X-連鎖遺傳性耳聾*

王秋菊　王洪陽

X-連鎖遺傳性耳聾是指與耳聾表型相關(guān)的致病基因位于X染色體上，這些基因的遺傳方式可以是顯性的，也可以是隱性的，此類耳聾表型與性別相關(guān)。1930年Dow和Poyner首次報道了典型的X-連鎖遺傳性耳聾，隨后發(fā)現(xiàn)與常染色體遺傳性耳聾相同，X-連鎖遺傳性耳聾也包括非綜合征型耳聾及綜合征型耳聾。對于非綜合征型X-連鎖遺傳性耳聾，聽力損失是其唯一臨床表現(xiàn)，根據(jù)顯性及隱性遺傳方式的不同，患者的發(fā)病年齡、聽力損失程度等表型亦各異。綜合征型X-連鎖遺傳性耳聾，除了耳聾表型外同時伴有其他器官系統(tǒng)功能異常，比如Alport綜合征、Norrie綜合征和伴外淋巴井噴的進行性混合性聾都是X-連鎖遺傳病。X-連鎖遺傳性耳聾較常染色體遺傳性耳聾相對罕見，在遺傳性耳聾中的發(fā)病比例在1%左右，但在臨床遺傳咨詢中，通過家系圖譜分析、患者的表型特征及基因檢測明確X-連鎖遺傳，尤其是要明確家系中女性患者和女性攜帶者，這對減少家庭中后代耳聾的發(fā)生意義重大。

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X-連鎖遺傳性耳聾*

王秋菊1王洪陽1

X-連鎖遺傳性耳聾是指與耳聾表型相關(guān)的致病基因位于X染色體上，這些基因的遺傳方式可以是顯性的，也可以是隱性的，此類耳聾表型與性別相關(guān)。1930年Dow和Poyner首次報道了典型的X-連鎖遺傳性耳聾，隨后發(fā)現(xiàn)與常染色體遺傳性耳聾相同，X-連鎖遺傳性耳聾也包括非綜合征型耳聾及綜合征型耳聾。對于非綜合征型X-連鎖遺傳性耳聾，聽力損失是其唯一臨床表現(xiàn)，根據(jù)顯性及隱性遺傳方式的不同，患者的發(fā)病年齡、聽力損失程度等表型亦各異。綜合征型X-連鎖遺傳性耳聾，除了耳聾表型外同時伴有其他器官系統(tǒng)功能異常，比如Alport綜合征、Norrie綜合征和伴外淋巴井噴的進行性混合性聾都是X-連鎖遺傳病。X-連鎖遺傳性耳聾較常染色體遺傳性耳聾相對罕見，在遺傳性耳聾中的發(fā)病比例在1%左右，但在臨床遺傳咨詢中，通過家系圖譜分析、患者的表型特征及基因檢測明確X-連鎖遺傳，尤其是要明確家系中女性患者和女性攜帶者，這對減少家庭中后代耳聾的發(fā)生意義重大。

1　X-連鎖遺傳方式的主要特征

①交叉遺傳：男性患者的X-連鎖基因只能來源于母親并只能傳給女兒；

②半合子：正常男性只有一條X染色體，相當于正常女性的一半，因此稱為“半合子”，位于男性X染色體上的致病基因突變，無論顯性隱性，均能導(dǎo)致疾病的發(fā)生；

③女性表型差異：X-連鎖遺傳基因在女性中是否表達及表達程度與X染色體失活相關(guān)，X染色體失活具有選擇性和偏好性。

1.1X-連鎖隱性遺傳(X-linked recessive inheritance)的特點是：①男性患者遠多于女性患者；②男性患者的雙親都無病，其致病基因來自攜帶者母親；③可見交叉遺傳現(xiàn)象，即“父傳女，母傳子”的遺傳現(xiàn)象；④由于男患者的子女都是正常的，所以代與代之間可見明顯的不連續(xù)現(xiàn)象，即隔代遺傳。1995年鑒定的第一個非綜合征型耳聾基因POU3F4相關(guān)耳聾基因遺傳方式即表現(xiàn)為X-連鎖隱性遺傳。

1.2X-連鎖顯性遺傳(X-linked Dominant Inheritance)的特點是：①女性患者多于男性患者；②患者雙親之一必定是患者，女患者都是雜合子，她們的致病基因可傳給兒子和女兒，但男患者的致病基因只傳給女兒，因此，系譜中男患者的女兒全部發(fā)??；③與常染色體顯性遺傳相似，家系中可看到連續(xù)兩代以上都有患者。

