腭心面综合征临床特征和遗传学的研究进展

周玉兰 石冰 贾仲林

口腔疾病研究国家重点实验室 国家口腔疾病临床医学研究中心四川大学华西口腔医院唇腭裂外科 成都 610041

唇腭裂是人类常见多发的先天性畸形之一，根据有无其他全身性先天畸形的伴发，可将其分为综合征型唇腭裂（syndromic cleft lip with or without cleft palate，SCL/P）和非综合征型唇腭裂（nonsyndromic cleft lip with or without cleft palate，NSCL/P）[1]。

腭心面综合征（velo cardio facial syndrome，VCFS）因其特征性临床表现如腭部异常、先天性心脏病、特征性面部畸形等，被认为是SCL/P的一种类型[2-3]。VCFS是一种常染色体显性遗传疾病，之前也被描述为DiGeorge综合征、22q11.2缺失综合征 （22q11.2 depletion syndrome，22q11.2 DS）等，主要与22号染色体22q11.2或其他染色体上的拷贝数变异有关[3-4]。VCFS的发病率约为4 000~7 000人中有1人患有这种疾病[4-5]。

VCFS涉及多器官结构、功能异常，以其不同的严重程度和外显率而闻名。其特征是咽弓系统发育性缺陷，导致甲状旁腺、胸腺和心脏等发育畸形。患者有轻微到严重的医学特征，包括最常见的先天性心脏病、自身免疫性疾病、腭部异常、低钙血症（通常与甲状旁腺机能减退有关）、甲状腺疾病、胃肠道异常、肾脏异常、骨骼异常、血小板减少和特征性面部畸形[6-7]。

VCFS本质是一种在减数分裂时期由于染色体重排引起的先天性畸形和神经精神疾病，大多数病例（约90%）是由新突变引起的，也有患者以常染色体显性遗传模式从他们的父亲或者母亲那里继承了在q11.2区缺失的22号染色体[3-7]。本文主要对VCFS的临床特征、遗传学基础等方面的研究进展做一综述，以便为其早期诊断和干预提供帮助。

1 VCFS的临床特征

每个VCFS患者的表型都表现出很大的多样性，已经报道了超过180种涉及几乎所有器官和系统的临床表现[6-13]，主要包括以下11种临床表现。1）49%~83%的患者可能出现心脏畸形，包括法洛四联症（17%~22%）、主动脉弓断离（14%~15%）、室间隔缺损（13%~14%）、动脉干畸形（7%~9%）等；2）70%~90%的患者可能出现特征性面部畸形；3）79%~84%的患者可能出现语言发育迟缓，75%患者婴儿期发育迟缓，45%的患者儿童期发育迟缓；4）69%~100%的患者可能出现腭部发育异常，比如5%~16%患者可能出现腭隐裂表型；5） 36%的患者可能出现肾功能异常；6）17%~60%的患者可能出现低血钙症；7）8%的患者可能出现神经系统异常，包括脑萎缩和小脑发育不全等；8）2.5%的患者可能出现牙齿迟萌和牙釉质发育不全；9）17%~19%的患者可能出现骨骼畸形；10）9%~50%的患者可能出现行为或精神问题，表现为25%的患者可能出现注意缺陷多动障碍或有精神分裂症等。

值得注意的是，VCFS患者最常见的5种临床表现包括腭部异常、先天性心脏病、特征性面部畸形、免疫缺陷和认知或行为障碍。然而，在所有患者中不会只出现单一的表型，也没有患者会出现所有报道的表型。VCFS患者的腭部异常具体表现为腭隐裂、软腭裂、完全性腭裂或先天性腭咽功能不全。VCFS患者的先天性心脏病包括有冠心病、主动脉弓异常或其他表型：法洛四联症、房间隔缺损、主动脉弓断裂、动脉导管未闭、室间隔缺损等。VCFS患者的特征性面部畸形主要表现为：脸垂直变长、睑裂窄、鼻根宽、颧区扁平、下颌后缩等。VCFS患者的免疫缺陷是指患者胸腺发育不全、T细胞缺乏或有复发感染史。随着时间的推移，VCFS患者可能出现的其他临床问题包括发育迟缓、恶性肿瘤和神经系统症状，如精神分裂症等[14-15]。

