Waardenburg综合征的研究进展＊

陈红胜 张华 综述 冯永 审校

Waardenburg 综合征（Waardenburg syndrome，WS）又称听力－色素综合征，是一种较常见的综合征型遗传性聋。临床表现以感音神经性聋及虹膜、头发和皮肤的色素分布异常为主要特征，目前认为其病因主要是由于神经嵴细胞发育缺陷或障碍而出现异常的增殖、生存、迁徙和分化。WS人群发病率约为1／42 000，占先天性聋的2%～5%，不同性别和种族发病无明显差异。本文主要对WS的临床特征与分型、基因突变、发病机制、基因型和表型的相关性以及治疗五个方面进行综述。

1 WS的临床特征与分型

WS具有高度的遗传异质性，临床表现多样，根据不同的伴随表型将其分为4型，WS1的诊断标准主要依据1992年Farrer的标准［1］及1995年Liu的标准［2］，其它3型均在WS1基础上做出分型诊断，这4型分别是I型WS（WS1，MIM：193500）、II型WS（WS2，MIM：193510），III型WS（Klein－Waardenburg Syndrome，WS3，MIM：148820）和IV 型WS（Waardenburg－Shah syndrome 或Waardenburg－Hirschsprung disease， WS4， MIM：277580）。WS1主要表型为先天性感音神经性聋，色素异常及内眦异位；WS2无内眦异位，其他表型同WS1；WS3又称Klein－Waardenburg综合征，在WS1基础上合并上肢畸形，其显著特点是伴肌肉骨骼发育异常，表现肢体肌肉发育不良、肘（指）关节挛缩；WS4又称Waardenburg－Shah综合征或Waardenburg－Hirschsprung 病，其表型与WS2 相似，但常在WS2基础上伴先天性巨结肠或胃肠道闭锁。4型中以WS1和WS2最为多见。感音神经性聋是WS最常见的症状之一，约占WS1患者的60%和WS2的90%。听力损失表现多样，但大部分表现为先天性感音神经性聋，双耳对称，且呈非进行性发展。WS2患者耳聋的发生率较WS1高，耳聋程度重，而单侧或非对称性耳聋更常见于WS1患者。同时，部分患者伴有颞骨发育异常，其发生率约为0%～50%，最常见的内耳畸形是前庭水管扩大和半规管畸形如扩张、缺如等［3］。WS虽有虹膜异色，但无视力下降，眼底色素沉着随虹膜色素沉着变化而变化。

2 WS的基因及基因突变

已证实有6种基因与WS有关：PAX3、MITF、SNAI2、EDNRB、EDN3 和SOX10。其中PAX3、MITF、SNAI2、SOX10 是转录因子，ENDR3 和EDN3是信号分子。不同致病基因与不同的WS亚型相关联，其中PAX3是WS1、WS3的主要致病基因。WS2的遗传基础较复杂，MITF 基因突变导致WS2A，SNAI2 基因突变导致WS2D。Bondurand等［4］从WS2患者检测到SOX10基因的缺失突变，使SOX10基因成为WS2（WS2E）的第三个致病基因；Pingault等［5］首次从30例WS2患者中检测到一个EDNRB基因杂合新突变，提示EDNRB 基因亦是导致WS2 发病的原因之一。此外，2 个导致WS2B和WS2C的基因突变位点被定位于1p21－p13.3 和8q23，但没有克隆出明确的致病基因。EDN3、EDNRB和SOX1O 基因突变主要与WS4有关，其中SOX10 是其主要致病基因，50%以上的WS4病例可检测到其突变。这些基因突变大多数是单发的，不同的基因突变在不同家族间或同一基因突变在不同家族或同一家族内产生的表型变异性较大。至今，国外已报道228个基因突变位点（http：／／grenada.lumc.nl／LOVD2／WS／，截止2011年11月）。

由于生前发现的WS致病基因均为杂合突变，认为其遗传方式是常染色体显性遗传伴不全外显，随着后来纯合突变致病基因的发现，目前认为其遗传方式既有显性遗传又有隐性遗传。I、II和III型WS多为常染色体显性遗传，IV WS中SOX10突变导致的WS4 为常染色体显性遗传，EDN3 和EDNRB突变导致的WS4为常染色体隐性遗传。