2　X-連鎖遺傳性耳聾致病基因的命名與定位

迄今為止， X-連鎖遺傳性耳聾中只有6個相關(guān)基因座被命名與定位。根據(jù)人類基因組命名委員會的規(guī)則，以DFNX為前綴來表示X-連鎖遺傳性耳聾，DFN縮略詞來自deafness(耳聾)中的三個字母，X定義為X-連鎖遺傳。第一個致病基因座位表述為DFNX1，此后依據(jù)基因座發(fā)現(xiàn)及獲得命名的時間順序排列，6個X-連鎖遺傳的非綜合征型耳聾相關(guān)基因座依次命名為DFNX1、DFNX2、DFNX3、DFNX4、DFNX5、DFNX6。

X-連鎖基因座位命名早期以DFN為前綴，分別命名為DFN1, DFN2,DFN3,DFN4,DFN5,DFN6,DFN7,DFN8，現(xiàn)今的基因座位命名與原始命名的關(guān)系詳見表1。除DFN2, 3, 4, 6有新的命名外，DFN1重新定義為綜合征表型，該基因座位最早定位于1960年，Mohr和Mageroy報道了一個挪威家系，表現(xiàn)為X-連鎖的進行性下降的感音神經(jīng)性耳聾，男性患者在兒童期就表現(xiàn)出明顯聽力障礙和言語困難并逐漸加重，女性攜帶者則偶爾出現(xiàn)輕度聽力障礙，通過連鎖分析定位于X染色體，命名為DFN1；1995年，Tranebjaerg對該家系表型進行追蹤分析，發(fā)現(xiàn)該家系實際是一種隱性神經(jīng)退化綜合征，其表型特征為在10歲前以漸進下降的語后感音神經(jīng)性耳聾為首發(fā)癥狀，隨后出現(xiàn)肌張力障礙、痙攣狀態(tài)、吞咽困難、智力遲滯、偏執(zhí)癥及皮層盲，該綜合征的致病基因為TMM8A(MIM300356)。因此，目前仍以新的命名方式DFNX確定X連鎖遺傳性耳聾的表型和致病基因。

3　非綜合征型X-連鎖線性耳聾相關(guān)致病基因的鑒定及表型(表1)

3.1DFNX1(原DFN2)與PRPS1基因

DFNX1定位在Xq22，表型以重度先天性感音神經(jīng)性耳聾為主，致病基因為PRPS1基因。遺傳方式為X-連鎖顯性遺傳，男性患者表型較重，女性攜帶者部分可表現(xiàn)為輕度到中度聽力損失。1996年，Tyson等在一個四代遺傳的英國家系中定位了DFN2，家系內(nèi)所有男性患者表現(xiàn)為先天性雙側(cè)重度到極重度感音神經(jīng)性耳聾，女性攜帶者無聽力障礙主訴，但聽力學檢測顯示高頻的輕度到中度聽力下降。隨后報道的DFN2家系表現(xiàn)為語后漸進性下降的非綜合征型感音神經(jīng)性耳聾。2010年，袁慧軍等在一個中國家系的男性患者中鑒定了致病基因PRPS1，隨后在中國、美國、英美家庭中分別鑒定了該基因與非綜合征型X-連鎖遺傳性耳聾相關(guān)的致病突變。

PRPS1基因編碼磷酸核糖焦磷酸合成酶，催化5-磷酸核糖和ATP的反應(yīng)，生成AMP和PRPP(5-磷酸核糖-1-焦磷酸)，對于嘌呤、嘧啶和合成吡啶核苷酸的生成和重新利用過程是必不可少的。PRPS1基因突變會導(dǎo)致酶活性降低，小鼠實驗中，Prps1在小鼠耳蝸、前庭毛細胞及螺旋神經(jīng)節(jié)表達，且在毛細胞中持續(xù)表達，出生后在螺旋神經(jīng)節(jié)中仍有表達。除與非綜合征型耳聾相關(guān)外，PRPS1亦為綜合征型耳聾CMTX5的致病基因，除耳聾外，伴隨有視力下降和周圍神經(jīng)病變(表2)。

