线粒体MT-RNR1基因突变与药物性聋

曾云 冯大飞 张磊综述 姜丹 审校

线粒体MT-RNR1基因突变与药物性聋

曾云1冯大飞1张磊1综述 姜丹1审校

大多数线粒体基因突变会引起母系遗传性疾病，而线粒体MT-RNR1基因突变主要引起药物性非综合征型母系遗传性聋，其导致的耳聋为双侧、程度不等且与氨基糖苷类药物的使用有关。线粒体基因突变导致的药物性聋的防治关键在“防”，通过人为干预，可以有效的减少药物性聋的发生。目前国际上对于线粒体突变导致的药物性聋的报导逐渐增多，本文对线粒体MT-RNR1基因突变引起的药物性非综合征型聋的国内外相关的文献综述如下。

1 线粒体突变概述

线粒体为真核细胞中由双层高度特化的单位膜围成的细胞器，主要功能是通过氧化磷酸化作用合成腺嘌呤核苷三磷酸（ATP），为细胞各种生理活动提供能量。线粒体拥有自身的遗传物质和遗传体系，但因其基因组大小有限，所以线粒体是一种半自主细胞器，即自身含有遗传表达系统（自主性）。当线粒体DNA（mitochondrial DNA，mt DNA）突变体的突变负荷较低时，与突变型mtDNA共存的野生型mt DNA会起保护和补偿作用，因而并不会产生严重后果；然而，当突变负荷超过一定阈值，野生型mt DNA的数量不足以维持正常功能时，组织或器官就会出现异常，这种现象被称为阈值效应［1］。哺乳类动物细胞中，相对于细胞正常生理的最低需要而言，在线粒体蛋白合成上并无很大的贮备，故而如耳蜗细胞这类对氧化磷酸化要求较高的细胞，线粒体蛋白合成速率下降到一定值时就会对细胞造成严重的后果，内淋巴及毛细胞内依靠ATP供能的离子浓度失衡，逐渐导致毛细胞萎缩、死亡，最终导致永久性听力丧失。

在胚胎发育过程中，卵母细胞经历了多次分裂，使得最终分配到每个卵子的mtDNA的有效数量较少，这种效应即为线粒体遗传的“瓶颈效应”［2］。卵母细胞中的mtDNA只有部分进入初级卵母细胞，形成异质性水平相差很大的卵细胞群；受精卵经历卵裂和胚胎发育，仅有几个拷贝的mt DNA最终进入新生儿的组织细胞中进行扩增。因此同一母系家族成员间的疾病表型甚至同一患者组织间的突变可表现出显著的差异。此外，体细胞每经历一次有丝分裂，mtDNA会随线粒体被随机分配到子代细胞中，因而组织中mtDNA的突变负荷（突变型／野生型mt RNA的比值）会随组织细胞分裂而变化，因此同一患者的疾病表型也能随时间推移而表现出变异性。大多数线粒体基因突变会引起母系遗传性疾病，然而，在这些基因突变中，主要是由目前突变机制不清的线粒体MT-RNR1基因引起的非综合征型聋［3］。

携带线粒体突变基因的患者在单次使用微量的氨基糖苷类的药物时也会导致耳聋，听力损失通常发生在使用过氨基糖苷类药物的3天到3个月左右［4］。有一些母系遗传的成员未使用过氨基糖苷类抗生素，表现为迟发性、进行性听力下降且程度不等，其临床表型差异可能与环境因素、线粒体本身的因素和核基因有关［5］，而使用过氨基糖苷类药物的线粒体突变人群的耳聋通常表现为双侧、重度到极重度聋，且听力损失是不可逆的。目前由于线粒体基因突变导致的药物性非综合征型聋尚无很好的根治方法，最有效的治疗方法就是人工耳蜗植入［6］。

2 线粒体MT-RNR1基因突变位点及与氨基糖苷类药物的关系

MT-RNR1基因位于线粒体上，碱基位置在648到1 601上，目前已发现的突变主要有1555A＞G、961insC、1095T＞C、1494C＞T、961T＞G、1291T＞C、827 A＞G。MT-RNR1基因编码核糖体12S r RNA，1555A＞G是一个常见的引起母系遗传的非综合征型听力损失的突变位点。线粒体1555位点位于线粒体12S r RNA倒数第二个旋柄的基部，此部位在进化上高度保守，该位点发生突变使倒数第二个旋柄的基部出现一新的碱基G，这使它能够和与之相对的1494位点上配对，导致该部位的空间结构发生改变，形成类似于氨基糖苷类药物的靶向目标——细菌16S r RNA的空间构象，从而促进氨基糖苷类药物与12S r RNA结合区域的结合［7］。某些具有1555 A＞G突变人群中，听力损失是由于使用适当剂量甚至微量氨基糖苷类药物导致的［8］。