2.1 PAX3基因突变与WS1、WS3 90%的WS1和50%的WS3 患者可检测到PAX3 基因突变，WS2和WS4未见PAX3基因突变的报道。PAX3基因是PAX 家族成员之一，定位于2q35－2q37，主要特征是含有4个高度保守的、参与DNA 结合的氨基酸集团：配对结构域（PD）、同源结构域（HD）、富Pro－Ser－Thr的羧基末端和辛肽序列。PAX3是一种转录因子，在小鼠的神经管、发育的脑组织、神经嵴及其衍生物中均有表达，主要功能是通过控制靶基因从而调控胚胎的生长发育，在骨骼肌肉的形成过程中发挥重要作用。该基因突变可引起胚胎神经嵴发育异常，进而引起黑素细胞、肢体肌肉和肠道发育异常或畸形，并产生相应的WS表型。

人的PAX3杂合突变导致轻度的WS1表型，而纯合或复合杂合PAX3突变则导致严重的WS3表型，如露脑、脊柱裂和上肢发育畸形，部分病例甚至在婴儿期或胚胎期即死亡［6］。WS3 多为散发病例或WS1家系中的个别病例，主要由PAX3基因纯合突变所致。Zlotogora等［7］曾报道了1例WS3患者携带PAX3纯合突变S84F，该患者除表现为严重的色素异常和极重度感音神经性聋外，还伴前臂挛缩畸形，其父母均携带S84F 杂合突变，但表现为典型的WS1。Wollnik等［6］亦报道由PAX3基因纯合突变Y90H 导致的WS3患者，伴严重的双上肢畸形，而其父母均为WS1患者，均携带Y90H 杂合突变。PAX3基因的杂合突变亦可导致WS3的发病，其发病机制可能为突变的蛋白对正常蛋白的显性负性调控作用，或者编码蛋白在神经嵴分化、骨骼肌肉的运动中起重要作用的相关修饰基因的参与所致［8］。PAX3基因第47位氨基酸天门冬酰胺可发生多种不同突变，导致多种疾病的表现，如N47H 杂合突变可导致WS3［8］；而N47K 突变可导致颅面－耳聋－手综合征（craniofacial－ deafness－hand syndrome，CDHS）（Hageman MJ，1978），该疾病主要特征为重度感音神经性聋，鼻骨发育不良或缺如，鼻短小，鼻孔呈裂隙状，睑裂短小，同时还伴有手指尺侧偏曲畸形，腕关节活动受限。

约95%的PAX3基因突变位点在2～6号外显子，2号外显子的突变发生率最高，PD 域的错义突变占了大多数，其次为5、6号外显子［5］，目前已经发现PAX3 基因突变位点共有98 种（http：／／grenada.lumc.nl／LOVD2／WS／，截止2011年11月）。

2.2 MITF、SNAI2基因突变与WS2 WS2 是不伴有內眦异位的遗传异质性群体。1994 年Tassabehji［9］在一个WS2大家族中发现MITF 突变并首次克隆出了人类MITF 基因。人类MITF 基因和人类同源小鼠的microphthalmia 基因定位于3p122p14区间，二者编码的MITF是一种螺旋－环－螺旋碱性亮氨酸拉链（basic helix－loop－helix leucine zipper，bHLH－Zip）结构的转录因子，MITF主要通过bHLH－Zip结构域识别位于靶基因启动子区上的E－box特异序列CANNTG，并与之结合后启动下游靶基因的转录，参与调控多种生长发育过程，尤其是色素细胞的存活、增殖和分化。

MITF基因突变是WS2的重要致病因素，约有15%～20%的WS2患者有MITF 基因突变。目前已经发现28种MITF 基因杂合突变（http：／／grenada.lumc.nl／LOVD2／WS／，截止2012年01月），大多数为错义突变和点突变，其次是移码突变、剪切位点突变和小的缺失突变。这些突变主要分布在MITF基因第6～9号外显子附近，其中点突变主要分布在7、8号外显子，对应于MITF蛋白的bHLH－ZIP结构域。此外，MITF 突变可导致另一种以皮肤着色稀疏而非斑片状色素缺失为特征的NC 病－Tietz综合征［10］（白化病／耳聋综合征），表现为完全外显的先天性重度感音神经性聋，色素分布异常具有独特性，表现为患者出生时头发多为雪白色随年龄增长可逐渐获得色素至金色，但成年后仍然表现白眉毛或白睫毛；皮肤颜色苍白并有许多橙色雀斑但无成片的色素沉着；无虹膜异色。Tietz综合征独特的临床表现使之与WS2较易区别。

