Noonan綜合征發病機制的研究進展

羅光月綜述 陸韋審校

Noonan綜合征(Noonan syndrome，NS)是一種累及多系統的遺傳異質性疾病，多屬于常染色體顯性遺傳，但也有少數病例呈常染色體隱性遺傳[1]。活產嬰兒中發生率為(4～10)/萬[2]。隨著分子診斷技術的發展，對其病因有了更全面的認識，大約80%的NS患者與絲裂原活化蛋白激酶信號傳導通路(RAS-mitogen-activated protein kinase，RAS-MAPK)基因突變有關。然而，10%～20%的患者臨床診斷沒有得到分子學證實。目前認為，NS主要特征是身材矮小、特殊面容、發育遲緩、先天性心臟病，其他還包括蹼狀頸、胸闊畸形、隱睪、各種凝血缺陷、淋巴發育不良、眼部異常和罕見的兒童時期惡性血液病[3-4]。其中先天性心臟病以肺動脈瓣狹窄(pulmonary valvar stenosis，PVS)、房間隔缺損(atrial septal defect，ASD)及肥厚型心肌病(hypertrophic cardiomyopahy，HCM)多見。目前尚無有效治療NS的方案，以對癥治療為主。臨床醫生有必要了解NS各基因的致病機制及相關的基因型—表型，進而找到潛在的治療靶點。因而，本文擬對 NS發病機制做一簡要綜述，為治療提供更多的研究方向。

1 發病機制

RAS-MAPK途徑是一種廣為人知的細胞內信號傳導途徑，它攜帶細胞外配體(如激素、細胞因子和生長因子)的信號，直到在細胞核中發生轉錄，從而參與細胞的增殖、分化和代謝過程。RAS充當分子開關，刺激MAPK級聯的順序激活，這三個水平的激酶(RAF、MEK和ERK)在一系列磷酸化后最終通過轉錄修飾產生其作用?，F已明確20個與NS相關的基因，根據ClinGen基因策劃框架策劃的每個基因—疾病關聯分類，權威水平包括KRAS(14)、NRAS(13.5)、PTPN11(13.5)、RAF1(13.5)、RIT1(13.5)、SOS1(12.5)，強等級水平包括LZTR1(12)，中等水平包括BRAF(10.5)、SOS2(9.5)，有限水平包括MAP2K1(3.5)、MAP2K2(1)、LZTR1(AR)(8.75)、MRAS(4.5)、RASA2(2)、RRAS(3.25)，具有爭議的是A2ML1、RASA1、SHOC2，沒有證據的是HRAS(-)、PPP1CB(-)[5]；這些基因編碼產物參與RAS-MAPK信號通路的轉導，而NS發病與該通路信號上調相關。除LZTR1基因導致的NS可能為常染色體隱性遺傳[1]，其他均為常染色體顯性遺傳。

2 NS相關基因

2.1 權威水平基因

2.1.1 KRAS： KRAS是具有GTP酶活性的RAS蛋白(屬于一類信號轉導GTP酶，其在與GTP和GDP結合的構象之間循環)，KRAS突變是NS的第二個報道基因，所占比例小于5%[6]。異亮氨酸替代位于14位的纈氨酸殘基是最常見的KRAS突變之一。具有KRAS突變的NS患者表現出更嚴重的臨床表現和認知缺陷，約85%NS患兒伴有PVS、HCM、ASD等心臟受累表現，并且全部患有輕度至中度智力障礙[7]。K-Ras V14I小鼠顯示出心臟增生，這是由于與主動脈瓣增厚有關的心肌細胞數量增加所致[8]。

2.1.2 NRAS： NRAS是RAS蛋白家族的另一成員，在極少數NS個體也發現了NRAS突變。NRAS的Switch Ⅱ區域內或附近發現了突變，并被認為干擾了GTP酶的功能，突變可導致MEK和ERK磷酸化增強[9]。這些NRAS突變的患者通常表現出相對溫和的典型Noonan特征[10]。

2.1.3 PTPN11： PTPN11是NS中第一個被發現且最常見的致病基因，約占所有病例的50%[11]。SHP2是PTPN11的蛋白產物，是一種非受體蛋白酪氨酸磷酸酶(PTP)，由N和C端SH2域和一個催化PTP域組成。PTPN11中大多數引起NS的錯義突變都集中在與N-SH2和PTP結構域之間相互作用有關的殘基中。該區域的突變破壞了 SHP2 無催化活性形式的穩定性，削弱了蛋白質從活性構象轉變為非活性構象的能力，并導致 RAS-MAPK 通路的信號傳導增加[12]。

