孕前耳聋基因筛查和耳聋预防

2016-08-17查树伟许豪勤综述吕年青审校

中国计划生育学杂志 2016年4期

关键词：遗传性耳聋基因突变

查树伟查佶许豪勤,* 综述吕年青审校

1. 江苏省计划生育科学技术研究所(南京，210036)；2. 美国德雷塞尔大学

·综述·

孕前耳聋基因筛查和耳聋预防

查树伟1查佶2许豪勤1,*综述吕年青1审校

1. 江苏省计划生育科学技术研究所(南京，210036)；2. 美国德雷塞尔大学

听力残疾位居各类残疾之首，听力障碍不仅给听力残疾人群带来了巨大的痛苦，影响他们的身心健康及生活质量，也直接影响到出生人口素质，是孕前检查和遗传咨询中常见遗传疾病之一[1]。本文对耳聋基因筛查的研究进展、耳聋基因位点研究、耳聋基因芯片筛查结果以及孕前耳聋基因筛查咨询指导和耳聋预防进行综述。

1 耳聋与遗传性耳聋概况

1.1 耳聋和听力损失

人听觉系统中传音、感音及其听觉传导通路中的听神经和各级中枢发生病变，引起不同程度的听力减退，都可表现为听力障碍，统称为耳聋。1965年美国眼耳科学会推荐的正常听力标准为26 dB HL，世界卫生组织(WHO)把正常听力定为25 dB HL以内， 2012年开始实施的美国《儿童听力筛查指南》将儿童听力筛查鉴定最小值降低了5 dB HL，使区分听力正常与否的界限确定在20 dB HL，是最为严格的听力筛查标准[2]。最近，WHO《耳聋和听力损失》实况报道中认为，残疾性听力损失是指成人更好的那只耳朵听力丧失超过40分贝，儿童更好的那只耳朵听力丧失超过30分贝。实况报道还阐述了一个重要事实，占全世界人口的5%即全球3.6亿人有残疾性听力损失，其中成人有3.28亿、儿童为3200万，大部分生活在低收入和中等收入国家[3]。2006年12月公布的第二次全国残疾人抽样调查显示，中国现有听力残疾者在2600万以上，位居五大残疾(听力残疾、视力残疾、肢体残疾、智力残疾和精神残疾)之首[4]。

1.2 遗传性耳聋和先天性耳聋

遗传性耳聋是由于遗传物质发生了改变(基因突变或染色体畸变)所致的耳聋，异常的遗传物质传给后代导致的耳聋，这是人类最常见的感觉神经系统缺陷。如果合并有外耳畸形，或者同时发生其它器官或系统疾病，称为综合征型耳聋(SHI),占遗传性耳聋的30%；而没有视觉可见的外耳畸形及与耳聋同时出现的其它器官或系统疾病，称为非综合征型耳聋(NSHI)，占遗传性耳聋的70%[5]。先天性耳聋可能由于孕前遗传性因素导致遗传性耳聋；也可能由于妊娠过程中的不良因素所致：孕妇感染风疹、梅毒或其它病原微生物感染，妊娠期不当使用耳毒性药物，如氨基糖甙类、细胞毒性药物、抗疟药和利尿剂；先天性耳聋还可能由于分娩过程中或新生儿的某些并发症导致，包括：出生窒息(分娩时缺氧)，低出生体重，新生儿严重黄疸。这些并发症可能损害新生儿听觉神经[3]。

1.3 NSHI遗传模式

NSHI具有单基因遗传病或线粒体遗传病的遗传特征。NSHI中常染色体隐性遗传(DFNB)病例:常染色体显性遗传(DFNA)病例:X连锁遗传(DFNX)病例，三者比例约为77:22:1[6]。其它还有自身免疫性听神经病(AUNA)、修饰基因位点(DFNM，占1%)、Y连锁遗传及线粒体遗传(DFNY，占1%～2%)[7]。DFNB病例一般表现为语前聋，即在出生后就对声音没有反应；DFNA病例表现为语后聋，即在10～30岁之间发病，听力下降，并随着年龄增加不断加重，以致达到极重度耳聋[5-6]。位于同一个基因的突变可以导致伴随不同遗传模式的多种临床表现[6]。

