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【关键词】 染色体22q11微缺失;Tbx1基因;TUPLE基因;utd11基因;先天性心脏病
先天性心脏病( congenital heart disease, CHD)是一种严重威胁患儿健康的常见出生缺陷,在新生活婴的患病率为8‰～10‰,是我国出生缺陷监测的主要病种,也是病残儿鉴定中较常见的疾病，其主要临床表现为心脏、大血管的发育异常,包括室间隔缺损(VSD)、房间隔缺损(ASD)、动脉导管未闭(PDA)、法氏四联症(TOF)、主动脉弓离断(IAA)、主动脉右置、永存动脉干(TA)等症。较严重的先心病多伴有心外畸形及多种功能障碍,如腭裂、唇裂、免疫功能下降、语言障碍、身体和智力发育不良等。近几年来有较多学者从分子遗传学角度阐述和研究先心病的病因和病机,Wilson等早在1992年提出有些先心病的病因是由于22q11微缺失。22q11缺失综合征(22q11 deletion syndrome, 22q11DS)是人类最常见的遗传综合征之一,发生率约为1 /4 000[1]。主要包括了以临床特征定义的DiGeorge综合征(DGS) 、腭-心-面综合征(velocardiofacial syndrome, VCFS) [2] 及圆锥动脉干-异常面容综合征(conotruncal anomaly face syndrome,CAFS)等。上述诸多综合征均具有共同的遗传学基础,即22q11微缺失的比率均较高,分别为88%、85%和100% ,且不同患者的缺失片段常有重叠,而普通人群中此缺失比率仅为1 /万[3, 4] ,故提出应统称为22q11DS,在此命名规范的过程中,关于此症的遗传学、临床表现、诊断等方面的研究已逐步完善。目前认为22q11中不同基因的突变可能是引起不同表型先心病的关键。22q11包括三种主要基因，Tbx1基因、Ufd1 l基因和称TUPLE 基因。现仅就22q11微缺失与胎儿先心病的关系进行综述。
1染色体22q11中关键基因定位及结构
1. 1Tbx1基因Tbx1基因是最受关注的基因。Tbx1 基因为T2box基因家族成员,该基因家族作为转录因子调控胚胎的生长发育过程,含有进化过程中保守性强的保守片段。Tbx1有10个外显子, 3种mRNA亚型[5]。研究者认为引起CATCH22综合征心血管畸形的主要原因是Tbx1基因单倍体短缺及基因突变[6]。在鼠胚发育过程中Tbx1参与咽弓生长发育,神经嵴细胞的正确迁移及在咽弓的正常分布、外周脑神经的分布及心脏圆锥干的分化发育和隔膜的形成。Tbx1纯合性突变小鼠咽弓发育不良,咽弓缺少特征性的节段性结构而形成简单的管状外观,神经嵴细胞迁移到达咽弓后迷失了方向,由于咽弓的分布异常,第3、4和6咽弓动脉不能形成,心脏隔膜形成异常或不发育及流出道异常等[7~9]。但在人类基因突变研究中,在DGS/VCFS患者中未筛查到Tbx1基因突变。也有阳性报道, Gong等(2001年)在未发现缺失的DGS/VCFS患者及非综合征性圆锥干畸形患者中检测到Tbx1基因的突变,但这些突变是否为主要的致病原因尚不清楚。
1.2TUPLE基因TUPLE基因也称Hira 基因。TUPLE基因种属间高度保守,编码含1018个氨基酸的转录蛋白,该蛋白有7个WD40重复功能区,形成螺旋状结构,参与蛋白间的相互作用,在细胞周期中与cyclin2CDK2结合,使第555 位脯氨酸被其磷酸化,参与细胞周期的调节。TUPLE蛋白在胚胎发育的过程中呈动态表达,胚胎早期在鼠、鸡胚的神经上皮、迁移前和迁移中的神经嵴细胞及头间充质中表达,随后在神经嵴细胞迁移到达的组织及鳃弓、体节和前肢芽表达。TUPLE基因是胚胎存活、正常发育及神经嵴细胞的正确迁移必不可少的。TUPLE基因纯合性突变可导致小鼠由于胎盘形成异常、原肠胚缺陷和心脏形成障碍而死亡,杂合性突变则可引起神经组织的破坏。TUPLE基因突变使胚胎不能进行轴向旋转和心脏的环化而引起CHD[10] 。但TUPLE基因突变是否会引起人类的CATCH22综合征,目前尚未定论。
