5种常见综合征型唇腭裂遗传学研究进展

孙嘉琳 林岩松 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

先天性唇腭裂是人类最常见的先天性出生缺陷，根据表型不同可分为唇裂伴或不伴腭裂以及单纯腭裂。该疾病在世界范围内的平均发生率约为1.2/1 000，是由遗传和环境共同作用导致的多因素遗传病[1]。约30%的唇腭裂患者以综合征形式出现，同时伴有全身其他部位先天畸形，而另外约70%的患者为非综合征形式。非综合征型唇腭裂病因学较为复杂，与此相反，综合征型唇腭裂多由明确的染色体结构异常或单基因突变所致，符合孟德尔遗传定律。本文将就几种较为常见的综合征型唇腭裂近年来的遗传学方面的研究进展进行讨论。

1 Van der Woude综合征（Van der Woude syndrome，VWS）

VWS是最常见的唇腭裂综合征，约占所有唇腭裂患者的2%，新生儿发病率约1/34 000[2]。虽然VWS外显率较高，但表现度不一致。VWS的典型表现为先天性下唇凹陷，同时可伴或不伴有唇裂和腭裂，并且患者家属中可同时出现唇腭裂。VWS患者的下唇凹陷也可有多种表型，可为单侧或双侧，圆锥形或仅为浅开口。另外还有15%的患者不表现下唇凹陷，与非综合征型唇腭裂难以鉴别[3]。Malik等[4]认为，下唇凹陷或为胚胎发育早期的残留物，但具体机制尚不清楚，或可藉由对下唇凹陷发育机制的研究进一步探究VWS的发病机制。现已确定的VWS致病的突变位于干扰素调节因子（interferon regulatory factor，IRF）6和粒状头样3（grainyhead-like 3，GRHL3）基因上，均为常染色体显性遗传。在约70%的VWS患者中可检测到IRF6基因突变，其中有80%的突变位于外显子3，4，7和9号[5]。Leslie等[6]发现，VWS患者中IRF6的突变多位于DNA结合域。进一步的研究[7]发现，唇腭裂相关的IRF6突变多位于与其他因子相互作用相关的区域，证实IRF6与其他因子的相互作用，对于VWS的致病至关重要。已有的研究[7-9]发现，IRF6与Klf4，非转移性细胞（non metastatic cell，NME）1和NME2，受体酪氨酸激酶信号通路之间的相互作用对于动物胚胎发育早期腭部口腔周上皮细胞的细胞分化有调节作用，而IRF6突变的VWS患者表型多样性或由其他与IRF6相互作用或IRF6相关的调节网络的影响所致[10]。Peyrard-Janvid等[11]发现，另外约有5%的VWS患者是由于GRHL3基因突变所致。随后陆续发现IRF6-GRHL3调节网络对于腭发育有重要意义[12]。

除此之外，Degen等[13]在VWS患者衍生的角质形成细胞中观察到缺少蛋白结合结构域和整个C末端的IRF6-VWS蛋白的稳定性明显低于野生型，因此其作为转录因子的功能不足。诸多的研究成果均证实，IRF6在VWS患者腭发育中有重要作用，未来的研究重点毫无疑问将放在IRF6及其相关调节网络上，并且由于IRF6突变亦可导致非综合征型的唇腭裂，对于VWS的研究也同样对将来非综合征型唇腭裂的研究具有指导作用。

2 22q11.2微缺失综合征（22q11.2 micro deletion syndrome，22q11.2DS）

22q11.2DS是极为常见的综合征，在婴儿中的发病率约为1/4 000[14]。22q11.2DS的表型极为多样，约35%～90%的22q11.2DS最初被诊断为以先天性心脏病、甲状旁腺功能减退和免疫缺陷为特点的DiGeorge综合征，约80%～100%被诊断为腭心面综合征，其典型特征为心脏畸形和腭部发育异常等。

