染色體22q11微缺失與胎兒先天性心臟病關(guān)系的分析

染色體22q11微缺失與胎兒先天性心臟病關(guān)系的分析

【關(guān)鍵詞】染色體22q11微缺失;Tbx1基因;TUPLE基因;utd11基因;先天性心臟病先天性心臟病(congenitalheartdisease，CHD)是一種嚴(yán)重威脅患兒健康的常見(jiàn)出生缺陷，在新生活嬰的患病率為8‰～10‰，是我國(guó)出生缺陷監(jiān)測(cè)的主要病種，也是病殘兒鑒定中較常見(jiàn)的疾病，其主要臨床表現(xiàn)為心臟、大血管的發(fā)育異常，包括室間隔缺損(VSD)、房間隔缺損(ASD)、動(dòng)脈導(dǎo)管未閉(PDA)、法氏四聯(lián)癥(TOF)、主動(dòng)脈弓離斷(IAA)、主動(dòng)脈右置、永存動(dòng)脈干(TA)等癥。較嚴(yán)重的先心病多伴有心外畸形及多種功能障礙，如腭裂、唇裂、免疫功能下降、語(yǔ)言障礙、身體和智力發(fā)育不良等。近幾年來(lái)有較多學(xué)者從分子遺傳學(xué)角度闡述和研究先心病的病因和病機(jī)，Wilson等早在1992年提出有些先心病的病因是由于22q11微缺失。22q11缺失綜合征(22q11deletionsyndrome，22q11DS)是人類(lèi)最常見(jiàn)的遺傳綜合征之一，發(fā)生率約為1/4000[1]。主要包括了以臨床特征定義的DiGeorge綜合征(DGS)、腭-心-面綜合征(velocardiofacialsyndrome，VCFS)[2]及圓錐動(dòng)脈干-異常面容綜合征(conotruncalanomalyfacesyndrome，CAFS)等。上述諸多綜合征均具有共同的遺傳學(xué)基礎(chǔ)，即22q11微缺失的比率均較高，分別為88%、85%和100%，且不同患者的缺失片段常有重疊，而普通人群中此缺失比率僅為1/萬(wàn)[3，4]，故提出應(yīng)統(tǒng)稱為22q11DS，在此命名規(guī)范的過(guò)程中，關(guān)于此癥的遺傳學(xué)、臨床表現(xiàn)、診斷等方面的研究已逐步完善。目前認(rèn)為22q11中不同基因的突變可能是引起不同表型先心病的關(guān)鍵。22q11包括三種主要基因，Tbx1基因、Ufd1l基因和稱TUPLE基因。現(xiàn)僅就22q11微缺失與胎兒先心病的關(guān)系進(jìn)行綜述。1染色體22q11中關(guān)鍵基因定位及結(jié)構(gòu)1.1Tbx1基因Tbx1基因是最受關(guān)注的基因。Tbx1基因?yàn)門(mén)2box基因家族成員，該基因家族作為轉(zhuǎn)錄因子調(diào)控胚胎的生長(zhǎng)發(fā)育過(guò)程，含有進(jìn)化過(guò)程中保守性強(qiáng)的保守片段。Tbx1有10個(gè)外顯子，3種mRNA亞型[5]。研究者認(rèn)為引起CATCH22綜合征心血管畸形的主要原因是Tbx1基因單倍體短缺及基因突變[6]。在鼠胚發(fā)育過(guò)程中Tbx1參與咽弓生長(zhǎng)發(fā)育，神經(jīng)嵴細(xì)胞的正確遷移及在咽弓的正常分布、外周腦神經(jīng)的分布及心臟圓錐干的分化發(fā)育和隔膜的形成。Tbx1純合性突變小鼠咽弓發(fā)育不良，咽弓缺少特征性的節(jié)段性結(jié)構(gòu)而形成簡(jiǎn)單的管狀外觀，神經(jīng)嵴細(xì)胞遷移到達(dá)咽弓后迷失了方向，由于咽弓的分布異常，第3、4和6咽弓動(dòng)脈不能形成，心臟隔膜形成異?；虿话l(fā)育及流出道異常等[7~9]。但在人類(lèi)基因突變研究中，在DGS/VCFS患者中未篩查到Tbx1基因突變。