内耳畸形的影像分类及相关基因研究

蒋刈高搏蒋诗瑶潘旭烽林祥航唐书频王彦许燕玲戴朴

1福建医科大学省立临床医学院、福建省立医院耳鼻咽喉科（福州350001）

2中国人民解放军总医院耳鼻咽喉头颈外科（北京100853）

随着影像学技术的发展，大量内耳畸形被认识；而随着人工耳蜗植入技术的广泛开展，部分人工耳蜗植入后效果不佳，认为与耳蜗畸形程度相关。如何准确的通过对内耳畸形的分类进行术前评估，并指导听觉植入实践，是值得探讨的问题。同时随着分子诊断技术的飞速进步和临床应用，对内耳畸形相关的分子诊断能帮助对内耳畸形的精准认识。本文对内耳畸形的分类及相关基因研究进行系统回顾和综述。

1 内耳畸形的影像分类

耳聋依据不同表型还存在着不同的分类方式，其中内耳畸形的影像学分类是耳聋表型分类方式的一种。内耳是人体听觉和平衡感觉的重要器官，内耳功能和结构的异常是导致感音神经性耳聋的主要原因，在所有的感音神经性耳聋患者中，伴有内耳畸形的患者约占总数的20%[1]。然而由于内耳结构复杂，尚未形成内耳畸形统一分类共识。国际上最早报道内耳畸形分类方法是Jackler等1987年报道的[1]，随着影像技术发展，CT和MRI对骨性和神经结构有较高的分辨能力，拓宽了对内耳畸形的理解，部分学者提出对耳蜗前庭畸形分类的依据和建议，形成相应的耳蜗前庭畸形分类标准（CVM，classification of cochleovestibular malformation）。

1.1 Jackler分类标准[1]

依据内耳的胚胎发育过程结合多轨迹体层扫描,将内耳畸形分成伴有耳蜗畸形的内耳畸形和不伴有耳蜗畸形的内耳畸形两大类。伴有耳蜗畸形的内耳畸形包括：迷路缺如（Michel deformity）、耳蜗未发育（Cochlear aplasia）、耳蜗发育不全（CH、Cochlear hypoplasia）、不完全分隔型（IP、Incomplete partition(Mondini deformity)）和共同腔畸形（Common cavity）；不伴有耳蜗畸形的内耳畸形包括前庭外半规管发育不全和前庭水管扩大。

1.2 Casselman分类标准[2]

Casselman基于内耳胚胎学发育研究，提出依据CT成像进行外中耳畸形分类的同时，强调了MRI在畸形分类中的作用，通过MRI三维重建评估膜迷路的容积，建议结合MRI对内耳道(IAC)和桥小脑角(CPA)的测量，评估内听道及蜗神经畸形。将内听道狭窄分成两类，第Ⅷ对颅神经缺如的内听道狭窄是1型畸形，前庭蜗神经发育不良的内听道狭窄是2型畸形，其中伴有其他内耳畸形的2型畸形定义为2A型，而没有其他内耳畸形的2型畸形定义为2B型。通过MRI三维重建评估膜迷路的容积。但是这一分类方法对于临床手术上的借鉴意义较少，没有获得推广。

1.3 Sennaroglu分类标准

2002年Sennaroglu教授根据内耳组织学特点及耳蜗分隔不全的影像学特点，在Jackler教授内耳畸形分类基础上，将耳蜗分隔不全（IP）分成两种不同类型，并命名为IP-I和IP-II[3]。2010年Sennaroglu基于X-连锁耳聋相关内耳畸形CT影像特点及耳聋家系研究结果，增加了耳蜗分隔不全III（IP-III）分型[4]。2013年Sennaroglu根据CT检测提出初级听泡和耳蜗孔狭窄的概念。2015年Sennaroglu通过内耳畸形的病理组织学研究，发现在耳蜗分隔不全和耳蜗发育不良的病例中，蜗轴的发育程度分成7级，并提出根据蜗管内间隔和耳蜗蜗轴发育程度不同，将耳蜗发育不全分成三型[5]。2017年Sennaroglu对耳蜗、前庭、半规管、內听道、前庭水管和耳蜗导水管的畸形进行了最新的系统性分类[6]，其中根据耳蜗前庭发育程度不同分为：耳蜗和前庭完全缺失的Michel畸形；耳蜗完全缺失前庭不同程度发育的耳蜗未发育；耳蜗和前庭形成囊性结构的共同腔畸形；耳蜗和前庭分化,但根据耳蜗大小、耳蜗内蜗轴和蜗管内间隔发育程度，又分为四种类型的耳蜗发育不全和三种类型的耳蜗分隔不全。Sennaroglu的内耳畸形分类是目前临床上最常用的标准，将其详细分型列出：（一）耳蜗畸形包括：

