GJB2基因突变导致的遗传性耳聋

王美兰 马静

GJB2是第一个发现能导致常染色体隐性遗传性耳聋的基因，GJB2的变异可能导致常染色体显性遗传或隐性非综合征性听力损失以及综合征性听力损失。已发现超过200个GJB2突变（DFNB1，MIM220290）与常染色体隐性非综合征性听力损失有关，而只有19个GJB2突变与遗传性常染色体显性遗传性非综合征性耳聋有关（DFNA3，MIM601544）[1]。

1 GJB2基因的结构

GJB2是含有226个氨基酸的蛋白质，由20种氨基酸组成，其中缬氨酸、异亮氨酸、赖氨酸和苯丙氨酸的含量最多，而组氨酸、天冬酰胺和谷氨酰胺含量较低。分子量大约26 kDa，在细胞遗传学定位于13q11-q12，基因组坐标为（GRCh37）：13：20761601-20767113（来源于 NCBI），定位于人类的13号染色体及大鼠的14号染色体。DNA全长4804 bp，含有1个内含子，两个外显子（exon1和exon2），而编码区位于exon2。Bilal等建立的GJB2三维结构，对认知GJB2的生物功能带来了好处[2]。

2 Cx26的结构

GJB2基因编码的Cx26是一种跨膜蛋白，包含4次跨膜，共5个区：N端区、跨膜区（M1，M2，M3，M4）、细胞外区（E1，E2）、胞浆内连接区和C端区。Cx26蛋白与其它的连接蛋白分子形成连接子，其在毗邻的细胞融合形成缝隙连接通道，是细胞间电解质、第二信使和代谢物质的重要通路，对信息传递和物质交换起重要的作用。缝隙连接蛋白的结构在细胞膜一侧形成六聚体，并于相邻细胞的六聚体对应上，形成通道。由单一连接蛋白组成的连接子称同聚体连接子，由几种连接蛋白组成的连接子称异聚体连接子[3]。由相同连接子组成的缝隙连接称作同型缝隙连接，而由异聚体连接子参与组成的缝隙连接称作异型缝隙连接[4]。使用电子-超分辨率结构照明显微镜（SR-SIM）分析人类耳蜗中听觉上皮细胞隙连接网络中的Cx26和Cx30表达，发现两种蛋白质类型是共表达的，这表明这两种蛋白之间存在功能的协作；在人耳蜗中建立GJ网络的分子组成和分布可以增加对Cx相关听力损失的病理生理学的理解，还可以帮助制定治疗遗传性听力损失的策略[5]。

3 GJB2基因突变的致病原因

GJB2的突变导致耳蜗中主要的间隙连接异构体改变，可以导致非综合征性听力损失的发生，并且是非综合征性听力丧失中最常见原因[6]。Cx26蛋白在耳蜗的上皮和结缔组织中广泛表达，可以细胞特异性和时空复杂的方式形成同聚或者异聚体的间隙连接通道。内耳淋巴液中钾离子是产生内淋巴电位和机械能与电能相互转化的电荷载体，Cx26蛋白是钾离子循环通路的一部分，对于耳蜗正常渗透压及维持听觉机制起着极其重要的作用。研究表明基因突变会引起钾离子的复极回流障碍，从而导致听力受损[7]。但也有研究表明，缝隙连接蛋白的表达是内毛细胞功能成熟的关键[8]，这也可能是GJB2突变导致听力下降的原因。

有研究表明，与连接蛋白突变相关的内耳疾病不能仅仅归因于K+循环途径的破坏，其中间隙连接发挥不同的作用，取决于其分子组成和在内耳间隙连接网内的位置[9]。对Cx26蛋白第86位氨基酸存在的3种多态性进行集中分析，并通过分子生物学手段对其对细胞中的功能进行验证。最终证实只有当第86位氨基酸突变为Arg时，Cx26蛋白功能丧失。最终证实Cx26 T86R突变可能为潜在致聋突变，但Cx26的T86S突变不影响蛋白功能[10]。双Cx26+/-/Cx30+/-杂合小鼠模型表明Cx26+/-/Cx30+/-可能主要损害耳蜗侧壁的间隙连接功能，导致耳蜗内单位（endocochlear potential，EP)减少和听力丧失。还有研究表明耳蜗间隙连接可能在年龄相关的听力损失中起重要作用[11]。

目前尽管对隐性和显性常染色体性耳聋的突变通道和动物模型进行了研究，但仍然不清楚为什么间隙连接对听觉功能至关重要。最近的研究强调了间隙连接参与非感觉细胞之间第二信使的转移，并提出须将研究焦点转向内源代谢物和第二信使，以更好地了解连接蛋白突变后引起的耳蜗病理改变[12]。

4 GJB2基因与综合征性耳聋

GJB2基因突变可以引起一系列与耳聋有关的综合征，包括Vohwinkel综合征、巴-普二氏综合征、IV型Bartter综合征、进行性对称性红斑角化症、KID综合征等。

Vohwinkel综合征表现为残毁性角化病和中度高频耳聋，是常染色体显性遗传性疾病，报其罕见。GJB2突变D66H可引起Vohwinkel综合征，Dippold等[13]在一名听力筛查未通过并且手脚上有的角化病的新生儿中发现了GJB2的突变，并且这个孩子的父亲也表现出相同的症状，父亲的GJB2基因极有可能携带女儿遗传的突变。