SNAI2（SLUG）是一种锌指转录因子，迁徙的神经嵴细胞可表达。SNAI2基因定位于8q11.21，Stegmann等［11］发现1 例神经管缺陷的患者携带SNAI2杂合错义突变，报道了人类第一个SNAI2基因突变。此后，研究证实［12］小鼠SLUG 基因杂合突变可引起小鼠出现额顶及腹部毛发变白的改变，提示人类SNAI2可能参与WS的形成。Sanchez－Martin等［13］检测38个无MITF突变的WS2，其中2个WS2表现SNAI2（SLUG）的纯合缺失，进一步实验表明MITF 可与SNAI2（SLUG）的启动子E盒相作用而调节色素细胞的生长发育。目前，报道的仅有Stegmann［11］和Sanchez－Martin［13］已发现的两种SNAI2基因突变位点。

2.3 EDN3、EDNRB基因突变与WS4 WS4表征类似WS2，并伴有Hirchsprung病（先天性巨结肠，胃肠道闭锁），是一种罕见的以常染色体隐性遗传为主的综合征型聋，常表现为一长段或整个结肠甚至是整个肠道无神经节细胞症，此类患者多伴有小肠结肠炎或营养不良，且多为散发病例。

Hirchsprung病（HD）是一种以肠道末端神经节细胞完全缺如为特征的先天性消化道畸形，其发病率约为1／5 000，为常染色体显性遗传。目前共发现10个基因的突变可导致HD 的发病，其中最常见的是RET 基因，RET 突变和50%的HD 家系及15%的散发病例有关；其次为EDNRB基因，约5%的HD 患者可检测到该基因突变；较少见的还有EDN3、SOX10 等8 个致病基因。HD 致病基因的发现为研究WS4的致病机制提供了基础。研究［5］表明WS4的发病主要与SOX10、EDNRB或EDN3基因突变有关，约50%的WS4患者由于SOX10基因杂合突变而致病，呈常染色体显性遗传，而EDNRB和EDN3突变与20%～30%的WS4 患者有关。EDN3 基因定位于20q13.2－q13.3 区间，EDN3能有效促进胚胎组织色素细胞的有丝分裂，并可改变其分化过程使其具有胶质细胞－色素细胞双向分化潜能，其受体基因EDNRB定位于13q22，编码EDN3受体蛋白的配体。EDNRB和EDN3突变致病特点：杂合子倾向于仅表现为HD 或便秘，或色素异常和／或耳聋［5］，HD 病例中携带EDN3杂合突变者非常少见，目前仅见1 例报道［14］，极少数WS4病例可检测到EDNRB或EDN3杂合突变，表现为常染色体显性遗传伴不完全外显［5］；纯合子则导致更为复杂的伴HD 和WS特征的WS4表型，呈常染色体隐性遗传。目前，已报道12 种EDN3 基因突变和29种EDNRB基因突变（http：／／grenada.lumc.nl／LOVD2／WS／，截止2011年11月），大多数为错义突变和无义突变，其次是剪切位点突变和小的缺失和／或插入突变。

2.4 SOX10 基因突变与 WS2、WS4 SOX10（SRY－box10，性别决定区盒基因）定位于22q13.1，是DNA 结合蛋白中具有高活动组分（high mobility group，HMG）超级族成员之一，在胚胎神经细胞发育中最先表达并促进神经嵴和外周神经系统的发育，其主要特征是具有一个高度保守的HMGbox基序，可以和DNA 进行序列特异性的结合。除HMG 外，SOX10 蛋白还有一个高度保守的SOX10Group E 结构域和C 端转录激活域（TA）。SOX10基因突变主要与WS4的发病有关，自Pingault等［15］在1例WS4患者中检测到SOX10突变以来，已发现20 多种SOX10 杂合突变与WS4 有关，在45%～55%的WS4患者中可检测到SOX10点突变造成的大片缺失［4］，且绝大部分为新发突变。

