中国人群非综合征型唇腭裂遗传背景研究新进展

杨琼琼 综述 李萍，王倩 审校

1.遵义医科大学附属口腔医院，贵州 遵义 563000；

2.贵州省普通高等学校口腔疾病研究特色重点实验室暨遵义市口腔疾病研究重点实验室＆遵义医科大学，贵州 遵义 563000

人类的面部特征高度可变，并且由基因决定。尽管许多科学家对颅面形态感兴趣，但对其基因结构仍知之甚少。唇腭裂是人类最普遍的颅面畸形之一，是可以立即识别的正常面部结构的破坏。唇腭裂的全球发病率约为1/700[1]，在影响患儿的进食、语言、听力、美观、社会融合的同时，给患者的家庭也带来了严重的经济负担。虽然手术可以修复裂缝，但术后畸形仍会给患者带来严重的心理及社会影响。唇腭裂根据临床表现特征可以分成非综合征型唇腭裂(nonsyndromic cleft lip and palate，NSCL/P)及综合征型唇腭裂(syndromic cleft lip and palate，SCL/P)。NSCL/P 约占唇腭裂的70%[2]，在全球的发病率约为1.7/1000，其中中国NSCLP 的发病率为1.43‰[3]。SCL/P 一般病因较明确，而NSCL/P的遗传异质性、偏离孟德尔遗传模式、基因组工具的有限可用性、费用以及需要非常大的数据集，导致在其遗传病因的认识方面进展缓慢。目前普遍认为NSCL/P的发病机制主要与遗传和环境因素有关。NSCL/P的遗传背景主要有易感基因、单核苷酸多态性(single nucleotide polymorphism，SNPs)。围绕中国人群进行的NSCL/P 遗传病因学最新研究显示，与NSCL/P 发病率有重要关系的易感基因有RhoGTP 酶激活蛋白29 (anti-Rho GTPase activating protein 29，Arhgap29)、抑癌基因p53、甲状腺转录因子2(thyroid transcription factor 2，TTF2或FOXE1)、成纤维细胞生长因子(fibroblast growth factor，FGF)、Sprouty基因(SPRY)、脊髓灰质炎病毒受体相关基因(poliovirus receptor related genes，PVRL)。本文主要从以上易感基因与中国人群NSCL/P 的相关性展开综述，以揭示正常颅面形态的复杂遗传结构，为NSCL/P 的基因背景与颅面形态的相互作用提供证据。

1 NSCL/P易感基因、染色体区域

1.1 Arhgap29 Arhgap29 位于染色体1p22.1 区域，含有24 个外显子，在上皮细胞中表达较高，尤其是在口腔、舌、腭上皮中强表达。该基因距三磷酸腺苷结合盒家族中的A 亚型基因4 (ATP-binding cassette subfamily A member 4，ABCA4)47 kb，可使RhoA从三磷酸鸟苷限制型转变为二磷酸鸟苷限制型进而失活，从而影响下游效应分子Rho 激酶，使细胞的分裂、周期以及上皮细胞极性的稳定性发生改变，并参与上皮-间充质转化过程的调控[4]。此外，小鼠模型实验结果证实了Arhgap29 与WNT、干扰素调节因子6(interferon regulatory factor 6，IRF6)、转化生长因子β(ransforming growth factorβ，TGFB)等信号通路有关联[5]，而这些信号通路在众多研究中被证实与NSCL/P的发病具有强相关性。在对中国人群的研究中，周子铃等[6]发现Arhgap29 的4 个位点(rs3814019、rs72964308、rs7540684、rs17396055)与宁夏地区NSCL/P 的发病存在相关性，侯宇转等[7]对Arhgap29 内含子区域SNP 位点的生物信息学分析也显示rs17396055 和rs7540684与唇腭裂显著相关。此外，YU等[8]在一个三代中国人NSCL/P 家系中成功证实了Arhgap 基因与NSCL/P 有关，并首次报道了Arhgap29 c.1920+1G＞a 的突变与NSCL/P 相关。唐健霞等[9]利用全外显子测序(whole exome sequencing，WES)对两个家系的10 个先证者进行测序，通过生物信息学分析筛选潜在突变，结果在两个家系中发现了1 个新突变Arhgap (c.2615C＞T，p.A872V)。

1.2 抑癌基因p53 抑癌基因p53 位于染色体17p13.1区域，含有10个内含子及11个外显子[10]，主要编码p53蛋白。p53蛋白是一种含磷蛋白，由393个氨基酸构成，由四个单元组成，其中一个单元激活转录因子；另一个结构域负责识别特定的DNA序列，称为核心结构域；另外两个结构域负责蛋白质的四聚并识别受损的DNA(如碱基对错配或单链DNA)。已经发现，p53在多种细胞信号机制中起主要作用，导致细胞周期阻滞、细胞衰老、DNA修复、分化和细胞死亡。有动物模型研究发现，抑癌基因p53 的缺失会导致小鼠胚胎发育畸形，具体表现为颅面畸形[11]。WANG 等[12]调查了NSCL/P基因多态性与我国学龄期儿童发育性阅读障碍的关系，发现在发育性阅读障碍的患者中，p53 rs4791774的等位基因G与正常对照组相比有更多的表达，此前研究表明抑癌基因p53 rs4791774 与rs4791331 有很强的相关性，而rs4791331 是BEATY等[13]在亚洲人群中确认的NSCL/P 易感位点。孟祥彪等[14]的研究显示，在我国北方人群中，rs4791774 不是NSCLP的易感位点，这可能与样本量大小及研究方法的不同有关。绍帅等[15]发现，云南汉族人群中NSCLP与p53 基因rs1042522、rs12947788 位点的单核苷酸多态性具有相关性。

