WFS1相关Wolfram综合征1型的遗传学与临床最新进展△

王丹丹 吴继红

(复旦大学附属眼耳鼻喉科医院眼科 上海 200031)

WFS1相关的Wolfram综合征1型(Wolfram syndrome type 1, WS1)是一种罕见的神经退行性疾病。典型表现为糖尿病(diabetes mellitus, DM)、视神经萎缩(optic atrophy, OA)、尿崩症(diabetes insipidus, DI)和耳聋(deafness, D)，故又称为DIDMOAD[1]。临床的诊断标准为青少年发病的糖尿病和视神经萎缩。目前缺少有效的治疗方法，死亡年龄中位数为30岁(25～49岁)[2]。病程早期易被误诊为1型糖尿病，直到视神经萎缩等其他症状出现后才被修正诊断为WS1，因而早期怀疑WS1者应尽早进行基因检测以实现精准诊断，以便早期干预，从而延缓病情进展，提高患者生存质量。

1 流行病学

WS1在英国的患病率为1/770 000，其中15岁以下儿童的患病率为1/500 000[2]；北美人的患病率为1/100 000[3]；黎巴嫩人的患病率为1/68 000[4]，是目前大样本报道中最高的患病率。在亚洲人群中，日本的患病率为1/710 000[5]；经检索PubMed、万方和中国知网后统计的35篇文章(https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/, http://g.wanfangdata.com.cn/index.html, http://www.cnki.net/)，中国从1987年至今共报道了47例，暂无患病率的报道，其中仅10例患者通过基因检测精准诊断，大多通过临床表现诊断。

2 分子遗传学

2.1WFS1基因及其表达 WS1是由于WFS1基因突变造成Wolframin跨膜糖蛋白的功能障碍或缺失引起的。WFS1位于4p16.1，由8个外显子组成，基因组DNA跨度为33.4kb，其中1号外显子不编码[6-7]。wolframin蛋白定位于内质网(endoplasmic reticulum, ER)，由890个氨基酸组成，分子量为100.29 kD，分为3个结构域：约300个残基的亲水N-端、240个残基的亲水C-端和350个残基的中心疏水核，含有9个跨膜区，在胰腺、脑和心脏中高表达[6, 8]。WS1被认为是一种ER疾病，WFS1缺失可激活ER应激，从而促进细胞的功能障碍和凋亡，尤其是胰岛β细胞[9-10]。大量的研究[9, 11, 12]表明，WFS1在维持ER稳态中起重要作用。此外，wolframin蛋白也在视网膜神经节细胞(retinal ganglion cell, RGC)、光感受器和神经胶质细胞中表达，研究发现在RGC和视神经胶质细胞中的wolframin蛋白双重功能障碍可能是导致视神经进行性萎缩的原因[13]。

2.2WFS1基因突变与表型 WS1为常染色体隐性遗传，目前在WS1患者中已经发现WFS1的200多种不同突变[14]。Khanim等[15]在90%的WS1患者中检测到了WFS1突变，主要为复合杂合突变，未发现明显的突变热点。然而大量的研究[16-17]发现，突变主要集中在8号外显子。d'Annunzio等[18]评估了5个意大利家族中的6例WS1患者，发现同样的突变可以出现不同的表型，且严重的失活突变会比轻度的失活突变引起更为严重的表型。此外，Zmyslowska等[16]发现复合杂合突变患者较纯合突变者出现糖尿病的年龄更晚。Cryns等[19]也发现单纯错义突变引起的纯合或复合杂合突变的患者表型较轻，而有缺失、插入、无义突变或剪接突变的患者则表型较重。

de Heredia等[14]回顾分析了1998～2013年发表的49项研究中的412例WS1患者的临床和遗传数据，在337例患者中共出现了178个不同的突变，其中错义突变70个，移码突变68个，无义突变33个，主要位于wolframin蛋白的跨膜域、N-端的94～237个氨基酸和C-端最后100个氨基酸，提示这些区域对于蛋白功能起关键作用。未发现始祖突变，不同的国家存在WFS1基因型差异，有6个突变在5%以上的患者中出现：c.2649delC (p.Phe884Serfs*68)、 c.1230_1233del(p.Val412Serfs*29)、c.409_424dup (p.Val142Glyfs*110)、 c.2119G>A(p.Val707Ile)、c.1362_1377del (p.Tyr454*)和c.1243_1245del(p.Val415del)，分别占7.42%、6.82%、6.53%、6.23%、5.64%和5.34%。提示WFS1基因存在突变热区。Duan等[20]学者回顾分析了2002～2017年在北京协和医院就诊的6例WS1患者，在3例患者中检测到WFS1的突变，其中在WFS1的4号外显子中发现了一种新的移码突变(p.Asp151Glufs*93)。

de Franco等[21]最近报道了5例携带WFS1错义突变的杂合患儿，尽管为错义突变，但均出现严重表型，表现为出生12个月内出现糖尿病(其中2例在6个月前)，病后不久出现感音神经性耳聋(5/5)，先天性白内障(4/5)，肌张力减退(4/5)。他们通过体外研究证明这些突变可引起剧烈的ER应激，推测这可能是一种显性WFS1突变引起的以新生儿/婴儿发病的糖尿病、先天性白内障和感音神经性耳聋为特征的综合征，在遗传学和临床上不同于隐性遗传的WS1。

