5p缺失综合征神经系统损害的分子机制、治疗现状及进展

白萌萌，李 文， 张红波

［1承德医学院，2承德市中心医院儿科（承德医学院第二临床学院），河北承德067000；3国家临床重点专科，教育部工程技术研究中心，广东省脑功能修复与再生重点实验室，南方医科大学珠江医院神经外科，广东广州510282］

1 5p缺失综合征（5p deletion syndrome，5p-）基本特征和发病情况

1963年，法国Lejeune教授首次发现患儿智力损害、生长发育障碍等与5号染色体短臂（p）部分缺失有关，将其命名为 5p-。 其发病率为 1／15 000～1／50 000，在智力商数（intellectual quality， IQ）值小于50的人群中比例可达1∶350［1］。5p-最主要的临床表型为婴儿期高调的猫叫样哭声，生长发育迟缓和智力低下（IQ值为20～30）。 有文献［2］报道，婴幼儿时期5p-明显的特征是明显的小头圆脸畸形，且随年龄增长脸部逐渐变得长而窄或与正常人脸部大小无异。此外，智力损害及生长发育缺陷等也是该病最主要和最严重的临床表型。

研究［2］证实5p-临床表现与不同的5p基因片段缺失有关，少数人存在5p片段缺失而无任何的临床表型异常，且变异较大。研究［3-4］发现，5p多个基因片段缺失导致了异常临床表型的发生。5p-病例有相似的基因断点，缺失片段形式多样，可以是染色体间质缺失或末端缺失，片段从560 kb到40 mb大小不等。基因缺失发生在5p的末端、中间或是其他的任何一个节点都会出现不一样的临床表型［3］。Didden等［1］发现患儿5p-基因缺失区域大多数定位于5p15.2-5p15.3，多伴有严重的生长和神经系统发育迟缓、回避社会和性格自闭等表现。

目前，临床上该病主要依据产后典型的临床表现，结合染色体核型分析诊断［5］。产前经染色体或DNA检测诊断5p-比例高达1 ∶1400［6］，而产前超声并未发现这些胎儿有共同特点。因此，婴幼儿5p-产前超声筛查在诊断筛查上仍然存在一定的困难，但可作为胎儿神经系统损害的参考指标。这些可能缺失的基因片段引起机体分子生物学信息代码突变、遗传变异及基因表达失控等分子生物学机制及病理损害，导致5p-产前筛查困难及临床表现多样性。

2 发病机制

研究［7］发现，单倍剂量不足机制是许多基因疾病的共同发病机制，建立缺失基因预测模型可以解释基因丢失疾病的发生机制。检索 OMIM（Online Mendelian Inheritance in Man， www.omim.org） 和PubMed数据库，总结出神经系统损害常见的单倍剂量不足的关键基因，如：TERT、SEMA5A、CTNND2等，这些基因片段缺失与神经系统发育、孤独症谱系疾病（autism spectrum disorders， ASDs）、严重社会认知功能障碍、智力缺陷等有关；而条件性单倍剂量不足的关键基因如 SLC6A3、CDH18、CDH12、CDH10、CDH9、CDH60等与小儿注意力缺陷多动症（attention deficit hyperactivity disorder，ADHD）、认知功能及孤独症谱系疾病有关。这些研究表明，机体基因片段缺失影响基因遗传信息，导致5p-产生程度不同的神经功能损害，如轻度智力障碍及智力残疾等。

目前，虽然基因组学在智力发育的临床诊断上还很难将5p-缺失片段与智力残疾的表型特征精准定位于某一基因组的具体位置，但是这些研究均提示5p多个关键区域基因片段异常与遗传突变有关，神经系统损害等临床表型与胎儿发育过程中遗传物质代谢异常有关［8］。

2.1 遗传10%～15%的5p-病例是由于亲代基因平衡易位的不对称分离导致的［9］。 Mainardi等［9］对 80例意大利5p-患者进行了遗传分子细胞学分析，结果显示62例（77.50%）存在5p末端缺失，7例（8.75%）存在5p间质缺失，4例（5%）有新易位，3例（3.75%）家族易位。其余4例中3例（3.75%）存在新5p片段异常，其中两个细胞重排，1例（1.25%）来自父系倒置。Han等［6］对11 328例进行产前诊断的孕妇调查时发现8例5p-胎儿中有2例是父系遗传的。且母系遗传的5p-家庭成员中生长和发育延迟比父系遗传的家庭成员轻微，而对于父系遗传与该病神经功能临床表型的改变是否存在直接的关联还不是很清楚［10］。此外，同一父母所生的兄弟姐妹，虽然继承了同样的片段缺失，但在生长发育等特征方面亦有所不同［11］。这些研究虽然尚未证实5p-有关的印记基因（遗传基因）与临床表型有关，但均提示了5p-的发生与复杂的遗传代谢有关。

