中华耳科学杂志, 2018年16卷5期
内耳畸形与相关基因突变研究进展
方必兴 曾祥丽
内耳起源于原始外胚层，于胚胎中期发育至成人水平，是耳部发育最早的部分。导致内耳畸形的因素包括遗传因素、胚胎期前8周有致畸剂暴露史、病毒感染等[1]。遗传因素在不同胚胎发育阶段影响内耳发育而导致其畸形（表1）。Jackler[1]通过研究得出内耳畸形里遗传性因素占据重要地位。广义的内耳畸形包括骨性，膜性及细胞水平的畸形，临床上也常把骨性畸形称为内耳畸形。以往报道其中约20%为骨迷路发育异常，80% 为膜迷路发育异常。膜迷路发育异常如果发生在细胞水平上，迷路形态一般无异常改变，影像学方法不能显示，骨迷路发育异常因其有特殊的形态学表现可被高分辨率CT诊断。近年来，随着人工耳蜗植入数量的增加，临床上迫切需要一种完善的内耳畸形分类标准，但是，遗憾的是目前尚无统一的分类标准。国内外学者都提出过不同的分类方法，1987年Jackler[1]提出内耳畸形分类方法，Sennaroglu等[2]于2017年又做了进一步的说明。
参照Sennaroglu 2017年[3]分类标准进行内耳畸形分类:
①完全性迷路发育不全；②原始耳囊；③共同腔畸形：耳蜗与前庭融合呈一囊腔；④耳蜗发育不全：耳蜗与前庭之间分隔正常，但耳蜗较正常小，分为：耳蜗发育不全Ⅰ型（CH-1）：耳蜗在内听道处外观呈一小泡状结构；耳蜗发育不全Ⅱ型（CH-2）：耳蜗外形与正常耳蜗相似，耳蜗高度和底转的宽度小于正常，蜗轴和蜗管内间隔发育不良，仅底转的蜗轴和蜗管内间隔存在；耳蜗发育不全Ⅲ型（CH-3）：耳蜗结构与正常耳蜗相似，转数小于2，耳蜗高度和底转宽度小于正常值，蜗轴和蜗管内间隔的总长度较正常的短；耳蜗发育不全IV型（CH-4）：耳蜗小于2转，耳蜗底转正常，顶转中转极度发育不良，且位置更靠前、，蜗轴和蜗管内间隔仅存在于底转；⑤耳蜗缺失；⑥耳蜗分隔不全：耳蜗大小正常，但耳蜗与前庭之间分隔不全，分为：不完全分隔Ⅰ型（IP-1）：耳蜗缺乏全部蜗轴及筛区，耳蜗呈囊状；不完全分隔Ⅱ型（IP-2）：即Mondini 畸形，顶部的蜗轴和蜗管内间隔发育缺陷，CT表现为顶转和中转融合，伴有前庭水管和内淋巴囊扩大，半规管短小；不完全分隔Ⅲ型（IP-3）：耳蜗外观正常，骨螺旋板正常但全部蜗轴缺乏，耳蜗呈囊状；为X连锁遗传性聋。⑦耳蜗开口异常：耳蜗开口狭窄或者缺失。⑧前庭水管扩大：正常耳蜗伴前庭水管扩大，后迷路和中盖之间的中点大于1.5mm为前庭水管扩大——大多数先天性听力损失原因（80％）是膜性畸形，不会表现出骨性异常[3]，EVA 和IP-II 的区别在于耳蜗在HRCT和MRI上表现是完全正常的。在某些情况下，颞骨的高分辨率计算机断层扫描和磁共振成像显示正常结果，是否存在前庭水管的骨性管道没有扩大，而是骨外的囊性扩大，导致有前庭水管扩大的临床表现但是在CT上常常没有显影，此时需要进一步检查确认。
Jackler认为内耳在胚胎发育的不同阶段受到遗传因素的影响，可出现内耳发育畸形或者发育停滞。现将胚胎发育不同阶段内耳发育产生异常情况整理如表1。但是需要注意的是前庭半规管基本形态具备的情况下，可能因为听力正常和前庭功能代偿的原因掩盖潜在的病变[4]。
有研究表明[5]，新生儿先天性感音神经性聋患者发生率为1‰-2‰，其中20%-30% 颞骨CT显示内耳存在异常。先天性聋中，60% 以上发病与基因突变有关，在这部分患者中，70%为非综合征型先天性聋，30% 为综合征型先天性聋，多数致病基因都导致以感音神经性聋或混合性聋为主的临床表型。因此，研究先天性聋中内耳畸形的基因突变和内耳畸形的关系则显得尤其重要。在这里，我们将迄今为止已经明确的内耳发育畸形相关基因突变做个总结。