也有陽(yáng)性報(bào)道，Gong等(2001年)在未發(fā)現(xiàn)缺失的DGS/VCFS患者及非綜合征性圓錐干畸形患者中檢測(cè)到Tbx1基因的突變，但這些突變是否為主要的致病原因尚不清楚。1.2TUPLE基因TUPLE基因也稱Hira基因。TUPLE基因種屬間高度保守，編碼含1018個(gè)氨基酸的轉(zhuǎn)錄蛋白，該蛋白有7個(gè)WD40重復(fù)功能區(qū)，形成螺旋狀結(jié)構(gòu)，參與蛋白間的相互作用，在細(xì)胞周期中與cyclin2CDK2結(jié)合，使第555位脯氨酸被其磷酸化，參與細(xì)胞周期的調(diào)節(jié)。TUPLE蛋白在胚胎發(fā)育的過(guò)程中呈動(dòng)態(tài)表達(dá)，胚胎早期在鼠、雞胚的神經(jīng)上皮、遷移前和遷移中的神經(jīng)嵴細(xì)胞及頭間充質(zhì)中表達(dá)，隨后在神經(jīng)嵴細(xì)胞遷移到達(dá)的組織及鰓弓、體節(jié)和前肢芽表達(dá)。TUPLE基因是胚胎存活、正常發(fā)育及神經(jīng)嵴細(xì)胞的正確遷移必不可少的。TUPLE基因純合性突變可導(dǎo)致小鼠由于胎盤(pán)形成異常、原腸胚缺陷和心臟形成障礙而死亡，雜合性突變則可引起神經(jīng)組織的破壞。TUPLE基因突變使胚胎不能進(jìn)行軸向旋轉(zhuǎn)和心臟的環(huán)化而引起CHD[10]。但TUPLE基因突變是否會(huì)引起人類(lèi)的CATCH22綜合征，目前尚未定論。1.3Ufd11基因Ufd1l基因是一種酵母基因同源物，從酵母到人類(lèi)該基因高度保守，有12個(gè)外顯子，在5′端存在不同的轉(zhuǎn)錄起始位點(diǎn)[11]，參與泛素蛋白降解[12]。Ufd1l蛋白在第1到第4咽弓的尖端高表達(dá)，尤其是在腭原始部位和額鼻部高表達(dá)。Ufd1l蛋白在端腦中部表達(dá)，隨胚胎發(fā)育端腦中部將形成海馬，與長(zhǎng)期記憶有關(guān)，Ufd1l蛋白缺失會(huì)影響海馬的發(fā)育，導(dǎo)致學(xué)習(xí)能力下降。Ufd1l蛋白在CATCH22綜合征的受累組織中表達(dá)并參與神經(jīng)嵴細(xì)胞發(fā)育的通路均提示Ufd1l蛋白在CATCH22綜合征的發(fā)病機(jī)制中起重要作用。Kariyazono等(2001年)認(rèn)為Ufd1l蛋白單倍體短缺導(dǎo)致某種蛋白質(zhì)的積聚影響心臟和顱神經(jīng)嵴細(xì)胞的發(fā)育及未成熟胸腺凋亡，引起主動(dòng)脈離斷、腭裂等顱面部畸形及胸腺發(fā)育不良。但對(duì)39例CATCH22綜合征患者進(jìn)行Ufd1l蛋白基因突變的篩選，除了在起始密碼子上游2277bp處發(fā)現(xiàn)A→C的沉默突變外，未發(fā)現(xiàn)有突變存在。222q11的功能人類(lèi)22號(hào)染色體長(zhǎng)臂1區(qū)1帶(22q11)微缺失引起CATCH22綜合征。CATCH22綜合征是一組臨床癥狀的英文單詞首寫(xiě)字母縮略詞，分別代表cardiacdefects(C，心臟缺陷)，abnormalfaces(A，異常面容)，thymichypoplasia(T，胸腺發(fā)育不良)，cleftpalate(C，腭裂)，hypocalcemia(H，低鈣血癥)，deletedchromosome22(22，第22號(hào)染色體缺失)。人類(lèi)染色體22q11微缺失是引起以上這些臨床癥狀的遺傳學(xué)基礎(chǔ)，檢測(cè)22q11微缺失是臨床診斷CATCH22的重要指標(biāo)，尤其是可以通過(guò)檢測(cè)羊水細(xì)胞、絨毛細(xì)胞中胎兒是否攜帶22q11微缺失進(jìn)行產(chǎn)前診斷，減少遺傳性疾病患兒的出生率，有利于優(yōu)生優(yōu)育。