遗传性聋分子生物学研究进展及其临床应用前景

时间:2012年09月11日  信息来源:不详 录入:admin

耳聋是导致交流障碍最常见的疾病,估计全世界约有7亿人口力损失至少达55 dB ,新生儿重度以上的先天性聋发病率约为1/1000,一半是遗传因素所致。遗传性聋是由来自亲代的致病基因,或新发生的突变致聋基因导致的耳部发育或代谢障碍所引起的力损害。近5年来,随着分子生物学和分子遗传学的迅猛发展、人类基因组计划的实施和完成、及生物信息学这一新兴学科的出现,遗传性聋的基因研究取得了飞速的发展。本文从功能分子生物学,发育分子生物学,诊断分子生物学,治疗分子生物学4个方面阐述了遗传性聋分子生物学研究进展及其临床应用前景。

功能性分子生物学

1994年,Guilford等定位一个ARSHL位点于13q12一13,3年后,此基因被确定为CJB2,编码跨膜间隙连接蛋白connexin26(Cx26)。从此揭开了耳聋基因研究的序幕,新的致聋基因不断被发现,目前已确定显性遗传基因位点54个.隐性遗传基因位点 51个,6个x-连锁基因位点,和2个线粒体遗传位点。

核基因编码的蛋白质包括连接蛋白,离于通道蛋白,转录因子,结构蛋白等等。 其中,50%的常染色体隐性遗传性聋由GJB2基因突变引起,是目前发现的人类最主要致聋基因。CJB2基因突变导致细胞间隙的连接通道异常,直接影响k+从毛细胞到血管纹边缘细胞的运输,导致力障碍。其突变具有多祥性和复杂性,还有明显的种族特异性。已发现GJB2基因有82种突变型,其中35delG是地中海地区人种最常见的突变类型,占所有突变的60%~85%,而亚洲人主要突变为235delC。对于cx26突变所造成的隐性遗传型耳聋,其基因型和表型无明显的相关性。即使在同一家庭中同样的突变,耳聋表型也有很大的变化,有着不同的发病年龄。在一些病例中力下降呈明显的进行性。

自从1993年,Prezant TR等首次确定线粒体DNA的Al555G 突变与NSHI有关以来,线粒体突变与耳聋的关系引起了广泛的关注。 孔维佳教授等研究了老年性聋大鼠的线粒体缺失突变与老年性聋的关系,以及抗氧化药物的预防作用。

发育分子生物学

耳蜗在胚胎发育过程中,其分子表达具有严格的时序性和空间特异性,从而可以利用这些分子标记来区分不同种类,不同成熟程度的细胞,为耳聋的细胞治疗研究建立理论基础。

例如转录因子Pax2(paired-box transcription factor) ,在内耳发育的初期,表达于所有的耳基板细胞,基板内陷后,主要表达于小鼠泡的前庭阶和鸡泡的中阶。Pax2表达于内耳感觉上皮的前体细胞,而在早期毛细胞和支持细胞上 ,它的表达下调。在上皮生长因子和胰岛素样生长因子的存在下,Pax2可作为胚胎干细胞来源的耳基板细胞或内耳干细胞来源的前体细胞的分子标记。其他在感觉上皮早期表达的分子标记有信号蛋白BMP4、BMP7,Jagged-1和细胞循环调节因子p27kipl。而Mathl、Bn13.1、myosinVIIA 和espin可作为毛细胞的分子标记。了解这些特异分子标记的表达和调控,有助于我们更深入研究内耳的生理和病理情况,以及耳聋的发生机制,并在耳聋的细胞治疗中发挥重要作用。

诊断分子生物学

由于遗传性耳聋具有很高的遗传异质性,遗传性耳聋的基因诊断涉及到多个基因的检测,从而给基因诊断的临床应用带来极大困难,因此如何建立一种有效的方法以寻找耳聋目的基因进行检测成为临床基因捡测首要解决的问题。一般首先排除获得性因素致聋,如中耳炎、病毒感染、耳毒性药物和声损伤等;然后根据家系史分析遗传类型;全面体检确定是综合征或非综合征性聋;对家系可以采取根据家系的临床表现确定待检基因,缩小待检的范围,并根据待检基因的突变频率确定遗传性耳聋基因的检测顺序,根据基因及突变特点,选择合适的检测方法,对于发生率较高的突变,如杨伟炎等研制了 Al555G 突变检测试剂盒,使检测常规化。必须注意的是,散发耳聋患者很难确定到底是遗传性还是获得性聋,因为表型正常的双亲可能携带某基因同一位点的杂合突变,后代可能是纯合子;要评价这种家庭后代发生耳聋的概率需借助经验。