3 临床表现

de Heredia等[14]在392例WS1患者中发现，仅110例患者(占28.06%)出现WS1的4大典型症状，其中98.21%有糖尿病(DM)，82.14%有视神经萎缩(OA)，48.21%有听力障碍，37.76%有尿崩症，19.39%有泌尿系统疾病，17.09%有神经精神疾病和发育问题，7.40%的患者在文献发表时已死亡。

3.1 非自身免疫性胰岛素依赖型糖尿病 通常为WS1的首发症状，发病年龄中位数为6岁(3周～16岁)[2]。与1型糖尿病相比，WS1患者出现糖尿病的时间更早，酮症酸中毒的发生率更低，持续缓解的时间更长，严重低血糖的发生率更高，且自身抗体大多为阴性[22]。此外，WS1患者更少出现糖尿病视网膜病变等微血管并发症且进展缓慢，这可能与WS1患者的血糖更易控制，HbA1c水平和每日所需的胰岛素量更低有关[23]。因此，临床上若发现学龄前发病的糖尿病，但自身抗体为阴性且无酮症酸中毒史，应警惕WS1。

3.2 视神经萎缩 多晚于糖尿病出现，为WS1第2个出现的症状，呈双侧且进行性发展。有时可先于糖尿病出现，发病年龄中位数为11岁(6周～19岁)，伴有视力下降，可出现视野缺损和色觉异常。视力预后大多较差(<0.1)，甚至发展为法律定义的盲人[2, 24]。Hoekel等[25]对18例早期WS1患者进行光学相干层析成像(optical coherence tomography, OCT)检查发现，视网膜神经纤维层厚度与疾病的严重程度呈正相关。Zmyslowska等[26]研究也发现，儿童/青少年WS1患者的视网膜厚度明显低于健康对照组和1型糖尿病组，而成人携带者与正常对照组间则无此差异；除此之外，儿童/青少年WS1患者的视网膜厚度还与年龄呈负相关，但在1型糖尿病组则无此规律。有研究表明[27]WFS1的缺失或突变还可导致视觉诱发电位(visual evoked potential, VEP)潜伏期延长。上述结果提示定期随访检查OCT和VEP可作为早期的监测指标。

另外，部分患者还可出现先天性白内障、色素性黄斑病变、眼球震颤、青光眼等眼部改变[28-30]。艾地苯醌在临床上被用于多种原因引起的视神经病变，Bababeygy等[31]发现艾地苯醌可改善WS1患者的视力。

3.3 感音神经性耳聋 多累及高频，但也有部分患者累及低频[32]，听力可以从先天性耳聋到成年听力渐进性下降，表现不一，发病年龄中位数为12.5岁(5～39岁)[2]。由于高频受累可以不影响语言的理解，因而部分患者的诊断大多延迟，应进行听力检查和听觉脑干反应以明确病情。WS1患者相较其他听力受损的患者，随着年龄的增长，听力受损的进展更为明显，这可能与中枢神经系统进行性受累有关[33]。治疗多采用配戴助听器或植入人工耳蜗。

3.4 中枢性尿崩症 发病年龄中位数为14岁(3个月～40岁)[2, 24]，由于糖尿病也会出现多尿的症状，大多被忽视，可进行尿浓缩试验以明确诊断。临床上使用去氨加压素治疗，但长期使用会引起低钠血症，应定期检测血钠。颅脑磁共振成像(magnetic resonance imaging， MRI)上可出现神经垂体信号的缺如或减弱[34]。

3.5 泌尿系统异常 发病年龄中位数为20岁(10～44岁)[2]。最常见的表现为神经源性膀胱、肾积水、输尿管扩张、尿失禁及反复泌尿系统感染，严重者可引起肾衰竭而死亡[24, 35]。反复泌尿系感染可以是WS1患者泌尿系统疾病的首发症状，早期可通过泌尿系B超、尿动力学、膀胱残余尿及肾功能等检查评估患者泌尿系统的情况。治疗多采用抗胆碱能药物和清洁间歇导尿。

3.6 神经、精神症状 发病年龄中位数为30岁(5～44岁)[2]。神经系统的症状以小脑共济失调最为常见，颅脑MRI可见全脑萎缩，尤其是小脑、髓脑和脑桥[36]。其他常见神经系统症状包括构音障碍、吞咽困难、癫痫等。此外，还可累及自主神经和周围神经。自主神经病变可引起直立性低血压、无汗、少汗、多汗、便秘、胃轻瘫、低体温或高热[37]。周围神经病变可表现为跟腱反射减弱或消失。部分患者还可出现头痛、嗅觉或味觉丧失、咽反射消失、肌阵挛等表现。其中因脑干萎缩引起的中枢性呼吸衰竭为WS1的主要死因[2]。精神疾病包括抑郁、焦虑、惊恐发作、认知障碍和双相障碍，部分患者可出现厌食症，甚至自杀行为。