1. SLC26A4 基因位于染色体7q22.3，是非综合征型隐性遗传性聋DNFB4 及综合征型聋Pendred综合征的责任基因。1997年Everett等[6]报道了在一个常染色体隐性遗传性疾病—Pendred综合征(前庭水管扩大综合征或Mondini 畸形除外)的家系中首先将其克隆。Fitoz等[7]对14个存在内耳畸形的16名家庭成员进行测序研究，发现SLC26A4 基因突变只与前庭水管扩大（EVA）和合并EVA的Mondini 畸形有关。Pendrin 蛋白(SLC26A4 基因的编码蛋白)在内耳主要表达于内淋巴管和内淋巴囊，参与介导氯离子的转运，维持内淋巴液的离子平衡。Goldfeld[8]认为SLC26A4 基因突变导致的内淋巴囊水肿是导致内耳骨性畸形的原因，内淋巴囊的扩大可能同时影响耳蜗蜗轴的螺旋形态，导致Mondini 畸形。以上理论解释了EVA 组与EVA 合并Mondini 畸形组在等位基因突变频率上无显著差异的原因，进一步证明了EVA 和EVA 有关的Mondini 畸形与SLC26A4 基因突变密切相关。Ito等[9]指出，在没有发现SLC26A4 突变情况下SIX1 中Y129C 突变也可能导致EVA 和鳃-耳综合征（BO）。
2. KCNJ10 基因位于染色体1q23.2。编码ATP敏感的内整流钾离子通道Kir4.1，是产生和维持耳蜗内电位的关键[10]。Takeuchi[11]发现Kir4.1 表达于中间细胞的顶膜、螺旋神经节的卫星胶质细胞。Rozengurt[12]发现Kir4.1 还微弱表达于围绕外毛细胞的Deiters 细胞。KCNJ10 突变或缺失时常表现在显微结构的畸形，即细胞水平的畸形，内毛细胞和外毛细胞减少，螺旋神经节及其中枢突快速变性，可导致癫痫，共济失调，感音神经性耳聋，SeSA⁃ME综合征（惊厥，感音神经性耳聋，共济失调，智力低下和电解质紊乱）的听力丧失[10]。
3. CHD7 基因位于染色体8q12.2。编码ATP依赖性染色质域-DNA结合蛋白7。CHARGE综合征（CS）是由CHD7 基因中杂合致病变异体引起的常染色体显性遗传病。常见半规管发育不良或发育不全，嗅球的异常以及耳蜗神经缺失[13]。CS由于既可以出现耳蜗，耳蜗神经或其他内耳结构（例如，前庭水管）的异常也可以外耳和中耳结构畸形，所以可以表现感觉神经性听力损失（Sensorineuralhearing loss ,SNHL），也可以是纯传导性的听力损失（CHL）。CHD7 在成熟的内外毛细胞，螺旋神经节神经元，前庭感觉上皮细胞和中耳小骨中高度表达[14]。对此，Choo等[15]人在CHD7 突变相关疾病的诊断和治疗上做了较详细的讲述。
4. CDH23 基因位于染色体10q22.1。小鼠突变体在Cadherin23（Cdh23）中含有突变，是Usher综合征1D型的模型，其特征在于先天性耳聋，前庭功能障碍和渐进性视网膜色素变性的青春前期发作[16]。有学者[17]通过回顾性分析诊断性高分辨CT 颞骨扫描和磁共振成像（MRI）认为患有CDH23 致病性变异的儿童患半规管裂（SCD）的风险显着增加，这可能是Usher综合征1D型患者人群中前庭功能障碍的一个促成因素。
5. FGF3 基因位于染色体11q13.3。编码成纤维细胞生长因子3(fibroblast growth factor 3，FGF-3)。FGF-3 受体是骨生长过程中的骨化的负调节蛋白，可以抑制软骨细胞增值，是听囊正确分化所必须的。Ramsebner等[18]首次描述了内耳畸形和外耳发育异常与FGF-3 的P.R95W突变有关。通过在内耳畸形、小耳畸形的常染色体遗传家族中进行FGF-3 基因序列检测，发现P.R95W错义突变，突变造成精氨酸被色氨酸取代，使得编码FGFR-2 与FGF-3互相干扰。