1、Michel畸形（Michel deformity）：耳蜗和前庭结构完全缺失；2、初级听泡（Rudimentary otocyst）：听囊的不完全发育，仅毫米大小，没有內听道与之相通；3、耳蜗未发育（Cochlear aplasia）：耳蜗完全缺失，前庭结构可见；4、共同腔畸形（Common cavity）：耳蜗与前庭融合呈一囊腔，內听道开放至共同腔中央；5、耳蜗发育不全（Cochlear hypoplasia，CH）：耳蜗大小比正常要小，根据蜗管内间隔和耳蜗蜗轴发育程度不同，主要分成四类；CH-I型：泡状耳蜗，耳蜗像个小泡与内听道相通，蜗轴与蜗管内间隔不能分辨；CH-II型：囊性发育不全耳蜗，底转见蜗轴，蜗轴上1/2段缺陷，蜗管内间隔部分缺如；CH-Ⅲ型：耳蜗一转半，均存在较短的蜗轴和蜗管内间隔；CH-Ⅳ型：耳蜗底转与正常耳蜗底转大小相似，存在蜗轴及蜗管内间隔，耳蜗顶圈呈小囊状，蜗轴发育不全；6、耳蜗不完全分隔（Incomplete Partition，IP）：耳蜗大小与正常耳蜗相似，根据蜗管内间隔和耳蜗蜗轴发育程度不同，主要分成三型：IP-I型：囊性耳蜗前庭，耳蜗呈囊状，缺乏蜗管内间隔及蜗轴，伴有大的囊状前庭；IP-II型：Mondini畸形，耳蜗底转正常，耳蜗中间周与顶周融合一囊状顶，伴有前庭水管扩大；IP-Ⅲ型：X-连锁耳聋，耳蜗内没有耳蜗蜗轴，内听道底膨大与耳蜗底转相通。

（二）前庭畸形包括：

Michel畸形、共同腔畸形、前庭缺失、前庭发育不全、前庭扩大。其中前庭宽度＞3.2mm，认为是前庭扩大。

（三）半规管畸形包括：

半规管缺失、半规管发育不全、半规管扩大。半规管缺失：上半规管、外半规管、后半规管中的一个或多个结构缺失

半规管发育不全：外半规管：中央骨岛宽度＜3.6mm

上半规管：管腔宽度＜1.2mm

后半规管：管腔宽度＜1.2mm（四）内听道畸形包括：

内听道缺失、内听道狭窄、内听道扩大。其中内听道宽度＜4mm为内听道狭窄；内听道宽度＞6mm为内听道扩大。

（五）前庭水管、耳蜗导水管畸形包括：

前庭/耳蜗导水管扩大。

前庭水管扩大：总脚与外口之间中点处宽度＞1.5mm或外口宽度＞20mm。

1.4 Kim分类标准[7]

2015年Jeong和Kim认为人工耳蜗的植入往往关注电极在蜗管的位置以及电极刺激蜗轴的情况。依据这蜗管及蜗轴发育情况作为分类标准有助于评估耳蜗的植入效果。

依据颞骨CT中耳蜗和蜗轴的形态分类：A型：耳蜗与蜗轴正常，包含前庭水管扩大、半规管/前庭发育不良；B型：耳蜗畸形、蜗轴部分缺失，包含不完全分隔II型和耳蜗发育不全III型；C型：耳蜗畸形、蜗轴完全缺失，包含不完全分隔I型和耳蜗发育不全I型和II型；D型：耳蜗与蜗轴完全缺失，包含共同腔畸形和耳蜗不发育。结合MRI评估蜗神经宽度，建议蜗神经宽度标准参考其他颅神经宽度，1.4mm以上为正常，反之为狭窄或缺失。提出分类中的C型和D型面神经缺失概率高，建议常规MRI检查。Michel畸形，耳蜗分隔不全III型和内听道狭窄不纳入该分类方式中的任何一种，需特殊处理。

