5p缺失綜合征神經系統損害的分子機制、治療現狀及進展

白萌萌，李 文， 張紅波

［1承德醫學院，2承德市中心醫院兒科（承德醫學院第二臨床學院），河北承德067000；3國家臨床重點專科，教育部工程技術研究中心，廣東省腦功能修復與再生重點實驗室，南方醫科大學珠江醫院神經外科，廣東廣州510282］

1 5p缺失綜合征（5p deletion syndrome，5p-）基本特征和發病情況

1963年，法國Lejeune教授首次發現患兒智力損害、生長發育障礙等與5號染色體短臂（p）部分缺失有關，將其命名為 5p-。 其發病率為 1／15 000～1／50 000，在智力商數（intellectual quality， IQ）值小于50的人群中比例可達1∶350［1］。5p-最主要的臨床表型為嬰兒期高調的貓叫樣哭聲，生長發育遲緩和智力低下（IQ值為20～30）。 有文獻［2］報道，嬰幼兒時期5p-明顯的特征是明顯的小頭圓臉畸形，且隨年齡增長臉部逐漸變得長而窄或與正常人臉部大小無異。此外，智力損害及生長發育缺陷等也是該病最主要和最嚴重的臨床表型。

研究［2］證實5p-臨床表現與不同的5p基因片段缺失有關，少數人存在5p片段缺失而無任何的臨床表型異常，且變異較大。研究［3-4］發現，5p多個基因片段缺失導致了異常臨床表型的發生。5p-病例有相似的基因斷點，缺失片段形式多樣，可以是染色體間質缺失或末端缺失，片段從560 kb到40 mb大小不等?；蛉笔Оl生在5p的末端、中間或是其他的任何一個節點都會出現不一樣的臨床表型［3］。Didden等［1］發現患兒5p-基因缺失區域大多數定位于5p15.2-5p15.3，多伴有嚴重的生長和神經系統發育遲緩、回避社會和性格自閉等表現。

目前，臨床上該病主要依據產后典型的臨床表現，結合染色體核型分析診斷［5］。產前經染色體或DNA檢測診斷5p-比例高達1 ∶1400［6］，而產前超聲并未發現這些胎兒有共同特點。因此，嬰幼兒5p-產前超聲篩查在診斷篩查上仍然存在一定的困難，但可作為胎兒神經系統損害的參考指標。這些可能缺失的基因片段引起機體分子生物學信息代碼突變、遺傳變異及基因表達失控等分子生物學機制及病理損害，導致5p-產前篩查困難及臨床表現多樣性。

2 發病機制

研究［7］發現，單倍劑量不足機制是許多基因疾病的共同發病機制，建立缺失基因預測模型可以解釋基因丟失疾病的發生機制。檢索 OMIM（Online Mendelian Inheritance in Man， www.omim.org） 和PubMed數據庫，總結出神經系統損害常見的單倍劑量不足的關鍵基因，如：TERT、SEMA5A、CTNND2等，這些基因片段缺失與神經系統發育、孤獨癥譜系疾?。╝utism spectrum disorders， ASDs）、嚴重社會認知功能障礙、智力缺陷等有關；而條件性單倍劑量不足的關鍵基因如 SLC6A3、CDH18、CDH12、CDH10、CDH9、CDH60等與小兒注意力缺陷多動癥（attention deficit hyperactivity disorder，ADHD）、認知功能及孤獨癥譜系疾病有關。這些研究表明，機體基因片段缺失影響基因遺傳信息，導致5p-產生程度不同的神經功能損害，如輕度智力障礙及智力殘疾等。

目前，雖然基因組學在智力發育的臨床診斷上還很難將5p-缺失片段與智力殘疾的表型特征精準定位于某一基因組的具體位置，但是這些研究均提示5p多個關鍵區域基因片段異常與遺傳突變有關，神經系統損害等臨床表型與胎兒發育過程中遺傳物質代謝異常有關［8］。

