力、肌强直以及累及多系统功能障碍逐渐明显[11]。根据患者的临床症状主要分为3种类型：(1)轻度型，以白内障为主要临床特点；(2)经典型，以肌无力和肌强直为主要特点，青春期以及成年早期(early adulthood)多发；(3)重度型，以先天性全身性肌肉发育不全为特点，常伴有智力发育迟缓以及较高的新生儿死亡率[12]。

2.2DM的遗传学特点 强直性肌营养不良症Ⅰ型(DM1)突变位点位于19号染色体长臂(19q13.3)蛋白激酶K(dystrophia myotonic protein kinase，DMPK)编码基因3′-UTR区的核苷酸(CTG)序列拷贝数异常，健康人该区域的拷贝数为5～34，而经典型DM患者拷贝数为50～100，先天性全身性肌肉发育不全的重度型DM患者的拷贝数可高达1 000～2 000。尽管多数DM患者CTG串联重复序列呈现连续性，但是目前发现个别DM患者的CTG重复序列可被CCG、CTC以及GGC所间隔[13]。强直性肌营养不良症Ⅱ型(DM2)突变位点于3号染色体长臂(3q21.3)锌指蛋白(zinc finger protein 9，ZNF-9)第一内含子，其CCTG重复序列呈异常扩增[14]，而(CCTG)n重复序列是复合重复序列(TG)n(TCTG)n(CCTG)n中的一部分，与DM1不同的是，(CCTG)n的重复序列在健康人中是间断的，而在DM2患者中CCTG是连续出现的。健康人群CCTG拷贝数少于32个，而DM2患者CCTG平均拷贝数约为5 000个，个别患者高达11 000个[15]。

2.3DM检测技术的新进展 由于DM动态突变的特点，核苷酸重复数目较多，常规PCR方法很难检测，该病的基因诊断一直依赖于PCR联合Southern blot分析，实时荧光定量PCR联合微卫星标记连锁分析等，但是Southern blot法操作复杂，需要高质量DNA且耗时费力。李韵等[16]采用三倍体引物PCR(TP-PCR)方法和毛细管电泳法对来自19个家系且经临床病理诊断为DM1的20例患者DMPK基因进行分析，结果发现TP-PCR和毛细管电泳法的联合能够准确且快速检测核苷酸(CTG)的拷贝数，可作为临床DM1的有效检测方法。Musova等[17]研究发现，DM1与遗传性自闭症(autism spectrum disorders，ASD)密切相关，其采用TP-PCR法对家系中同时患有自闭症的父亲和双胞胎孩子的DMPK基因进行分析，发现父亲CTG重复序列为130个拷贝，而双胞胎孩子的CTG重复序列为300～500个拷贝，且该对双胞胎患儿表现出DM儿童ASD的典型症状。此外，由于DM1家族遗传率较高，还可通过产前诊断或微卫星标记的单管单倍体分析的单基因疾病的植入前基因检测(preimplantation genetic testing for monogenic disorders，PGT-M)技术降低遗传风险。

3 小结及展望

SCA、DM动态突变会使得后代遗传早现现象明显加重，该遗传病在连续几代的遗传中，其发病年龄提前并且病情严重程度增加。针对SCA及DM的基因突变的研究已有很多，研究方法由Southern blot法联合PCR、荧光定量PCR联合微卫星标记连锁分析不断发展为TP-PCR、Sanger测序及片段分析等，能够准确检测SCA及DM动态突变中核苷酸重复序列及拷贝数，提高致病基因的筛查及临床分型检测效率，遗传性疾病基因诊断技术特异性和敏感性的不断提高，对SCA、DM早期筛查、早期诊断与临床干预必将产生重要的影响，虽然目前已发现了许多SCAs、DM相关的致病基因，但仍有临床未能筛查出的其他致病基因，因此，加强SCA及DM相关致病基因筛查，有效预防疾病的发生以及针对靶基因突变位点进行治疗还需进一步研究。