先天性外中耳畸形(14)
——遺傳學和表觀遺傳學研究進展*

張天宇 陳鑫 馬競

1 復旦大學附屬眼耳鼻喉科醫院 眼耳鼻整形外科(上海 200031); 2 復旦大學附屬眼耳鼻喉科醫院耳鼻喉科研究院

先天性外中耳畸形是顱面部第二大常見先天性畸形，僅次于唇腭裂，其發病率因地區和種族而異，大約為0.84/10 000～17.4/10 000[1]。我國先天性外中耳畸形的發病率高達3.06/10 000[2]，并且呈顯著上升趨勢，患者以男性居多，可為單側或雙側發病，以單側多見，且常見于右耳[2]。先天性外中耳畸形不僅影響患者的外觀和聽覺功能，也會對心理發育造成影響。

先天性外中耳畸形是由于胚胎期第一鰓弓和第二鰓弓發育不良引起，有73.41%表現為孤立的缺陷[2]，但也可表現為相關綜合征的一個表型。孤立性先天性外中耳畸形稱為非綜合征外中耳畸形，是一種多基因疾病，而與先天性外中耳畸形相關的綜合征大多數是單基因疾病。遺傳缺陷、環境因素或遺傳與環境因素相互作用是導致先天性外中耳畸形的主要原因。流行病學研究發現，環境因素，包括孕期感冒、自然流產、陰道炎、宮頸炎和其他感染史，以及接觸多環芳烴、油漆和殺蟲劑等有毒化學品，都是該病的危險因素[2]。目前有力證明遺傳缺陷參與先天性外中耳畸形發生的證據包括：①單卵雙胎(38.5%)的發病率高于雙卵雙胎(4.5%)；②報道的常染色體隱性或顯性遺傳模式的家族性病例呈現可變表達和不完全外顯；③大約3%～34%的病例有家族遺傳史；④已報道超過18種先天性外中耳畸形相關綜合征，其中包括與單基因缺陷或染色體畸變相關的綜合征；⑤有遺傳缺陷導致先天性外中耳畸形的小鼠模型[1,4]。除了環境和遺傳學因素，表觀遺傳作為連接遺傳與環境因素的橋梁，也在先天性外中耳畸形的發病中發揮了一定的作用。了解先天性外中耳畸形的病因及發病機制對疾病的預防具有重要意義,因此，本文介紹目前有關先天性外中耳畸形的遺傳學和表觀遺傳學研究進展。

1 先天性外中耳畸形的遺傳學因素

1.1非綜合征外中耳畸形 作為復雜性疾病，非綜合征外中耳畸形的病因及發病機制還不十分清楚。研究發現外中耳畸形的發生與成纖維細胞生長因子(fibroblast growth factor，FGF)、維甲酸(retinoic acid，RA)、wingless/integrated(Wnts)和骨形態發生蛋白(bone morphogenetic protein，BMP)等信號通路有關。目前已知的、較明確的易感基因有同源異型框A2(homeobox A2，HOXA2)和A1(homeobox A1，HOXA1)、骨形態發生蛋白5(bone morphogenetic protein 5，BMP5)、黏液樣同源框(goosecoid homeobox，GSC)和T盒轉錄因子1(T-box transcription factor 1，TBX1)基因。

HOXA2一直被認為是非綜合征外中耳畸形的主要易感基因，它的編碼蛋白屬于HOX家族。HOX作為轉錄因子通過調控基因表達在顱神經干細胞的遷移和分化過程中發揮作用。HOXA2可通過BMP信號傳導途徑以及調節EYA1(鰓-耳-腎綜合征的致病基因之一)的表達來參與耳郭的形成。Hoxa2純合突變小鼠表現出中耳聽小骨骨化中心的復制和耳郭的缺失(胚胎期11.5天)(Gendron-Maguirem,1993)。而且，E11.5之前，Hoxa2失活會導致小鼠無耳畸形，在E12.5和E13.5之間，Hoxa2失活會導致外中耳畸形(Santaguti,2005)。已有報道在非綜合征外中耳畸形散發病例或常染色體顯性遺傳家系中檢測到HOXA2突變[5～7]。除HOXA2外，HOXA1在胚胎發育早期階段對外耳的發育也發揮重要的調節作用，因此，多年來也一直被認為是外中耳畸形的重要易感基因。Hoxa1基因功能缺失小鼠表現為外、中、內耳畸形，然而迄今為止，只在1例非綜合征外中耳畸形患者中發現了HOXA1的錯義突變[8]。