2.1 遺傳10%～15%的5p-病例是由于親代基因平衡易位的不對稱分離導致的［9］。 Mainardi等［9］對 80例意大利5p-患者進行了遺傳分子細胞學分析，結果顯示62例（77.50%）存在5p末端缺失，7例（8.75%）存在5p間質缺失，4例（5%）有新易位，3例（3.75%）家族易位。其余4例中3例（3.75%）存在新5p片段異常，其中兩個細胞重排，1例（1.25%）來自父系倒置。Han等［6］對11 328例進行產前診斷的孕婦調查時發現8例5p-胎兒中有2例是父系遺傳的。且母系遺傳的5p-家庭成員中生長和發育延遲比父系遺傳的家庭成員輕微，而對于父系遺傳與該病神經功能臨床表型的改變是否存在直接的關聯還不是很清楚［10］。此外，同一父母所生的兄弟姐妹，雖然繼承了同樣的片段缺失，但在生長發育等特征方面亦有所不同［11］。這些研究雖然尚未證實5p-有關的印記基因（遺傳基因）與臨床表型有關，但均提示了5p-的發生與復雜的遺傳代謝有關。

2.2 胚胎發育5p區域的幾個關鍵基因，尤其是單倍劑量不足有關的基因，如 TERT、SEMA5A、CTNND2，它們的產物在胚胎和神經元的發育中起著主要作用［12-14］。TERT是端粒反轉錄酶的關鍵基因，在胚胎的早期發育階段，端粒酶活性降低，導致神經系統發育遲緩，小頭畸形的發生與此有關［12］。SEMA5A基因位于5p15.2區域［13］，并在小鼠大腦中觀察到Semaphorin F的顯著表達，在神經系統發育過程中引導軸突或前體神經元遷移。Lu等［14］研究發現，CTNND2產物是一種神經元特異蛋白質，在神經系統發育過程中可以維持樹突和樹突棘的功能并影響基因表達。條件單倍劑量不足基因：SLC6A3、CDH 18、CDH 12、CDH 10、CDH 9 及 CDH 60 等扮演多種作用，其中SLC6A3編碼多巴胺轉運體（Dat）已被確認為候選基因，并在大腦組織中高表達［15］。CDH 18、CDH 12、CDH 10、CDH 9 及 CDH 60 這些基因編碼的產物細胞-細胞粘附分子在大腦發育中起著至關重要的作用，其中CDH 18、CDH 10和CDH 9的產物在大腦中有著強烈的表達，在突觸形成和軸突生長中起著特定的作用［16-17］。 Jonsson 等［18］報道 CDH 10、CDH 9和CDH 6是自閉癥的一個風險基因。

以上這些研究提示基因缺失影響胚胎發育，與5p-臨床表型有關聯，但是具體的功能和致病機理需要進一步發現和證實。

2.3 基因突變約80%的5p-病例都是由新缺失基因片段發生的，其中80%～90%的患者是父系起源，可能是在父系配子產生過程中出現的［9］，至于這種不正常的配子為何會產生不得而知。關于5p-是否是基因突變或錯排等啟動發病，這方面的研究目前報道較少。

2.4 環境及其它近年來發現，環境因素、家庭經歷、外在因素、基因多態性等也會對基因和臨床表型有一定的影響［19］，具體發病機制尚不清楚。有多項研究［11，20］發現 5p-可能與染色體異常（不足 10%）、嵌合體（1.4%）、倒置（0.5%）或環狀染色體（0.5%）等較不常見的發生機制有關，具體不明。

3 5p-可能的分子生物學和基因組學研究基礎及治療

研究［1］顯示，不同臨床表現的5p-患者采取嬰兒期早期干預、知識普及和家庭教育等方式結合，能夠在一定程度上改善預后，但臨床治療效果并不十分樂觀。近年來，針對關鍵致病基因的分子靶向機制及治療研究成為熱點，如針對遺傳背景下蛋白質活性降低或單倍體功能不全為主要病理特征的治療機制探索，以期達到改善或者逆轉病理特征，改善預后等。

3.1 蛋白質或酶替代療法（protein or enzyme replacement therapy，ERT）蛋白質或酶缺乏是5p-的病理特征之一，ERT是最有效的治療方法。原理是蛋白轉導技術成功地將未修飾的重組蛋白傳遞到溶酶體中去，通過血腦屏障將治療性蛋白質傳遞到不同的細胞間隔，如胞漿、溶酶體、細胞核和線粒體［21］。 Kaitsuka 等［22］成功利用蛋白轉導技術將轉錄因子導入糖尿病動物模型的胰島β細胞，并使小鼠恢復正常血糖。然而，ERT方案受限于獲得額外治療所需的蛋白質和酶量的因素，從而影響臨床應用，需進一步研究認識。