表1　非綜合征型X-連鎖性遺傳性耳聾的相關(guān)基因、定位、表達及表型

表2　綜合征型X-連鎖性遺傳性的相關(guān)基因、定位、表達及表型

3.2DFNX2(原DFN3)與POU3F4基因

DFNX2定位在Xq13-q21，表型為感音神經(jīng)性聾或混合性聾及鐙骨手術(shù)時的外淋巴井噴，致病基因為POU3F4基因。遺傳方式為X-連鎖隱性遺傳，患者以男性為主，表現(xiàn)為中度到極重度感音神經(jīng)性聽力損失，或混合性聽力損失伴感音神經(jīng)性成分的進行性發(fā)展，部分女性攜帶者中亦可見輕度的感音神經(jīng)性或混合性聽力損失，且可能呈進行性發(fā)展，影像學可見耳蝸基底回和內(nèi)聽道之間的骨壁變薄，內(nèi)聽道側(cè)壁末端擴大。

POU3F4基因?qū)儆赑OU轉(zhuǎn)錄因子家族成員中的第三類，POU轉(zhuǎn)錄因子對于器官形成、細胞分化發(fā)揮著重要作用。Minowa等在DFN3老鼠模型中發(fā)現(xiàn)老鼠中耳發(fā)育正常，但是聽性腦干反應(yīng)閾值增加；進一步研究發(fā)現(xiàn)其內(nèi)耳螺旋韌帶中的纖維細胞發(fā)生形態(tài)學改變，而內(nèi)耳中其他組織細胞沒有發(fā)生變化，故認為Brn4基因(人類POU3F4基因的同源基因)突變導(dǎo)致纖維細胞功能異常，而纖維細胞在維持耳蝸內(nèi)電位中發(fā)揮重要的作用。Phippard等研究也證明Brn4基因產(chǎn)物是內(nèi)耳中胚層間充質(zhì)的塑型關(guān)鍵因子，Brn4基因突變會導(dǎo)致耳蝸、上半規(guī)管等結(jié)構(gòu)發(fā)育異常。

3.3DFNX3(原DFN4)

DFNX3定位在Xp21.2，在此區(qū)域包括杜氏肌營養(yǎng)不良的座位，這個座位突變在男性可以導(dǎo)致先天性極重度感音神經(jīng)性聾，在女性可以導(dǎo)致成年發(fā)病的輕度到中度的高頻感音神經(jīng)性聾，是已經(jīng)定位的6個X-連鎖基因座位中唯一尚未克隆致病基因的座位。

3.4DFNX4(原DFN6)與SMPX基因

DFNX4定位在Xp22，表型以進行性感音神經(jīng)性聾為主，致病基因為SMPX，遺傳方式為X-連鎖顯性遺傳。2011年，Antje等報道了一個德國非綜合征型感音神經(jīng)性聽力損失大家系，臨床表現(xiàn)為男性3～7歲發(fā)病，女性20～30余歲發(fā)病，由高頻輕度聽力損失逐漸發(fā)展為全頻重度聽力損失。對這個家系進行分子遺傳學研究，在患者中發(fā)現(xiàn)了位于SMPX基因第3外顯子上的一個新的無義突變c.109G>T(p.Glu37X)，與耳聾表型共分離。同時，在一個具有相似表型的西班牙家系中發(fā)現(xiàn)了SMPX基因第4外顯子的一個無義突變c.175G>T(p.Gly59X)。同年，Margit等在X-連鎖語后進行性聽力損失的一個荷蘭五代大家系，臨床表現(xiàn)為雙側(cè)進行性聽力損失，運用分子遺傳學方法，在SMPX的外顯子4上，發(fā)現(xiàn)了1個c.214G>T無義突變(p.Glu72X)，這三個無義突變均導(dǎo)致了蛋白編碼提前終止。

SMPX基因編碼小肌肉蛋白(small muscular protein)，目前尚未明確其功能結(jié)構(gòu)域。1999年，Dirk Patzak等在人類心臟和骨骼肌發(fā)現(xiàn)SMPX基因的特異性表達，同時，在小鼠模型的研究中發(fā)現(xiàn)其除了在心臟和骨骼肌大量表達外，在肝，睪丸，腎臟，腦等組織內(nèi)也有少量分布。 2010年，Heejei Yoon等在胚胎小鼠內(nèi)耳組織發(fā)現(xiàn)Smpx基因在內(nèi)耳毛細胞明確表達，并隨發(fā)育時間的變化其表達顯著改變，Smpx最先在耳蝸半規(guī)管的底回和中間回高度表達，而在中間-頂回表達微弱，出生后第5天，Smpx在耳蝸管各回均強烈表達。這些改變提示SMPX基因不僅是肌細胞運動功能的重要基因，而且提示其在毛細胞分化和功能中也起到重要的作用。SMPX基因編碼的小肌肉蛋白可能與耳蝸毛細胞纖毛的發(fā)育密切相關(guān)。這些微細結(jié)構(gòu)會對聲波產(chǎn)生反應(yīng)，并將聲音轉(zhuǎn)變成電能輸送到大腦的聽覺中樞，因此，毛細胞上這些靜纖毛出現(xiàn)問題會引起聽力損害。內(nèi)耳細胞長期接受機械性壓力，而其正常狀態(tài)和功能的維護有賴于SMPX。

