SOX10基因与综合征型耳聋的研究进展

白晟金 郭玉芬 徐百成

兰州大学第二医院耳鼻咽喉头颈外科（兰州 730030）

先天性感音神经性耳聋是影响儿童听力言语功能的主要疾病，根据耳聋是否伴有其他症状分为非综合征型耳聋和综合征型耳聋。先天性耳聋病因复杂，其中约60%与遗传因素相关，研究发现大部分耳聋与基因突变关系密切，已经发现超过100个基因与耳聋存在相关性，常见的耳聋基因有GJB2、SLC26A4、mtDNA12SrRNA、GJB3[1-3]。关于SOX10基因与耳聋的研究正在成为一个热点，本文就SOX10基因和蛋白在感音神经性耳聋发病中作用机制的研究进展进行综述。

1 SOX10基因及蛋白功能

1.1 识别与调控目的基因

SOX10因子(SRY-Box Transcription Factor 10)最初在小鼠的胚胎细胞中被发现[4]，位于染色体22q13.1的SOX10基因共有5个外显子，其中3、4和5号外显子参与蛋白编码。SOX10蛋白属于转录因子高迁移率组(High Mobility Group，HMG)家族的成员，它与睾丸决定因子SRY的HMG具有同源性，HMG包含了20个转录因子，其两侧的核定位信号(NLS)可使SOX10蛋白在细胞质与细胞核之间穿梭运动，进而影响黑素细胞或神经嵴的发育[5]。SOX10蛋白可以通过HMG特异识别目标DNA启动子并结合，与目标DNA结合后通过其C端的反转录激活域，进一步激活DNA的转录[6]，还可以通过位于HMG之前特定的区域与目标DNA结合形成二聚体从而对DNA的识别激活进行调控。同时，SOX10蛋白还可以与其他转录因子协同作用或形成复合元件作用于目标DNA，完成对DNA识别与激活调控[7]。

1.2 SOX10在神经嵴及多种细胞发育中的作用

在脊椎动物的发育过程中，SOX10基因在神经嵴高度表达，在外周和中枢神经系统的少突胶质细胞中也有表达，另外在施万细胞、内耳黑素细胞、内分泌腺、肌上皮细胞等多种细胞、组织和器官中也可以检测到SOX10基因的表达。神经嵴细胞属于胚胎发育时期的一种过渡性细胞，经过诱导迁移并进一步发育成特定的组织或结构。SOX10主要调控神经嵴细胞生存、保持其多向分化潜能，在维持神经干细胞多能性上发挥作用。SOX10基因主要作用于少突胶质细胞的终末分化，调节参与神经胶质细胞发育的重要基因的表达，如ErbB3、MPZ、MBP、PLP和Connexin32。同时，SOX10通过对Krox-20的调控影响施万细胞的发育，SOX10还诱导连接蛋白32和髓鞘蛋白的表达[8]。有学者发现SOX10可与早期生长反应蛋白2(Early Growth Response Protein 2，EGR2)协同调节髓鞘相关基因的表达，其直接与连接蛋白32启动子结合，激活连接蛋白32表达，连接蛋白32在施万细胞起着允许离子和小分子营养物质在细胞间快速交换的作用[8-10]。SOX10基因突变可以引起与神经嵴细胞发育相关的疾病，如：瓦登伯格综合征(Waardenburg Syndrome，WS)、外周脱髓鞘神经病、中枢髓鞘异常脑白质营养不良以及先天性巨结肠等[9]。

MITF是黑素细胞发育和黑色素合成的关键调控基因，有学者发现SOX10可与MITF启动子中特定序列结合而使其转录活性提高，SOX10与PAX3的协同作用可增强这种激活效应[11,12]。同时，SOX10基因也可以直接参与黑色素合成过程中的重要基因的表达，如胰蛋白酶和络氨酸酶相关基因。因此它对黑素细胞的分化也发挥着重要作用。