BMP家族編碼基因與軟骨生長和修復有重要關系。Bmp5基因功能缺失小鼠出現短耳表型(Kingsley,1992)。BMP5在小鼠脛骨增殖區軟骨細胞中高表達，并隨著軟骨細胞分化其表達增加，揭示了Bmp5在軟骨細胞分化和增殖中的重要性(Mailhot,2008)。目前為止，有關BMP5突變引起外中耳畸形的報道較少，只在4名非綜合征性外中耳畸形的患者中發現了一種BMP5錯義突變(Zhang,2009)。

GSC是一種同源結構域轉錄因子，在胚胎早期發育時期的顱神經嵴細胞遷移中起著重要作用。Gsc純合突變小鼠有多種耳發育缺陷，包括錘骨、鼓膜環和外耳道的發育異常。目前已經在1個非綜合征外中耳畸形的家族中發現了GSC的缺失性移碼突變(zhang,2010)，另外，在121例散發的非綜合征外中耳畸形患者發現了6例攜帶GSC基因的同義突變，2例攜帶錯義突變(zhang,2009)。

TBX1基因在第一鰓弓表達，其在中耳和外耳的形成中起著重要作用(Mornes,2005)。Tbx1純合突變小鼠骨骼畸形程度表現各異，從輕度發育不全到完全缺如都有，這些表型均是由于鰓弓發育不良和神經嵴細胞遷移方向錯誤所致[22]。目前，僅有一例嚴重的外中耳畸形-外耳道閉鎖患者被報道攜帶有TBX1突變[9]。

以上基因與外中耳畸形的關系仍有待進一步證實，目前的研究還提示其他一些基因也可能參與外中耳畸形的發生(表1)。

表1 非綜合征性外中耳畸形相關基因

1.2綜合征外中耳畸形 有26.59%的外中耳畸形患者同時伴有其他異常[2]，包括唇腭裂、小眼畸形、面部不對稱、心臟缺陷、腎臟異常、多指畸形和脊柱畸形等(Monks,2010)。與外中耳畸形相關最常見的綜合征有眼-耳-脊椎畸形譜(oculo-auriculo-vertebral spectrum，OAVS)、Treacher- Collins綜合征(Treacher Collins syndrome，TCS)和鰓-耳-腎譜系疾病(branchio-oto-renal spectrum disorder，BORSD)[10]。

1.2.1眼-耳-脊椎畸形譜(OAVS) OAVS(OMIM 164210)是胚胎時期第一和第二鰓弓發育不良導致的一組以眼、耳及顏面、脊柱畸形為主要臨床癥狀的先天性癥候群，原稱為“眼-耳-脊椎畸形發育不良”，因表型廣泛，故有許多術語定義此類畸形，如：半面短小畸形、第一和第二鰓弓綜合征、面-耳-脊椎綜合征和Goldenhar綜合征等。由于上述每種綜合征都有表型重合，所以1989年Cohen等重新定義其為“眼-耳-脊椎畸形譜”(Cohen,1989)。OAVS發病率為 1/45 000～1/5 600[11]，所有患者均有外中耳畸形，男女發病比例為3∶1；OAVS絕大多數為散發病例，約12%的OAVS患者有常染色體顯性或隱性遺傳的家族史[12]，染色體異常是OAVS最常見的遺傳因素，包含數種基因組片段的缺失。目前已知的致病基因主要為髓鞘轉錄因子1(myelin transcription factor 1，MYT1)以及新近發現的zyg-11家族成員B(Zyg-11 family member B，ZYG11B)。