6.LMX1a 基因位于染色体1q23.3。编码蛋白是一种含LIM同源结构域的转录因子，它是多个器官形成所必需的蛋白质。lmx1a 在内耳的早期阶段广泛表达，但其表达很快限于内耳的非感觉区域。Koo等[19]研究发现在一个Lmx1a 功能缺陷突变体中，内耳缺乏非感觉结构，并且内淋巴管和膜迷路发育不良。Steffes 等[20] 发现mtl 和bsd 是Lmx1a 基因的新突变等位基因，mtl 和bsd 纯合突变显示缺乏内淋巴管和半规管，并具有短的耳蜗管。这两个新的Lmx1a 等位基因的特征突出了该基因在耳蜗和前庭系统发育中的关键作用。
7.SOX2 基因位于染色体3q26.33。SOX2 是耳蜗毛细胞发育的关键基因，在耳基板的神经感觉域中表达[21]。SOX2 的功能依赖于其直接结合Atoh1调控区域并激活其表达的能力。这个功能很可能是通过其他基因的互动来介导的。然而，Sox2 调控神经元基因似乎是矛盾的，因为它也抑制Atoh1的功能，从而抑制毛细胞的分化。这是因为Sox2触发了一个不连贯的前馈回路，与Atoh1 的激活平行，诱导产生抵消其功能的抑制因子[22]，所以SOX2突变将打乱与Atoh1 的平衡而导致耳蜗发育不全。
8.SOX10 基因位于染色体22q13.1，编码的蛋白是一种转录因子，调节神经嵴细胞发育与分化。SOX10 基因突变可导致神经嵴发育异常类疾病，如瓦登伯格综合征，是最常见的综合征型耳聋。研究表明[23, 24]，SOX10 基因在内耳发育早期广泛表达于耳板及耳囊，SOX10 基因表达缺失的斑马鱼和蟾蜍胚胎均可观察到耳囊发育异常。表明SOX10 基因在内耳发育胚胎发育中扮演重要角色。
9.TBX1 基因位于染色体22q11.21。编码的T-boxl 是转录因子，是腭心面综合征的责任基因，主要作用是保证了头面部及颈部骨骼和肌肉的大血管以及内耳血管的正常发育，在胚胎发育组织器官中起到非常重要的作用。腭心面综合征患者大多有传导性聋，但少数情况也有表现感音神经性耳聋。
10.OLIG 基因位于染色体21q22.11。以往报道OLIG 基因是基本的螺旋-环-螺旋转录因子，在中枢神经系统发育中起重要作用。然而，尽管耳囊和神经管发育具有相似性，但是这个家族的成员并不认为与内耳发育有关。之后Kanaya等[25]人研究发现OLIG1 开始在耳囊的腹侧区域表达，OLIG2 表达定位于从E12.5 到E14.5 的耳蜗前庭神经节。OLIG 基因突变，可以导致耳囊和神经管发育不良，耳蜗前庭神经节异常。此外，在内耳发育的早期阶段，OLIG1 表达结构域与Sox2 和Jagged1 阳性的区域重叠。这一观察结果表明，OLIG1 在内耳发育中的功能域中同样发挥重要作用。
11.ZIC2 基因位于染色体13q32.3。ZIC基因参与包括耳朵在内的许多器官系统的发育信号传导途径。Chervenak 等[26] 检测了ZIC1，ZIC2 和ZIC4 在小鼠突变体内耳发育过程中的作用，发现来自ZIC2（kd/kd）和ZIC2（Ku/Ku）突变体的内耳在内淋巴管/囊和半规管形成以及内耳的耳蜗延伸中具有严重的形态学缺陷，证明ZIC 基因是内耳形态发生所必需的。ZIC2 丧失功能并不能阻止初始的听泡模式，但会导致分子异常伴随内淋巴管的形态发生。功能性听力缺陷通常伴随内耳畸形，使得ZIC2 成为鉴定人类听力丧失遗传基础的新型候选基因。
12.DIAPH3 基因位于染色体13q21.2。DIAPH3 突变导致该基因的2至3倍过量表达引起延迟发作的渐进性聋，称为AUNA1（听神经病，非综合征型，常染色体显性）。DIAPH3 过表达导致Corti器官在扫描电子显微镜下显示内毛细胞（IHC）静纤毛异常，而外毛细胞（OHC）基本上是完好的[27]。
13.TMPRSS3 基因位于染色体21q22.3。TMPRSS3 基因编码跨膜丝氨酸蛋白酶，是常见的几个听力丧失基因之一。在听觉通路中的准确功能仍不清楚。Lee等[28]首次在纯合状态下鉴定到以前研究中仅在复合杂合状态下检测到的p.A306T 突变，此外，临床评估发现p.A306T 突变患者的双侧扩张型前庭，提示TMPRSS3 基因p.A306T 突变可能与前庭异常有关。