Sham［16］回顾分析了12例WS4病例SOX10基因突变位点和结肠肠道闭锁的严重程度之间的关系发现，发生在HMG 之前或HMG 域的无义突变，产生的截短蛋白没有DNA 结合功能，这种突变表现为神经节细胞减少症或短的闭锁结肠；发生在HMG 后的突变产生的突变蛋白能与DNA 结合，但缺乏转录活性域，也产生短的闭锁结肠；发生在转录功能域之后的突变产生的突变蛋白通过显性负效应引起严重结肠闭锁的临床表型，表现为长片段的闭锁结肠或完全性的神经节细胞缺乏症；发生在HMG 和C端转录域之间的突变产生的表型变化较多。另外，同一种突变在不同的家族表现也不尽相同，如Y313X 在2个家族产生了不同表型的肠道闭锁［17］。

最初认为SOX10突变只导致WS4，直到2007年，Bondurand等［4］在伴或不伴神经系统损伤的WS2患者中首次检测到SOX10基因的大片缺失突变后，SOX10成为WS2的第三个致病基因，并估计约15%的WS2 患者的发病与SOX10 突变有关。此后，Iso等［18］亦报道WS2患者携带SOX10基因缺失突变。目前，在SOX10基因突变致病的WS2患者中只检测到了SOX10缺失突变［4，18］。

此外，SOX10 基因突变还可导致其它神经嵴病，如PCWH（peripheral demyelinating neuropathy，ccntral dysmyelinating leukodystrophy，WS，and Hirschsprung＇s disease，MIM：609136）［19］、孤立性Hirschsprung病（HSCR）［20］和YDBS（yemenite deaf－blind hypopigmentation syndrome.MIM：601706）［21］。PCWH 主要表现为一系列神经系统症状，表现为外周脱髓鞘性神经病、中枢性髓鞘形成障碍、WS以及HD。HSCR 是一种先天性疾病，主要特征是患者肠道肌间和黏膜下神经丛缺乏神经节细胞导致巨结肠。YDBS为SOX10的一个错义突变S135T 所导致，表现为低色素、视力下降和听力下降，但是肠道神经节发育正常。

目前已报道的SOX10基因突变共有61种（http：／／grenada.lumc.nl／LOVD2／ WS／，截止2012年01月），绝大部分为无义突变和框移突变，导致终止密码子提前出现并产生截短蛋白而致病［5］。

2.5 国内WS相关基因突变研究现状 目前，国内有关WS的研究较少，绝大部分为个案报道或单个家系的报道［22，23］。在中国人群WS病例中，已报道28 种PAX3、MITF 和SOX10 基因的突变位点［16，22～33］，尚未见SNAI2、EDNRB 和EDN3 基因突变及WS3病例的报道。Sham 等［16］于2001年在两个中国人WS4患者中检测到了2种SOX10基因突变。国内杨淑芝［27，33］和陈静等［31］在国内较早对WS 进行了较系统的临床特征及相关基因突变分析；此后，陈红胜等［24～26］对Waardenburg综合征进行了较大范围的病例收集及分子遗传学研究，报道了国内首例WS4病例，并首次在中国人群WS2病例中发现SOX10基因突变位点，发现SOX10突变筛查阳性率与MITF 相等，约为40%，高于国外研究报道［4］，共发现了12种PAX3、MITF 和SOX10突变位点，其中10种为未报道新突变。最近，Yang等［32］在一中国家系中首次发现了一种复合杂合突变，进一步丰富了中国人群Waardenburg综合征相关基因突变谱。在已报道的中国人群WS相关基因突变位点中，除少数几个同时见于2个或2个以上的不同家系外，绝大部分突变位点为某一家系所特有，这些也限制了对基因型和表型关系的进一步分析。因此，下一步可进行较大规模WS病例的收集及遗传学相关研究，对于WS2病例，除进行MITF基因突变筛查外，还应同时进行SOX10、SNAI、EDNRB和EDN3基因突变的检测［5］，可逐步完善中国人群WS相关基因突变谱，有助于揭示基因型和表型之间的联系，进一步开展WS患者的基因诊断和产前诊断，减少WS患者的发生率。

