Usher综合征表型及发病机制研究进展

徐晨阳 刘晓雯 郭玉芬

兰州大学第二医院耳鼻咽喉科 兰州大学第二医院(兰州730030)

1 USH的临床特征及分型

Usher综合征又称遗传性耳聋-色素性视网膜炎综合征，是一组以视网膜色素变性及不同程度听力损失为特征，伴或不伴有前庭功能异常的常染色体隐性遗传病，具有遗传异质性。该病是临床上最常见的RP合并SNHL的疾病[1]。据统计，USH在全球范围内的发病率约为3.3～16.6/100000[2]，呈散发性，无明显性别差异。根据患者听力和前庭功能及视野受损情况，以往将USH分为3种亚型：USH1、USH2、USH3[2]。此外，有些病例不能根据临床症状归类于上述类别，被称为非典型USH，但近年来有观点认为应将部分与ARSG有关的非典型USH划为一类新亚型，即USH4[3]，目前仅有两篇相关报道[3,4]。由于USH的各亚型中RP的发病年龄之间有交叉，因此不能将视力改变作为可靠的诊断依据。USH的临床表现并不具有特异性，一些其他疾病也可引起类似的临床表现，且USH临床表现有较大的个体差异，单纯依靠症状难以快速诊断USH。

2 USH 1 相关基因的病理机制

USH1是临床表现最严重，发生发展最迅速的USH亚型，主要表现为先天性重度-极重度SNHL，RP出现较早，常在青春期前，夜盲症通常是首发视觉症状。由于先天性聋，USH1患者一般可在RP出现之前被诊断，该亚型常合并前庭功能障碍，患者幼儿时期可表现出运动发育迟缓，学会独立行走较同龄儿童晚。目前认为与USH1有关的基因座位有10个（USH1A-K），已鉴定的致病基因有6个，其中已明确相关的有5个，分别是MYO7A、USH1C、CDH23、USH1G、PCDH15，CIB2虽也被认为 与USH1J有一定的关系，但具体关联尚不明确[5,6]。其余 4个基因 座 位（USH1A、USH1E、USH1H 和USH1K）的致病基因尚未确定。

2.1 USH1基因的作用机制

MYO7A是USH1B的致病基因，也是导致USH1最常见的基因[7]，约有53.2%的USH1与该基因突变有关[8]。MYO7A包含56个外显子，其编码的MyosinⅦa蛋白属于肌球蛋白，表达于视网膜色素上皮及视网膜感光细胞中，在人胚胎的耳蜗及前庭神经上皮中亦有分布。该蛋白在内耳整个静纤毛上均有分布。研究发现，MYO7A作为一类运动蛋白，可在内耳毛细胞机械-电信号转化（mechanoelectric transduction，MET）复合体中起马达作用，保证内耳毛细胞的MET活性。缺乏MYO7A的小鼠内耳毛细胞静息电位降低，MET电流强度下降，常出现迅速发展的SNHL，这是USH1的典型症状之一[9]。此外，MYO7A在胎儿发育早期参与内耳毛细胞纤毛束的形成。MYO7A的纯合突变可能破坏MYO7A与其他USH1蛋白之间的相互作用，并损害视网膜色素上皮细胞中黑素体的转运，从而导致患者出现耳聋及进行性视力障碍等USH1典型表现[10]。

USH1C是USH1C的致病基因，其表达的Harmonin蛋白是一种定位于静纤毛尖端连接（tip link）上连接点（upper tip link densities，UTLD）的支架蛋白，是USH1蛋白网络的结构基础。Harmonin可将其他USH1蛋白整合入USH1蛋白复合体内，参与毛细胞的分化及信号转导[11]。此外，Harmonin还是USH1和USH2蛋白的分子联系位点[12]，USH2蛋白可通过该蛋白的PDZ1结构域整合到USH蛋白网络中[3]。USH1C的杂合突变可干扰Harmonin与CDH23的相互作用，影响人体听觉与平衡功能引起USH1[13]。

CDH23是USH1D的致病基因，该基因的表达产物Cadherin 23是一种具有结合蛋白功能的跨膜蛋白，优先表达在内耳。CDH23参与纤毛束的早期成熟过程，其缺失会影响纤毛束发育的早期阶段导致发育异常，表现为结构脆弱、方向杂乱。此外，CDH23还表达在纤毛束顶部的尖端连接复合体中，该复合体具有钙敏感性，可与细胞骨架相互作用，CDH23的突变对其结构和功能均有影响。CDH23还可能参与维持耳蜗内淋巴液的离子组成，通过改变内淋巴液的离子构成影响MET的正常过程。这些功能是CDH23突变引起USH1D的基础。USH1F的致病基因PCDH15与CDH23相似，其表达产物Protocadherin 15蛋白与CDH23存在相关性，也是一种定位于静纤毛尖端连接复合体的跨膜蛋白[14]，其突变后果与CDH23相似。

