結節性硬化癥的遺傳學研究進展

王玉婷，桑道乾

結節性硬化癥（TSC）是一種常染色體顯性遺傳病，是多個神經系統受累的神經皮膚綜合征，其發病率為1/10 000～1/6 000［1］。1880 年 法 國 神 經 病 學 家 Désiré-Magloire Bourneville對TSC進行了系統描述，TSC是一種良性非侵襲性腫瘤樣病變（被稱為錯構瘤），可累及腦、腎、皮膚、心、肺、肝、眼睛等［2］，主要臨床特征為面部皮脂腺瘤、癲癇發作和智力減退。2012年，國際結節性硬化癥共識會議上提出心臟與皮膚病變通常是發現TSC的第一線索［2］。近年來，臨床在TSC基因突變篩查、疾病診斷及治療等方面取得一定進展［3］。本文綜述了TSC的遺傳學研究進展，以期指導臨床更好地掌握其發病機制，進而為臨床診治提供參考。

1 TSC1和TSC2基因

TSC有兩個缺陷基因（TSC1和TSC2），分別位于9q34和16p13.3。目前，已發現TSC1和TSC2基因存在8種突變類型，300多種突變方式。TSC1和TSC2基因中任何一個發生突變引起的臨床表現均是可變的，即使有相同的基因突變也可以顯示出多種臨床表現。研究表明，65%～75%的TSC患者是自發突變［4］。也有研究表明，存在TSC1或TSC2基因致病性突變即可診斷為TSC［2］。因此，明確TSC患者基因診斷，并了解其發病機制具有重要意義。

1.1 TSC1基因突變 TSC1基因包含23個外顯子，其中第1個和第2個外顯子為非編碼區，第3個至第23個外顯子為編碼區，從第222個核苷酸起開始轉錄，其基因產物為錯構瘤蛋白。TSC1基因突變類型多為無義突變、移碼突變及剪接突變，而錯義突變及基因大片段缺失或重排較少見［5-6］。SLEGTENHORST等［7］研究表明，TSC1基因突變大多數位于外顯子15和17，且家系患者和散發患者的基因突變率無明顯差異。GAN等［8］研究表明，TSC1第403～787位氨基酸殘基有一個粘著斑激酶家族互作蛋白（FIP200）結合區域，FIP200可通過與TSC1第403～787位氨基酸區域相互作用而調控TSC1-TSC2復合體功能，上調S6激酶的磷酸化水平，調節細胞大小。FIP200作為一種新的TSC1互作蛋白，能負性調節TSC1功能。MURPHY等［9］報道了1例由TSC1缺失導致散發淋巴管平滑肌瘤患者的病例資料，但并未排除其存在嵌合體突變的可能。既往研究表明，行為變異型額顳葉癡呆（bvFTD）是由TSC1基因新移碼突變引起TSC1/錯構瘤蛋白轉錄提前終止所致，TSC1/錯構瘤蛋白是哺乳動物雷帕霉素靶蛋白（mTOR）上游抑制劑，能調節細胞生長和蛋白質降解［10-11］。TSC1基因突變的TSC患者臨床表現輕于TSC2基因突變者，可能與TSC1基因“二次打擊”發生率低于TSC2基因有關［12-14］。1971年，克努森提出“二次打擊”假說［15］，其是由正常等位基因大片段缺失引發，可通過篩選雜合性丟失（LOH）進行評估。研究表明，錯構瘤或皮質結節發生機制可能與“二次打擊”有關［16-17］。

1.2 TSC2基因突變 TSC2基因包含42個外顯子，其中41個外顯子通過5.4 kb的mRNA編碼馬鈴薯球蛋白，其基因產物為結節蛋白［18-19］。研究表明，結節蛋白與鳥苷三磷酸酶激活蛋白（GAP）高度同源［20-21］。TSC2基因突變形式多樣，其中剪接突變、無義突變、移碼突變及錯義突變較多，而大片段基因缺失或重排較少。研究表明，與TSC1基因相比，TSC2基因突變發生率較高［4］。NELLIST等［22］研究表明，TSC2異亮氨酸殘基820缺失、TSC2的C244R、L1511H和Y598H氨基酸替代會導致TSC的發生；而TSC2的R1771C、T993M、S132C、F143L、A196T替代是罕見的基因多態性，不能抑制TSC1-TSC2功能，不會引發TSC。QIN等［23］對46個TSC皮質結節樣本的TSC1、TSC2和KRAS基因進行高通量測序，發現TSC1、TSC2和KRAS基因“二次打擊”廣泛分布于同一側大腦半球，且發生率達10%。MONTEIRO等［24］對35例TSC患者進行研究，結果發現TSC2基因突變者占58.3%。JONES等［12］研究表明，TSC2基因突變的TSC患者臨床表現較嚴重、并發癥較多、智力減退發生率較高。