1. 3Ufd11基因Ufd1l基因是一种酵母基因同源物,从酵母到人类该基因高度保守,有12 个外显子,在5′端存在不同的转录起始位点[ 11 ] ,参与泛素蛋白降解[ 12 ]。Ufd1l蛋白在第1到第4咽弓的尖端高表达,尤其是在腭原始部位和额鼻部高表达。Ufd1l蛋白在端脑中部表达,随胚胎发育端脑中部将形成海马,与长期记忆有关,Ufd1l蛋白缺失会影响海马的发育,导致学习能力下降。Ufd1l蛋白在CATCH22综合征的受累组织中表达并参与神经嵴细胞发育的通路均提示Ufd1l蛋白在CATCH22综合征的发病机制中起重要作用。Kariyazono等(2001年)认为Ufd1 l蛋白单倍体短缺导致某种蛋白质的积聚影响心脏和颅神经嵴细胞的发育及未成熟胸腺凋亡,引起主动脉离断、腭裂等颅面部畸形及胸腺发育不良。但对39例CATCH22综合征患者进行Ufd1l蛋白基因突变的筛选,除了在起始密码子上游2277bp处发现A→C的沉默突变外,未发现有突变存在。
222q11的功能人类
22号染色体长臂1 区1 带( 22q11) 微缺失引起CATCH22 综合征。CATCH22 综合征是一组临床症状的英文单词首写字母缩略词, 分别代表cardiac defects(C, 心脏缺陷) , abnormal faces (A, 异常面容) ,thymichypoplasia( T, 胸腺发育不良), cleft palate(C, 腭裂),hypocalcemia(H, 低钙血症), deleted chromosome 22( 22, 第22 号染色体缺失)。人类染色体22q11 微缺失是引起以上这些临床症状的遗传学基础, 检测22q11 微缺失是临床诊断CATCH22的重要指标, 尤其是可以通过检测羊水细胞、绒毛细胞中胎儿是否携带22q11 微缺失进行产前诊断, 减少遗传性疾病患儿的出生率, 有利于优生优育。
322q11与胚胎心脏发育的关系
22q11微缺失 患者表现为多器官缺陷,而且多是同时发生,在胚胎期有共同的先兆,提示22q11 的发生源于发育过程中的缺陷。在胚胎发育过程中,存在一个“形态发生反应单元”(morphogenetically reactive unit) ,各种不利的遗传和环境因素可破坏这一单元。实验证据表明22q11DS的“形态发生反应单元”是头颅部的神经嵴。神经嵴细胞迁移到心脏的流出道,同时对肺动脉隔膜的形成也是必需的。在鸡胚胎研究中,去掉神经嵴细胞可导致总动脉流出道和大动脉易位。由此推测,人类染色体22q11 区域内存在影响神经嵴迁移、分化的基因。这些基因的缺失破坏了22q11DS 的“形态发生单元”,而表现出相应的先天性心脏缺陷等多种临床症状[13 ] 。研究者对22q11. 2 典型缺失区域进行了分析,在1.5～3.0Mb 区域中分离出4 个重复序列和30 多个基因,重复序列均位于缺失或易位的断点上,而基因则定位于300～600kb 的共有缺失片段即DiGeorge关键区域中 。
422q11与先天性畸形关系研究
提出22q11微缺失是先心病的主要病因, 故将此征称之为CATCH22。Burn等( 1993年)报道CATCH22 在新生儿的发病率为1 /3 000; Steven等( 1997年)认为DiGeorge综合征和腭-心-面综合征常合并心室流出道和主动脉弓畸形; Takao等(1997年)提出腭- 心- 面综合征、DiGeorge综合征和圆锥动脉干-异常面容综合征这些曾认为是独立的综合征,有类似的临床重叠表现都有22q11. 2缺失。而且多合并有心室流出道和主动脉弓畸形,该项研究提示需对22q11微缺失引起类似心血管畸形的可能性进行更深入的研究。80%的22q11微缺失者患先天性心脏病,最典型的是心脏圆锥干畸形,包括法乐四联症、肺动脉闭锁伴室缺、永存动脉干、主动脉弓离断、大动脉异位和右室双流出道。Marino等[14 ]认为CATCH22综合征中的先天性心脏病类型以永存动脉干( PTA)A3型最多见,动脉干从右室发出,常与IAA伴发。永存动脉干是一种罕见的CHD,而在CATCH22综合征中则是常见类型。
5展望
22q11DS 临床表现多样、复杂,表型和基因型之间关联不密切,即使是在同一家系中表型也多样。这给22q11DS 的临床诊断带来了困难。22q11DS 是引起先天性心脏病的第二常见遗传因素,先天性心脏病在正常人群中发病率较高,大约为1 % ,且预后不良。因而22q11DS 诊断技术与产前诊断技术的研究,对预防出生缺陷,实行优生优育具有重要的意义。22q11DS 的染色体缺失区域大约3Mb ,在该区域中已经分离出一系列基因,在这些基因中,哪些在22q11DS 发生中起着主要作用以及它们之间如何相互作用,有待于进一步的研究。shh 调节Tbx1 基因的表达,但具体的调节方式还不是很清楚, Tbx1 基因是否通过FGF8 因子对神经嵴细胞起作用也还需要进一步阐明。
【参考文献】
1Yamagishi H. The 22q11 deletion syndrome . Keio J M ed, 2002,51 (2) : 77.