14.TRP63 基因位于染色体3q28。以往我们知道外胚层发育异常是一组遗传性常染色体显性综合征，与肿瘤蛋白P63（TRP63）基因中的杂合突变有关。然而，Terrinoni等[29]发现，TRP63 突变的部分患者具有不同程度的耳聋。P63 无效的小鼠胚胎显示明显的耳蜗异常，Corti器官的形态学缺陷，具有额外的毛细胞，并且P63（TAp63）蛋白的反式激活型通常在Corti器官中发现参与耳蜗神经上皮的发育。
15.JAG1 基因位于染色体20p12.2。Vrijens等[30] 发现小鼠突变体Ozzy 小鼠在前庭眼反射（VOR）中显示出明显的缺陷。突变体内耳的CT扫描显示至少一个半规管和壶腹部的狭窄和截断，并且频率特异性听觉诱发脑干反应（ABR）测试显示与野生型同窝出生者相比，在中频范围内有轻微的阈值增加。随后，在突变体Jag1 基因中发现499T→A 错义突变，导致色氨酸（W167R）的取代。Jag1 人类同系物突变引起Alagille 综合征（AGS），这是一种常染色体显性疾病，在人类患者中，偶尔会影响肾脏或内耳等其他器官系统。
16.线粒体基因T7511C T7511C 突变以往只在非综合征型听力损失中有报道，然而，Ishikawad等[31]报道T75llC 突变与颞骨组织病理学异常有关，包括显微结构上血管纹、毛细胞和螺旋神经节的缺失，研究中发现T7511C 突变患者耳蜗的所有圈中螺旋神经节细胞的严重损失，Corti器官在基底回转中显示内部和外部毛细胞的分散损失，耳蜗的所有圈中都观察到血管纹的部分萎缩。线粒体基因突变可以出现突变型mtDNA 和野生型mtDNA 共存现象，经过多代传递，突变积累增多，达到一定程度后出现相关疾病表现。
17.POU3F4 /BRN4 位于染色体Xq21.1。编码蛋白属于转录因子，是POU 结构域。POU3F4 /BRN4 突变可以导致DFNX2（X 连锁非综合征型聋，包括传导性聋、混合性聋和感音神经性聋）。李庆忠等[32]研究发现POU3F4 是导致中国先天性内耳畸形的分子病理机制之一。TBX1 和BRN4 通常在耳囊周围间质细胞表达，主要作用是协同耳蜗自然生长。TBX1 和BRN4 同时突变比起TBX1 或BRN4 的单个突变显示耳蜗螺旋圈数减少[33]。POU3F4/BRN4 参与听泡早期分化，而导致内耳畸形，在颞骨轴位CT上发现POU3F4 突变的患者可能具有以下异常:1.内听道异常扩大;2.内听道底部与耳蜗或前庭有异常交通;3.耳蜗畸形(包括扩大或形态异常);4.后半规管脚扩大。POU3F4 基因突变患者在镫骨底板固定时,易导致外淋巴液从前庭窗涌出, 即“镫井喷”，对此应额外注意[34]。
现将已知内耳畸形相关疾病及其致病基因总结如下表2。
新生儿先天性感音神经性聋发生率为1‰-3‰，其中只有20%-30% 能经过现在的CT, MRI技术检测出其内耳的骨性结构异常[5]。已知的致聋基因突变已达147个遗传性耳聋基因，未来还会不断增加。因为目前尚无法明确全部致聋基因的功能及致聋机制，其中是否还有导致内耳膜性结构畸形、细胞水平畸形的突变，仍有待进一步的研究。内耳畸形表现复杂，多种基因突变可以表现同一种畸形表现；一种基因在不同位点的突变又可以有不同的畸形表现。双侧对称的耳蜗前庭畸型的病因可能是遗传性的，而双侧不对称者可能受外界因素影响所致。所以需要我们不断探讨，采用科学的先天性内耳畸形分类方法，科学客观的态度了解它，解决它。分析内耳畸形和基因突变的关系以进一步选择治疗手段，这对人口的优生优育和医学的发展都具有重要的意义。
扫描或长按下方二维码识别并关注中华耳科学杂志