3.5DFNX5(原AUNX1)與AIFM1基因

DFNX5定位在Xq23-q27.3，患者表現(xiàn)為聽神經(jīng)病表型，聽力損失以輕度至重度感音神經(jīng)性耳聾為主，部分患者伴有其他周圍神經(jīng)病變；遺傳方式為X-連鎖隱性遺傳，患者以男性為主。2003年，王秋菊等發(fā)現(xiàn)一個交叉遺傳男性發(fā)病的聽神經(jīng)病伴遲發(fā)性、周圍神經(jīng)病大家系，在國際上首次描述了遺傳性聽神經(jīng)病的X-連鎖隱性遺傳方式及中國大家系的表型特征；2004年，通過連鎖分析的方法，將該家系表型定位在X染色體上Xq23-q27.3區(qū)域，將其命名為AUNX1基因座；2011年，利用最新的全外顯子組二代測序技術(shù)，結(jié)合基因定位信息，成功鑒定出了與家系表型共分離的致病基因(AUNX1)及其錯義突變p.R451Q。

AIFM1基因編碼蛋白與線粒體氧呼吸鏈功能密切相關(guān)，功能預(yù)測發(fā)現(xiàn)，這些新突變將明顯改變編碼蛋白的表面構(gòu)象及結(jié)合力，從而嚴重影響蛋白的生理功能。該基因在內(nèi)耳毛細胞、螺旋神經(jīng)節(jié)上均有表達，提示其在聽覺系統(tǒng)中可能發(fā)揮重要作用。

3.6DFNX6與COL4A6基因

DFNX6定位在Xq22.3，表型以重度感音神經(jīng)性聾為主，致病基因為COL4A6，遺傳方式為X-連鎖隱性遺傳，患者以男性為主，女性攜帶者不出現(xiàn)聽力下降或表現(xiàn)為輕度至中度聽力下降。2014年，Rost等在一個匈牙利家系中鑒定了COL4A6為該家系的致病原因，家系成員除耳聾表型外，無血管球性腎炎、腎衰、視覺受損等其他系統(tǒng)受損表現(xiàn)。

COL4A6基因編碼基膜的IV型膠原的α6鏈，與COL4A5編碼的兩條α5鏈形成異源三聚體。COL4A5基因突變及X染色體上包含COL4A5及COL4A6基因的片段缺失與Alport綜合征相關(guān)(表2)。在小鼠中主要表達在螺旋韌帶的血管紋處，斑馬魚胚胎中Col4a6在神經(jīng)系統(tǒng)及耳部尤其是耳泡部位動態(tài)表達，維持正常耳朵的發(fā)育與功能。

4　綜合征型X-連鎖遺傳性耳聾相關(guān)基因、定位及表達

表2列舉了部分綜合征型X-連鎖耳聾相關(guān)基因、定位及表達。以X-連鎖進行性神經(jīng)性肌萎縮伴耳聾(CMT綜合征)為例，1993年, Bergoffen等在CMTX1家系中鑒定GJB1為致病基因。GJB1基因是與X-連鎖遺傳性感覺運動性神經(jīng)病伴耳聾相關(guān)的致病基因。人類的GJB1基因位于染色體Xq13.1區(qū)域，DNA序列全長1 969 bp，只有1個外顯子，編碼長度為283 aa的縫隙連接蛋白Cx32，該蛋白有4個跨膜區(qū)、2個胞外突起和3個胞內(nèi)片段。LoPez-Bigas等研究發(fā)現(xiàn)，Cx32在發(fā)育中的鼠聽泡上皮僅在有限的區(qū)域表達,但是在周圍間葉組織卻有大量的轉(zhuǎn)錄,隨著耳蝸結(jié)構(gòu)的不斷發(fā)育完善，Cx32逐漸分布于螺旋韌帶、前庭膜、基底膜和螺旋神經(jīng)節(jié)邊緣等處。Forge等發(fā)現(xiàn)Cx32在前庭器支持細胞、膝神經(jīng)節(jié)和聽神經(jīng)也有表達。研究顯示，Cx32可以在髓鞘形成通道, 運輸一些離子、營養(yǎng)成分等小分子進入神經(jīng)細胞, 在營養(yǎng)神經(jīng)及信號傳導(dǎo)中均可起到重要作用, 其在中樞神經(jīng)系統(tǒng)、周圍神經(jīng)的雪旺氏細胞均有表達。GJB1基因敲除小鼠表現(xiàn)力一種輕微的、遲發(fā)的外周神經(jīng)病變,其特征為髓鞘變薄、洋蔥球樣細胞形成和突觸旁囊泡擴大。