322q11與胚胎心臟發(fā)育的關(guān)系22q11微缺失患者表現(xiàn)為多器官缺陷，而且多是同時(shí)發(fā)生，在胚胎期有共同的先兆，提示22q11的發(fā)生源于發(fā)育過(guò)程中的缺陷。在胚胎發(fā)育過(guò)程中，存在一個(gè)“形態(tài)發(fā)生反應(yīng)單元”(morphogeneticallyreactiveunit)，各種不利的遺傳和環(huán)境因素可破壞這一單元。實(shí)驗(yàn)證據(jù)表明22q11DS的“形態(tài)發(fā)生反應(yīng)單元”是頭顱部的神經(jīng)嵴。神經(jīng)嵴細(xì)胞遷移到心臟的流出道，同時(shí)對(duì)肺動(dòng)脈隔膜的形成也是必需的。在雞胚胎研究中，去掉神經(jīng)嵴細(xì)胞可導(dǎo)致總動(dòng)脈流出道和大動(dòng)脈易位。由此推測(cè)，人類(lèi)染色體22q11區(qū)域內(nèi)存在影響神經(jīng)嵴遷移、分化的基因。這些基因的缺失破壞了22q11DS的“形態(tài)發(fā)生單元”，而表現(xiàn)出相應(yīng)的先天性心臟缺陷等多種臨床癥狀[13]。研究者對(duì)22q11.2典型缺失區(qū)域進(jìn)行了分析，在1.5～3.0Mb區(qū)域中分離出4個(gè)重復(fù)序列和30多個(gè)基因，重復(fù)序列均位于缺失或易位的斷點(diǎn)上，而基因則定位于300～600kb的共有缺失片段即DiGeorge關(guān)鍵區(qū)域中。422q11與先天性畸形關(guān)系研究提出22q11微缺失是先心病的主要病因，故將此征稱之為CATCH22。Burn等(1993年)報(bào)道CATCH22在新生兒的發(fā)病率為1/3000;Steven等(1997年)認(rèn)為DiGeorge綜合征和腭-心-面綜合征常合并心室流出道和主動(dòng)脈弓畸形;Takao等(1997年)提出腭-心-面綜合征、DiGeorge綜合征和圓錐動(dòng)脈干-異常面容綜合征這些曾認(rèn)為是獨(dú)立的綜合征，有類(lèi)似的臨床重疊表現(xiàn)都有22q11.2缺失。而且多合并有心室流出道和主動(dòng)脈弓畸形，該項(xiàng)研究提示需對(duì)22q11微缺失引起類(lèi)似心血管畸形的可能性進(jìn)行更深入的研究。80%的22q11微缺失者患先天性心臟病，最典型的是心臟圓錐干畸形，包括法樂(lè)四聯(lián)癥、肺動(dòng)脈閉鎖伴室缺、永存動(dòng)脈干、主動(dòng)脈弓離斷、大動(dòng)脈異位和右室雙流出道。Marino等[14]認(rèn)為CATCH22綜合征中的先天性心臟病類(lèi)型以永存動(dòng)脈干(PTA)A3型最多見(jiàn)，動(dòng)脈干從右室發(fā)出，常與IAA伴發(fā)。永存動(dòng)脈干是一種罕見(jiàn)的CHD，而在CATCH22綜合征中則是常見(jiàn)類(lèi)型。5展望22q11DS臨床表現(xiàn)多樣、復(fù)雜，表型和基因型之間關(guān)聯(lián)不密切，即使是在同一家系中表型也多樣。這給22q11DS的臨床診斷帶來(lái)了困難。22q11DS是引起先天性心臟病的第二常見(jiàn)遺傳因素，先天性心臟病在正常人群中發(fā)病率較高，大約為1%，且預(yù)后不良。因而22q11DS診斷技術(shù)與產(chǎn)前診斷技術(shù)的研究，對(duì)預(yù)防出生缺陷，實(shí)行優(yōu)生優(yōu)育具有重要的意義。22q11DS的染色體缺失區(qū)域大約3Mb，在該區(qū)域中已經(jīng)分離出一系列基因，在這些基因中，哪些在22q11DS發(fā)生中起著主要作用以及它們之間如何相互作用，有待于進(jìn)一步的研究。