由于耳聋基因数量繁多,基因芯片技术可以同时检测大量基因位点,具有方便,迅速,敏感性高等特点。虽然现阶段由于成本高,使其在临床诊断应用上受到局限,但仍是未来临床诊断多基因的发展趋势。  

治疗分子生物学的发展,有助于耳聋的早期发现和治疗,对预后也有重要意义,对于药物易感性聋儿童提供用药指导。对于综合征性耳聋,耳聋的分子诊断更可以为患者提供遗传咨询和产前诊断。

治疗分子生物学

哺乳动物的毛细胞损害或缺失在自然条件下是不可逆的,研究者正在极力寻求一种使之重生的方法,为耳聋患者治疗提供新的方法和途径。目前的热点研究领域是基因治疗和细胞治疗。

基因治疗

基因治疗是指将人的正常基因或有治疗作用的基因通过一定方式导入人体靶细胞以纠正基因的缺陷或者发挥治疗作用,从而达到治疗疾病目的的生物医学新技术。1990年,美国用ADA(腺苷酸脱氨酶)基因治疗了一位因ADA基因缺陷导致严重免疫缺损的4岁女孩,这是世界上笫一次将人类体细胞基因治疗应用于临床,为人类疾病治疗开启了一扇新的大门。

基因载体的选择与构建选择合适的载体系统是基因治疗的关键之一,借鉴病毒对哺乳动物细胞具有感染性,人们构建了各种有效的病毒转基因系统。1996年,Geschwind研究发现,以复制缺陷型HSV为载体,将BDNF转染体外培养的螺旋神经节细胞,能部分取代毛细胞的营养作用,阻止神经元的变性。除了局部的基因治疗以外,体细胞基因治疗的实验研究也取得了初步进展。1998年,Probst等通过在shaker-2小鼠(诱导肌球蛋白基因突变产生的一种遗传性聋动物模型)的胚胎干细胞中重新插入野生型肌球蛋白基因,结果纠正了其耳聋症状,为临床治疗某些类型的遗传性聋带来了希望。

目前耳聋基因治疗仍局限于动物实验和体外细胞培荞阶段,随着研究的深入,基因和载体选择的不断优化,其临床应用将有极大发展前景。

细胞治疗

力损害多直接引起毛细胞的凋亡和丢失,哺乳动物在自然情况下只有前庭毛细胞还保持有限的分化能力,故哺乳动物的毛细胞死亡往往造成力和平衡功能永久损害。如何恢复毛细胞的功能,成为耳聋治疗的一大难题。

近年来,干细胞替代治疗已进入人们的视野,成为新的研究热点。神经性聋的病理生理特征及干细胞的分化特性提示我们细胞替代治疗用于耳聋的可能,大量的实验研究也证实了这一点。

理论上用于毛细胞再生的干细胞包括胚胎干细胞(embryonic stem cell, ES cell)和成体干细胞。ES细胞来源于胚泡的内耳细胞团,具有分化成各型多能干细胞的最佳能力,同时还具有自我更新的能力,所以可为临床细胞替代治疗提供大量细胞来源。2003年,Heller S成功地利用鼠的胚胎干细胞体外分化为内耳的前体细胞,表达特异性分子标记(Mathl,Brn3.1),同时使毛细胞结构蛋白上调(myosinVIIA,espin,parvalbumin 3,Acha9)。将此细胞移植入鸡的胚胎右泡内,位于感觉上皮的可以分化为毛细胞,表达毛细胞特异性分子标记,异位移植的毛细胞则不表达。成熟干细胞来源于各成熟器官,神经干细胞被成功移植于药物损伤的小鼠内耳,存活数周并表达各成熟的细胞分子标记,包括神经胶质细胞,神经元细胞和毛细胞(表达于前庭而非耳蜗)。而且相对于鼠内耳来源的ES细胞,其毛细胞特异性标记上调远远少于前者(10%:<1%),而且毛细胞分化程度即成熟程度也低于前者。利用干细胞来源的毛细胞按音调分布图移植以替代丢失的毛细胞,可能恢复耳蜗的基本功能(并不需要毛细胞完全按生理位置排列)。

综合治疗

基因治疗和细胞治疔都为耳聋患者重返有声世界带来了新的希望,但是,今后的趋势并不是依靠单一的治疗方法,而是结合干细胞治疗,基因治疗,药物治疗以及电子耳蜗、助器的联合治疗。

耳聋分子生物学的发展,将在新的高度上揭示耳聋的发病机理,为耳聋的诊断,治疗带来曙光。

参考文献

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2  Prezant TR, Agapian JV, Bohlman MC, et, aL. Mitochondrial ribosomal RNA mutation associated with both antibiotic - induced and non - syndromic deafness. Nat Genet. 1993 Jul; 4(3):289 -294.

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(作者:佚名 编辑:admin)
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