ADAR1相關神經系統疾病的遺傳學機制與臨床研究進展

李 雙 王 一 王 藝△

（1國家兒童醫學中心/復旦大學附屬兒科醫院神經內科 上海 201102；2復旦大學生命科學院人類遺傳學與人類學系 上海 200438）

ADAR1基因定位于人染色體1q21，可在人體組織中普遍表達。其編碼的腺苷脫氨酶（adenosine deaminase acting on RNA 1，ADAR1）作用于RNA，可催化腺苷在dsRNA中水解脫氨形成肌苷（A～I），從而潛在地改變細胞RNA的信息含量及RNA結構［1-2］。ADAR1基因突變與Aicardi-Goutières綜合征（AGS，MIM 225750）和遺傳性對稱性色素異常癥（dyschromatosis symmetrical hereditaria，DSH）相關，其中AGS主要表現為神經系統的病變。國內對該表型的了解仍停留在少數的個案報道上，本文全面總結了ADAR1突變引起的神經系統疾?。ˋGS 6型）在臨床、遺傳學、發病機制及治療上的研究進展，為臨床醫師對該疾病的診斷和治療以及進一步的機制研究提供依據。

臨床表現與遺傳學特征2012年，Rice等［3］首次報道ADAR1突變是AGS的致病基因之一，能引起Ⅰ型干擾素誘導的基因轉錄表達增強，與顱內鈣化、白質病和嚴重發育遲緩有關。

“經典的AGS表型”是1984年由Aicardi和Goutières首先提出［4］，其特征為中樞神經系統進行性紊亂、雙側痙攣及肌張力障礙、小頭畸形、精神運動遲緩等，影像學上表現為基底神經節鈣化、白質異常和腦萎縮。隨后又有皮膚“凍瘡”樣改變、青光眼［5］、系統性紅斑狼瘡等臨床表現被報道，通常病情進展較快［6］。ADAR1突變引起的AGS被定義為AGS 6型，除以上特征外還具有諸多自身特點［7］?；颊叨嘣谡０l育一段時間之后發病，常以痙攣和肌張力障礙為首發癥狀，且多伴有基底神經節功能障礙；頭顱CT中常發現基底神經節鈣化，為臨床診斷的重要特征之一?；颊咭坏┌l病，運動功能迅速喪失，且后期出現長期發育速度減緩，預后較差。

ADAR1突變還會引起非綜合征性雙側紋狀體壞死（bilateral striatal necrosis，BSN）或孤立性痙攣性輕癱（起初表現為孤立的下肢痙攣，僅在數年后才顯現出肌張力障礙和上肢受累）［7-8］。目前僅在ADAR1突變患者中發現BSN［5］，孤立性痙攣性輕癱也只在RNASEH 2B、ADAR1、IFIH 1突變患者中有報道［9］。在臨床進展的速度上，AGS 6型患者較少出現青光眼和“凍瘡樣”皮膚損傷。Crow等［10］建議，對于任何出現雙側紋狀體壞死或無法解釋的亞急性發作性肌張力障礙兒童，都應考慮ADAR1相關的神經系統疾病。

在遺傳學特征方面，ADAR1相關的神經系統疾病多為常染色體隱性遺傳，僅僅少數突變呈常染色體顯性遺傳［6］，ADAR1缺失小鼠中的研究中也表明ADAR1蛋白完全失活可能導致胚胎死亡［3］。在各種突變位點中，顯性負性突變p.Gly1007Arg需要引起特別注意，該突變出現頻率最高且臨床異質性很大，即使為遺傳性突變也可能出現與親本表型差異或者親本直到成年仍不外顯的情況［7］。Tojo等［11］曾報道1名帶有p.Gly1007Arg顯性負性突變的女性患者，在17歲時出現步態障礙和腿部肌張力異常并于1年后開始使用輪椅，21歲開始出現智力下降。而攜帶相同突變的另一個家系中，1名成年女性在30歲時才開始出現輕微的智力障礙，她的兒子則在幼年時就出現了嚴重的早發性腦?。?］。除此之外，p.Pro193Ala在ADAR1突變的患者中檢出頻率也非常高，但均與無義突變雜合，推測純和p.Pro193Ala等位基因可能會引起較輕、較晚的發作或獨特的表型而不易被臨床發現［12］。證明疾病表型與ADAR特定的蛋白表達和病理機制相關。