与普通人群相比，VCFS患者患恶性肿瘤的风险更高；自闭症、焦虑、注意力缺陷障碍和精神分裂症等精神疾病都很常见[12]。患有VCFS的个体具有特征性的行为表型，其行为、精神、神经心理和语言障碍的发生率很高。大多数VCFS患者有认知或行为障碍，这意味着患者有轻度智力低下或智力残疾[11]；25%的患者可能会发展成为精神分裂症；其他显著的行为异常包括注意力缺陷、障碍和焦虑[14-16]。Vorstman等[17]指出，早期认知能力下降是VCFS患者发展为精神疾病风险的有力指标。

VCFS患者需要多学科综合治疗的临床策略来为其从出生到成年期间提供有效的医疗和护理保障。在VCFS患者生命的前20年里，消耗的医疗保健费用可能达到100万美元，并且VCFS患者与正常人相比预期寿命缩短[18]。

2 VCFS的遗传学基础

罕见的、反复出现的具有致病意义的拷贝数变异被称为基因组疾病[19]。VCFS是最常见的具有极端表型异质性的人类基因组疾病之一，其主要的发病机制是减数分裂时期22号染色体q11带区域发生了重组导致该区域内染色体片段微缺失。VCFS的表型在不同人群、不同患者和家族内成员之间表现出异质性。许多可能的机制可以解释异质性，如22号染色体长臂近着丝粒端微片段即22q11.2，不同片段大小和位置的单核苷酸变异体、插入/缺失和拷贝数变异等[9]。90%的VCFS个体在22号染色体上发生一个300万碱基对的典型缺失区（typical deleted region，TDR），导致该区域大约106个基因的等位基因单倍剂量不足[20]。其中46个是蛋白质编码基因，24个是无功能假基因，其余的是非编码RNA，包括7个微小RNA（microRNA，miRNA），12个长链非编码RNA（long non coding RNA，lncRNA）、2个小核仁RNA（small nucleolar RNA，snoRNA）以及其他未定义的转录本。大约5%~8%的VCFS个体出现位于TDR内一个更小的、近端嵌套的150万碱基对的缺失，这导致了近30个编码基因的等位基因单倍剂量不足。这2种类型的缺失都是由于减数分裂期间错误的染色体重排造成的。这些交换涉及的低拷贝重复序列（low copy repeats，LCRs），或片段重复，都分布在染色体22q11.2区域的5.6 Mb片段上[21-22]。

在减数分裂中22q11.2缺失的机制涉及到分散在该区域的4组LCRs，由非等位基因的同源重组事件介导的，96%的序列是相同的，在交叉交换过程中导致错误的删除或重复[23]。它在大多数个体中以1.5~3.0 Mb的从头缺失的形式出现[24]。虽然大约5%是遗传的，但是当遗传时有50%的复发风险，表现出100%外显率和广泛表达[25]。

4个LCRs映射到与该疾病相关的3 Mb区域，它们被称为LCRs-A、-B、-C和-D。在超过90%的患者中，LCRs-A~LCRs-D的区域被删除，这被称为LCRsA-D缺失类型。1.5 Mb的LCRsA-B的缺失是第二常见的缺失类型，而2.0 Mb的LCRsA-C的缺失频率最低[26]。此外，一些患者在TDR附近嵌套了1.5 Mb的非典型缺失，只有少数患者表现出非典型缺失与TDR重叠或不重叠[27-29]。

然而，除了22q11.2微缺失外，既往研究也发现，部分患者的临床表型与染色体上存在22q11.2重复或拷贝数变异的患者相似，这些患者也被一些遗传学家和临床医生诊断为VCFS[3-4]。Wu等[3]的研究结果显示，所有伴有腭部异常和特征性面部畸形的患者都会出现22q11.2微缺失。除了单一基因拷贝数变异，可能还有其他机制，如第2个人类基因组变异、单核苷酸的改变、基因突变、表观遗传或随机因素等，在功能相关的路径方面改变基因的表达，导致这些特殊表型出现[28]。