3 发病机制

目前WS发病机制有二种学说：单倍体剂量不足学说和显性负效应学说，但都只能部分解释WS发病机制。单倍剂量不足效应学说认为［4，20］，突变蛋白可能仍有功能，但其剂量不足以实现黑素细胞完全发育，不同个体症状严重程度的差异可能是由于残留的正常野生蛋白量的不同以及不同个体不同器官中黑素细胞发育所需野生蛋白的量不同所致。不同的组织或器官对野生蛋白的剂量依赖不同，人与小鼠相比依赖相对较低，当突变的蛋白超过阈值后便会产生病理效应。基因杂合突变中，两个等位基因中的一个突变基因（无义突变、移码突变和错义突变）导致其所编码的蛋白质失去正常功能或保留部分功能，另一个野生型基因编码的蛋白质的量不能达到两个正常等位基因编码的蛋白质行使正常功能所需生物量的阈值，从而造成杂合突变基因编码的蛋白质不能发挥正常的生理功能。PAX3 与MITF、SOX10突变通过单倍体剂量不足分别导致WS1和WS2，突变蛋白可与其自身或正常的野生蛋白结合形成二聚体，使野生蛋白与靶基因DNA 不能正确结合而失去调节黑色素细胞靶基因的活性。

显性负性效应学说［16，19］认为，在两个等位基因中如果一个基因突变，一个基因保持野生型，即使突变的基因完全失去功能，理论上这一对等位基因仍应保留有50%的功能。但在某些情况下突变的蛋白质不仅自身不能发挥其正常的生理功能，还使正常蛋白质也不能发挥功能，这种蛋白质相互作用中的干扰现象称为显性负效应。PAX3 和SOX10 基因突变可通过显性负效应抑制野生PAX3 和SOX10蛋白功能而导致严重的WS3和WS4。

4 基因型和表型相关性研究

WS不同家系之间或同一家系不同患者之间临床表型变异很大。Morell等［34］发现携带PAX3 错义突变的WS1患者中，在成对结构域内发生突变的患者耳聋的发生率较同源结构域内的突变者明显增高。DeStefano 等［35］分析278例WS1患者的基因型和表型，发现发生缺失或产生截短蛋白的突变者与白额发或皮肤色素异常有一定的相关性，携带这些突变者比发生错义突变的患者更容易出现白额发或皮肤色素异常。国内亦有研究［24］发现WS2患者中，先天性眼睑下垂多见于携带SOX10 基因突变者，而MITF突变者更容易出现皮肤色素的异常。另外，Inoue等［19］研究发现伴神经系统异常的WS4和PCWH 患者中，SOX10基因末号外显子的突变由于显性负性效应而导致PCWH，而且突变位置越靠前，显性负性效应越强临床表型更严重；而其它几个外显子的突变由于突变体mRNA 被无义介导mRNA 降解（nonsense mediated mRNA decay，NMD）作用途径识别而降解，导致单倍体剂量不足而产生典型的WS4表型。但是绝大部分的研究尚未发现WS的基因型和表型的确切关系，其原因可能为外显不全、频发的新突变和缺乏大家系及大规模的病例数等；另外，可能与等位基因异质性、修饰基因等遗传因素或环境等多种因素共同参与了WS相关基因的表达有关［34］。

5 治疗

对Waardenburg综合征目前尚无特效的药物治疗方法，关键是早期诊断，尽早进行听力干预。助听器虽然可以帮助大部分耳聋患者获得听力，但对重度聋以上的感音性聋患者作用有限。人工耳蜗植入术给重度和极重度耳聋患者带来了希望，它是目前唯一有效的康复方法。因此，对于试戴助听器3个月到半年后，康复效果很差、符合人工耳蜗植入术筛选标准、并且患者家属对人工耳蜗有合理的期望值的，可以考虑人工耳蜗植入术。Roland等［36］最早报道一例WS患者人工耳蜗植入2年后开放式言语测听（单词）得分为58%。此后，国内外相继报道WS人工耳蜗植入患者，其术后效果和其他类型的感音神经性听力损失患者植入后效果相比较无明显差异［37，38］。WS患者尤其是极重度感音神经性听力损失的患者常伴有耳蜗畸形、内听道狭窄、前庭水管扩大、半规管缺失等异常，对这些伴有先天性内耳畸形的WS患者行人工耳蜗植入较内耳发育正常者难度大，术后效果个体差异很大，植入术前应准确评估伴发的畸形程度，避免术后可能出现的脑脊液耳鼻漏及颅内感染。

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