USH1G是USH1G的致病基因，其编码的SANS是一类定位于UTLD处的支架蛋白，参与调控其他USH1蛋白沿微管及肌动蛋白骨架向动纤毛运输的过程，并在纤毛束的发育过程中参与调控静纤毛的肌动蛋白，对维持毛细胞第2、3排静纤毛的高度具有重要作用。SANS通过与鞭毛内运输（intraflagellar transport，IFT）系统的 IFT-B 蛋白结合，将USH蛋白网络连接至IFT系统中，其N末端的病理突变导致SANS与IFT-B分子结合松动，造成毛细胞第2、3排纤毛长度发育异常[15]，影响其他USH1蛋白在毛细胞中的表达，损伤毛细胞相关功能，最终导致USH。

CIB2与USH1的关系仍有争议。CIB2可能是USH1J的致病基因，同时也可引起非综合征性耳聋（nonsyndromic hearing loss，NSHL）。CIB2可能有助于维持毛细胞内的Ca2+稳态，保证毛细胞膜内外Ca2+浓度稳定，影响毛细胞的MET过程。但目前尚无足够证据支持CIB2与USH之间的关联性，也有研究认为CIB2仅与NSHL有关。CIB2在听觉系统中的地位及与USH1的关系仍需研究[5,6]。

2.2 USH1基因表达产物的相互作用

USH1蛋白主要参与毛细胞的发育成熟及MET过程。在毛细胞发育早期，CDH23和PCDH15参与形成纤毛束的瞬时横向连接（transient lateral links）和动纤毛连接（kinociliary links）。纤毛束发育成熟后，瞬时横向连接、动纤毛连接及踝连接（ankle links）消失，尖端连接在耳蜗及前庭毛细胞中永久存在[16]，此时，CDH23和PCDH15共定位于尖端连接复合体中，而Harmonin、SANS及MYO7A在内耳毛细胞纤毛束UTLD处形成复合物[17,18]，将CDH23和PCDH15锚定至相邻更高的静纤毛的肌动蛋白肌丝上[18]。在成熟的毛细胞中，尖端连接复合体可将较短的静纤毛尖端连接至临近较长的静纤毛的侧壁上，并在毛细胞的MET过程中介导离子通道的开放。USH1蛋白的缺失或异常可影响尖端连接复合体的结构与功能，导致毛细胞MET受阻或敏感性降低，这是USH1患者SNHL程度较重的重要功能基础。

3 USH 2 相关基因的病理机制

USH2症状较轻，进展较慢，但发病率最高，主要表现为中度-重度SNHL，RP出现在10-38岁（平均年龄15±8.5岁），目前多认为USH2患者前庭功能正常，但也有研究表明USH2A突变可能引起前庭功能潜在损伤。目前已定位了4个基因座位（USH2A-D），已明确与该亚型相关的致病基因有3种 ，分 别 是 USH2A（USH2A）、GPR98（USH2C)、WHRN(USH2D)。

3.1 USH2基因的作用机制

USH2A是USH2最常见的致病基因，约占临床病例的58～90%[19]。USH2A编码的Usherin蛋白是一种具有结合蛋白功能的跨膜蛋白，主要表达于内耳毛细胞静纤毛底部，参与踝连接复合体的形成，在前庭毛细胞、视网膜光感受器中也有表达。该基因突变可导致耳蜗底转外毛细胞（outer hair cell，OHC）脱落，内毛细胞（inner hair cell，IHC）通常正常[20]，耳蜗顶转IHC及OHC均不受影响。这种病理改变会导致中度或重度高频进行性SNHL，听力曲线呈缓降或陡降型，是USH2的典型临床表现。

GPR98突变的发生率仅次于USH2A，约占临床病例的5～19%[19]。该基因主要与耳蜗静纤毛有关，其突变可导致螺旋器OHC缺失，静纤毛形态进行性退变，引起先天性SNHL。GPR98的表达产物VLGR1（very large G-protein coupled receptor 1）是踝连接复合体的核心蛋白[21]，该复合体对耳蜗OHC静纤毛形成“V”形态至关重要。此外，VLGR1对毛细胞和感光细胞的胞外Ca2+浓度变化敏感，该蛋白的缺陷可能会引起这两种细胞膜外Ca2+浓度失衡，但具体机制仍需研究。

还有少部分USH2由WHRN突变引起。这类基因突变较少见，临床上仅1～9.5%的病例与其有关[19]。WHRN编码的Whirlin支架蛋白表达于内耳毛细胞静纤毛顶部、踝连接复合体及视网膜光感受器上，是相关USH发生发展的基础。WHRN具有遗传异质性，其突变可导致该蛋白N端及C端翻译提前终止，N端突变可同时影响Whirlin在内耳及视网膜的表达，引起SNHL和RP，而C端突变仅影响其在内耳的表达，引起SNHL而不伴发RP[22]。