然而在Chaussenot 等[34]的研究中，神经系统症状的中位发病年龄为15岁，比先前的报道都要早。这可能与先前的报道均以脑干萎缩和小脑共济失调作为主要的神经、精神症状有关，而Chaussenot的研究涵盖了认知障碍，在32%伴有神经体征的患者中发现了该症状。此外，Aloi等[38]研究也发现，多数患者在更早期就已经出现行为问题或者抑郁的表现。

3.7 生殖内分泌异常 原发性和继发性性腺功能减退在男性患者中均有报道[39-40]，可表现为勃起功能障碍和睾丸萎缩；女性患者表现为初潮延迟、闭经、稀经，但是卵巢功能正常，仍可正常受孕。由于生长激素的缺乏，WS1患者可出现身材矮小或者生长发育迟缓。另外，部分患者还可出现甲状腺功能减退[40]。

3.8 其他异常 先天性心脏病在WS1中罕见，包括法洛四联症、肺动脉瓣狭窄、室间隔缺损等[4, 38]。 另外，部分患者可出现指(趾)末端活动受限[4, 21, 29]。

4 WS1治疗最新研究进展

WS1作为一种累及多系统的综合征，目前尚缺乏有效的治疗措施，因而对于WS1患者，早发现、早诊断、早干预至为重要。有研究[41-42]表明，4-苯基丁酸和牛磺熊去氧胆酸可有效减轻ER应激，提高胰岛β细胞功能，并改善ER应激介导的胰岛β细胞凋亡和神经退行性病变，目前已被美国食品药品监督管理局(Food and Drug Administration, FDA)批准用于ER应激相关的疾病。Zatyka等[43]的研究表明WFS1可负调控肌质网/内质网钙泵(sarco/endoplasmic reticulum Ca2+-ATPase, SERCA)进而维持钙稳态，阻止神经元细胞和胰岛β细胞死亡。因此，靶向介导钙稳态的小分子以及雷诺丁受体、肌醇三磷酸受体等钙离子通道已成为新的研究方向。Lu等[44]的研究发现雷诺丁受体抑制剂丹曲林可阻止WS1小鼠诱导多能干细胞(induced pluripotent stem cells, iPS cells)来源的神经前体细胞的死亡，对WS1具有潜在的治疗价值。与此同时，Urano等[45]正致力于通过WS1患者皮肤来源的iPS细胞产生胰岛β细胞、RGC和神经元细胞；而基因编辑技术的快速发展也使纠正突变WFS1成为可能。因此，通过多学科合作开展早期干预、综合防控至关重要，可延缓WS1的进展，同时为后续的基因治疗及干细胞治疗赢得时间。

5 结语

随着测序技术的快速发展及在临床上越来越广泛的应用，临床表型结合基因检测的精准诊断将成为未来遗传眼病或综合征诊断的金标准。目前遗传性眼病或综合征的基因诊断尚缺乏统一的标准。2017年10月28日，首届“临床基因检测标准与规范专题研讨会”在深圳举办，来自全国138家机构的250多位遗传学专家、临床专家和第三方基因检测机构共同探讨并发布了临床基因检测报告规范的共识[46]。相信在不久的将来，遗传病的诊断效率将得到很大的提升，基因检测也将更有效地解决临床实际问题。因此对于临床上早期怀疑WS1者，尤其是有父母近亲结婚史、1型糖尿病和(或)耳聋的家族史，以及早期兄弟姐妹死亡史，应尽早做基因检测以进行精准诊断。一方面，早诊断利于早期干预；另一方面，明确致病基因后可通过优生优育阻断致病基因的遗传，阻断疾病在下一代的传递。一旦确诊，还应对家族其他成员进行基因检测，以明确致病和携带情况，尽早进行治疗和干预。因此，通过多学科合作，开展早期干预、综合防控对于延缓WS1进展和阻断WS1传递至关重要。

此外，近年来基因治疗在眼科领域的临床研究进展迅猛。2018年1月美国FDA批准Luxturna(AAV2-hRPE65v2)用于RPE65介导的遗传性视网膜营养不良[47]。这是里程碑式的进展，预示着其他眼病的基因治疗必将如雨后春笋般涌现，将成为WS1患者的有效解决方案。 然而，WFS1基因有33,417bp， 属于大基因转导，目前眼科基因疗法中较为成熟的腺相关病毒(adeno-associated virus, AAV)载体无法满足WFS1基因在视网膜局部甚至全身器官的转导，因此，针对WFS1基因疗法的载体选择尚存在较大挑战。为了解决这一瓶颈问题，很多学者正在积极探索新的AAV转导策略、优化慢病毒载体，以及开发非病毒载体等，并取得了一定进展。相信随着分子生物学手段的飞速进展，基因疗法将在不久的将来为WS1患者带来福音。