2.2 胚胎发育5p区域的几个关键基因，尤其是单倍剂量不足有关的基因，如 TERT、SEMA5A、CTNND2，它们的产物在胚胎和神经元的发育中起着主要作用［12-14］。TERT是端粒反转录酶的关键基因，在胚胎的早期发育阶段，端粒酶活性降低，导致神经系统发育迟缓，小头畸形的发生与此有关［12］。SEMA5A基因位于5p15.2区域［13］，并在小鼠大脑中观察到Semaphorin F的显著表达，在神经系统发育过程中引导轴突或前体神经元迁移。Lu等［14］研究发现，CTNND2产物是一种神经元特异蛋白质，在神经系统发育过程中可以维持树突和树突棘的功能并影响基因表达。条件单倍剂量不足基因：SLC6A3、CDH 18、CDH 12、CDH 10、CDH 9 及 CDH 60 等扮演多种作用，其中SLC6A3编码多巴胺转运体（Dat）已被确认为候选基因，并在大脑组织中高表达［15］。CDH 18、CDH 12、CDH 10、CDH 9 及 CDH 60 这些基因编码的产物细胞-细胞粘附分子在大脑发育中起着至关重要的作用，其中CDH 18、CDH 10和CDH 9的产物在大脑中有着强烈的表达，在突触形成和轴突生长中起着特定的作用［16-17］。 Jonsson 等［18］报道 CDH 10、CDH 9和CDH 6是自闭症的一个风险基因。

以上这些研究提示基因缺失影响胚胎发育，与5p-临床表型有关联，但是具体的功能和致病机理需要进一步发现和证实。

2.3 基因突变约80%的5p-病例都是由新缺失基因片段发生的，其中80%～90%的患者是父系起源，可能是在父系配子产生过程中出现的［9］，至于这种不正常的配子为何会产生不得而知。关于5p-是否是基因突变或错排等启动发病，这方面的研究目前报道较少。

2.4 环境及其它近年来发现，环境因素、家庭经历、外在因素、基因多态性等也会对基因和临床表型有一定的影响［19］，具体发病机制尚不清楚。有多项研究［11，20］发现 5p-可能与染色体异常（不足 10%）、嵌合体（1.4%）、倒置（0.5%）或环状染色体（0.5%）等较不常见的发生机制有关，具体不明。

3 5p-可能的分子生物学和基因组学研究基础及治疗

研究［1］显示，不同临床表现的5p-患者采取婴儿期早期干预、知识普及和家庭教育等方式结合，能够在一定程度上改善预后，但临床治疗效果并不十分乐观。近年来，针对关键致病基因的分子靶向机制及治疗研究成为热点，如针对遗传背景下蛋白质活性降低或单倍体功能不全为主要病理特征的治疗机制探索，以期达到改善或者逆转病理特征，改善预后等。

3.1 蛋白质或酶替代疗法（protein or enzyme replacement therapy，ERT）蛋白质或酶缺乏是5p-的病理特征之一，ERT是最有效的治疗方法。原理是蛋白转导技术成功地将未修饰的重组蛋白传递到溶酶体中去，通过血脑屏障将治疗性蛋白质传递到不同的细胞间隔，如胞浆、溶酶体、细胞核和线粒体［21］。 Kaitsuka 等［22］成功利用蛋白转导技术将转录因子导入糖尿病动物模型的胰岛β细胞，并使小鼠恢复正常血糖。然而，ERT方案受限于获得额外治疗所需的蛋白质和酶量的因素，从而影响临床应用，需进一步研究认识。