shh調(diào)節(jié)Tbx1基因的表達(dá)，但具體的調(diào)節(jié)方式還不是很清楚，Tbx1基因是否通過(guò)FGF8因子對(duì)神經(jīng)嵴細(xì)胞起作用也還需要進(jìn)一步闡明。2ReneeLO，Neill，IsabelleB，etal.Theneuropsychologicalphen2otypeofvelocardiofacialsyndrome(VCFS):Relationshiptopsycho2pathology.ArchivesofClinicalNeuropsychology，2006，21(2):175-184.3KitsiouTS，KolialexiA，F(xiàn)ryssiraH，etal.Detectionof22q11.2deletionamong139patientswithDiGeorge/Velocardiofacialsyndromefeatures.InVivo，2004，18(5):603-608.4OskarsdottirS，PerssonC，EnkssonBO，etal.Presentingphenot2ypein100childrenwiththe22q11deletionsyndrome.EurJPediatr，2005，164(3):146-153.5ContiE，GrifoneN，SarkozyA，etal.DiGeorgesubtypesofnonsyndromicconotruncaldefects:evidenceagainstamajorroleofTbx1gene.EurJHumGenet，2003，11(4):349-351.6StollerJZ，EpsteinJA.IdentificationofanovelnuclearlocalizationsignalinTbx1thatisdeletedinDiGeorgesyndromepatientsharboringthedelCmutation.HumMolGenet，2005，14(7):885-892.7VitelliF，MorishimaM，TaddeiL，etal.Tbx1mutationcausesmult-iplecardiovasculardefectsanddisruptsneuralcrestandcranialnervemigratorypathways.HumMolGenet，2002，11(8):915-922.8KellyRG，JeromeMLA，PapaioannouVE.Thedel22q11.2candidategeneTbx1regulatesbranchiomericmyogenesis.HumMolGenet，2004，13(22):2829-2840.9MahadevanNR，HortonAC，GibsonBJJ.Develop-mentalexpressionoftheamphioxusTbx1/10geneilluminatestheevolutionofvertebratebranchialarchesandsclerotome.DevGenesEvol，2004，214(11):559-566.10RobertsC，SutherlandHF，F(xiàn)armerH，etal.TargetedmutagenesisoftheHirageneresultsingastrulationdefectsandpatterningabnormalitiesofmesoendodermalderivatiespriortoearlyembryoniclethality.MolCellBiol，2002，22(7):2318-2328.11AmatiF，ContiE，BottaA，etal.Functionalcharacteriz