先天性常染色体隐性遗传性鱼鳞病基因与表型研究进展

孙 喆 吴 哲 姚志荣

1上海交通大学医学院附属新华医院皮肤科,上海,200092;2上海交通大学医学院附属皮肤病研究所,上海,200092;3上海市儿童医院,上海交通大学医学院附属儿童医院皮肤科,上海,200062

先天性鱼鳞病是一组罕见的遗传性角化异常性疾病,表皮异常分化和脱屑导致皮肤屏障缺陷,大部分在出生时或新生儿期即出现。依据不同的遗传方式以及临床表型,分为常染色体显性鱼鳞病、常染色体半显性遗传鱼鳞病、X连锁隐性鱼鳞病、常染色体隐性先天性鱼鳞病。先天性常染色体隐性遗传性鱼鳞病(autosomal recessive congenital ichthyosis,ARCI)表现为全身鳞屑和不同程度的红斑,主要分为板层状鱼鳞病(lamellar ichthyosis,LI)、先天性鱼鳞病样红皮病(congenital ichthyosiform erythroderma,CIE)、丑角样鱼鳞病(harlequin ichthyosis,HI)三种亚型［1］。

ARCI与以下基因变异相关:ABCA12［2］、ALOX12［3］、ALOXE3［4］、CASP14［5］、CERS3［6］、CYP4F22［7］、NIPAL4［8］、TGM1［9］、PNPLA1［10］、SDR9C7［11］、LIPN［12］、SLC27A4［1］、SULT2B1［13］等。这些基因突变的致病机制与参与表皮角质层包膜形成的脂质代谢和转运功能信号通路相关。其中TGM1突变占ARCI病例的30%～50%,ALOXE3和ALOX12共占20%～30%,NIPAL4和CYP4F22分别占10%,ABCA12占5%,而其他基因占比则更少,但仍有18%左右的患者未发现基因变异［13］。

本文汇总了最新发现的ARCI致病基因,结合其临床表型及病理,系统阐述ARCI相关基因突变和临床治疗的最新研究进展。

1 ARCI突变基因与表型相关性分析

本文将ARCI的病因机制与临床表型通过不同突变基因进行分类,一一阐述不同突变基因存在的致病机制以及临床特点和严重程度。

1.1 TGM1 转谷氨酰胺酶1(transglutaminase 1,TGM1)是形成角质细胞包膜(cornified envelope,CE)的关键酶,参与皮肤机械屏障形成,具有减少经皮水分流失(transepidermal water loss,TEWL)和抗感染作用［14］。TGM1蛋白锚定在角质形成细胞的内质膜上,通过长链u-羟基神经酰胺连接外披蛋白,稳定细胞的脂质薄层结构。

TGM1基因位于染色体14q11.2,包含15个外显子。基因突变的患者表现为轻症的板层状鱼鳞病或自愈性火棉胶婴儿(self-healing collodion baby,SHCB)。患者出生时具有明显的睑外翻,全身如同包裹在紧密闪亮的火棉胶膜,几周内火棉胶膜脱落后出现深灰色或褐色板状鳞片。目前尚未发现TGM1突变与ARCI严重程度的相关性。若TGM1突变为精氨酸残基的b-桶状结构域发生错义突变［15］,则这一类预后较好,因为该结构域可以提高酶活性,但对TGM1酶的功能发挥并非必需。

1.2 ABCA12 ARCI亚型丑角样鱼鳞病(harlequin ichthyosis,HI)是由于角质形成细胞脂质转运蛋白ATP结合盒亚家族A成员12(ATP-binding cassette subfamily A member 12,ABCA12)功能缺陷,ABCA12蛋白功能异常导致上表皮的角质形成细胞中层状颗粒脂质转运功能被破坏。ABCA12致病变异包括HI,CIE和LI。纯合或复合杂合错义ABCA12突变与L1和CIE临床表型相关,而与HI相关的致病变体是纯合或复合杂合无义突变和移码突变［2］。其中HI患者最为严重,出生具有严重的睑和唇外翻、耳朵扁平以及全身大片肥厚、呈不透明盔甲样膜样板状鳞片［16］。这些患者易出现手指屈曲畸形,呈“长手掌/短手指”外观,并伴有牙髓脱落、秃发和关节疼痛［2］。