2 耳聋基因与位点研究

在人类基因组测序基本完成后进入了对基因相互作用和功能研究的后基因组时代，从而促进了遗传学与临床医学的结合，应用于临床的耳聋基因与位点研究也取得了显著成果，推动了耳聋的诊断由影像和听力学水平发展到分子水平。在NSHI中GJB2、SLC26A4和线粒体DNA是中国最常见的致病基因[7]。

2.1 GJB2基因

在声音传导中，GJB2基因编码的间隙连接蛋白26形成营养、带电荷离子和细胞间信号分子的传输通道，调控钾离子经内耳毛细胞循环回流进入耳蜗内淋巴液，以前认为GJB2基因突变影响钾离子进入内淋巴液循环而导致感音神经性聋。而近几年的研究证明，GJB2在柯替氏器的发育中很重要，而这一环节发生在听力发生之前。在GJB2条件性敲除的小鼠中，内耳毛细胞的Ribbon突触发育不完全，I型传入神经纤维不能完成对于内耳毛细胞的神经分布的精细修整。支持细胞的自发性去极化在第八天之后依然很强[8]。GJB2的小鼠敲减模型证明，敲减的时间点影响听力丧失的模式。CJB2敲减较早的小鼠出现柯替氏器的畸形以及中圈毛细胞显著缺失。而CJB2敲减较晚的小鼠柯替氏器发育正常，只在底圈出现毛细胞缺失[9]。而另一研究显示,在小鼠出生五天后条件性敲除GJB2可以导致晚发型听力丧失。最初为高频区听力丧失，之后渐渐扩散到中频及低频区。GJB2缺失可能削弱了耳蜗主动性放大而导致了晚发型听力损失[10]。GJB2基因突变是儿童遗传性耳聋最常见的致病原因，其基因突变方式、位点复杂多样，并具有种族特异性，其中最多见的为c.30delG或c.35delG突变，地中海国家和美国NSHI患者中c.30delG或c.35delG突变占60%～85%；犹太人中最常见c.167delT突变占53%，而c.30delG突变只占18%；日本人中该基因突变仅占13%，欧美人群中c.30delG或c.35delG的热点突变在中国人群中未被发现[11]。在中国人群中，26%～33%的语前聋患儿为GJB2基因(主要为c.235delC)突变所致，占常染色体隐性遗传耳聋28%。GJB2基因突变还可导致DFNA耳聋(DFNA1A)，在中国人群中最常见的突变有p.W44C、p.W44S、p.R143Q、p.D179N、p.R184Q和p.C202F。此外，GJB2基因突变还可以导致SHI(耳聋伴掌跖角化病)，相关突变主要有p.G59A、p.R75W和p.R75Q[7]。研究发现携带GJB2 p.R75W突变的转基因小鼠的发育异常，大上皮塉在出生后细胞凋亡时间相比野生型小鼠延长[12]。耳蜗支持细胞发育不全，外耳毛细胞的柯替氏器隧道、Nuel间隙以及周围间隙缺失，外耳毛细胞被周围支持细胞挤压[13]。

2.2 SLC26A4基因

SLC26A4基因突变能够导致前庭导管扩大，明确为DFNB4耳聋，一般双等位基因发生突变时会导致表型的出现。另外，SLC26A4基因突变还是Pendred综合征(前庭水管扩大或伴Mondini畸形、神经性聋和甲状腺肿)的致病基因。SLC26A4基因编码的Pendrin蛋白主要由疏水性氨基酸组成，是HCO3-, Cl-和I-等负离子的电中性交换器。Pendrin蛋白表达于内淋巴管和内淋巴囊上皮细胞及椭圆囊和球囊边缘的神经细胞中，此外，也表达于甲状腺和肾脏中。Pendrin蛋白发生异常影响细胞内外阴离子的转运，从而影响声音传递而导致听力损失。多西环素诱导的转基因SlC26A4表达的小鼠模型证明，Pendrin蛋白对于发育很重要，而对于听力的维持并不必需。SlC26A4Δ/Δ基因敲除的小鼠出现前庭小管增大和耳蜗Mondini类畸形，在胚胎期第14.5天耳腔体积增大，之后耳蜗内淋巴液出现酸性化。内耳的Pendrin蛋白表达缺失还会引起一些继发性病变，包括血管纹边缘细胞的钾离子分泌增高，血管纹的氧化应激和氮化应激(nitrative)反应，中间细胞的钾离子通道KCNJ10缺失，内耳蜗电位缺失，内淋巴液钙离子浓度增高以及感觉细胞和血管纹的退化[14]。SLC26A4基因IVS7-2 A>G是中国人大前庭导管综合征中的第一热点突变，占突变总数的63.5%，在71.9%的大前庭水管患者中可以发现此突变，2%～3%的正常人携带此种杂合突变；c.2168A>G是第二热点突变。含SLC26A4突变的小鼠模型的甲状腺具有形态学缺陷，微囊泡萎缩，内耳出现病理学特征，包括覆膜增厚，β-tectorin蛋白表达降低，内耳毛细胞的BK离子通道表达降低，内耳骨钙化降低。其甲状腺病变与耳聋具有相关性[15]。

