Pierre Robin序列征相关基因的研究与进展

doi:10.3969/j.issn.2095-4344.2015.24.026

摘要/Abstract

摘要：

背景：Pierre Robin序列征(Pierre Robin Sequence，PRS)是一组以小颌畸形、舌后坠及上呼吸道梗阻为特征的先天性畸形，常伴发腭裂。目前国内外对Pierre Robin序列征发病机制的研究尚未确定特定的候选基因。SOX9基因、KCNJ2基因以及LAR家族磷酸酶基因Ptprs和Ptprf可能与非综合征性PRS相关。
目的：对国内外对Pierre Robin序列征相关基因的研究做一综述，为Pierre Robin序列征候选基因的研究提供目标基因或位点。
方法：应用计算机检索中国期刊全文数据库(CNKI)和PubMed数据库中1999年1月至2014年9月相关文献58篇。在标题和摘要中以“小颌畸形，Pierre Robin序列征，突变，基因位点”或“micrognathia，Pierre Robin Sequence，mutation，gene locus”为检索词进行检索，重点对58篇文章进行分析。
结果与结论：SOX9基因、KCNJ2基因以及LAR家族磷酸酶基因Ptprs和Ptprf可能为非综合征性Pierre Robin序列征的候选基因。近年来，国内外对不伴有其他系统畸形的Pierre Robin序列征相关基因的研究主要集中于17q23–24这一区域，且多为小样本病例研究，尚需进行进一步的大样本实验和病例分析以及相关动物模型进一步分析这些基因在Pierre Robin序列征的发病机制中的作用，从而明确Pierre Robin序列征的病因及发病机制。

中国组织工程研究杂志出版内容重点：组织构建；骨细胞；软骨细胞；细胞培养；成纤维细胞；血管内皮细胞；骨质疏松；组织工程

关键词: 组织构建, 组织工程, 小颌畸形, Pierre Robin序列征, 突变, 基因位点

Abstract:

BACKGROUND: Pierre Robin Sequence is a congenital malformation which is characterized by micrognathia, glossoptosis and respiratory tract obstruction with or without cleft palate. SOX9, KCNJ2, Ptprs and Ptprf are probably connected with Pierre Robin Sequence.
OBJECTIVE: To review the recent progress in the researches on the related genes about Pierre Robin Sequence.
METHODS: A computer-based online search of CNKI database and PubMed database was performed to retrieve the relevant articles published from January 1999 to September 2014 with the key words of “micrognathia, Pierre Robin Sequence, mutation, gene locus” in Chinese and English, respectively. Finally, 58 articles were included for review after deleting unrelated and repetitive ones.
RESULTS AND CONCLUSION: SOX9, KCNJ2, Ptprs and Ptprf are probably connected with Pierre Robin Sequence. Recently, the research on the genes connected with Pierre Robin Sequence focuses on 17q23-24, and small sample cases are commonly seen. But, further large sample test and case analysis, as well as related animal models are needed to analyze the role of these genes in the pathogenesis of Pierre Robin sequence, as well as consequently, we can analyze the etiology and pathogenesis of Pierre Robin sequence.

中国组织工程研究杂志出版内容重点：组织构建；骨细胞；软骨细胞；细胞培养；成纤维细胞；血管内皮细胞；骨质疏松；组织工程

Key words: Micrognathism, Mutation, Genes, Genetic Loci

中图分类号:

R318

汤陈璐，沈卫民. Pierre Robin序列征相关基因的研究与进展[J]. 中国组织工程研究, 2015, 19(24): 3910-3915.

Tang Chen-lu, Shen Wei-min. Pierre Robin sequence related genes[J]. Chinese Journal of Tissue Engineering Research, 2015, 19(24): 3910-3915.

