耳硬化症的遗传学研究进展

张永丽 杨华

北京协和医学院中国医学科学院北京协和医院(北京100730)

耳硬化症是一种原发于骨迷路的局灶性病变，主要与骨迷路异常的骨代谢有关[1]。病变通常先侵及镫骨周围的环韧带，可引起镫骨活动受限或者固定，导致传导性听力下降；若病变侵及耳蜗或者内听道，引起耳蜗或者听神经病变，可导致感音神经性听力下降；若病变仅局限在迷路骨壁，可无听力下降。关于耳硬化症的病因众说不一，迄今不明。目前大多数研究结果表明环境因素与遗传因素共同导致耳硬化症的发生[2,3]，其中遗传因素在疾病的发病过程中发挥重要作用。自1998年第一个耳硬化症的相关基因座位OTSC1[4]被发现后，越来越多的耳硬化症的相关基因被发现和报道[5-10]。

1 耳硬化症的发病率与发病年龄

耳硬化症在白种人中发病率相对较高，其发病率约0.3%-0.4%，在黑种人及黄种人发病率较低[11]。Declau[12]等发现耳硬化症在白种人中的发病率正在下降，这一现象可能与环境因素有关。另外，耳硬化症在女性中的发病率高于男性，其比例约为1.4:1-2:1[13,14]。耳硬化症的平均发病年龄在30岁左右，Niedermeyer[15]等发现耳硬化症的发病年龄有逐渐老龄化趋势。

2 耳硬化症的病因学

目前关于耳硬化症的病因学众说不一，其中环境因素和遗传因素在耳硬化症的发病过程中发挥重要作用[2,3]。有研究发现病毒感染，尤其是麻疹病毒及风疹病毒可能通过启动骨迷路包囊的炎症反应导致耳硬化症的发生。内分泌因素，比如雌激素或者口服避孕药可能导致了耳硬化症发病率女性高于男性[13,14]。另有研究[16,17]发现氟化钠（NaF）可能能够延缓耳硬化症的发生，降低耳硬化症的发病率。近年来，有研究[5-10]发现耳硬化症与遗传有关，多种基因可能参与耳硬化症的发生，许多学者[5-10,18]认为耳硬化症是一种常染色体显性遗传伴不完全显性的疾病。此外，成骨不全综合征、结缔组织病及酶学说也可能与耳硬化症有关。

3 耳硬化症的遗传特点

1866年，Toynbee[19]第一次描述了耳硬化症有遗传倾向，之后Albrect在其研究中首次报道耳硬化症常染色体显性遗传的特点，另有研究[20-22]发现耳硬化症的外显率约为40%左右。Bauer和Stein曾报道耳硬化症常染色体隐性遗传的特点，但是他们的研究遭到Morrison[23,24]等学者的质疑。Hernandez-Orozco和Courtney[25]曾报道耳硬化症X-连锁显性遗传的特点。迄今为止，大多数研究[8-10]支持耳硬化症常染色体显性遗传伴不完全外显的特点。

4 耳硬化症的基因学

耳硬化症是一种多因素疾病，多种环境因素和遗传因素在疾病的发生过程中发挥重要作用，单一的环境因素或者遗传因素不足以导致疾病的发生。高血压、糖尿病及肥胖等都属于多因素疾病，它们存在遗传倾向，但是并不完全符合孟德尔遗传定律。近年来遗传因素在耳硬化症发病过程中的作用得到比较深入的研究。在耳硬化症的易感基因鉴别和定位中，基因连锁分析和基因关联分析是主要应用的分析方法。

4.1 基因连锁分析

基因连锁分析是一种对符合孟德尔遗传定律的疾病和有家族聚集倾向的疾病进行遗传分析的方法。基于基因连锁分析方法已经有10种耳硬化症基因座位被发现，除了OTSC6和OTSC9未被正式公布外，其他8种耳硬化症基因座位OTSC1-5和OTSC7-10已经相继被发现和报道。