研究[29]显示，患者临床表现为腭部异常和先天性心脏病患者或免疫缺陷，伴或不伴有其他罕见临床表型，都可以表现出人类基因组拷贝数变异的异质性，包括一些染色体区域4q34.1、6q25.3、4q23、Xp11.4、13q21.1、17q23.2、7p21.3、2p11.2、11q24.3和16q23.3和一些可能的致病基因，包括BCOR、 PRR20A、 TBX2、 SMYD1、 KLKB1 和TULP4等。

目前研究[30]报道，VCFS临床表型有关的基因包括TBX1、DGCR8，CRKL、PRODH、RTN4R、ZDHHC8、COMT、GNB1L、SEP5、GP1BB等。

TBX1基因被认为是VCFS的最主要的候选基因，此处着重讨论TBX1基因。VCFS患者表现的先天性畸形通常与TBX1基因的等位基因单倍剂量不足有关，TBX1基因的等位基因单倍剂量不足被认为是一种重要的遗传疾病[31]。TBX1基因属于T-box转录因子家族，编码DNA结合转录因子，在胚胎咽弓发育系统和第二心区心肌细胞的特定区域表达，调节近2 000个基因的表达[31-32]。研究[31]表明，TBX1与组蛋白赖氨酸N-甲基转移酶（KMT2）家族成员相互作用，KMT2酶通过染色质上组蛋白H的4位（H3K4）上的赖氨酸残基单甲基化激活转录，TBX1-KMT2复合体通过标记染色质调低数千个基因的表达。TBX1水平的变化可能是腭咽部畸形严重程度的基础，并且该基因编码在染色体22q11.2 经常缺失的片段上。DGCR6 基因下调TBX1表达水平，影响胚胎咽弓区神经嵴细胞的迁移[32-34]。神经嵴细胞与胸腺包膜一起建立咽弓动脉的血管系统，其位置的改变会影响咽弓动脉的形态形成，导致先天性心脏缺陷、胸腺发育不全等[32-34]。而在VCFS患者中由于DGCR6及其同源物DGCR6L的单倍剂量不足使得它们各自的转录水平降低50%，这与冠心病发生密切相关[35]。这些发现表明DGCR6表达水平的波动将影响TBX1水平，并因此影响咽弓区域的分化模式，导致畸形的发生。由于骨形态发生蛋白4（bone morphogenetic protein 4，BMP4）在调节早期胸腺和甲状旁腺形态发生、心脏流出道的分隔和弓动脉的重构中起着关键的作用。TBX1表达水平变化会阻止或破坏有效的BMP4信号传导，从而影响这些生物学过程，导致先天畸形的发生[36-39]。总之，TBX1基因编码特殊转录因子，通过表观遗传修饰来调控大量基因，在哺乳动物的心脏、血管和中枢神经系统发育中起重要的调控作用，TBX1表达水平的改变肯定会影响先天畸形的严重程度。最初创建VCFS小鼠模型，在16号染色体（与人类染色体22q11.2同源）上缺失不同长度的片段，以识别疾病的致病基因[40]。小鼠表型证实TBX1水平的变化影响冠心病、胸腺发育不全和甲状旁腺功能低下的严重程度；TBX1表达水平降低到胚胎中正常的35%会导致小鼠胸腺发育不良[30]。用组蛋白去甲基化酶抑制剂治疗低水平TBX1的孕鼠可以增加H3K4的甲基化水平，并部分挽救TBXl基因水平改变导致的胚胎心血管系统异常[31]。DGCR8是导致VCFS患者严重临床畸形的另一关键基因。它是一种核miRNA结合蛋白，为miRNA生物发生所必需[41]。在小鼠模型中，DGCR8等位基因单倍剂量不足导致神经元中筛选的miRNA的整体表达下降30%~50%，多种非编码RNA单倍剂量不足和广泛的miRNA调控失调将影响胚胎发育过程以及心脏、免疫和神经系统的结构和功能[41]。研究[42-43]表明，还有一些其他候选基因可能影响22q11.2微缺失的外显率和严重程度，其中包括血管内皮生长因子、成纤维细胞生长因子8和血小板来源生长因子受体；以及小鼠模型中确定的其他候选基因包括PAX1、 PAX3、 RARB、 CYP26B1、 HOXA3、HOXB1、HOXB3、HOXB4和HOXD4等。然而这些基因在VCFS发病机制中的功能作用需要在后续的研究中进一步探索和验证。