5　X-連鎖遺傳性耳聾的婚配類型及子代發(fā)病風險的預(yù)測與遺傳咨詢

X-連鎖隱性遺傳耳聾患者，如父親正常(XAY)，母親為攜帶者(XAXa)，即能產(chǎn)生兩種配子A和a，一種帶有正?；駻，一種帶有突變基因a，后代兒子發(fā)病風險為50%(XAY與XaY兩種可能)，表型正常的女性為致病基因突變的攜帶者風險為50%(XAXa與XAXA兩種可能)；如果父親患病(XaY)，母親正常，如果母親不攜帶致病突變(XAXA)，則后代兒子無患病風險，而女兒全部為攜帶者，如果母親攜帶致病突變(XAXa)，后代兒子發(fā)病風險為50%，女兒為攜帶者及發(fā)病的風險分別為50%。在發(fā)現(xiàn)X-連鎖隱性遺傳耳聾家系時，明確家系中的女性是否為致病基因的攜帶者至關(guān)重要，可以由此判斷出后代的發(fā)病情況。

X-連鎖顯性遺傳的父母至少一方為患者，如果父親為患者(XAY)，母親正常(XaXa)時，則其所有女性后代均患病，所有男性后代均正常；如果母親為患者，父親正常，母親為雜合子(XAXa)時，其子女各有50%的患病風險，母親為純合子(XAXA)時，后代中兒女全部患病。

1Toriello HV, Reardon W, Gorlin RJ. Hereditary hearing loss and its syndromes (Second edition)[M]. The United States of America:Oxford University Press, 2004.1～2.

2Cryns K, Van Camp G. Deafness genes and their diagnostic applications[J]. Audiol Neurootol,2004,9:2.

3http://hereditaryhearingloss.org/.

4Liu X, Han D, Li J, et al. Loss-of-function mutations in the PRPS1 gene cause a type of nonsyndromic X-linked sensorineural deafness, DFN2[J]. Am J Hum Genet, 2010,86:65.

5Wang QJ, Li QZ, Rao SQ, et al. A Novel Mutation of POU3F4 Causes Congenital Profound Sensorineural Hearing Loss in a Large Chinese Family[J]. Laryngoscope,2006,116:944.

6Wang QJ, Li QZ, Rao SQ, et al. AUNX1, a novel locus responsible for X-linked recessive auditory and peripheral neuropathy, maps to Xq23-27.3[J]. J Med Genet,2006, 43:1.

7Schraders M, Haas SA, Weegerink NJD, et al. Next-generation sequencing identifies mutations of SMPX, which encodes the small muscle protein, X-linked, as a cause of progressive hearing impairment[J]. Am J.Hum Genet, 2011, 88:628.

8Zong L, Guan J, Ealy M, et al. Mutations in apoptosis-inducing factor cause X-linked recessive auditory neuropathy spectrum disorder[J]. J Med Genet, 2015, 52:523.

9Rost S, Bach E, Neuner C, et al. Novel form of X-linked nonsyndromic hearing loss with cochlear malformation caused by a mutation in the type IV collagen gene COL4A6[J]. Europ J Hum Genet,2014,22:208.

(2016-08-19收稿)

(本文編輯周濤)

*國家重大科學研究計劃項目(2014CB943001)、國家自然基金重點國際合作項目(81120108009)、國家自然科學基金重點項目(81530032)聯(lián)合資助

1解放軍總醫(yī)院耳鼻咽喉頭頸外科 解放軍耳鼻咽喉研究所 (北京100853)

王秋菊(Email：wqcr@263.net 或wqcr301@vip.sina.com)

10.3969/j.issn.1006-7299.2016.05.021

R764.43

A

1006-7299(2016)05-0520-04