1.3 TTF2/FOXE1 TTF2 又称为FOXE1，位于染色体9q22，由编码367 个氨基酸的蛋白质的外显子组成，分子量为42 kD。FOXE1 属于转录因子家族，其对于胚胎的发育、细胞的生长分化及肿瘤的发生有着重要的调节作用，可引发包括NSCL/P、甲状腺发育不全、甲状腺功能低下等多种疾病[3]。近年来关于FOXE1 基因与NSCL/P 之间关系的研究日益增加，但其研究结果不尽相同。MORENO 等[16]的研究表明，FOXE1 在第11 周继发腭突上皮中表达，并且在中鼻突和上颌突融合的过程中FOXE1 表达强烈，这表明FOXE1 可能在腭裂的发生中起着重要作用。张碧荷等[17]的研究显示FOXE1 与我国西部地区汉族人群的NSCL/P 相关性较弱，但尚不足以否认它在NSCL/P中的作用。另一方面，DUAN 等[18]研究表明FOXE1 的rs894673、rs3758249、rs4460498 位点与我国西部地区汉族人群的NSCL/P具有相关性。YIN等[19]发现FOXEl的rs375825 和rs907577、rs7043516三个位点与中国汉族人群NSCL/P 易感性不相关, 但FOXE1 基因3′UTR 区域的rs7043516 与中国汉族人群NSCL/P 发病风险相关，该位点通过调节microRNA的结合能力，从而影响NSCL/P 的易感性。XIE 等[20]则首次报道了FOXE1 中的SNP rs1867277 与我国人群NSCL/P 相关联。尹晓晴等的研究结果揭示了FOXE1 基因3′UTR区域的rs7043516 与中国汉族人群NSCL/P 发病风险相关。该位点通过调节miRNA 的结合能力，从而影响NSCL/P的易感性[21]。贾铠宁[22]对FOXE1 基因多态性与NSCL/P 相关性的Meta 分析显示：rs3758249 与CPO 无明显相关性，rs3758249 对于中国人群CL/P 的发生是一种危险因素，而对于其他种族的人来说是一种保护因素；rs4460498 对于NSCL/P 是一种保护因素；rs1443434 与NSCL/P 无明显相关性；rs10217225与CPO 之间无明显相关性，而对于CL/P 是一种危险因素。

1.4 FGFs FGF 家族及其受体FGFR (fibroblast growth factor receptor，FGFR)因在神经嵴细胞的诱导和迁移、骨骼发生和EMT 中的作用而闻名，而这些都是颅面发育的基本过程。FGF 可以与FGFR 进行特异性结合，从而传递细胞信息，作用于上皮-间充质转化，从而造成颅面形态发育异常。LI 等[23]在对南京医科大学三个附属医院的NSCL/P 患者的研究表明，rs1048201(FGF2)、rs3733336(FGF5)和rs546782(FGF9)与NSCL/P 的发生相关，可能是由于miRNA-496 与FGF2、miRNA-145 与FGF5、miRNA-187与FGF9 之间的差异结合来影响NSCL/P 的发生。ZHANG等[24]研究发现，FGF3 基因发生突变或者缺失会影响鳃弓进而导致面突不能如期联合，从而有形成面部畸形的风险。赵志强等[25]证实rs4980700、rs4631909 与新疆维吾尔族人群NSCL/P 发生存在相关性。LI 等[26]的实验结果表明，rs330542 (FGF10)与rs1946295 (T-box 转录因子5，TBX5)之间、rs7704166(FGF10)和rs7085073 (FGFR2)之间相互影响，FGF10通过与TBX5 和FGFR2的相互作用与NSCL/P 发生生物学联系。