虽然最初被认为是多种疾病，但最终均被证实由22号染色体长臂近着丝粒端存在典型缺失区域（typical deletion region，TDR）导致，但依据不同的临床表现而有不同的临床诊断。现已确认，22q11.2DS会导致该区域90余个基因单倍型不足，如TBX1、DVL222、UFD1L等；其中研究最多的为TBX1基因。现已证实，TBX1基因为腭心面综合征典型表现的主效致病基因，TBX1对于胚胎发育过程中心脏发育的影响已经基本阐明[15-16]。随着对22q11.2DS认识的逐步深入，学者们逐渐发现微缺失与TDR内的4个低拷贝重复序列相关[17-18]。由于其96%的部分都是完全相同的，使得该位点易受错误的减数分裂的影响，多项对TDR的重复实验也证实了缺失的主要机制为减数分裂时的不平衡交换[18-19]。之后对于TBX1的研究或将关注于是否能在胚胎发育早期通过一定干预措施弥补微缺失对心脏发育造成的影响，例如通过TBX1表达的抑制剂维甲酸、相关的修饰基因等，对TBX1单倍型不足的患儿的表达进行调控。

另外，约36%的22q11.2DS患者存在先天性肾脏和泌尿道异常[20]。Lopez-Rivera等[21]发现，位于22q11.2位点的一段370 kb的缺失尤其是CRKL基因单倍剂量不足导致了DiGeorge综合征肾损害以及散发型先天性肾脏和泌尿道异常。同时，该研究也发现在1 093名肾脏发育不全患者中，约1.1%存在22q11.2缺失，因此推测或许22q11.2微缺失患者存在患先天性肾病的倾向。

随着对22q11.2DS认识的逐步深入，学者们已不再满足于仅将其作为单一疾病进行研究。22q11.2缺失是已知的精神神经类疾病最大的危险因素，原因或许是由于其对神经发育存在影响。染色体互换对于评价拷贝数变异、脑测量及相关的神经精神疾病预后有着重要意义。虽然基因剂量在动物模型上具有可操作性，但无法在人体上实现，因此利用已存在的突变作为研究的手段成为了一大趋势。而22q11.2位点由于易受染色体重排影响，因此成为了研究基因剂量效应的一大突破口。Lin等[22]对143名受试者（其中包括66名22q11.2微缺失，21名22q11.2微重复，56名无突变）进行了磁共振成像扫描检测，22q11.2缺失患者存在精神分裂症状，22q11.2微重复存在自闭症，且其大脑形态存在明显差异，前者灰质较厚，大脑表面区域较少，而后者则正好相反。因此，该研究推测22q11.2处的基因剂量效应对大脑存在显著影响。儿茶酚氧位甲基转移酶（catechol-Omethyltransferase，COMT），是与多巴胺代谢相关的酶，存在高酶活性和低酶活性2种表型，即COMTH和COMTL。而腭心面综合征患者由于该基因的单倍型缺失，因此COMTL的患者存在最低的COMT酶活性，与22q11.2DS心理精神疾病的高发病率这个事实吻合。因此，他们认为可以通过22q11.2DS这一研究手段，深入探究心理精神疾病后的遗传因素，以及关键基因的剂量效应。Voll等[23]发现22q11.2DS成年人肥胖症明显相关，证实肥胖症确有其遗传基础，并且存在明显的剂量效应，为后续肥胖症的相关基因研究提供了大致方向，也为22q11.2DS者的成年后治疗提供了参考。

从以上3项研究可看出，随着对22q11.2DS认识的加深，其对于学者们不再是单一病种和研究对象，由于其独特的单倍型缺失，造成的TDR内基因存在明显的剂量效应，该缺失逐渐成为学者们对于一些22q11.2DS相关症状、疾病基因研究的跳板，借助这一天然形成的基因模型，可以更好地研究相关的疾病。