3 VCFS脑功能成像研究

到目前为止，已有研究表明精神分裂症患者、自闭症患者和VCFS患者的心理网络中的异常连接与社会认知困难之间存在联系。大脑中一些白质束被认为在社会信息的传递中起着重要的作用。VCFS患者存在认知和社会功能缺陷及精神障碍，表现在大脑灰质和白质体积减少以及灰质微结构的某些改变[44]。研究[45]表明，在一个广泛的脑解剖网络中VCFS患者表现出大脑白质连接异常，涉及到所有脑叶和小脑束；白质中断，特别是右侧额枕下束轴突相干性中断，可能是VCFS患者的社会认知困难和精神疾病的生物学标志物。Scariati等[46]研究指出，VCFS患者大脑结构和功能连接改变，尤其是大脑额叶和中线结构的白质微结构连接障碍与VCFS中的精神病发生有关。未来的研究可以关注VCFS患者大脑的白质发展轨迹、白质改变与精神障碍的关联以及22q11.2候选基因对大脑白质异常的影响。

4 VCFS的诊断

可变基因型和临床表型使得VCFS诊断非常复杂。在5种最常见的表型中，包括腭部异常、先天性心脏病、特征性面部畸形、免疫缺陷和认知或行为障碍，至少表现出两种的患者被临床诊断为VCFS。目前可采用多重连接依赖探针扩增（multiplex ligation dependent probe amplification，MLPA）、阵列比较基因组杂交（array comparative genomic hybridization，aCGH）和定量聚合酶链反应在基因水平检测拷贝数变异[47-49]。临床表型腭部异常和面部特征性畸形是22q11.2微缺失的绝对指标，提示患者应考虑22q11.2微缺失。对于22q11.2缺失或重复的患者，MLPA是一种成本效益高、敏感且首选的方法。目前，建立VCFS表型和基因型之间的确切相关性仍然是挑战之一。随着生物技术的发展，患者的遗传变异检测变得更加容易。基于表型缩小检测区域，聚焦某些潜在靶点，可以提高诊断的准确性，降低患者的费用。

5 临床治疗与展望

VCFS患者临床表现为多器官结构和功能异常，需要结合多学科综合序列治疗，包括心胸外科、整形外科、神经外科、口腔颌面外科、耳鼻喉专科、语音治疗专科、精神病专科、心理学治疗专科等。分子诊断为VCFS患者提供了一些选择，对于避免漏诊、早期干预、治疗、遗传咨询和预后具有重要意义。22q11DS研究的意义不仅限于这种遗传疾病，还有助于理解在其他罕见致病变异中观察到的现象，包括相关表型的高变异性和可变表达。然而，与表型变异相关的拷贝数变异的解释仍然具有挑战性。全基因组测序和基于DNA的微阵列技术的创新，使得利用孕妇血样对发育中的胎儿进行22q11.2微缺失的准确诊断成为可能，这些无创产前检查非常敏感，假阳性发现率低。VCFS患者中证实了广泛的临床表型，对于所有怀疑有心脏缺陷、面部异常、胸腺发育不全、腭裂或低钙血症相关症状的个体，应立即进行VCFS的基因检测，以确认诊断并促进遗传咨询。早期诊断和干预对降低发病率和提高生活质量至关重要。

利益冲突声明：作者声明本文无利益冲突。