图/表（结果） 1

2.1 Pierre-Robin序列征的一般性介绍 Pierre Robin序列征的发病率在1/20 000-1/8 500之间^[5]，其实由下颌骨发育不良或异常后缩引发的一系列后续的结构变异。该畸形可单独存在，也可以是某些多发、复杂先天性畸形的一部分，最常见的是Stickler综合征、velocardiofacial综合征及Treacher-Collins综合征^[5-7]。当Pierre Robin序列征与其他综合征无关的时候，其被称为非综合征性Pierre Robin序列征。
Pierre Robin序列征的病因和发病机制目前尚未十分清楚，多认为与颌骨的机械性压迫、遗传因素及胚胎期暴露于致畸高危因素有关，也有报道称脑干功能障碍可能是Pierre Robin序列征的发病机制^[8]。其典型临床表现为小下颌、舌后坠及腭裂，其中下颌骨发育不良以颏部最为明显，呈现特殊的面容。腭裂的发生率约为90%，多为不完全性腭裂。还有部分患儿伴有牙齿发育不全^[9-10]。多数Pierre Robin序列征患儿都伴有不同程度的喂养困难、呼吸困难甚至睡眠窒息以及营养不良，部分患儿可伴有其他系统畸形如心血管畸形、多指畸形、小脑发育不全、耳部畸形等^[4，11-13]。Pierre Robin序列征的治疗需麻醉学、整形外科、耳鼻咽喉科、新生儿科等多学科综合治疗，主要为保持气道通畅及改善喂养状态，必要时需行手术治疗，而伴有腭裂的Pierre Robin序列征患儿需适时进行腭成形术。多数患儿至幼儿期时需进行语言训练，仍有少数患儿经治疗后仍存在呼吸、喂养、语言发育障碍及生长发育迟缓^[4，14-17]。
2.2 非综合征性Pierre Robin序列征的遗传学研究进展当Pierre Robin序列征与其他综合征无关的时候，其被称为非综合征性Pierre Robin序列征。早期关于Pierre Robin序列征的遗传学研究表明位于1-6，10-13，16-18号染色体的染色体变异可能与其相关，其中2号染色体(2q24.1-33.3)，4号染色体(4q32-qter)，11号染色体(11q21-q23.1)，以及17号染色体(17q21-q24.3)上的染色体变异是最多被报道的，这些染色体变异主要为染色体的删除、重复、突变以及易位^[18-22]。
杨琳等^[20]通过对6例PRS患儿进行微阵列芯片检测，获得了7个罕见、有潜在临床意义的CNVs，并认为lq43-q44、14q32.31区段可能与PRS表型有关。近年来，国内外对不伴有其他系统畸形的Pierre Robin序列征相关基因的研究主要集中于17q23-24这一区域[18-19，23]。Jakobsen等^[24]在位于染色体17q24.3的SOX9基因上游1.13 Mb发现一段长度在5 kb以内的平衡易位，并认为SOX9基因和与其相邻的KCNJ2基因可能与Pierre Robin序列征的发病有关。也有研究表明白细胞抗原相关(LAR)家族受体蛋白酪氨酸磷酸酶(RPTPs)基因Ptprs和Ptprf 失活会引发Pierre-Robin序列样颅面畸形^[25]。
2.2.1 SOX9基因和KCNJ2基因 SOX9基因属于SRY(Y染色体性别决定区域)相关促HMG(人绝经促性腺素)盒基因家族，最先是在人类躯干发育异常(campomelic dysplasin，CD)中发现。该基因主要影响性别决定和分化并在胚胎发育过程中参与骨的形成并影响神经系统及胰腺的发育。此外，该基因也与肿瘤等疾病的发生有关。SOX9基因编码序列的突变可导致人类软骨发育不良、性别分化障碍相关的骨骼发育异常等^[26-27]。人类的SOX9基因定位于染色体17q24.3-25.1区段内，长度约为3 934 bp，含有两个内含子。KCNJ2基因定位于第17号染色体17q23，编码内向整流钾通道Kir2.1 亚单位^[24，28]。目前的研究表明KCNJ2基因是Andersen综合征致病基因。SOX9基因和KCNJ2基因为17号染色体上相邻的两个基因，两者之间具有长约的1.9 Mb的基因沙漠，位于该区域的突变可能与Pierre Robin序列征相关^[21，29]。