Yanagi等［17］在ABCA12缺陷小鼠模型上使用添加了ABCA12蛋白的皮肤移植物,发现ABCA12基因缺陷小鼠角质形成细胞功能恢复良好,屏障功能障碍所致的TEWL明显减少,含有ABCA12蛋白的角质形成细胞原代培养物改善了异常神经酰胺分布,恢复丝聚蛋白原/丝聚蛋白转化和角质形成细胞正常分化。这提示了改善角质形成细胞的分化缺陷是治疗ARCI的一个新方向。

1.3 ALOXE3和ALOX12B 脂氧合酶基因ALOXE3和ALOX12B位于染色体17p3.1,分别编码脂氧合酶-3(epidermal lipoxygenase-3,eLOX-3)和12(R)-脂氧合酶(12R-lipoxygenase,12R-LOX),eLOX-3和12R-LOX参与催化神经酰胺中亚油酸酯部分的氧合,通过v-羟基神经酰胺与角质化细胞包膜蛋白质的共价连接形成角质细胞脂质包膜。Krieg等［18］发现ALOXE3敲除的小鼠脂氧合酶-3功能缺失,致使皮肤屏障受损。

与TGM1突变患者相似,ALOXE3和ALOX12B突变的患者伴有围生期全身火棉胶膜样皮损,通常为轻中度红斑伴有细小白色针状非粘连鳞屑,但其临床表现较轻且有一定自愈倾向。部分患者同时可伴黄色掌跖角化病、甲沟变形和假性杵状指［19］。

1.4 SDR9C7 短链脱氢酶/还原酶家族(short chain dehydrogenase/reductase family 9C member 7,SDR9C7)也是ARCI致病基因之一,位于染色体12q13.3。有研究发现SDR9C7突变患者中TEWL明显上升,角质层中细胞渗透途径异常［20］。在正常皮肤中,SDR9C7蛋白在表皮的角质层和颗粒层中分布均一,而患者表皮中颗粒层明显增厚,表皮上的外披蛋白和丝聚蛋白表达升高,角质层中蛋白表达明显减少。此外,SDR9C7还参与了视黄醛转化为视黄醇的过程,起到酶催化作用,有助于表皮分化中维生素A的代谢［21］。

SDR9C7突变的ARCI患者属于轻症,表现为躯干为主的红皮病变,附着半粘性灰白色鳞屑,同时累及多甲的甲剥离(类似于病毒感染后的甲剥离),患者出生便具有肘部和膝部角化过度,而掌跖角化和脱发较为少见［20］。出生时症状最重,随年龄增长而逐渐缓解,25%～30%的患者出生后面部和头皮受累［22］。同时还伴有皮肤真菌的感染,使用特比萘芬和伊曲康唑治疗有效,但由于皮肤屏障功能受损,停药后复发可能性大。

1.5 SULT2B1 羟基类固醇硫酸基转移酶(hydroxysteroid sulfotransferase 2B1,SULT2B1)是细胞溶质磺基转移酶超家族成员,参与人体内类固醇合成和代谢［13］。它有两个亚型:SULT2B1a和SULT2B1b,两者在5’端有23个氨基酸的不同。其中 SULT2B1b在人类表皮上胆固醇代谢和和表皮的增殖分化中起到了重要的作用,维系了表皮的屏障功能。

SULT2B1突变干扰表皮分化,使胆固醇硫酸化受阻以及胆固醇异常聚集,导致代偿性角化过度。通过与末端分化标记物丝聚蛋白共染色定位,显示在颗粒层-角质层连接处有SULT2B1表达,并参与晚期角质形成细胞分化和维系表皮内稳态的功能。通过与细胞骨架标记微管蛋白共染色的免疫荧光显示SULT2B1存在于已分化的角质形成细胞胞质中并与细胞骨架的连接［23］。