4.1.1 OTSC1

Tomek[4]通过分析一个印度家系，发现并定位第一个耳硬化症的相关基因座位OTSC1。OTSC1位于常染色体15q25-q26，包含33个基因，其中聚蛋白多糖基因（aggrecan）是一个候选基因。可能原因有：①aggrecan有多个不同等位基因；②内耳骨迷路的前体细胞中有aggrecan蛋白的表达；③aggrecan突变的小鼠表现出一定的听力损失。但是目前尚无研究证实aggrecan与耳硬化症有关，具体OTSC1上的耳硬化症致病基因及致病机制需要进一步的研究和发现。

4.1.2 OTSC2

2001年，Van Den Bogaert[26]等通过对一个比利时家系进行连锁分析，发现第二个耳硬化症的相关基因座位OTSC2。这个基因座位位于常染色体7q34-36，介于D7S495和D7S2426之间，包含132个基因。在OTSC2基因座位中转录中介因子TIF1α和赖氨酸羟化酶3（PLOD3）是两个候选基因。TIFα是维甲酸（RA）生长抑制活性的抑制物之一，RA可以影响耳囊的分化和发展。因此，TIF1α可能通过干扰RA的生长抑制活性来影响骨迷路的分化和发育。PLOD3可能通过干扰内耳软骨细胞对肿瘤坏死因子α（TNFα）介导的刺激反应来影响内耳胶原蛋白的合成和代谢，从而导致耳硬化症的发生发展。

4.1.3 OTSC3

OTSC3是第3个耳硬化症的基因座位。2002年，W Chen[27]等通过分析一个塞浦路斯家系，排除已知耳硬化症基因座位OTSC1和OTSC2，在第6号染色体上发现了另一耳硬化症基因座位。OTSC3基因座位位于常染色体6p21.3-22.3，包含488个基因。在OTSC3基因座位中，RING1和COL11A2是两个候选基因，RING1是COL1A1启动子的转录激活子，RING1可能通过影响COL1A1基因的转录来参与调节骨迷路中I型胶原蛋白的合成进而引起耳硬化症的发生。COL11A2[28]在骨迷路中表达，COL11A2的启动子区包括人类特有的胶原调节原件，参与前骨胶原和合成，可引起非综合征性常染色体显性听力损失。

4.1.4 OTSC4

2004年，Brownsten Z[29]通过对一个以色列家族进行连锁分析，发现第4个耳硬化症基因座位OTSC4。OTSC4位于常染色体16q21-23.2上，包含74个基因，其中COG8和COG4是2种候选基因，它们可能通过影响免疫系统和骨代谢参与耳硬化症过程，目前COG8和COG4在耳硬化症中具体致病机制还未得到报道。

4.1.5 OTSC5

2004年，Van Den Bogaert[30]等发现和报道了第5个基因座位OTSC5。它位于常染色体3q22-24，包含59个基因，其中前胶原羧基末端蛋白水解酶增强蛋白2（PCOLCE2）和 糖硫转移酶2（CHST2）是两个候选基因。PCOLCE2参与编码Ⅰ型前胶原蛋白相关的糖蛋白，在非骨化软骨中高度表达，骨迷路包囊中存在非骨化软骨，因此推测PCOLCE2在骨迷路的非骨化软骨中表达可能通过参于骨迷路的骨代谢；耳硬化症曾被推测与耳囊软骨残体中的异常细胞外基质代谢有关，CHST2参与编码细胞外基质，因此推测CHST2可能影响骨迷路软骨细胞外基质参于耳硬化症的发生。

4.1.6 OTSC7

2007年，Melissa Thus[31]等通过对一个希腊家族进行分析，发现了第7个耳硬化症基因座位OTSC7，它位于常染色体6q13-16.1，介于D6S1036和D6S300之间，包含66个基因。COL12A1是OTSC7基因座位上的一个候选基因，它在耳蜗中有表达，可影响三联螺旋的纤维结合胶原（FACIT）的合成，该胶原在综合征性和非综合征性听力损失中发挥重要作用。因此推测COL12A1与耳硬化症有关。