2.3 线粒体基因

线粒体DNA具有自我复制、转录和编码功能，同时也受DNA的调控。线粒体遗传属于母系遗传[16]。1993年首次发现线粒体的rRNA基因突变与抗生素引起的听力损失密切相关，相关位点突变可导致氨基糖苷类药物性耳聋(AAID)。氨基糖甙类抗生素的使用可造成耳聋，对氨基糖甙类药物有易感性的人群，即使使用正常剂量甚至微量药物都可能造成听力损失。mtDNA 突变导致的遗传性耳聋可表现为儿童期感音神经性耳聋，也可表现为药物引起的感音神经性耳聋和非药物诱发的迟发型感音神经性耳聋。中国人群mtDNA 12S rRNA基因上存在的两个突变位点分别是1555A>G和1494C>T。1555 A>G突变致非综合性和氨基糖苷诱发的耳聋，与甲基化水平相关。其突变位点靠近一个进化保守的茎环结构。此结构包含两个串联腺嘌呤残基，可被rRNA腺嘌呤的位点特异性N6双甲基转移酶h-mtTFB1/TFB1M甲基化。在含1555A>G突变的病人细胞中，12s rRNA甲基化水平增高，导致了依赖于ROS的AMP激酶激活以及促凋亡的核转录因子E2F1激活。而mtTFB1转基因小鼠的多种组织中12s rRNA甲基化水平提高，内耳的血管纹和螺旋神经节神经元发生凋亡，并且出现依赖E2F1的听力逐渐丧失[17]。关于1494C>T突变在体外细胞学实验中的研究表明，其与正大霉素的组合会加重线粒体的功能失调，包括ATP生成下降，线粒体膜电位下降，活性氧自由基上升。功能紊乱线粒体融合增加，LC3-B上调导致线粒体自噬[18]。中国人群中mtDNA 1555 A>G携带率为3.34%，mtDNA 1494 C>T携带率为0.45%[7]。

3 耳聋基因芯片与筛查结果

3.1 耳聋基因芯片和位点

针对耳聋基因以及位点设计的芯片能够同时检测耳聋的多个突变基因位点，便于耳聋基因筛查工作的开展。然而，国外一些较高通量的基因芯片所需设备及芯片造价昂贵或设计复杂，以及耳聋基因的遗传及种族异质性，如中国人和白种人的耳聋突变热点和基因存在很大差异，使得国外的芯片不太适合在中国用于大规模的耳聋基因筛查及临床诊断[19]。经过10年大规模系统的全国耳聋分子流行病学调查，针对中国人NSHI的突变热点，中国也开发了遗传性耳聋基因检测芯片，检测4个常见耳聋基因中的9个位点，包括GJB2基因c.35 del G、c.176 del 16、c.235 del C、c.299 del AT，GJB3基因c.538 C>T，SLC26A4基因c.2168 A>G、IVS7-2 A>G和线粒体12S rRNA基因1494 C>T、1555 A>G。芯片技术是将等位基因特异性引物延伸聚合酶链式反应(PCR)与通用芯片相结合，达到快速、敏感和准确的目的，而且操作简单，易于标准化，适宜临床推广应用[20]。