SHP2參與調控RAS-MAPK信號通路與一系列生因子和細胞因子的信號轉導相關，如生長激素、胰島素樣生長因子和成纖維細胞生長因子等，從而導致NS患兒生長遲緩和骨骼異常等多種臨床表現。對 PTPN11 基因缺陷小鼠進行的研究表明，PTPN11 編碼的SHP2蛋白對于胚胎心臟瓣膜的發育至關重要。與非PTPN突變型患者相比， PTPN11突變患者更多源于家族遺傳，具有典型的NS特殊面容，PVS、ASD、身材矮小、胸廓畸形、隱睪、容易瘀傷等的發生率較高。

N-甲基-D-天門冬氨酸(NMDA)受體(NMDARs)對于突觸可塑性和學習與記憶至關重要，GluN2亞基的酪氨酸磷酸化調節NMDAR功能。NS相關的SHP2使GluN2B去磷酸化，從而調節NMDAR功能，導致NS認知功能障礙[13]。PTPN11突變相關NS的頭顱影像學顯示雙側紋狀體的灰質體積減少，顳葉區域的表面積減少，額葉區域的皮質厚度增加，并減少了邊緣區域的皮質厚度，包括海馬回路中必不可少的邊緣結構，從而影響正在發育的人腦的注意力和記憶力，表現出注意力不集中、活動過度和記憶力障礙水平很高[14]。

在NS患者中PTPN11突變的存在與其容易瘀傷密切相關，SHP2催化失調增加了血小板反應不良，表型為出凝血缺陷[15]。PTPN11激活突變在干細胞微環境中有致白血病的作用，間充質干/祖細胞和骨祖細胞中的PTPN11突變，導致CC趨化因子CCL3過度產生，該因子可將單核細胞招募到造血干細胞所在的區域。因此，造血干細胞被IL-1β和可能由單核細胞產生的其他致炎細胞因子過度激活，導致干細胞移植后兒童時期的骨髓增生性腫瘤(myeloproliferative neoplasm，MPN)加重和供體細胞來源的MPN。有研究揭示了骨髓微環境中PTPN11突變在白血病發生中的關鍵作用，并確定CCL3是控制NS白血病進展和改進NS相關白血病干細胞移植治療的潛在治療靶點[16]。

2.1.4 RAF1： 在NS患者中，8%的患者存在RAF1突變。RAF1基因位于第3號染色體上，編碼648個氨基酸的絲氨酸/蘇氨酸蛋白激酶，是下游Ras直接的效應子之一。與NS相關的大多數RAF1突變都聚集在2個區域中：保守區域2(S259側翼)和保守區域3(圍繞激活片段)。這些突變導致RAF1的不同功能，因為殘基S259和S621的磷酸化負責RAF1的調節。RAF1基因突變與肥厚性心肌病、智力缺陷、身材矮小和伴有雀斑綜合征的NS樣皮膚特征(多發性雀斑、咖啡色斑痣、多發性痣)。超過90%的RAF1保守區域2突變的NS患者表現出嚴重的肥厚性心肌病，是由異常的ERK5和MEK1/2信號傳導所致，MEK1/2的過度激活導致肌原纖維紊亂，ERK5信號增加介導心肌細胞肥大，抑制MEK1/2可以逆轉誘導型多能干細胞來源的心肌細胞中肌節紊亂，而抑制MEK5/ERK5可以逆轉心肌肥大的表型。RAF1的L613V突變使皮質中神經膠質細胞數增加，與學習增強有關[17]。

2.1.5 RIT1： RIT1突變占NS病例的5%～9%[18]。RIT1是與RAS亞家族相關的小GTP酶，與經典的RAS GTP酶(KRAS、HRAS、NRAS)有50%的序列同源性，并顯示出典型的GTP酶活性，可調節細胞存活率，RIT1在胚胎和成年階段普遍存在表達[19]。雖然RIT1在正常的RAS-ERK通路激活中可能不起主要作用，但突變的RIT1等位基因在異種細胞中的表達增加了MAPK-ERK通路的激活或ELK的反式激活，顯示了功能獲得效應，并進一步支持了RIT1在NS發病機制中的致病作用[20]。具有RIT1突變的個體常見于產前異常(圍產期異常，包括頸部半透明、胎兒積水、胸腔積液或乳糜胸和先天性心臟缺陷)，心血管疾病(肥厚型心肌病、房間隔缺損和肺動脈狹窄)和淋巴管異常，而身材矮小、智力問題、眼部異常和外胚層異常則較不常見[18-20]。該突變菌株易于部分通過AKT介導的信號傳導而受到腎上腺素刺激，導致心臟肥大[21]。具有早發性HCM表型(年齡<2歲)的患者，特別是在雙心室梗阻的患者中，預后較差，MEK抑制劑可逆轉RIT1突變的NS的肥厚型心肌病[22]。