1.5 SPRY SPRY 基因家族包含4 个基因，分别为SPRY1～4，且位于不同的染色体。研究表明，SPRY1、2和4在颅面部和躯干发育中表达，包括大脑、耳蜗、鼻器官、牙齿、唾液腺、肺、消化道等。在牙齿的发育中，SPRY 1 和SPRY 2 在上皮中表达，SPRY 4 在间充质或神经组织中表达[27]。MATSUMURA 等[28]证明SPRY 2 在小鼠腭裂发生中起间接作用，主要通过FGF 信号调节细胞增殖和基因表达，而FGF信号通路与唇腭裂的发生有紧密联系。SPRY 2 不抑制腭融合过程，但可诱导间质细胞增殖增加，从而改变腭生长模式，影响腭的抬高，从而阻止腭板融合。动物模型研究也发现，SPRY2基因敲除的小鼠出现了异常的腭部，其机制可能是SPRY 基因编码的蛋白质参与和调节FGF信号通路的表达[29]。此外，据报道SPRY4在转基因小鼠的周皮功能中与IRF6相互作用[30]，而IRF6属于目前所发展最有价值的易感基因，和NSCLP的发病有直接关联性。YU等[29]发现rs908822和rs9545308变异均与中国人群NSCL/P 相关联，这与MORENO等[31]的研究结果一致。ZHOU 等[32]发现rs1298215244(SPRY1)和rs504122 (SPRY2)与中国人群NSCL/P 的发病风险存在关联，但未发现SPRY 基因家族具有亲源效应。此外，ZHOU 等[32]在对NSCL/P 的SPRY 基因-基因相互作用的研究[33]发现，rs3860074(SPRY1)同时与SPRY2中的rs11149181、rs12854744、rs11618325和rs1358977 相互作用，SPRY2 和SPRY4 之间也出现了类似的情况。但在这个研究中只有SPRY2 的变异与SPRY1 和SPRY4 有相互作用，而SPRY1 和SPRY4的变异都没有相互作用。作者解释这可能由于相较于其他异构体，SPRY2对下游通路有一个更明显的抑制作用。此外，基因-基因相互作用的1 个SNP：rs1358977 (SPRY2)，属于非编码转录物变体，被认为是功能遗传因素和复杂疾病的风险因素[34]。

1.6 PVRL PVRL 最初在啮齿类动物中被鉴定为与人类脊髓灰质炎病毒受体(PVR)同源的基因，并被命名为脊髓灰质炎病毒受体相关基因，位于19q13区域，全长约43 Kb，主要编码糖蛋白，其突变可以导致细胞间黏附功能缺失，最终造成颅颌面的畸形，而这种细胞间的黏附功能主要源于PVRL1 编码的nectin-1，nectin-1是一种细胞间黏附分子，对细胞间黏附和紧密连接的形成起着重要作用，它在神经元、角质形成细胞、发育中的面部和腭中表达。李栋等[35]对新疆地区维吾尔族NSCL/P 人群的研究发现，NSCL/P发生与PVRL2 基因rs2075642 位点多态性相关，人群携带杂合突变型GA 和等位基因A 可能降低NSCL/P 的发生风险。袁园等[36]研究并未发现PVRL1/2/3与中国人群NSCL/P之间存在关联。以上研究结果存在差异性可能由于地域和种族存在差异性以及样本量大小不足等因素导致的。

2 环境因素

识别环境因素和研究基因与环境的相互作用不仅需要大量的队列研究，还需要可以获得最佳效果的遗传物质。在胚胎发育的早期阶段，特殊的环境因素通过多种机制导致母体支持细胞或早期胚胎细胞发生异常，进而导致唇腭裂的发生。研究表明，母亲在怀孕前3 个月吸烟(包括主动吸烟和被动吸烟)会显著增加NSCL/P的发病风险[37]。此外，饮酒[2]、服用药物[38]、孕妇生育年龄[39]、妊娠期感染、流产史等也均为危险因素。除此之外，叶酸和维生素的摄入也是NSCL/P 发病的一个重要因素。研究表明，亚甲基四氢叶酸还原酶(5,10-methylenetetrahydrofolate reductase，MTHFR)基因在唇腭裂的发生发展中起着重要作用，围孕期单独服用叶酸补充剂而不与维生素联合可以有效降低唇腭裂的发病风险[40]。高温、压力、母亲肥胖、职业暴露、电离辐射也表明与NSCL/P 有关，但对于这些因素的有害影响还没有共识，可能需要进行足够大的前瞻性队列研究。由于环境具有更大的可塑性，识别环境风险，特别是如果可以利用基因协变量对其进行个人化，就为应用与预防提供了最佳的短期机会。

3 展望

综上所述，Arhgap29、P53、FOXE1、FGF、SPRY 及PVRL基因与中国人群NSCL/P的发生存在关联，但实验数据结论在不同人群中缺乏一致性，甚至会出现背离现象，这可能源于中国民族构成的复杂性以及NSCL/P 的遗传异质性。同时，唇腭裂的发生还受到环境因素的密切影响。随着研究方法与技术的进步，有必要针对其遗传背景、作用机制开展进一步研究。未来的进展需要更多的策略来整合遗传分析、识别候选基因的方法和排序，以及描述和分析控制基因表达的功能元件的改进方法，如用开放式表型方法将计算NSCL/P 的多基因风险评分与正常的面部变异联系起来，研究在一定条件下具有已知作用的基因对面部形态的影响。利用表观遗传学、系统生物学、基因表达和流行病学整合遗传和环境风险，将产生一种更完整的病因特征，为唇腭裂的早期疾病筛查、诊断及防治提供新的途径，并提供更好的临床护理和预防。