2Renee L O, N eill, Isabelle B, et al. The neuropsychological phen2otype of velocardiofacial syndrome (VCFS) : Relationship to psycho2pathology . A rchives of C linical N europsychology, 2006, 21 ( 2) :175-184.
3Kitsiou T S, Kolialexi A, Fryssira H, et al. D etection of 22q11. 2deletion among 139 patients w ith D iGeorge /V elocardiofacialsyndrome features . In V ivo, 2004, 18 (5) : 603-608.
4O skarsdottir S, Persson C, Enksson B O, et al. Presenting phenot2ype in 100 children w ith the 22q11 deletion syndrome . Eur JPediatr, 2005, 164 (3):146-153.
5Conti E, G rifone N, Sarkozy A, et al. D iGeorge subtypes of nonsyndrom ic conotruncal defects: evidence against a major role of Tbx1 gene. Eur J Hum Genet, 2003, 11 (4):349-351.
6S toller J Z , Epstein J A. Identification of a novel nuclear localization signal in Tbx1 that is deleted in D iGeorge syndrome patients harboring the delCmutation . Hum M ol Genet, 2005, 14 (7) : 885-892.
7V itelli F, M orishima M, Taddei L , et al. Tbx1 mutation causes mult-ip le cardiovascular defects and disrup ts neural crest and cranialnerve m igratory pathw ays . Hum M ol Genet, 2002, 11 ( 8) : 915-922.
8Kelly R G, Jerome M L A, Papaioannou V E. The del22q11.2candidate gene Tbx1 regulates branchiomeric myogenesis . HumM ol Genet, 2004, 13 (22) : 2829-2840.
9M ahadevan N R, Horton A C, G ibson B J J. D evelop-mentalexp ression of the amphioxus Tbx1 / 10 gene illum inates the evolution of vertebrate branchial arches and sclerotome . D ev Genes Evol, 2004, 214 (11) : 559-566.
10Roberts C, Sutherland H F, Farmer H, et al. Targeted mutagenesis of the H ira gene results in gastrulation defects and patterning abnormalities of mesoendodermal derivaties p rior to early embryoniclethality . M ol Cell B iol, 2002, 22 (7) : 2318-2328.
11Amati F, Conti E, B otta A, et al. Functional characterization of the 5's flanking region of human ubquitin fusion degradation 1 likegene (UFD1L) . Cell B iochem Funct, 2002, 20 (2) : 163-170.
12Amati F, Condo I, Conti E, et al. A nalysis of intracellular distribution and apop tosis involvement of the U fd1 l gene p roduct byoverexp ression studies. Cell B iochem Funct, 2003, 21 ( 3) : 263-267.
13Hu DX, Yang FJ . The gene diagnosis and therapy of cardiovascular disease. Beijing : People's Medical Publishing House , 2004 : 20 - 21.
14M arino B, D igilio M C, toscano A. Common arterial trunk, DiGeorge syndrome and m icrodeletion 22q11 . Prog Pediatr Cardiol,2002, 15 (1) : 9-17.