3 Treacher Collins综合征（Treacher Collins syndrome，TCS）

TCS是一种先天性颌面部发育缺陷，典型特征为面部骨发育不全，尤其是上下颌骨和颧骨复合体，以及眼裂下斜，不同程度下眼睑缺失伴睫毛缺失，常伴有呼吸道梗阻、腭裂等[24]。TCS的发病机制已基本阐明，主要的致病基因是Tcof1（约占TCS患者80%），POLR1C和POLR1D（约占20%），其中Tcof1呈常染色体显性，POLR1C和POLR1D分为常染色体隐性和显性[25-26]。但Schaefer等[27]发现，POLR1D突变所致的TCS也可呈常染色体隐性突变。Tcof1基因编码核仁磷酸蛋白Treacle、POLR1C和POLR1D编码RNA聚合酶（polymerase，Pol）Ⅰ和Ⅲ共有的亚基，Treacle通过上游结合因子和核仁中的RNA PolⅠ直接结合来促进核糖体RNA转录。RNA PolⅠ和RNA PolⅢ对核糖体RNA的转录被认为是核糖体生物发生的限速步骤之一[28]。现有的动物实验已证实，TCS的致病机制是由于神经嵴细胞（neural crest cells，NCC）核糖体生物发生减少所致。NCC是1种多潜能游走细胞，最终分化为面部骨等组织，NCC增殖、迁移、分化调节异常会导致多种发育疾病如TCS。发育中的NCC要合成更多蛋白质，因此需要大量核糖体，在TCS动物模型中可观察到，由于核糖体供应不足，NCC未完全生长增殖时就提前凋亡，从而导致颌面发育不足和缺陷[25,29]。POLR1C和POLR1D导致RNA PolⅠ和PolⅢ合成减少，进而导致核糖体RNA减少，蛋白质合成减少，NCC细胞提前凋亡。随着对TCS致病机制的认识逐渐加深，研究重点逐渐转向了对于TCS的预防和治疗。Noack Watt等[28]发现，对p53的遗传抑制可以抑制NCC凋亡并改善POLR1C和POLR1D突变导致的骨骼异常。但抑制p53会导致肿瘤的发生和转移，因此还需要探究与p53无关的预防手段。Sakai等[30]发现，Treacle蛋白集中到中心体处，对于脑发育过程中神经前体细胞的染色体分离和细胞分裂有重要的调节作用。de Peralta等[31]发现通过抗氧化治疗可缓解TCS模型动物颌面部畸形表现，同时可以保证p53基因的正常表达，避免肿瘤相关后遗症。Kwong等[32]发现，TCS模型斑马鱼胚胎中POLR1C基因的作用时间点为受精后8～30 h，可在此期间对突变的POLR1C基因进行治疗和恢复。对TCS的抗氧化治疗以及各致病基因的作用时间将会是未来研究的主要方向。

4 Crouzon-Apert综合征

颅缝早闭是一系列以不同部位的颅缝过早闭合为特征的综合征，常合并有唇裂、腭裂。目前已有报道的颅缝早闭综合征便已逾上百种。其中，Crouzon综合征（Crouzon syndrome，CS）及Apert综合征（Apert syndrome，AS）便是最为常见的2种。

CS表现为尖头畸形、面孔异常，如面中部凹陷和眼球突出等，与其他颅缝早闭症的区别是患儿具有正常的手足外观，仅存在颅颌面畸形。AS又称尖头并指/趾畸形，颅面部症状与CS相似，表现为颅缝早闭所致的头颅畸形，突眼和面中部严重发育不良，头颅畸形为尖头和短头，同时伴有对称性手足并指/趾畸形，多数患儿有智力迟缓。

CS及AS均为常染色体显性遗传病，对于大部分患者而言，定位于10q25～q26的成纤维生长因子受体（fibroblast growth factor receptor，FGFR）2蛋白编码区基因突变为主要病因[33]。FGFR由1组相关但独立的酪氨酸激酶受体组成，这些受体有着相似的蛋白结构：3个胞外免疫球蛋白样区域，1个单独的膜生成部分，以及胞内的酪氨酸激酶区域。FGFR可分为FGFR1（编码基因在Pfeiffer综合征中发生突变），FGFR2（编码基因在AS、CS中发生突变），FGFR3（编码基因在软骨发育不全症和伴黑棘皮症的CS中发生突变），以及FGFR4。

近年来，通过对AS患者基因突变的频率远超全基因组的平均突变率的原因进行探究，学者们[34-37]证实了AS患者致病突变多来源于父亲提供的精原干细胞，这是由于青春期后男性较女性有更多的生殖细胞分裂，更易产生新突变，年纪较大的父亲较年轻的更容易生出患病儿童，这一效应被称为父系年龄效应（paternal age effect，PAE）。相关研究[38]证实，带有PAE的精原干细胞体外适应性和竞争力更强，但机制尚不明确。例如AS这类呈家族再发性，常染色体显性，偏向父亲遗传，且受父亲年龄影响较大的效应称为复发性常染色体显性男性偏父年龄效应（recurrent autosomal dominant male biased paternal age effect，RAMPAE）[39]。考虑到随着当今社会变迁，男性生育年龄逐渐上升，男性可考虑冷冻精液样本以避免RAMPAE的产生。