2 SOX10与内耳发育畸形

2.1 SOX10在内耳发育过程中的作用

正常人内耳在妊娠第4周时形成听泡，妊娠第5周半规管开始发育，耳蜗发育开始于妊娠第8周并于第10周达到2.5圈，接着骨迷路逐步发育，在妊娠24周左右内耳发育成熟[13]。有研究发现在内耳的发育过程中，部分神经嵴来源的细胞会进一步分化为黑素细胞及神经胶质细胞，前者在内耳分布于血管纹，后者发育为前庭蜗神经[14]。SOX10基因在内耳发育的早期表达在耳后斑和耳小泡中，接着在上皮细胞表达，然后局限于神经感觉上皮的支持细胞。有研究发现Sox10突变小鼠其耳蜗形态学上有明显的改变，说明Sox10可以促进耳蜗祖细胞的存活[15]。Watanabe等[16]观察小鼠内耳的发育过程，发现最初Sox10分散于整个听囊和间质的神经嵴及黑素细胞中，在第16天Sox10表达在耳蜗和前庭系统的上皮细胞中，但随着内耳的发育，Sox10的表达水平下降。Wakaoka等[17]也发现在出生时SOX10表达于内耳多个组织表面的支持细胞。类似的研究发现非洲爪蟾耳囊的异常增大或异位似乎也与SOX10过度表达相关[18]。这些结果表明，SOX10基因在整个内耳发育过程中持续表达并且不局限于神经嵴来源的细胞，提示SOX10基因在内耳发育中起重要作用。

2.2 SOX10基因突变与内耳畸形

Elmaleh-Berges等[19]通过对15例SOX10基因突变的WS患者影像学资料回顾性分析发现这类患者更易发生前庭扩大和半规管畸形。Pingault等[20]通过对WS患者基因突变类型与患者的CT进行对比分析也发现SOX10突变的患者更容易出现半规管和前庭发育畸形或耳蜗发育异常。有学者对WS患者研究发现，SOX10突变的WS比非SOX10突变的患者更容易引起内耳畸形[21]。Breuskin等[15]通过对Sox10突变的小鼠研究发现，Sox10对于诱导耳斑和耳囊的形成是必不可少的，Sox10突变可引起Jagged1在内耳的表达下降，而Jagged1介导的Notch信号传导通路是耳蜗感觉域的形成和维持所必需的，SOX10的突变会损害内耳感觉上皮祖细胞，使其不能维持分化潜能或继续分化，从而影响内耳的发育，进一步可能会影响听力。有研究通过对Sox10（c.321dupC）突变小猪的研究发现其存在听力下降伴内耳畸形，并且该位点突变引起的蛋白功能异常，没有SOX蛋白家族其他成员补偿[22]。郝青青等[23]通过对Sox10突变的小型猪研究发现其出现感音神经性听力下降及色素沉着，相比于野生型，突变型耳蜗转数缩短了1.5圈，伴不完全分割II型，该团队认为SOX10突变可直接导致内耳发育异常，与神经嵴发育异常无关。可见SOX10突变与内耳畸形以及感音神经性耳聋之间存在着密切关系。

3 SOX10在综合征型耳聋发病的研究进展

3.1 SOX10突变与WS

WS最初由荷兰的眼科医生Petrus Johanner Waardenburg发现，并以其名字命名。其发病率约为0.023‰，约2%-5%的先天性耳聋可能与该病有关[24]。该病以常染色体显性遗传为常见，具有遗传异质性[25]。其临床特征是先天性感音神经性听力丧失，并伴有皮肤、眼睛和头发的色素沉着异常。根据临床症状，WS可分为四种不同的亚型(WS1-4)。WS1除感音神经性聋以及色素异常，存在面部畸形如内眦移位，鼻根增宽等；WS2通常缺乏其他症状，没有内眦移位；WS3通常在WS1的基础上合并肌肉骨骼的异常发育，如上肢畸形，肋骨发育不全，腕骨分化不全等。把与先天性巨结肠症(Hirschprung's disease,HD)相伴随的WS定义为WS4，也称为Shah-Waardenburg综合征或Waardenburg-Hirschprung疾病[26]。现已发现WS的发生可能与PAX3、MITF、SNAI2、SOX10、EDN3和EDNRB基因突变有关，有学者通过对SOX10HMG结构域n-NLS基序的饱和位点突变分析证实了SOX10的单倍性不足效应可引起WS[22]。