巴-普二氏综合征（bart-pumphrey syndrome；BPS）是一种常染色体显性疾病，其特征是听力丧失，白癜风，和掌跖角化病。GBJ2细胞外结构域中的两个突变可导致该综合征。迄今为止，文献中已发表BPS的病例报告，听力损失和指节垫是这种综合征最常见的表现[14]

IV型Bartter综合征，以失盐性肾病和感音神经性耳聋为特征。是由BSND突变或CLCNKA和CLCNKB的同时突变引起的。Bartter综合征比较罕见性，在BSND的外显子中检测到c.22C＞T（p.Arg8Trp）和c.127G＞A（Val43Ile）双纯合突变。在同一患者的GJB2的外显子中也发现了c.235delC（p.Leu79CysfsX3）和c.109G＞A（p.Val37Ile）的复合杂合突变。结果表明，纯合子突变c.22C＞T是关键的遗传因素，BSND和GJB2的双基因效应可能是导致感音神经性耳聋的原因[15]。

进行性对称性红斑角化症(progressive symmetric erythrokeratodermia，PSEK)主要表现为进行性对称性红斑角化症及可变性红斑角化症。患者的GJB2基因存在杂合突变，核苷酸序列第608位发生错义突变，碱基由T突变成C，GJB2基因编码的蛋白第203位的异亮氨酸转换成苏氨酸突变。GJB2基因突变可能是该例PSEK患者的致病基因[16]。

角膜炎-鱼鳞病-耳聋综合征是一种罕见的基因病，伯恩斯首次报道了全身性先天性角化病，角膜炎和耳聋的关联[17]。临床三联征为血管化的角膜炎、鱼鳞病及感音神经性耳聋。其他表现包括皮肤红斑角化、脱发和掌跖网状角化过度。其通常由GJB2基因或较少见的GJB6基因突变引起。患有KID综合征的患者具有较高的恶性肿瘤和感染风险[18]。基因检测示GJB2基因外显子2中的第148位碱基发生G→T杂合突变(c.148G→T)，导致其编码的第50位氨基酸发生错义突变(p.Asp50Tyr)。基因检测有助于明确该病诊断[19]。

5 GJB2基因与非综合征性耳聋

0～12岁发病的GJB2及SLC26A4基因突变相关耳聋儿童发病年龄主要集中在婴儿及幼儿期，均以极重度听力损失为主，且发病年龄越小，极重度听力损失比例越高[20]。

GJB2基因突变者听力学表型多样，在进行基因检测时，除重视双耳重度、极重度感音神经性聋或听力图为残余型和平坦型的人群外，也应该对单耳耳聋、双耳轻度听力损失或听力图为上升型感音神经性聋患者进行常规耳聋基因检测[21]。

GJB2基因突变是引起散发性非综合征耳聋患者听力损失发生的重要原因，不同人种GJB2基因的突变热点存在差异，与大多数亚洲人群相同，c.235delC是GJB2基因在中国人中的主要致病突变位点[22]；而c.35delG是高加索人及欧洲人常染色体隐性遗传性非综合征性听力损失的重要原因[23]，欧洲耳聋患者中突变率约1/50[24]，南欧甚至高达1/31[25]。早期研究表明，GJB2基因突变引起的听力损失主要是先天性的，听力表型主要是双侧、对称、中度至重度的感音神经性听力下降。随着研究的进展，一些研究人员发现，大约3.8%～6.9%的GJB2基因突变儿童能够通过新生儿听力筛查，但是会发生迟发性的听力损失[26]。GJB2纯合突变患者的听力损失程度重于复合杂合突变患者；GJB2致病突变患者的听力损失程度以极重度为主[27]。在早发，严重的听力损失病例中，如果GJB2分析仅导致一个杂合子改变，则强烈建议进一步进行二代基因测序[28]。

6 与GJB2基因突变相关的治疗与预后

临床上可以根据GJB2基因检测预先了解患儿人工耳蜗植入术后的效果。携带GJB2基因突变的非综合征性感音神经性聋患儿适于行人工耳蜗植入手术，术后效果满意[29]。与由环境因素引起的后天性耳聋相比，GJB2相关性耳聋人工耳蜗植入效果更好。然而，与未知原因的非综合征性听力丧失或其他类型的基因突变引起的耳聋相比，GJB2突变患儿术后效果无明显差异[30]。通过对耳聋相关基因进行筛查和测序来确定携带耳聋基因家庭的新生儿是否需要植入人工耳蜗，正常野生型GJB2基因的儿童不需要早期干预来防止其听力损失和后期的发声障碍[31]。目前有研究表明将小鼠的GJB6敲除，可以过度表达GJB2基因，能使小鼠听觉损伤得到有效恢复，遗传校正有效恢复听觉功能[32]。

GJB2导致耳聋表型多变，致病种类繁多，也可能存在伴随着其他系统的病变，携带者听力表现形式也多样，随着研究的进展，将会更一步了解GJB2基因的发病机制及制定更全面的诊疗措施。