2.1.6 SOS1： SOS1突變約占病例的15%。SOS1編碼產物為RAS特異性的鳥嘌呤核苷酸交換因子，該蛋白負責刺激RAS從非活性GDP結合形式轉變為活性GTP結合形式。SOS1是一種具有多個結構域的復雜蛋白，參與了自身抑制。改變的氨基酸殘基可能解除自身抑制，導致結構性激活。SOS1基因突變的NS患者表現出相當獨特的類型，表現為明顯的面部畸形(巨頭畸形、上瞼下垂)、某些皮膚表現(角化過度、眉毛稀疏、生長緩慢的卷發)、心臟缺陷(肺動脈瓣狹窄、房間隔缺損和室間隔缺損)、淋巴疾病，而身材矮小、智力缺陷、肥厚性心肌病的發生率較低[23]。對于PTPN11篩查陰性，且發育遲滯不前，伴有心—面—皮膚綜合征樣的皮膚、毛發改變而身高正常者，應考慮行SOS1基因突變的篩查。MEK抑制劑曲美替尼能治療SOS1突變相關的NS患者的嚴重淋巴疾病[24]。

2.2 強水平基因 亮氨酸拉鏈樣轉錄調節因子1(LZTR1)是一個高度保守的基因，其編碼蛋白的N端有6個Kelch基序，C端有2個BTB/POZ結構域。在NS中的發生率高達8%[1]。LZTR1是正常細胞周期的重要調節因子，并起著抑癌作用。LZTR1被發現是RAS泛素化和信號轉導的保守調節因子。雙等位基因LZTR1突變導致了常染色體顯性及隱性遺傳Noonan 綜合征，隱性NS相關的LZTR1錯義突變通過加速LZTR1降解或異常的亞細胞定位而可變地影響蛋白質功能，并在RAS-MAPK信號背景下表現為功能喪失突變；顯性遺傳NS相關的LZTR1突變特異性地影響Kelch結構域底物識別表面并增強RAS-MAPK信號。攜帶LZTR1突變的NS患者表現出典型的NS面部特征、蹼狀頸、心血管缺陷和出血[25]。LZTR1功能的喪失導致血管功能障礙，抗血管內皮生長因子可能是治療LZTR1突變的NS患者出血性疾病的方法[26]。

2.3 中等水平基因

2.3.1 BRAF： BRAF是蘇氨酸—絲氨酸蛋白激酶家族的一員，可作為RAS的效應器和MAPK模塊的上游成分。該基因位于染色體7a34 區，其突變常與心—面—皮膚綜合征相關。BRAF過度的酪氨酸激酶活性促進了RAS-MAPK信號級聯的失調，使細胞分子改變，從而導致受影響個體NS的發生。特征性面部和外胚層表現是BRAF突變的主要臨床特征，表現為新生兒生長障礙，喂養困難，身材矮小，頭頸部突出，面部特征明顯，多發性痣和深色雀斑，輕到中度的認知障礙，骨骼異常，肌張力降低，無心—面—皮膚綜合征樣相關的皮膚異常、羊水過多和肥厚性心肌病[27]。

2.3.2 SOS2： SOS2從結構和功能上與SOS1類似，致病突變影響位于Dbl同源結構域的3個保守殘基，其中2個直接參與維持SOS2自身抑制構象的分子內結合網絡。致病的SOS2突變促進了SOS2中GEF功能的增強，導致RAS和RAF-MEK-ERK級聯的信號增強。與引起NS的SOS1突變相似，與SOS2缺陷相關的表型特征為生長發育正常，明顯的外胚層受累和易患淋巴并發癥[28]。首例SOS2突變的NS產前病例發現頸部半透明層明顯增加[29]。然而，與SOS1突變不同的是，SOS2突變僅限于DH區域。

3 小結與展望

NS是一種常染色體遺傳性疾病，研究發現，大約80%的NS發病機制與RAS-MAPK信號通路相關的基因突變有關。國內外學者對NS發生、發展過程中可能涉及到的基因進行了研究，通過對NS動物模型應用相應靶點阻斷劑后觀察疾病轉歸，為NS的治療提供了更多的研究方向。但是，NS臨床表現復雜、缺乏有效的治療方案，需要臨床醫師定期對患者疾病狀態進行評估，判斷疾病嚴重程度并采取積極治療。然而，臨床上仍無一致、有效的治療方案，故對于NS發病機制的研究，有助于臨床醫師探索潛在、有效的治療靶點。因此，不斷深入研究NS發生、發展過程中各基因突變的發病機制及相關的基因型—表型，對NS的治療具有重要的指導意義，但是從基礎研究中尋找治療靶點再到臨床應用還需要很長時間的探索。