1.3 TSC1和TSC2基因突變檢出情況 TSC患者基因突變檢出率為69%～89%。AU等［25］研究表明，325例TSC患者基因突變檢出率為72%，其中TSC1突變占20%，TSC2突變占80%；另外，TSC1 15號外顯子和TSC2 16號外顯子突變發生率較高。SANCAK等［26］研究表明，276例TSC患者基因突變檢出率為85%，其中TSC2基因突變檢出率∶TSC1基因突變檢出率為3.4∶1.0。DABORA等［27］研究表明，224例TSC患者基因突變檢出率約為83%，其中無義突變占29%，缺失突變占27%，錯義突變占19%，剪接位點突變占17%，插入突變占8%。也有研究發現，TSC患者中TSC1基因突變占比較低，基因突變形式及位點各異，且無熱區分布［27-29］。分析其原因可能為：（1）基因突變位點位于未能檢測到的內含子或其他非編碼區，如啟動子區等；（2）存在其他基因突變位點（如TSC3、TSC4等）；（3）可能為嵌合體突變；（4）目前檢測技術無法檢測出復雜的基因大范圍缺失或重排；（5）檢測技術靈敏度不高或發生漏檢等。

2 TSC發病機制

TSC1基因編碼的錯構瘤蛋白是一種130 kDa跨越1 164個氨基酸的蛋白質；TSC2基因編碼的馬鈴薯球蛋白是一種200 kDa跨越1 807個氨基酸的蛋白質［30］。錯構瘤蛋白和馬鈴薯球蛋白在細胞內形成異二聚體，通過TSC-Rheb-TORS6K1/4EBP1途徑調節細胞增殖，參與細胞黏附等［31-33］。TSC1或TSC2基因突變會導致mTOR信號級聯活性增高，引起細胞生化異常（包括轉錄、翻譯、細胞周期調控、代謝水平等）。mTOR信號級聯〔磷脂酰肌醇3-激酶（PI3Ks）/蛋白激酶B（Akt）/mTOR通路〕在正常細胞生長、增殖和存活中發揮著重要作用［11］。mTOR可形成mTORC1和mTORC2兩種多蛋白復合體，主要通過相互作用物、底物選擇性、對西羅莫司及其類似物依維莫司的敏感性不同進行區分［34-35］。mTORC1下游效應包括基因轉錄、蛋白翻譯、細胞增殖和存活、血管新生；mTORC2可調節細胞骨架信號通路［35］。近年研究發現，HMGA2通路可參與TSC患者腫瘤形成［36］。

3 治療方法

西羅莫司與依維莫司通過與FK506結合蛋白12（FKBP12）結合形成復合物而抑制mTORC1分泌［37］。依維莫司已被美國食品藥品監督管理局（FDA）批準用于治療不能進行手術的室管膜下巨細胞星形細胞瘤（SEGAs）或腎血管平滑肌脂肪瘤（AML）患者，也適用于治療存在皮膚表現、癲癇、肺淋巴管肌瘤病的TSC患者［38］。BISSLER等［39］研究表明，依維莫司可有效縮小TSC患者腫瘤體積。HINTON等［40］研究表明，西羅莫司可有效縮小TSC患者血管平滑肌脂肪瘤體積，并改善患者肺功能，但停藥12個月后腫瘤體積和肺功能接近治療前。

4 小結

近年來，隨著生物技術飛速發展，TSC的研究取得了突破性進展，為TSC的基因診斷和治療打下了堅實基礎。目前，以TSC1及TSC2基因突變為基礎的病理變異和自然病程變化機制尚不完全明確，且新的檢測技術有待開發，相信隨著研究的不斷深入，人類終將實現TSC的基因治療。

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