3.2 药物伴侣（pharmacological chaperones）药物伴侣可以稳定地结合特定蛋白质进行正确的折叠和转运。Wang等［23］发现蛋白质平衡调节剂通过提高野生型蛋白质的稳定性来克服单倍剂量不足的影响，以某种方式平衡增加蛋白质网络容量，使细胞内蛋白质得到平衡。该方法可与其他治疗方法如ERT联合使用，Xu等［24］研究发现新型人 α-半乳糖苷酶 a与药物伴侣AT1001的协同作用可改善法布里（fabry disease）小鼠底物还原率及预后。未来可以利用药物伴侣和ERT结合改善5p-患者细胞内蛋白质的水平，达到改善患者临床症状的目的。

3.3 基因治疗（gene therapy）传统的基因治疗是利用病毒载体将野生型基因一个或多个拷贝传递给靶细胞，这种治疗方法会因为传递基因的方式、插入位点及长效性等问题影响到基因插入或是基因表达成功与否，需要精确的基因诱导剂量才能取得有效的临床效果，因此该方法在治疗5p-可能受到限制。新近出现的第3代基因组编辑工具——成簇规律间隔短回文重复序列（clustered regularly interspaced short palindromic repeats，CRISPR）／成簇规律间隔短回文重复序列关联蛋白9（CRISPR-associated proteins 9，Cas 9）可以不受细胞分裂的影响，通过敲除内源性的致病基因或插入新的保护基因永久性地改变基因结构，起到治疗疾病的作用。哈佛大学、杜克大学和德克萨斯大学等研究团队成功应用CRISPR／Cas9技术，以腺病毒（adeno-associated virus，AAV）为载体运载CRISPR／Cas9部件及DNA修复片段进入小鼠体内，对杜氏肌营养不良综合征（duchenne muscular dystrophy，DMD）模型小鼠进行了体内基因编辑，证实了抗肌萎缩蛋白重新表达［25-26］。这些新的基因治疗方法突破了我们对传统基因治疗的认识，而5p-正是由于缺失关键基因导致基因功能遗传出现一系列临床表型，因此基因治疗将是该病未来非常值得期待的一种治疗方法。

3.4 组蛋白去乙酰化酶抑制剂（histone deacetylase inhibitors， HDAC inhibiters）有研究［27］发现利用HDAC抑制剂的表观遗传修饰作用，通过抑制HDAC活性可以增强基因表达。HDAC抑制剂在治疗脊髓性肌萎缩症已经完成了Ⅲ期临床试验［28］。由于氨基酸翻译后修饰、表观转录调控和非表观细胞信号级联的复杂性，这种治疗方法依然存在很多挑战［29］。如果能够克服药物在人体内组织分布之间的限制，进一步研究5p-的分子生物学机制，这种方法或许会大大改善由单倍剂量不足的机制引起的5p-临床表型。

3.5 miRNA抑制（miRNA inhibition）miRNA在调控miRNAs转录后修饰的稳定性方面起着很大的作用。Zhang等［30］研究发现抑制miRNA-29可提高单倍体细胞和生物化血管的弹性蛋白水平，提高7q缺失威廉-伯伦综合征（Williams-Beuren syndrome，WBS）患者弹性蛋白表达，提示miRNA-29可能是一种潜在治疗方法。如果5p-关键基因的调控也受到miRNA稳定性降低和／或特定miRNAs靶向的影响，或许能给该病的治疗提供新的研究策略。

3.6 转录激活（transcriptional activation）工程化锌指蛋白（zinc finger protein，ZFP）可通过对野生型等位基因转录激活来补偿生物体单倍剂量不足有关基因的功能。Zhang等［30］研究生物化血管时发现，ZFP诱导的弹性蛋白表达具有弹性功能。Konermann等［31］使用Cas-9激活复合物研究siRNA转录激活的靶向效果，证实可以同时有10个基因多通路激活，并上调长基因间非编码RNA（lincRNA）转录功能。针对5p缺失综合征单倍剂量不足机制的致病基因，这种策略对特定的5p关键等位基因的上调可以提供额外的帮助。

4 展望

5p-是一种基因片段缺失引起神经系统和生长发育功能障碍的疾病。随着染色体微阵列和RNA测序（RNAseq）等新的分子诊断技术不断完善，染色体缺失基因的识别有了更高的分辨率和特异性。由于该病的发生率低，目前关注较多的是个体的临床表型和家庭基因组相关的研究，缺乏大规模自然发病史研究、精确基因分型、5p-临床表现相关的基因片段等证据。未来深入研究5p-分子致病机制和特异性靶向治疗有可能从本质上提高该病的治疗效果和整体预后。