Toshiki等^[30]报道了一例Pierre Robin序列征合并马蹄内翻足的病例，并发现其SOX9基因存在可导致软骨发育障碍的突变，并影响其下游的COL2A1的表达。Amarillo等^[31]报道了一例患有Pierre Robin序列征的18月龄女婴，认为SOX9基因的位置效应与PRS发病相关。Jakobsen等^[19，24]在位于染色体17q24.3的SOX9基因上游1.13Mb发现一段长度在5kb以内的平衡易位，并认为SOX9基因和与其相邻的KCNJ2基因可能与Pierre Robin序列征的发病有关。Benko等^[32]通过对在3个互相独立的不伴有其他畸形的Pierre Robin序列征家系的研究，发现位于SOX9基因着丝粒1.23、1.18、1.07 Mb之间的3处异位断点。这些数据表明了在SOX9和最近的丝粒基因KCNJ2之间的1.9Mb的基因沙漠中小于160 kb的区域内存在一个与Pierre Robin序列征有关的基因断裂点集合。他们通过对12例非综合征性患者的检测，发现了3个基因缺失位点：两处位于距SOX9的着丝粒超过1.38 Mb处，另一处位于距SOX9端1.52 Mb处。其丢失的基因分别长319 kb、75 kb、36 kb。
Selvi等^[33]对27例Pierre Robin序列征患者进行基因筛查，发现1例SOX9外显子1缺失和2例外显子2缺失。除此之外，他们还检测了2个位于断裂点集合上游区域的独立的保守转录元件在体内的活性。结果证明在生物体内，特别是在表达Sox9的下颌骨细胞中Sox9基因位点周围存在染色质变异。结合这些研究结果可以推断SOX9基因及其周围的基因组区域的破坏是导致Pierre Robin序列征的一个常见原因。
报道称对颅神经脊细胞中Sox9基因的进行条件删除后，实验组老鼠表现出腭裂以及由脊细胞分化发育的颅面软骨发育不全^[34]。而在全身组织或脑神经脊中抑制Sox9基因表达后，实验老鼠则表现出腭裂和下颌骨发育不良，表明神经脊以及由此发育而成的软骨是由Sox9基因调控的^[34-35]。同时，Sox9在鸡胚脑神经脊中的过度表达诱导软骨生成过剩^[36]，而在鼠软骨细胞中的过度表达则导致实验老鼠表现出腭裂和短吻^[37]。这些结果表明Sox9的表达水平与正常下颌发育紧密联系。结合上述动物模型研究，以及在不伴有其他畸形的Pierre Robin序列征的患者中筛查出的调控SOX9基因的增强因子的异常表明人类下颌发育不良、腭裂等Pierre Robin序列征的特征表型可能是由于在发育过程中第一鳃弓软骨细胞间质中SOX9单倍剂量不足导致的。因此，SOX9基因在颅面软骨发育形成过程中各层级的突变均可能导致Pierre Robin序列征的发生。
虽然已有研究表明SOX9基因断点上游的增强子可增加SOX9基因在下颌骨形成过程中的表达，但是其他部位和阶段SOX9表达的调节异常及突变导致Pierre Robin序列征表型的可能尚不能完全排除。近年来有研究在1例患有Pierre Robin序列征及左肩发育不全的患者中发现SOX9基因5`端的基因重排，为SOX9基因远程调控突变提供了一个新的位点^[38]。
SOX9在早期脑神经脊细胞发育过程中表达的不足可能导致与Treacher Collins综合征(又称下颌-面发育不良，具有特征性的鱼面样面容)类似的缺陷。TCOF1基因的突变与Treacher Collins综合征有关，同时也导致包括Pierre Robin序列征在内的其他颅面畸形。有动物实验表明表现出Pierre Robin序列征表型的实验动物在其上腭融合之前以及融合过程中，可在腭板的上皮下间质内检测到Sox9 mRNA的表达异常^[39-40]，更加证实了SOX9基因在这一组织形态形成过程中具有作用的可能性。
距Pierre Robin序列征断点集群着丝粒侧最近的基因是KCNJ2，这一基因编码维持骨骼肌和心肌的膜静止电位的内向整流钾离子通道^[41]。KCNJ2编码序列的突变可导致 Andersen综合征，这一综合征的特点为心律失常、周期性瘫痪以及特征性畸形，其中包括小颌畸形，偶可表现出腭裂^[42]。而Kcnj2基因缺失的纯合子老鼠可表现出Ⅱ°腭裂^[43]。研究表明KCNJ2和SOX9基因mRNA水平的表达降低与Pierre Robin序列征有关^[19]。