3.1.1SOX10基因突变导致不同表型的WS4

Pingault等[27]首先发现SOX10基因突变与WS4有关，约有45%-55%的WS4患者存在SOX10基因突变[25]，目前已发现该基因约有20余个突变位点与WS4有关。SOX10基因突变引起WS4通常为常染色体显性遗传，且临床表型多样[20]。Inoue等[28]发现SOX10基因在第1至第4外显子的突变其mRNA触发无义突变介导的衰变(Nonsense-Mediated Decay，NMD)，引起mRNA的降解，发生单倍体剂量不足的失能效应，引起WS4的典型临床表现；当无义突变在第5外显子时，突变的mRNA会逃脱NMD路径，进一步完成突变蛋白的合成，抑制野生型SOX10蛋白功能从而引起合并较严重肠道症状的WS4。Sham等[29]通过对12例SOX10突变的WS4患者突变位置和临床症状的研究发现，发生在非c端转录激活域的突变，因为其突变蛋白不具有任何DNA结合活性或缺乏其他功能域而导致较轻的HD；影响c端转录激活域的突变往往具有更重的临床症状，导致神经节细胞缺乏症和长段或全段HD。尽管已对SOX10基因型与表型有一定的认识，但由于缺乏针对WS4大家系的系统研究，因此对该病基因型决定表型的内在规律认识尚很不足。

3.1.2SOX10突变引起单倍体效应不足导致WS2

Bondurand等[30]首次在WS2患者中发现了SOX10基因突变。研究表明，有超过15%的WS2与SOX10基因突变有关[31]。SOX10基因突变引起的WS2的致病机制为单倍体剂量不足的失能效应导致SOX10蛋白失活，引起MITF基因无法转录[32,33]。目前认为MITF可能导致黑素细胞的钠钾泵功能异常，无法维持内淋巴稳态，继而影响动作电位的产生，导致毛细胞凋亡。有学者研究发现患有WS2的SOX10基因突变引起截断蛋白的产生不仅使其HMG结构域缺失，同时使其无法激活MITF[34]。有学者[35]发现SOX蛋白家族中得SOX8、SOX9蛋白可以在一定程度上补充SOX10蛋白的功能。使SOX10基因突变引起的WS2和典型WS4的遗传异质性更显著。现有针对SOX10基因突变导致的WS2少数病例的研究不足以阐明其致病机制，另外SOX10基因突变的遗传异质性增加了研究的难度，未来关于WS4的进一步研究可能对WS2致病机制的研究有一定的辅助意义。

3.2 SOX10突变可引起合并耳聋的卡尔曼综合征(Kallmann Syndrome,KS)

KS是由于神经内分泌促性腺激素释放激素(Gonadotropin-Releasing Hormone,GnRH)细胞沿嗅觉、犁骨、鼻骨和末梢神经的不完全迁移，导致嗅觉减退或丧失、低性腺激素性腺功能减退。KS的临床表现可以呈现出孤立性，也可以表现为包括耳聋在内的多种其他症状。Pingault等[36]研究WS伴嗅球发育不全的患者，发现SOX10基因参与了KS的发生，随后他们对17例已经排除过已知突变的KS综合征患者进行SOX10基因检测发现6例患者有SOX10突变，其中5例患者合并听力障碍。同时他们对Sox10基因敲除小鼠模型的研究发现，该小鼠早期胚胎发育过程中嗅鞘细胞(Olfactoryensheathingcell，OEC)缺陷，影响嗅觉、犁骨及鼻骨的终末神经的发育，进一步导致神经内分泌GnRH细胞的不完全胚胎迁移，由此证实KS伴听力障碍与SOX10基因突变有关，此后的多项研究也证实了KS伴听力障碍与SOX10基因突变有关[37,38]。对于SOX10基因突变引起的KS合并的听力下降，目前认为是由于其不能有效激活MITF导致单倍体剂量效应不足而导致的。

4 展望

SOX10基因主要调控神经嵴细胞生存、保持其多向分化潜能，在维持神经干细胞多能性上发挥作用。在听觉系统中，SOX10基因在整个内耳发育过程中持续表达并且不局限于神经嵴来源的细胞，其突变直接或间接影响着内耳的形态发育，临床研究发现SOX10基因突变和内耳畸形有关，均提示SOX10基因在内耳发育中起重要作用。WS发生也与SOX10基因有关，可能机制是SOX10基因单倍体剂量不足的失能效应导致SOX10蛋白失活，该基因还与合并耳聋的KS的发病有关，目前的临床研究和动物实验研究正在证实两者的内在联系。作为基因与疾病的相关性研究，下一步主要解决这些问题：1.SOX10基因在听觉器官发育过程中的表达和调控，这是揭示该基因和耳聋相关的直接证据；2.SOX10因子的功能研究，这是揭示该蛋白导致耳聋发病机制的关键；3.SOX10基因突变耳聋模型的深入研究，将开辟SOX10基因相关性耳聋的预防和治疗的新路径。相信生物科学的进步将为SOX10基因与综合征型耳聋的相关性研究提供强有力的技术支撑，可望在不远的将来取得突破性的进步。