CS和AS主要致病突变为FGFR2基因的S252W和P253R位点突变[40]。另一研究热点是深入探究S252W突变在颅缝早闭发生过程中的作用。Chen等[41]发现，FGFR2+/S252W突变Apert小鼠胚胎发育阶段p38和Erk1/2信号通路与骨量减少有关。Xu等[42]发现，Wnt/β-catenin信号通路与成年小鼠激活FGFR2+/S252W突变导致的成骨增加有关，且通过注射Wnt信号抑制剂可部分反转这一进程。其他可能与FGFR2基因S252W突变相关的信号通路有MEK、ERK、PLCγ、p38和Wnt/β-catenin等[41,43-44]。已有相当数量的研究[45-50]证实，通过药物性抑制S252W相关信号通路可部分阻断颅缝早闭发生进程。另外，应用FGFR2突变导致的成骨增加或可成为其他一些成骨不全类疾病的治疗手段。

5 先天缺指/趾-外胚层发生不全-唇腭裂综合征（ectrodactyly，ectodermal dysplasia，and cleft lip/palate syndrome，EECS）

EECS是1种综合有多种先天性畸形的疾病，其中最为常见的3种临床表现为先天缺指/趾或并趾、外胚层发生不全、唇裂/唇腭裂。其中，外胚层发生不全可表现为皮肤薄缺少汗腺且易于损伤，头发及指甲脆弱，牙齿数目及结构异常，泪管畸形，角膜受损等；表现各异，但受累器官均发育自外胚层[51]。EECS的发病率约为1.5/1 000 000[52]。EECS外显率各不相同，在部分病例中可缺少部分症状表现为不完全性的综合征[53]。现有研究[51,54]已确定，EECS的主要致病基因为TP63，约98%的病例是由于该基因3q28位点突变引起，呈常染色体显性遗传。另外，已确定的位于TP63的突变还有40余种，主要为错义突变。有学者[55-56]发现，p63突变导致EEC患者角质形成细胞中的增强子在基因组范围内重新分布，之后的研究中又发现转录因子CTCF和p63协同参与DNA环以调节表皮基因表达。近年来，学者们对EECS的研究主要着眼于基因治疗，Shen等[57]证实，由于p63与p53有大量相同的序列且结构类似，使用以p53为靶点的药物可有效缓解p63突变角质细胞的形态学及基因表达的改变。学者们[58-59]发现，通过小干扰RNA可沉默TP63突变位点进而部分恢复p63的转录活性，这有望成为可行的治疗方向，或可治愈或者推迟EECS患者角膜退化和皮肤的症状。但有关的研究较少且仅停留在细胞实验阶段，尚需要更进一步实验支持。

6 总结

先天性唇腭裂是口腔颌面部最常见的先天畸形之一，目前对于唇腭裂的遗传研究主要集中于非综合征型唇腭裂的易感基因，但也有相当数量的研究发现了综合征型唇腭裂的多种致病突变。本文就几种发生率相对较高的综合征型唇腭裂近年来的遗传学研究进展进行讨论，发现部分已明确的综合征型唇腭裂致病基因，如IRF6，TP63、TBX1等也同样是综合征型唇腭裂的易感基因[15-16,51,60]，因此从已明确的综合征型唇腭裂致病基因探讨非综合征型唇腭裂易感基因也可作为研究手段。笔者也因此推测，可引起非综合征型唇腭裂的易感基因的突变，经过如表观遗传的基因修饰作用，或者由于与其他基因的相互作用，从而影响了全身其他部位的胚胎期发育进而导致了综合征型唇腭裂。虽然假设还需要进一步的研究支持，但或许这一方向的遗传研究，可以为将来的唇腭裂发生机制、基因间相互作用、基因修饰作用的研究提供参考。关于22q11.2微缺失的遗传研究，也证实了基因间的相互作用，有着非常复杂的作用机制，通过对这一类单基因病或染色体结构异常的疾病的研究，逐渐加深了人们对于人类遗传组的认识。

现今的遗传研究发现，仅仅只是庞大的遗传信息的冰山一角，在对多因素疾病如非综合征型唇腭裂研究的同时，也需要关注综合征型唇腭裂这一类单基因或染色体结构异常导致的疾病，这样才能不断加深人们对于先天性疾病的认识，为将来的遗传病的预防乃至基因治疗提供重要的参考依据。

利益冲突声明：作者声明本文无利益冲突。