2.2.2 LAR家族磷酸酶基因Ptprs和Ptprf 白细胞抗原相关(LAR)家族受体蛋白酪氨酸磷酸酶(RPTPs)可以调控酪氨酸的磷酸化和去磷酸化平衡，从而影响参与组织发育和组织稳态的细胞信号。LAR RPTPs是下颌骨和上颌骨正常发育所必需的。Stewart等^[25]制备了Ptprs；Ptprf基因修饰小鼠，发现39%的Ptprs−/−；Ptprf−/−胚胎出现下颌畸形。并且这些胚胎在16.5-18.5胎龄时均表现出小颌和上颚缺陷，包括腭裂和腭骨异常。这种表型与人类Pierre-Robin序列征相似。而下颌正常的胚胎则未出现腭裂和颚骨异常。LAR家族磷酸酶基因缺失小鼠表型和人类Pierre-Robin综合征十分相似，表明受LAR磷酸酶调控的信号通路和下游靶点可能参与Pierre-Robin综合征的发病过程。Ptprs;Ptprf双突变小鼠可以通过Wnt和骨形成蛋白信号通路调控下颌成形和细胞增殖。在Pierre-Robin综合征中可以发现骨形成蛋白2和COL2A1的调节子SOX9均发生突变。LAR家族磷酸酶是一种人类Pierre-Robin综合征候选基因，它对Pierre Robin综合征患者的骨形成蛋白和Wnt信号通路有关键作用。
2.3 综合征性的Pierre Robin序列征的遗传学研究进展 Pierre Robin序列征常作为其他综合征的临床表现之一而出现在其他综合征中，如Stickler 综合征，腭心面综合征，Marshall 综合征，Treacher Collins 综合征，Catel-Mancke 综合征，Kabuki综合征，Nager综合征，teratogene 综合征等。其中最常见的是Stickler综合征、velocardiofacial综合征及Treacher-Collins综合征^[5-6]。这些综合征的遗传学特点和单纯的Pierre Robin序列征是否是有共同的成因还是有自己的特点，还有待进一步研究和探索。
2.3.1 Stickler综合征 Stickler综合征一种常染色体显性遗传胶原结缔组织病，1965年由年Stickler等^[44]首先报道。该综合征的主要特征性病变为眼部、口面部、关节病变及听力损伤。其口面部的典型特征为小颌畸形、面中部扁平、低鼻梁、短鼻及鼻孔前倾。1/4的患者有腭正中裂^[45]。
Stickler综合征的发病机制主要与胶原蛋白编码基因的突变有关。约75%的Stickler综合征患者为Ⅰ型玻璃体表型，该型主要是由于Ⅱ型胶原蛋白的编码基因(COL2A1)发生突变(框移突变、碱基置换)所致^[46]。COL 2A1基因定位于12q13.11-q13.2，长约31 510 bp，含54个外显子。其中第1-5外显子编码Ⅱ型前胶原蛋白的N端，第6-48外显子编码三螺旋结构的核心区，第49-52外显子编码C端。发生于COL2A1基因外显子2的突变通常会导致眼部表现而无全身症状，而COL2A1基因外显子2以外的突变常表现为眼部以及全身的病变。这是由于外显子2编码的α前胶原链主要存在于玻璃体中，而在其他结缔组织中含量极少^[47]。Ⅱ型玻璃体表型的Stickler综合征患者常见的基因改变位于染色体lp21上的编码Ⅺ型胶原的基因(COL11A1)，该基因编码Ⅺ型胶原的一条多肽链a1(11)，它的突变引起包括眼在内的全身性临床表现^[45]。除了以上两种类型外，COL11A2基因的突变也会引起Stickler综合征。由于其编码的蛋白链在眼部不表达，因此该基因突变导致的Stickler综合征仅有全身症状而无眼部表现^[48]。
2.3.2 Treacher-Collins综合征 Treacher-Collins综合征(TCS)，又称面下颌骨发育不良综合征(MSD)是一种以颅面畸形为主要特征的常染色体显性遗传病^[49]。发病率约为1/50 000，60%的病例为散发出现^[50]。Treacher-Collins综合征的特征性畸形表现为面骨及下颌发育不良、小耳畸形、睑裂外下垂、下睑缺损以及耳前发际位移等^[51]。
目前对Treacher-Collins 综合征发病机制的研究多认为TCOF1基因突变是TCS的遗传学基础。人TCOF1基因定位于染色体5q31．q34区域，共由28个外显子组成。TCOF1编码Treacle蛋白，这一蛋白参与体内核糖体产生。Treacle蛋白可能与上游结合因子(UBF)共区域化。UBF是RNA聚合酶Ⅰ在核仁的转录因子。在胚胎发育期间Treacle蛋白在第1，2鳃弓部位高表达。Treacle蛋白缺陷导致可用于蛋白质翻译的核糖体减少。这一核糖体缺乏被怀疑是胚胎发育过程中对神经上皮和神经脊最大的危害，限制了这些高度增值的细胞细胞周期进程并诱导细胞死亡^[52-53]。