Estivill等［9］在70个西班牙感音神经性聋家庭（包括36个先天性聋和34个后天性聋）中发现有19个西班牙家系有mt DNA1555A＞G同质性突变，其中有氨基糖苷类药接触史的突变人群发病年龄约为5岁，而无氨基糖苷类药物接触史的突变人群发病年龄约为20岁，提示mt DNA 1555 A＞G突变会导致感音神经性聋，且发病年龄可因氨基糖苷类药物的使用而提前。Morales等［10］对6个mtDNA 1555A＞G同质性突变携带家系的研究显示未曾接触氨基糖苷类药物的耳聋患者听力损失程度多处于轻度至中度之间，而有氨基糖苷类药物接触史的患者多为重度耳聋，且两者间差异显著，提示氨基糖苷类药物的使用加重了耳聋的严重度［11］。所有携带这一突变的人群在单次使用任意剂量氨基糖苷类药物后均会导致耳聋。携带这种突变但不接触氨基糖苷类抗生素的人群，65岁发生听力损失的外显率约为80%［12］。一些研究者认为，在中国的某些家庭中，耳聋的外显率相对比较低［13］。一小部分人群携带了m.1555A＞G基因突变虽然没有耳聋，但是用DPOAE检测时发现有低频振幅降低［6］。可见，虽然mt DNA 1555 A＞G突变者在未接触氨基糖苷类药物的情况下也可能出现耳聋症状，但普遍认为氨基糖苷类药物的使用可使发病年龄提前、症状加重。而对与非综合征型聋相关的核基因GJB2、CJB3和GJB6的检测尚未发现其与mt DNA 1555 A＞G突变表型存在联合突变的关系［11］。

在全球很多国家已开展由m.1555A＞G突变造成的听力损失的检测和筛查，例如，日本、蒙古、扎伊尔、西班牙、中国、土耳其、巴厘岛、墨西哥、希腊、波兰等［5，13］。研究发现，在1 200名耳聋患者中2%为线粒体非综合征型聋［14］。由线粒体1555A＞G突变导致非综合征型聋的发病率与种族相关，在欧洲和西班牙人群中约占17%，在中国和东亚人群中约占3.96%［15］。

1995年，Li等［16］在一个意大利家庭中发现5人母系亲属均在使用氨基糖苷类药物后导致耳聋，且他们均发生了96 Lin SC突变。

2000年，Thyagarajan等［17］在一个母系遗传感音神经性聋的大家庭中发现有3个成员是由1095T＞C突变导致的。2008年，戴朴等［18］发现一例出生6个月后发生极重度聋中国女孩的基因上同时携带1095T＞C和1555A＞G两位点的突变，他们认为这两个突变同时发生会加重耳聋的程度。

2004年，王秋菊等［19］在收集大部分由于氨基糖苷类抗生素使用出现的母系遗传性聋患者的基因上发现新发突变1494C＞T，一些没有使用氨基糖苷类抗生素的耳聋患者的临床表现为迟发性和渐进性，但是大部分表现为重度以上、出生时即表达，更值得一提的是，此基因发生突变时，第二代的平均发病年龄为55岁，到了第四代时平均发病年龄为10岁，表明随着母系遗传，此突变位点的发病年龄会逐渐提前。

管敏鑫等［19］2004年对五个无亲属关系的非综合征型感音神经性聋儿童行基因检测时发现了一同质性突变位点961T＞G，并认为此突变位点为耳聋人群中的热点突变。

2006年，Ballana等［20］在一个三代为非综合征型感音神经性聋的古巴家庭中发现了一同质性突变1291T＞C，此突变一般导致的耳聋为重度以上，发病年龄从7岁至40岁。

2006年，Xing等［21］在一患有非综合征型感音神经性聋的中国家庭中发现了一同质性突变827 A＞G，此突变导致的耳聋为重度到极重度，发病年龄一般早于3岁，此突变导致的外显率为43.5%，且作者在另一家庭中发现，均携带了此突变的母系成员中，使用了氨基糖苷类抗生素的3名成员出现了耳聋，而其他未使用氨基糖苷类抗生素成员均听力正常。

MT-RNR1基因1555A＞G突变诱发的听力损失是由于接触氨基糖苷类药物造成的。听力损失发生在使用了任何剂量（包括单一剂量）氨基糖苷类抗生素，如庆大霉素、妥布霉素、阿米卡星、卡那霉素或链霉素等的几天或几周后［19］。在MT-RNR1基因的另外两个突变m.961_962del TinsC（n）和m. 1494C＞T也会导致某些人群出现氨基糖苷类药物耳毒性［22］。

3 MT-RNA基因突变与母系遗传性聋

药物性聋先证者的母系亲属都有发生此突变的危险，都是氨基糖苷类抗生素致聋的高危人群，应绝对禁用氨基糖苷类抗生素。具有mt DNA突变的女性患者的后代都有发生此突变的危险，应绝对禁用氨基糖苷类抗生素，而其男性患者的后代没有发生此突变的危险，使用氨基糖苷类抗生素致聋的概率与正常人大致相同。

4 MT-RNR1基因临床检测

目前临床上检测MT-RNR1基因主要是通过四种方法：①测序技术，主要进行全部编码区的测序和选择特定的外显子进行测序；②DNA芯片分析，主要进行某些特定位点进行分析；③缺失和重复序列分析；④产前诊断。这四种检测方法中目前临床上使用更多的是DNA芯片进行特定高发突变位点的分析。产前诊断MT-RNR1基因突变，可以通过提取胎儿细胞DNA分析，进行羊膜穿刺术通常大约在孕15到18周，绒毛取样大约在孕10到12周。进行产前检查之前，必须先找到母亲的具体MT-RNR1突变，准确解释此产前检测结果的不足之处有2点：①由于有丝分裂隔离，mtDNA基因情况在羊水或绒毛膜中可能与胎儿或成人组织中的实际基因情况不一致；②虽然能检测出mtDNA基因发生突变但是不能预测其发病年龄和发病程度。目前已有技术可以在植入前进行胚胎遗传学诊断，做到优生优育。

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（2012-07-09收稿）

（本文编辑 李翠娥）

10.3969／j.issn.1006-7299.2013.03.032

时间：2013-5-9 13：58

R764.43

A

1006-7299（2013）03-0428-03

1 深圳华大基因研究院（深圳 518083）

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