3.2 筛查人群分类和结果分析

基于WHO出生缺陷“三级预防”策略，应用耳聋基因检测手段预防耳聋的一级预防人群包括有生育意愿耳聋患者、有生育意愿耳聋高危人群和孕前一般人群；二级预防人群是孕期人群；三级预防人群为新生儿。目前耳聋基因筛查的研究报告人群主要集中在耳聋患者、正常(孕期)人群和新生儿，突变检出结果见表1[21-35]。更为确切的耳聋基因突变检出率，尚需要对文献的质量进行评价，经过Meta分析获得。①耳聋患者耳聋基因筛查可以对少数有生育愿意的患者进行遗传咨询指导(一级预防)和保存部分患儿的残余听力(三级预防)。从表1中受检耳聋患者的年龄[21-26]不难看出，耳聋基因筛查的结果只能对少部分患者进行婚配和生育指导以及遗传咨询，在这部分人群中起到预防耳聋的效果。②孕期人群耳聋基因筛查可以减少聋儿的出生(二级预防)，研究[30，37]提示夫妇同为耳聋基因突变携带者，其后代耳聋风险更大。③新生儿耳聋基因筛查可以提供迟发型或潜在耳聋的遗传信息，避免或减少耳聋发生(三级预防)，表1中显示一些研究[31-35]分别对听力初筛通过和未通过新生儿耳聋基因筛查结果进行了报道。综上所述，目前的研究侧重于耳聋的二级预防和三级预防，如果对孕前耳聋高危人群进行耳聋基因筛查，可以有针对性地进行遗传咨询指导；如果对孕前检查人群进行耳聋基因筛查，可以直接对婚育夫妇进行孕前健康教育、风险提示和咨询指导。因此，有必要在孕前高危人群和孕前检查人群中进行耳聋基因筛查的应用研究，以实现耳聋的一级预防。

4 耳聋基因筛查应用前景与耳聋预防

4.1 孕前耳聋基因筛查意义

婚前检查、孕前检查和产前检查是预防和减少出生缺陷发生的主要方法，随着群众对生殖健康、优生优育的需求越来越高，一些高危人群如耳聋人群的生殖健康、优生优育指导愈显重要。应用现代分子诊断技术-遗传性耳聋基因芯片对高危人群开展听力障碍的病因检测对预防出生缺陷具有重要意义：一是对聋人或有聋人亲属的家庭及已生育聋儿的听力正常夫妇进行生育指导，降低聋儿发生可能；二是及早明确耳聋的病因，及早采取治疗干预措施，提高治疗效果；三是能预防遗传性耳聋发生，降低或避免迟发型耳聋的发生；四是能尽早发现药物性耳聋的高危人群，指导人群合理用药，避免药物性耳聋的发生。

表1 文献研究中耳聋基因筛查突变检出结果[例(%)]

4.2 孕前检查预防遗传性耳聋

孕前检查人群中NSHI高风险夫妇需要参加耳聋基因筛查,包括：①已领取结婚证准备生育且有听力障碍的残疾人；②本人无听力障碍但家庭直系亲属中有听力障碍的准备生育夫妇；③已生育有听力障碍的孩子符合再生育条件准备生育的夫妇；④药物性致聋人群的母系家族成员中有生育意愿的夫妇；⑤有听力障碍的子女自愿参加检查。此外条件许可时一些人群也需要参加耳聋基因筛查,如孕前检查中的一般人群夫妇，已怀孕(孕期或产前)妇女的NSHI高风险(或一般)人群夫妇，新生儿等[6]。依据耳聋基因筛查结果，分析不同基因和位点的突变类型，有针对性地进行遗传咨询指导，有效地预防遗传性耳聋的发生。

4.3 建立初级耳聋预防体系

在孕前检查工作中通过开展预防耳聋的折页、展板和视频等宣传，了解NSHI高风险人群和一般人群夫妇对耳聋基因筛查检测和咨询的需求，建立耳聋基因筛查的宣传提示系统；依据WHO预防耳聋初级战略任务的要求，建立预防耳聋的孕前、孕妇、围生期、新生儿和儿童的风险提示系统；总结对耳聋基因筛查的检测报告解读、常见问题解答、导致AAID耳聋基因携带者用药指南以及其它注意事项，建立耳聋基因筛查咨询提示系统，并建立耳聋高危人群信息档案数据库。WHO提出的初级预防耳聋的战略任务包括：①为预防麻疹、脑膜炎、风疹和腮腺炎等儿童期疾病进行免疫接种；②为预防风疹进行孕前免疫接种，；③对孕妇进行梅毒和其他感染的筛查和治疗；④改善围生期护理以促进安全分娩；⑤避免使用耳毒性药物；⑥转诊高危婴儿(如有家族耳聋史、低出生体重、出生窒息、患黄疸或脑膜炎等)，及早进行听力测评，并在需要时迅速诊断和进行适当治疗；⑦减少对巨大噪音的暴露；⑧预防中耳炎引起的听力损失[3]。

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