4.1.7 OTSC8

2008年，第8个耳硬化症基因座位OTSC8被Bel Hadj Ali[32]等人发现。它位于常染色体9p13.1-9q21.11，介于D9S970和 D9S1799之间，包含145个基因。在这一基因座位中TJP2、TRPM3和KLF9是3个候选基因。TJP2属于紧密连接蛋白，参与上皮和内皮细胞内的连接。TRPM3可影响细胞钙信号传导和内环境稳定，影响破骨细胞的活性。KLF9可调解哺乳动物的颅面发育。目前尚未在耳硬化症中的具体致病机制的研究和报道。

4.1.8 OTSC10

2011 年，Weegerink NJ和 Schrauwen I[33,34]相继报道了第10个耳硬化症基因座位OTSC10。OTSC10位于常染色体q41-44，包含306个基因。TGFB2和AGT是2个候选基因，它们可能参与内耳骨迷路的骨代谢。TGFB2是一种多功能的生长因子，参与多种生物过程，在骨迷路中有表达，可影响骨迷路包囊的骨代谢，因此TGFB2是一种耳硬化症候选致病基因。AGT可能也与骨迷路异常的骨代谢有关，具体致病机制需要进一步研究。

4.2 基因关联分析

基因关联分析是一种以单核苷酸多态性（SNP）为分子遗传标记，在全基因组水平上进行对照分析，以发现复杂遗传疾病致病基因的新策略，也是目前研究复杂遗传病常用方法之一。近年来，基于基因关联分析已有越来越多的耳硬化症的相关致病基因被发现和报道[5-10,35-38]。这些基因可能通过参与骨代谢、免疫调节或者内分泌等分子途径致病。

4.2.1 骨代谢途径

1998年，McKenna等[39]首次应用基因关联分析发现COL1A1基因突变可能与耳硬化症的发生有关。之后McKenna等[40,41]又发现COL1A1基因中SP1结合位点的多态性与耳硬化症有关。COL1A1参与编码Ⅰ型胶原蛋白，COL1A1基因突变导致Ⅰ型胶原蛋白合成减少，导致骨质异常。通常COL1A1基因突变与成骨不全综合征的发生有密切关系，部分成骨不全患者可出现与耳硬化症患者类似的进行性传导性听力下降的临床表现。与耳蜗骨代谢相关的致病基因TGF-β1、BMP2及BMP4[8]也陆续被发现和报道，它们同属于TGFβ超家族，参与内耳的胚胎发育以及迷路骨质的代谢。

4.2.2 内分泌途径

耳硬化症在女性中的发病率高于在男性中的发病率，可能与雌激素有关。有学者认为耳硬化组织中的雌激素受体变异可能影响雌激素介导的耳硬化症的发生或骨迷路的骨代谢异常。有研究[42]发现雌激素能促进催乳素的分泌，催乳素能降低骨保护素（OPG）的表达，提高RANKL的表达，进而影响骨代谢，因此推测OPG/RANK/RANKL旁路的异常改变可能与耳硬化症的发病有关，但是具体的分子致病机制仍有待研究。

4.2.3 免疫系统途径

人类白细胞抗原（HLA）系统在免疫系统中发挥重要作用，参与多种疾病过程。虽然关于耳硬化症与HLA系统的关联研究已经被报道[43-45]，但是这些研究结果并不一致。尽管如此，这些研究表明HLA系统与耳硬化症的发生可能存在某种免疫病理学的联系，但是研究还有待深入。

人类自身免疫在耳硬化症发病过程中可能发挥一定作用。Lolov,S.[46,47]等学者曾提出麻疹病毒感染引起的自身免疫反应是耳硬化症发生的重要因素。Yoo,T.J.[48]等也曾提出自身免疫系统对Ⅱ型胶原蛋白（COL1A2）的免疫反应在耳硬化症的发病过程中发挥一定的作用。但是之后这一学说并没有得到其他研究的验证。由此可见，自身免疫系统可能与耳硬化症有关，但仍需要进一步的研究证实。