3.2 USH 2基因表达产物的相互作用

Usherin与Whirlin、VLGR1共定位在发育期的毛细胞踝连接复合体中，以蛋白复合物[23]的形式参与毛细胞的生理功能，任何一种蛋白的缺失均会影响其功能并导致耳蜗OHC静纤毛异常，MET敏感性降低，而IHC纤毛束基本正常，MET无异常表现。这提示USH2基因主要影响耳蜗OHC的发育成熟及生理功能，对IHC影响较小。尽管目前多认为USH2患者前庭功能基本正常，但也有研究显示USH2可能导致潜在前庭损伤[24,25]，原因可能是基因突变导致前庭毛细胞受损，USH2相关基因突变是否影响前庭功能仍有待商榷。

4 USH 3 相关基因的病理机制

USH3常表现为进行性加重的SNHL伴不同程度的前庭功能障碍，RP存在与否不确定，具体临床表现具有高度可变性。目前认为与USH3有关的基因有CLRN1、HARS两种，但已明确的USH3基因仅有CLRN1，HARS的相关性仍有争议。CLRN1所表达的Clarin-1是一类存在于耳蜗具有4个跨膜结构域的细胞膜表面蛋白，参与维持纤毛束形态，有助于维持毛细胞MET敏感性，也是内耳毛细胞带状突触的关键组成部分，可确保带状突触成分的正确定位[26]。CLRN1突变可导致纤毛束畸形及突触成熟延迟，是该基因导致USH3的主要机制[27]。CLRN1突变与USH2相关基因的突变存在一定相似性，Clarin-1缺陷主要导致OHC静纤毛异常，MET敏感度降低，而对IHC影响较小[28]。但目前已明确Clarin-1可影响前庭毛细胞，影响其MET敏感度，导致进行性前庭功能障碍[28]，这是USH3与USH2的主要区别之一。

CLRN1对毛细胞纤毛束、带状突触等结构与功能均有影响，其突变对毛细胞生理功能影响十分广泛，导致USH3症状多变，且发病机制尚不明确，仍需研究。

5 USH4 相关基因的病理机制

近年来，有学者在临床工作中发现许多临床症状与USH1、2、3均不相符的USH病例，这类病例以往被称为非典型USH。近年来有观点认为，应将由ARSG纯合突变引起的一类USH定义为一个新亚型，即USH4。该亚型主要表现为无前庭受累的迟发性RP和进行性SNHL[3]。

已知与USH4可能相关的致病基因仅ARSG一种。ARSG所编码的Arylsulfatase G蛋白属于硫酸酯酶家族，参与激素生物合成、细胞信号转导及大分子降解。研究者在家系分析中发现，ARSG的p.D45Y纯合突变可能与USH4有关，该突变可引起迟发性视锥细胞营养不良、视网膜萎缩、色素变性并产生环形暗点，随病情发展可累及黄斑与中央凹，并伴有进行性中重度SNHL。另一项研究发现ARSG的c.130G>A（p.Asp44Asn）纯合突变亦可能与USH4相关。目前对USH4及ARSG的研究尚不深入，仅能推测USH4可能与ARSG突变改变了高度保守的天冬氨酸残基有关，其具体机制有待研究[3,4]。

6 USH相关的其他基因

PDZD7是一种修饰基因。该基因的表达产物PDZD7蛋白可与USH2蛋白相互作用，其突变可与其他USH2基因突变产生协同作用，加重USH2的表型[29]。例如，PDZD7 可与 Usherin、Whirlin、VLGR1结合并共定位于踝连接复合体处[23]，PDZD7功能缺陷会导致其他三种蛋白定位异常，引起毛细胞死亡或变性[23,30]。

CEP250是一种与非典型USH相关的致病基因，但目前对该基因的研究较少，尚无充足证据支持CEP250与USH的相关性，致病机制亦不明确。研究显示，CEP250的纯合无义突变与C2orf71的杂合无义突变共同作用可引起以早发SNHL和轻度RP为主要症状的非典型USH，但具体机制尚不明确[31]。

7 不同亚型USH蛋白的相互作用

USH蛋白除与同亚型蛋白相结合外，还可与其他亚型USH蛋白相互作用，例如CIB2及MYO7A可与Whirlin共同构成内耳毛细胞静纤毛顶部连接复合体参与MET，维持毛细胞正常结构和功能。支架蛋白Harmonin和Usherin及VLGR1亦可相互作用。这些研究表明，USH蛋白之间可彼此结合构成复合体网络发挥协同作用，当一种USH基因突变引起相关蛋白功能异常时，对其它亚型的USH蛋白也会产生影响。

8 展望

USH作为目前最常见引起人类聋盲的遗传性疾病，始终是研究重点。由于USH复杂的临床表现，单纯依靠症状不能及时诊断。传统治疗方式多以缓解患者临床症状的人工耳蜗植入[32]为主。目前对USH的研究仍不够深入，因此，对USH基因型、表型及分子基础的进一步研究，基因治疗等新治疗方法的不断探索，将对USH遗传咨询、早期诊断、治疗和预后大有裨益。