SULT2B1突变患者在临床上缺乏特异性,以火棉胶婴儿为主要表现,可伴有瘙痒以及皮岛的出现［13］。

1.6 NIPAL4 由NIPAL4编码的含NIPA样结构域4(NIPA-like domain containing 4)缺陷与LI或CIE表型相关［24］。 NIPAL4编码的蛋白具有多个跨膜结构域,属于新型蛋白质家族。脂肪酸转运蛋白4(fatty acid transport protein 4,FATP4)、NIPAL4和TGase-1在脂质加工中相互作用可维持表皮屏障功能,NIPAL4在皮肤中表达最高,可促进ATP4的Mg2+转运蛋白作用,有助于长链脂肪酸的摄取［25］。

通过对NIPAL4突变患者的临床特征的回顾性评估,发现这类患者无汗的特点［8］,并常伴有红斑、掌跖角化病,好发于颈部和皮肤皱褶处,面部不受影响,部分存在睑外翻和唇外翻或指甲异常。日本学者研究了患者皮肤的mRNA表达谱,推测IL-17和IL-36家族细胞因子参与了NIPAL4突变导致的ARCI,这类患者血液中的IL-17和IL-36表达水平升高,导致棘层及颗粒层中酰基神经酰胺的减少。通过口服类维生素A增加酰基神经酰胺含量,可改善NIPAL4突变的ARCI皮肤症状［26］。目前尚未发现有该基因突变的患者其他系统受累的病例。还有报道NIPAL4突变所致的FATP4蛋白表达异常导致鱼鳞病性早熟综合症［27］。

1.7 CYP4F22 CYP4F22(cytochrome P450, family 4, subfamily F, polypeptide 22)属于细胞色素-P450家族4,编码表皮ω-羟化酶,参与表皮中ω-羟基神经酰胺合成,在脂代谢中具有活性,保护皮肤屏障功能［28］。突变患者表型相对温和,火棉胶膜较为常见。这类患者出生时表现为典型红皮病伴灰白鳞屑样皮损,并有火山灰膜和关节挛缩特征,皮肤张力高［29］。由于挛缩会影响关节活动能力和灵活性,因此尽早开始物理康复治疗对患者非常重要［30］。

CYP4F22的错义突变最为常见［4］。患者临床表现个体差异性较大,以典型火棉胶婴儿为特点的患者预后较差,其原因尚不清楚。一些患者具有明显苔藓化的弥漫性掌跖角化病,而其他患者仅表现掌足部位线纹过多［31-33］。

CYP4F22突变伴发皮肤肿瘤的概率高［7］。有报道发现两例有先天性鱼鳞状红皮病病史的患者腿部和手臂上有异常的红斑性丘疹,其中一例患者11岁起出现多发角化棘皮瘤,腿部皮损被诊断为高分化鳞状细胞癌;另一患者内眦患有结节型基底细胞癌及全身多发上皮瘤样角化癌前病变。目前尚不清楚红斑丘疹是否是CYP4F22突变患者发生皮肤肿瘤的先兆,但已知ARCI伴发皮肤肿瘤的病例并不少见,应引起警惕。

1.8 PNPLA1 PNPLA1(patatin-like phospholipase domain-containing protein-1)参与表皮ω-O-酰基神经酰胺合成和皮肤屏障中甘油磷脂代谢,位于脂质液滴表面［34］。3%的ARCI患者鉴定出存在PNPLA1突变。大多数具有双等位基因PNPLA1突变患者出生时具有火棉胶婴儿特点,随着年龄的增长有一定缓解,成年后表现出泛发性细薄层鱼鳞状鳞屑,伴有白或棕褐色鳞片,轻或中度红皮病皮损,同时伴不同程度的睑外翻和耳廓畸形。这些患者皮肤屏障功能紊乱,易患皮肤癣菌病或念珠菌病等感染性疾病,或伴血清IgE水平升高的特应性皮炎［35］。Li等［34］报道了一例PNPLA1的第5外显子上携带新的纯合子缺失突变c.733_735delTAC(p.Tyr245del),具有红斑、发白和淡褐色鳞片的临床特征,并伴有瘙痒、掌跖角皮病、甲营养不良。目前仍尚未明确PNPLA1基因型和表型之间的明确关联。