3.2 藥物伴侶（pharmacological chaperones）藥物伴侶可以穩定地結合特定蛋白質進行正確的折疊和轉運。Wang等［23］發現蛋白質平衡調節劑通過提高野生型蛋白質的穩定性來克服單倍劑量不足的影響，以某種方式平衡增加蛋白質網絡容量，使細胞內蛋白質得到平衡。該方法可與其他治療方法如ERT聯合使用，Xu等［24］研究發現新型人 α-半乳糖苷酶 a與藥物伴侶AT1001的協同作用可改善法布里（fabry disease）小鼠底物還原率及預后。未來可以利用藥物伴侶和ERT結合改善5p-患者細胞內蛋白質的水平，達到改善患者臨床癥狀的目的。

3.3 基因治療（gene therapy）傳統的基因治療是利用病毒載體將野生型基因一個或多個拷貝傳遞給靶細胞，這種治療方法會因為傳遞基因的方式、插入位點及長效性等問題影響到基因插入或是基因表達成功與否，需要精確的基因誘導劑量才能取得有效的臨床效果，因此該方法在治療5p-可能受到限制。新近出現的第3代基因組編輯工具——成簇規律間隔短回文重復序列（clustered regularly interspaced short palindromic repeats，CRISPR）／成簇規律間隔短回文重復序列關聯蛋白9（CRISPR-associated proteins 9，Cas 9）可以不受細胞分裂的影響，通過敲除內源性的致病基因或插入新的保護基因永久性地改變基因結構，起到治療疾病的作用。哈佛大學、杜克大學和德克薩斯大學等研究團隊成功應用CRISPR／Cas9技術，以腺病毒（adeno-associated virus，AAV）為載體運載CRISPR／Cas9部件及DNA修復片段進入小鼠體內，對杜氏肌營養不良綜合征（duchenne muscular dystrophy，DMD）模型小鼠進行了體內基因編輯，證實了抗肌萎縮蛋白重新表達［25-26］。這些新的基因治療方法突破了我們對傳統基因治療的認識，而5p-正是由于缺失關鍵基因導致基因功能遺傳出現一系列臨床表型，因此基因治療將是該病未來非常值得期待的一種治療方法。

3.4 組蛋白去乙?；敢种苿╤istone deacetylase inhibitors， HDAC inhibiters）有研究［27］發現利用HDAC抑制劑的表觀遺傳修飾作用，通過抑制HDAC活性可以增強基因表達。HDAC抑制劑在治療脊髓性肌萎縮癥已經完成了Ⅲ期臨床試驗［28］。由于氨基酸翻譯后修飾、表觀轉錄調控和非表觀細胞信號級聯的復雜性，這種治療方法依然存在很多挑戰［29］。如果能夠克服藥物在人體內組織分布之間的限制，進一步研究5p-的分子生物學機制，這種方法或許會大大改善由單倍劑量不足的機制引起的5p-臨床表型。

3.5 miRNA抑制（miRNA inhibition）miRNA在調控miRNAs轉錄后修飾的穩定性方面起著很大的作用。Zhang等［30］研究發現抑制miRNA-29可提高單倍體細胞和生物化血管的彈性蛋白水平，提高7q缺失威廉-伯倫綜合征（Williams-Beuren syndrome，WBS）患者彈性蛋白表達，提示miRNA-29可能是一種潛在治療方法。如果5p-關鍵基因的調控也受到miRNA穩定性降低和／或特定miRNAs靶向的影響，或許能給該病的治療提供新的研究策略。

3.6 轉錄激活（transcriptional activation）工程化鋅指蛋白（zinc finger protein，ZFP）可通過對野生型等位基因轉錄激活來補償生物體單倍劑量不足有關基因的功能。Zhang等［30］研究生物化血管時發現，ZFP誘導的彈性蛋白表達具有彈性功能。Konermann等［31］使用Cas-9激活復合物研究siRNA轉錄激活的靶向效果，證實可以同時有10個基因多通路激活，并上調長基因間非編碼RNA（lincRNA）轉錄功能。針對5p缺失綜合征單倍劑量不足機制的致病基因，這種策略對特定的5p關鍵等位基因的上調可以提供額外的幫助。

4 展望

5p-是一種基因片段缺失引起神經系統和生長發育功能障礙的疾病。隨著染色體微陣列和RNA測序（RNAseq）等新的分子診斷技術不斷完善，染色體缺失基因的識別有了更高的分辨率和特異性。由于該病的發生率低，目前關注較多的是個體的臨床表型和家庭基因組相關的研究，缺乏大規模自然發病史研究、精確基因分型、5p-臨床表現相關的基因片段等證據。未來深入研究5p-分子致病機制和特異性靶向治療有可能從本質上提高該病的治療效果和整體預后。