1.5 Olgun内耳畸形评级系统[8]

2016年Olgun提出将内耳结构分为五个解剖亚组：内听道（I）、耳蜗神经（N）、耳蜗（C）、前庭水管（A）和前庭（V）。每个解剖亚组均根据畸形程度不同被划分为不同等级，通过CT和MRI检测后，对检测结果进行INCAV的畸形程度评级。Olgun通过43例内耳畸形病例的CT和MRI下INCAV系统评级与Sennaroglu的内耳畸形分类进行比对后，认为临床中不典型内耳畸形存在比例高，多种内耳畸形可能同时存在，INCAV系统评级能够更加准确的描述内耳畸形情况。

2 内耳畸形相关的基因研究

内耳发育畸形表型多样，致病基因通过不同途径影响内耳的发生和发育过程。内耳畸形发育主要是因为胚胎发育的不同阶段出现停滞导致[1,5]。胚胎发育第3周停滞出现Michel畸形，第3周后期内耳发育停滞出现耳蜗未发育，第4周内耳发育停滞出现共同腔畸形，第5-7周内耳发育停滞出现耳蜗分隔不全，如果胚胎发育第8周前未出现内耳发育停滞，则形成正常形态的耳蜗。Sennaroglu[5]还提出，双侧对称的耳蜗前庭畸型的病因可能是遗传性的，而双侧不对称者多可能受外界因素影响。目前，明确报道与内耳畸形相关基因有以下几类：

表1 INCAV系统评级Table 1 The INCAV system for inner ear malformation

1、SLC26A4基因与大前庭水管综合征（前庭水管扩大、Pendred综合征和耳蜗分隔不全II型（IP-II））

SLC26A4基因编码Pendrin蛋白，是一种氯离子转运体跨膜蛋白，在细胞内外形成Cl-/I-或Cl-/HCO3-离子互换。SLC26A4基因在内耳的内淋巴管、内淋巴囊及Corti器的外沟细胞和螺旋突起区域表达[9]，与维持内淋巴液离子环境的动态平衡有密切联系。SLC26A4基因敲除的大前庭水管小鼠模型的内淋巴液离子成分分析证实，SLC26A4基因突变可能导致内淋巴液离子环境的失衡，进而形成耳聋[10]。解放军总医院聋病分子诊断中心对2,352例无血缘关系的中重度感音神经性耳聋患者的基因检测结合颞骨CT分析，显示中国大前庭水管相关畸形的比例高达11%[11]，SLC26A4基因突变是大前庭水管相关内耳畸形的主要致病原因，存在广泛的基因突变谱，目前报道的突变位点已超过300个。

2、POU3F4基因、COL4A6基因与耳蜗分隔不全Ⅲ型（IP-Ⅲ）

POU3F4基因：位于Xq21.1区域，仅有一个外显子，外显子区域全长1,491bp，开放阅读框架全长1,083bp，编码的蛋白含有361个氨基酸，POU3F4基因是一种转录因子。属于POU结构域家族成员之一，该家族基因均含有一个由高度保守的看家区域（含60个氨基酸同源结构域）和POU特异区（含76-78个氨基酸）组成的POU区域，其特异性结构域能够增强同源结构域与DNA结合的能力，调节下游靶基因[12]。目前已有十余篇文献报道了IP-Ⅲ家系的POU3F4基因突变。HGMD（人类基因突变数据库）已有80个致病突变及大片段缺失的变异报道。

COL4A6基因：位于染色体Xq22.3区域，外显子区域全长283,891bp，编码的蛋白含有1,691个氨基酸，属于Ⅳ型胶原基因家族，在人类染色体中Ⅳ型胶原基因是成对出现的，其中COL4A1/COL4A2位于13q35-37区域、COL4A3/COL4A4位于2q35-37区域、COL4A5/COL4A6位于Xq22-24区域，形成头对头的构象，因此每对基因具有共同的启动子，也可以单独启动具有组织特异性表达。COL4A6基因编码基底膜Ⅳ型胶原的六个亚基之一α6链，与COL4A5编码的两条α-5链形成异三聚体。所有IV型胶原都是基底膜的组成部分：α1(IV)和α2(IV)广泛表达，其余的α链仅存在于特定的组织中。COL4A5在肾脏、皮肤、气管、眼睛和神经肌肉交界处的基底膜中表达，除肾小球基底膜外，COL4A6在这些组织中也有表达[13]。COL4A5/COL4A6连接处缺失可以导致Alport综合征，单独的COL4A6基因突变尚未在Alport综合征家系中报道，但在一个IP-Ⅲ家系中存在表型-基因型共分离现象，在小鼠内耳模型中COL4A6在螺旋韧带血管纹的膜和骨结构中强表达[14]。