迄今为止，已发现TCOF1基因致病突变有200多种，其中大部分为缺失突变、插入突变、错义或无义突变、剪接位点突变，这些突变沿TCOF1基因的28个外显子排列。其中缺失突变、插入突变、剪接位点突变可引起移码突变，产生前移的终止密码子，从而提前终止了蛋白质肽链的合成。研究统计显示近16%的TCS家族存在第24外显子5 bp缺失突变，而且，在200种突变中超过50%的突变集中在外显子10，15，16，23，24，因此，这5个外显子被推测为TCOF1基因的突变热点区域。Conte等^[51]对46例无血缘关系的TCS患者的整个TCOF1编码区进行测序。发现了15个不同的TCOF1突变，包括12个新的突变和3个已知的突变。同时，他们还检测到了7种新的和13种已知的基因多态性。他们在其中1例患者的样本中检测到位于外显子6的单碱基替代c.2859-30G > A，并认为这个变异可能成为一个新的TCOF1基因的剪接突变。另外，在Conte等的研究中有29例患者虽具有TCS表型，但对其TCOF1基因编码区域的筛查并未发现致病突变。其突变可能位于基因调控区域。
除TCOF1基因外，Dauwerse等^[52]发现了两个与Treacher Collins综合征相关的易感基因——POLR1D 和POLR1C。这两个基因编码RNA聚合酶Ⅰ和Ⅲ亚基^[53]。他们对242例TCS患者及其父母进行基因测序，在其中20例患者的样本中检测到17种POLR1D突变——10个杂合的无义突变和7个杂合的错义突变。这些错义突变都位于外显子3，这一区域包含RNA聚合酶二聚化域的进化保守氨基酸。这些突变可能干扰核糖体α亚基的二聚化。另外，他们在3例家族性TCS患者的样本中检测到POLR1C基因上导致精氨酸279替换的错义突变，这一氨基酸是POLR1C二聚体化结构域的一个高度保守氨基酸。这些研究结果表明POLR1D 和 POLR1C也可能是TCS的病因之一。Conte等的研究中的29例无TCOF1基因突变的患者，其致病基因也可能位于这一区域。
2.3.3 其他相关综合征 Braddock-Carey综合征是一组以Pierre Robin序列征，胼胝体发育不全，面部先天畸形，发育迟滞及先天性血小板减少症为特征的综合征。近来，Braddock-Carey综合征被证明是由于21q22染色体微缺失引起的。这一区域包括RUNX1基因，其单倍剂量不足会导致血小板减少的表现^[54]。Izumi等^[55]报道了一名临床表现为Pierre-Robin序列征，面部异常，先天性心脏缺陷，张力减退和血小板减少的婴儿，并在其21q22连续基因缺失综合征区域内发现1.9 Mb微缺失。他们定义了一个可能存在导致Braddock-Carey综合征小颌表型基因的最小重叠区域，并认为位于该区域的ITSN1基因、SON基因、GART基因可能是PRS的候选基因。
Andersen综合征是一组以心律失常、周期性瘫痪以及特征性畸形为特点的常染色体显性遗传病。其特征性畸形包括骨发育不良、小颌畸形、腭裂等。目前已发现超过20个KCNJ2突变可引起Andersen综合征^[42]。
2q34-qter基因重复及4q34.2-qter基因缺失可引起一系列先天性畸形，包括Pierre Robin 序列征(PRS)、肢体异常、先天性心脏病(CHD)、发育迟缓和智能障碍。Ali等^[56]通过对一名发育迟缓患儿的临床表型和基因序列进行分析，认为4q34.1-q34.3的一个特定的4 Mb区域 (174-178 Mb)可能是PRS的关键区域。
累及骨形态发生蛋白2基因的20p12.3微缺失引起腭裂综合征^[57-58]。Sahoo等^[57]报道了两个20p12.3微缺失个体和一个多代20p12.3微缺失家庭。此3例病例具有约5.5 Mb的缺失(20p13p12.2)，3例患者的临床表现为明显的腭裂和面部畸形，其中2例患者具有Pierre Robin序列征表型。

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