同時，ADAR1還是遺傳性對稱性色素異常癥（dyschromatosis symmetrical hereditaria，DSH）的致病基因。DSH是一種常染色體顯性遺傳疾病，目前已在DSH患者中發現130多種不同的ADAR1突變，其臨床特征是兒童時期四肢面部和背側色素沉著和色素沉著過少［13］。DSH多見于東亞地區，在國內已見相關報道［14］。關于AGS與DSH之間的關系尚不明確，有研究推測復合雜合ADAR1突變導致基因編輯效率降低，可能低于AGS神經表型出現的閾值。相比之下，一般雜合突變導致的編輯效率降低可能不足以發展成為AGS。因此除了p.Gly1007Arg之外的雜合ADAR1突變患者僅表現出皮膚癥狀，而沒有神經系統異常［15］。在ADAR1引起神經系統疾病的患者中，也有表現與DSH一致的色素性病變［11，15］。Rice等［3］推 測，兩 個DSH患 者 生 育 罹 患ADAR1相關神經疾病即AGS的概率為四分之一。

發病機制研究ADAR1編碼ADAR1蛋白作用于RNA，可催化腺苷在dsRNA中水解脫氨形成肌苷（A～I）。A～I編輯對于正常的細胞功能至關重要，在健康的人體組織中已發現超過300萬個RNA A-to-I編輯［16］，因此ADAR活性異常與多種疾病相關，但僅有DSH和AGS可歸因于ADAR1的特定突變。ADAR1長度為1 226個氨基酸，N端800個氨基酸殘基內包含2個Z-DNA結合域和3個雙鏈RNA結合域，C端400余個殘基為催化脫氨酶結構域。目前報道的AGS患者的突變多在催化結構域，證實了催化結構域在RNA編輯中確認靶標和有效編輯位點方面的重要作用［17］，具體分布見圖1。在當前已發現的突變中，僅有p.Gly1007Arg突變會使得ADAR1對RNA的編輯活性完全喪失，而其他突變體則均保持一定水平的編輯活性［18］。

圖1 ADAR1基因突變示意圖Fig 1 Schematic diagram of ADAR1 gene mutation

AGS患者的腦脊液和血清中IFN活性均有增加，且多數患者外周血中IFN刺激基因（interferonstimulated gene，ISG）的表達水平都升高，這被稱之為“IFN信號”［19-20］，Ⅰ型干擾素信號轉導上調被認為是該疾病發病機制的核心。目前傾向于使用“Ⅰ型干擾素病”來描述這組單基因疾病，以顯示IFN-α的上調與發病機制的直接關系。IFN作為一種神經毒素［21-22］，長期暴露于高濃度的Ⅰ型IFN中可能造成一系列神經表型，而一些使用IFN進行治療（如丙型肝炎或癌癥）的病例中，也出現了類似血管炎、系統性紅斑狼瘡和青光眼的癥狀［20］，提示可能存在相似的病理過程。在一項對46名因ADAR1突變而表現出神經系統癥狀的患者的臨床研究中發現，患者外周血中Ⅰ型IFN刺激的基因轉錄物與健康對照組相比顯著上調。說明對IFN的檢測可作為ADAR1相關疾病的篩查試驗，用于解釋致病性不明的ADAR1突變，也可以作為監測治療效果的指標［14，21］。

ADAR1突變引起體內IFN產生提高的原因目前尚無定論。研究表明，ADAR1活性缺陷引起的細胞質中ds-RNA水平升高會誘導IFN產生［22］。據推測，將自身來源的核酸識別為非自身可能是疾病發病機制的基礎，但是自身遺傳物質觸發疾病中異常IFN反應的確切機制仍不清楚［1］?？赡苁茿DAR1活性缺失的細胞中免疫反應性dsRNA增加，從而無法產生具有抑制IFN誘導作用的尿嘧啶（IU）-dsRNA，使IFN信號轉導上調［23］。最近，研究［22］認為ADAR1可通過破壞內源dsRNA的穩定性抑制RIG-I樣受體（RLR）的結合和信號傳導，激活IFN調節因子。因此ADAR1既是IFN產生的負向調節劑，也能調節對IFN的反應。研究發現，幾乎全部ADAR1突變患者體內均可發現IFN評分異常，甚至在疾病發作后長達25年的時間里都可觀察到陽性評分［7］，這提供了疾病持續進展的病理證據。

治療及疾病監測AGS患者表現出自身炎癥和一些自身免疫疾病的特征，因此目前多使用較為廣譜的免疫調節療法進行治療，如潑尼松與硫唑嘌呤治療［24］、甲基強的松龍與免疫球蛋白靜脈注射、甲基強的松龍［25］或單獨免疫球蛋白靜脈注射［26］，神經系統癥狀改善不一。由于患者數量有限且臨床異質性較大，采用的方案以及開始治療的階段不同，很難判斷不同方案的干預效果。根據對發病機制的研究，可以考慮采用以下更具針對性的治療方法。