3、SOX10基因与Waardenburg综合征（WS）

SOX10基因：性别决定区盒基因（sex determining region Y(SRY)-box 10），位于染色体22q13.1，编码的蛋白含有466个氨基酸，是神经嵴细胞迁徙、分化中关键的转录因子，由高活性组分结构域(High mobility group,HMG)、Group E结构域和C 端转录激活域(TA)构成，其中HMG域的主要功能是直接或间接结合KROX-20、PAX3、PAX6、HOXA3等靶基因的上游启动子顺时作用元件，来调控靶基因表达。SOX10基因是导致WS 2型的主要致病基因。Elmaleh-Bergès等[15]对携带有SOX10突变的15例WS患者进行了影像学研究，发现4例携带SOX10基因突变患者存在双侧内耳异常，颞骨影像学检查以半规管的缺如和发育不全、前庭水管扩大以及耳蜗畸形较常见。

4、EYA1基因、SIX1基因与腮耳肾综合征(Branchio-oto-renal syndrome，BORS)

EYA1基因：果蝇缺眼基因（Drosophila eyesabsentgene，EYA）同源基因，SIX1基因：同源盒基因（sineoculis homeobox homolog 1,SIX1），均是转录调控因子。在内耳中，同源蛋白SIX1与反式激活磷酸酶EYA1交互形成转录激活EYA/SIX复合物，调节感应神经细胞的增殖、存活以及内耳发育过程中的分化诱导。Dantas等[16]报道了一个伴有外、中、内耳畸形、颈部瘘管但无肾功能异常的巴西腮耳肾综合征大家庭中存在EYA1基因突变。Song等[17]报道的7个不相关的韩国腮耳肾综合征家系中，有5个家系为EYA1基因突变导致，这些家系均存在不同程度的耳蜗发育不良、前庭水管扩大和面神经移位。Ito等[18]以SIX1基因突变的腮耳肾综合征患者为研究对象，发现SIX1的Y129C突变可能导致腮耳肾综合征中前庭水管扩大的发生。5、CHD7基因与CHARGE综合征

CHD7基因：染色质域解旋酶DNA结合蛋白7(chromodomain helicase DNA-binding protein 7)，位于8q12.1，具有37个编码外显子和1个非编码外显子，编码的蛋白含有2,997个氨基酸，参与ATP依赖的染色质重塑，对一系列发育通路具有调节作用。CHD7基因突变可引起常染色体显性遗传性CHARGE综合征，表现为一系列临床症状包括：眼组织病变（C）、心脏疾病（H）、后鼻孔闭锁（A）、生长与发育延迟和/或中枢神经系统异常（R）、生殖系统发育不良（G），以及耳部异常和/或耳聋（E）。Aramaki[19]报道的24例CHARGE综合征病例中有17例外耳道畸形，对其中6例患者进行影像检查发现不同程度的半规管发育畸形伴随耳蜗发育不良。Holcomb等[20]报道的17例CHARGE综合征病例中发现耳蜗发育不良27耳、内听道狭窄22耳，其中13耳发现蜗神经变细或缺如。Grenn GE.等[21]发现CHARGE综合征的患儿常伴有半规管发育异常，认为CHD7基因突变是儿童半规管未发育的主要原因。

除了上述相对明确的导致内耳畸形的基因研究外，尚有一些关于内耳畸形的基因检测报道，其内耳畸形与基因的相关性，仍有待大样本分析得到明确的结果。

综上所述，通过对内耳畸形分类标准化的探索，可以完成对内耳畸形较为精准的分类，形成通用可交流的内耳畸形分类专业语言，以准确有效地指导听觉植入实践；同时内耳畸形的精准分类，将形成鲜明表型特征的耳聋亚群，结合耳聋基因检测和遗传学的深入研究，极有可能通过表型、基因型研究，系统地阐述各种内耳畸形的发生、发展和内在和相互关系。