MYT1基因編碼的蛋白質是神經特異性含鋅指的DNA結合蛋白家族成員，可與中樞神經系統脂蛋白的編碼基因啟動子區域結合，在神經系統發育中發揮作用。Lopez等(2016年)首次在OAVS患者發現了兩種不同的MYT1突變[13]；myt1a敲降的斑馬魚顱面軟骨發育異常。體外功能研究發現，MYT1過表達下調了所有RA受體基因(RARA、RARB和RARG)，這些基因都參與RA介導的轉錄；因此，MYT1可能是通過RA通路介導了OAVS疾病發生[14]。

ZYG11B是最近新發現的OAVS致病基因，編碼蛋白為E3泛素連接酶復合物，參與蛋白酶體降解的底物識別。Tingand-Sequeira等[15]在一例OAVS患者中發現ZYG11B的無義突變；同源基因敲除的斑馬魚出現了顱面軟骨和眼睛的異常發育；體外實驗發現，這種突變導致的截短蛋白亞細胞定位發生了改變，ZYG11B可調節和軟骨發育相關的SOX6, 并且它自身也受RA調控(Huang,2010)。

其他在OAVS患者中篩查出變異的可能致病基因還包括：Spalt樣轉錄因子1(spalt like transcription factor 1, SALL1)、具有Ig樣域粘附分子2(adhesion molecule with Ig like domain 2, AMIGO2)[16]、Yippee樣蛋白1(protein Yippee-like 1, YPEL1)、Crk樣蛋白(Crk-like protein, CRKL)、牙列同源盒2(orthodenticle homeobox 2, OTX2)[17]等，但這些基因的致病機制尚有待證實。

1.2.2Treacher-Collins綜合征(TCS) TCS(OMIM 154500)是一種常染色體顯性遺傳的先天性顱面畸形綜合征，主要臨床特征包括面部骨骼發育不良、外中耳畸形、小頜畸形等發育異常。TCS發病率約為1/50 000(Treacher,1996)，60%～80%的患者伴有外中耳畸形[1]。Treacle核糖體生物發生因子1(treacle ribosome biogenesis factor 1，TCOF1)、RNA聚合酶I和III亞基C(RNA polymerase I and III subunits C，POLR1C)和D(RNA polymerase I and III subunits D，POLR1D)以及RNA聚合酶I亞基B(RNA polymerase I subunit B，POLR1B)是目前已證實的TCS致病基因。根據遺傳學病因，OMIM將TCS分為4型：由TCOF1突變導致的TCS1[OMIM # 154500]，由POLR1D突變導致的TCS2[OMIM # 613717]，由POLR1C突變導致的TCS3[OMIM # 248390]，以及由POLR1B突變導致的TCS4[OMIM # 618939]。

TCOF1參與了神經嵴細胞在第一和第二鰓弓中的分化和增殖，其編碼蛋白Treacle作為一種核仁-細胞質轉運蛋白在胚胎發育早期對顱面部骨性結構的形成發揮了重要的作用。Tcof1雜合突變可導致小鼠神經嵴細胞的核糖體合成減少，內源性凋亡通路激活，向顱面區域遷移的能力減弱，導致嚴重的顱面畸形(Oixon,2006)。作為TCS的主要致病基因，93%病例中存在TCOF1突變[18]。已報道的超過250種不同的突變包括插入缺失、剪接、錯義和無義突變，而這些突變大多會導致終止密碼子的提早出現[19]。

POLR1C和POLR1D編碼的蛋白均為RNA聚合酶I和RNA聚合酶III的組成部分，參與核糖體合成，且兩種蛋白間存在相互作用。 Dauwerse等[20]首先發現這兩個基因與TCS有關，并且證實了TCS是一種具有遺傳異質性的核糖體遺傳病。polr1c和polr1d純合突變的斑馬魚不僅表現出與TCS相同的軟骨和顱骨發育不良，還發生了神經嵴細胞增殖能力減弱以及凋亡增加[21,22]。由POLR1C或POLR1D突變引起的常染色體隱性遺傳的TCS家族性病例已有報道[23]。

POLR1B負責核糖體RNA基因的轉錄和核糖體RNA的產生。Sanchez等[24]首次在TCS患者中發現POLR1B三種致病性突變;Polr1b基因敲除的斑馬魚的顱面表型異常,Polr1b致病性突變可誘導神經上皮區p53依賴的細胞凋亡增加，從而改變神經嵴細胞的遷移，導致顱骨發育異常。