限制自身異常核酸的產生 逆轉錄酶抑制劑（reverse transcriptase inhibitors，RTIs）是一類可能破壞外源性逆轉錄病毒和內源性逆轉錄因子復制周期的化合物，已在世界范圍內應用于兒童和成人HIV-1感染，其藥效學、安全性和毒性已經通過驗證。嘗試用RTIs對AGS進行治療的研究已在動物中進行實驗，在患者中的試驗尚在探索中［27］。

增加異常核酸的消除 已有報道在AGS患者中發現了針對核酸的自身抗體［22］，因此淋巴細胞和自身抗體產生可能在AGS發病機制中發揮了很大作用，也提供了對應的治療策略——包括使用已知藥物來消耗B細胞，使用霉酚酸酯等針對可能存在的自身反應性T細胞等。但是這些藥物的不良反應較多，在實際應用中須與疾病病程進行權衡。

阻斷IFN信號傳導 抗IFN抗體、抗Ⅰ型IFN

受體抗體以及靶向轉導Ⅰ型IFN應答途徑的分子均是阻斷核酸刺激下游IFN信號傳導的方法。JAK/STAT信號通路是多種細胞生長、活化、分化、凋亡及其功能發揮過程中一條重要的細胞內信號轉導途徑。最近已有報道使用JAK抑制劑對不同的Ⅰ型IFN疾病進行治療，都取得了不錯的療效［28-29］。而 在AGS治 療 中，使 用JAK 1/2抑 制 劑Ruxolitinib治療TREX1相關皮膚?。?0］和IFIH 1相關的全身性炎癥［31］，癥狀得到明顯改善。一位IFIH 1功能獲得性（Gain-of funciton）突變的兒童出現發育倒退和停滯，在Ruxolitinib治療后表現出明顯的發育進步［31］。但是到目前為止接受治療的患者數量很少，尚未進行規范臨床試驗，因此還不能確定其對中樞神經系統疾病的具體作用［22］。

其他治療方法 調節胞質核酸信號通路成分的化合物也在研究中，最近的一篇報道描述了阿司匹林可作用于環化GMP-AMP合酶的乙?；饔?，用藥后Trex1-null小鼠炎癥表型得到糾正［32-33］；或通過自噬去除RNase H 2缺陷小鼠細胞中的胞質免疫刺激核酸［34］，提示雷帕霉素誘導自噬可能對該類患者有益。

目前發現的AGS患者成年后神經系統發育都相對穩定，但ADAR1突變患者中常見的p.Gly1007Arg突變存在病情進展的風險，提示可能需要長期治療。鑒于放射學特征和臨床指標通常難以定量并帶有主觀性質，建議使用生物標志物對療效進行評估。目前的檢測方法包括使用酶聯免疫吸附測定法對IFN-α蛋白進行檢測，對IFN誘導基因表達的定量檢測（即ISG-ISG）［35］和基于抗病毒細胞保護能力的IFN活性測定［36］。尤其對患者的血液樣本中ISG水平的測量可以用作疾病活動的生物標志物，也可用于監測療效。另外，在AGS患者中使用Janus激酶1和Janus激酶2（JAK 1/2）抑制劑Ruxolitinib的經驗表明，血液中IFN信號發生微小變化時就可以觀察到明顯的臨床改善，可能IFN進入血液的比例并不高，因此腦脊液的監測顯得更為重要［22］。

預后ADAR1突變引起的神經系統病變的長期預后不良。在迄今為止報道的最大樣本量的研究中，374名AGS患者中有19%死亡，74%嚴重殘疾［5］。2017年一項對25名ADAR1突變患者的臨床研究中，13名患者出現肌張力障礙和技能喪失，其中2名患者由于嚴重的肌張力障礙而接受重癥監護，其他人在數周或數月內表現出較緩慢的進展性發作，9名患者在10個月至19歲之間死亡。大部分患兒發病后智力、運動發育倒退，發作控制后智力和運動發育極少出現進步［7］。近年來JAK抑制劑等的使用為Ⅰ型IFN疾病的治療帶來很大希望，已經有多個不同突變的AGS患者通過治療癥狀得到了有效控制，且運動和智力水平都得到不同程度恢復［28-31］，少部分年齡較小的患者可恢復至發病前水平。

結語總體而言，雖然ADAR1突變引起的神經系統病變發病機制仍不完全清楚，但發病后進展快、預后差，因此結合神經系統臨床癥狀和快速的基因診斷，在疾病早期進行針對性治療和針對IFN水平進行療效監測，將會給患者帶來極大獲益，也會對IFN類疾病的研究提供寶貴經驗。

作者貢獻聲明李雙 論文構思、設計、撰寫和修訂，文獻調研和整理，制圖。王一 文獻調研和整理，論文修訂。王藝 論文構思和修訂，監督和指導。

利益沖突聲明所有作者均聲明不存在利益沖突。