1.9 其他基因 除了上述基因突变与ARCI有关,还发现了一些少见的基因突变。

神经酰胺合成酶3(ceramide synthase,CERS3)突变影响了具有超长链酰基部分的神经酰胺合成,促成鱼鳞病样皮损形成［36,37］。根据皮肤病理和患者原代角质形成细胞的功能分析,2017年一项针对6个CERS3突变的ARCI患者家系研究中发现,先证者出生时呈现火棉胶膜样伴大片鳞片脱落、肢端早老症、掌跖线纹过多以及睑外翻。病理表现为典型ARCI特点:表皮角化过度,局灶性颗粒层增厚和棘皮样皮损表现。另有病例报道在4例CERS3突变患者出现了无汗和热不耐受［6］。

含半胱氨酸的天冬氨酸蛋白水解酶(Caspase 14,CASP14)属于半胱氨酸蛋白酶家族,仅限于表皮的基底上层以及毛囊处表达分布,参与角质形成细胞的分化和角质化,可以将丝聚蛋白前体和丝聚蛋白单体降解为天然保湿因子［38,39］。CASP14缺乏的表皮水合水平降低,TEWL增加［40］。同时CASP14可以激活表皮的胰蛋白酶,参与鞘脂激活蛋白A(saposin A)的产生,这对正常的皮肤屏障的维持相当重要［41］。

另一致病基因人长链脂肪酸转运蛋白4(Human Long-chain fatty acid transport protein 4,SLC27A4)参与FATP4蛋白翻译和脂肪酸转运,在鱼鳞病早产综合征曾被报道［42］。FATP4蛋白定位于内质网,帮助外源性脂肪酸摄入细胞,协同对长链脂肪酸和超长链脂肪酸的摄取,酶的活性主要依赖于镁和ATP,参与酰基神经酰胺构成,维系皮肤水屏障结构。

在晚发型LI患者中还发现有LIPN突变,LIPN编码脂肪酶N(Lipase N)［43］。尽管LIPN的功能尚未阐明,但人们推测它在人角质形成细胞分化中发挥作用。

2 小结

综上所述,不同ARCI致病变异基因可能存在不同的致病机制以及临床特点和严重程度。随着基因检测方法发展,ARCI的突变检测手段愈发完善。明确突变位点有助于明确临床诊断及治疗,改善患者预后。

近年来,由于ARCI的基因筛查技术逐渐完善,基于基因突变的靶向治疗逐渐应用于临床。Aufenvenne发现通过弥补突变基因表达的蛋白缺陷可恢复突变基因的功能,修护皮肤屏障从而改善症状,并尝试了对TGM1突变的ARCI患者实行酶替代疗法［14］,证明使用脂质体包封的重组人TGM1制剂局部治疗于皮损可恢复表皮上层的酶活性,维系了表皮完整性和恢复屏障功能。还有研究发现NIPAL4杂合突变的CIE亚型患者具有IL-17显性特点,使用优特克单抗(ustekinumab)可以改善患者皮损［44］。虽然目前研究仍然处于起步阶段,但随着对于突变基因致病机制的深入挖掘,靶向治疗结合局部对症治疗更有利于改善ARCI皮损,修复皮肤屏障功能。

本综述将最新发现的ARCI突变基因与临床特异性表型和治疗进行资料的收集及汇总,希望能够给予未来有关ARCI的致病机制和诊疗方法提供思路。