4.2.4 其他分子通路途径

Schrauwen I[49]发现RELN基因与耳硬化症相关，并且这一发现在不同人群中得到了证实[49-53]。RELN的突变区域位于常染色体7q22.1，内含子1到内含子4之间。RELN编码细胞外基质蛋白，参与大脑发育过程中神经元的定位。有研究发现[49,51]RELN在人镫骨底板和小鼠内耳中均有表达。虽然研究[49-53]相继报道了RELN与耳硬化症之间相关性，但是RELN的致病机制目前尚不清楚。

另有研究发现[54]炎性因子可能参与耳硬化症的病理过程，尤其是肿瘤坏死因子α（TNFα）。TNFα可促进骨吸收，可能通过异常的骨代谢途径致病。此外血管紧张素转化酶基因（ACE和AGT）[55]的基因突变可能也与耳硬化症有关，具体致病机制尚需进一步的研究发现。

5 耳硬化症的动物模型

耳硬化症的致病机制目前尚不清楚，耳硬化症的动物模型是探索耳硬化症致病机制以及相关致病基因的有效途径。Andreas F.[56]等人通过构建OPG敲除小鼠，发现OPG敲除小鼠可表现出许多与人耳硬化症的类似症状。比如OPG敲除小鼠出现了与耳硬化症的活动期的类似的内耳骨迷路包囊的局灶性骨吸收和沉积，小鼠出现进行性听力下降的症状。另外，OPG敲除小鼠也出现一系列不同于人耳硬化症的表现，比如OPG基因敲除小鼠出现全身骨质的异常骨重塑，同时中耳的锤骨和砧骨也会受到影响。之后Konstantina M.等[57]构建了一种成骨不全综合证的小鼠模型Mov13小鼠，他们对Mov13小鼠的耳囊60余种基因进行研究，发现COL1A1可参与内耳骨迷路的多种基因的转录调控，内耳OPG的表达量明显高于身体其他部位骨质中的表达量。虽然Mov13小鼠内耳骨迷路包囊没有表现出耳硬化症类似的异常骨重建，不能作为典型耳硬化症的动物模型，但是Mov13小鼠的研究发现内耳骨质与其他骨质之间的基本生物学差异，为内耳的骨代谢的研究提供一定的分子理论支持。2014年Jacqueline M.等人[58]构建了一种CHARGE综合征的小鼠模型Chd7+/Looper小鼠，这种小鼠可表现出与人耳硬化症类似的镫骨底板固定，另外还会出现半规管发育不全和前庭功能紊乱以及生长迟缓及面部不对称等症状。耳硬化症的动物模型建立有助于耳硬化症分子致病机制的深入研究，但是耳硬化症动物模型的成功构建仍需要进一步的研究和探索。

6 小结

遗传因素在耳硬化症的发病过程中发挥重要作用。研究表明耳硬化症多表现为常染色体显性遗传伴不完全外显，外显率在40%左右。遗传因素在致病过程中可能与影响骨重塑、内分泌途径及免疫途径等有关。目前已有10种致病基因座位被报道，但是在这些基因座位上具体的致病基因目前仍不清楚。另外有数10余种致病基因被发现，在这些基因的研究结果中，除了BMP2、BMP4等少许基因的研究结果被重复外，其余研究结果大多是相互矛盾的。另外，耳硬化症在黄种人和黑种人中发病率较低，找到足够大的家系进行耳硬化症的遗传学研究分析较困难。目前关于耳硬化症的遗传学研究大多以病人为重点，耳硬化症致病基因的动物学研究较少，耳硬化症的具体的分子作用机制尚需要更加深入的研究。未来，对耳硬化症致病基因进行准确定位，并对致病基因的具体分子致病机制进行研究有可能成为新的研究方向。