面肩肱型肌营养不良症(FSHD)的遗传异质性

1、面肩肱型肌营养不良症(FSHD的遗传异质性1申本昌,张成*(中山大学附属第一医院神经内科,广州510080摘 要:面肩肱型肌营养不良症作为一种常染色体显性的神经肌肉系统疾病,连锁分析表明,大部分患者存在4q35的D4Z4的缺失(FSHD1A,但也有少部分患者表现为不同的遗传异质性(FSHD1B,患者家庭成员之间及不同患者家系之间的临床表现,从病情严重到无症状携带者之间,变异很大。面肩肱型肌营养不良症的遗传异质性还表现为不同患者4q35区域D4Z4缺失大小的不同,而部分与面肩肱型肌营养不良症症状类似的病人却没有4q35区域的缺失,甚至有一家系三代携带从4q35到端粒末端的缺失但表型正常。总的说来

2、,4q35区域缺失范围越大,病人发病越早,病情越重。深入对面肩肱型肌营养不良症遗传异质性的了解,有益于揭示该病的发病机制。关键词:面肩肱型肌营养不良症;4q35;D4Z4;遗传异质性面肩肱型肌营养不良症(FSHD:Facioscapulohumerial muscular dystrophy, MIM 158900作为一种常染色体显性遗传的神经肌肉系统疾病,以面部、上肩带和上肢肌肉的进行性萎缩为特征,与其他神经性肌肉营养不良症不同的是,该病临床表型变化范围极大,病情严重情况不一,且有时伴随神经性耳聋和视网膜毛细血管扩张1 ,但患者智力方面没有障碍。考虑该病到临床诊断的困难,低估其发病率为1/2

3、0,000,其发病率居于神经肌肉系统疾病的第三位2。FSHD具有极大的遗传异质性,通过研究这些异质性,无疑对揭示其发病规律、降低病人出生率有着积极的意义。大部分FSHD病例属于家族遗传,但10%左右的病人为新发突变(de novo mutation,该病在20岁左右,表现度为95%。经连锁分析,FSHD1A基因座定位于4q35(95%的FSHD病例,FSHD和一个小于35 kb的Eco R I片段相连锁。FSHD 基因座内部序列包括多个含有Kpn I限制性内切酶位点的3.3 kb的串联重复序列(VNTRD4Z4,4q35区域与10q26端粒区域高度同源,但4q35包含有Bln位点, South

4、ern实验时,通过EcoR I 和EcoR I/Bln I酶切,10q26被酶解为小片段而不能被检测到。几乎所有散发和家族遗传性病例,Southern检测到的该序列长度都小于35 kb(11个D4Z4重复序列,而正常人群,该片段为35至300 kb(11到150个D4Z4重复序列3。该重复序列丢失的越多,则发病愈早,且病情越重4。一对同卵双生子的研究发现,他们虽说携带有相同的突变,但临床症状却表现出很大的不同5。根据该特点,研究人员发展了用p13E-11为探针的Southern blot检测技术,来帮助临床医务人员对FSHD病人进行分子诊断,但到目前为止,一直没有发现具有正常功能的基因或FSH

5、D发病相关基因。FSHD还表现为遗传方面的异质性,有少部分病例(5%与4q35明显没有关联,该基因座命名为FSHD1B,有关该基因座的定位,目前尚无线索,有待研究1。日本学者的研究,也发现FSHD肌肉营养不良症存在明显的遗传异质性6。他们通过对200个临床表现疑似FSHD的病人的研究发现,其中40个病人没有4q35区域的缺失,但都有肩带肌肉的萎缩,75%的病人面部肌肉萎缩。而且其中的8个病人,临床特征和FSHD无法分别,但其中2例是Becker氏肌营养不良。由此看来,无论从临床特征,还是从遗传学角度,FSHD的确是多变的。其他种类的肌肉营养不良症也可表现为类似FSHD的症状。为了研究FSHD

6、4q35区域的缺失发生的原因,Silvère等调查了35个FSHD家系。该研究小组发现,无论患者或无症状的父母,有40%表现为嵌合体(即体细胞存在4q35区域缺失的嵌合状态,女性嵌合体比例多于男性,但嵌合体男性临床症状较女性严重,而且发病也较女性早7。最近的研究发现,部分个体的血液、生殖细胞或皮肤细胞均存在嵌合现象,说明D4Z4的重组发生在胚胎发育的早期阶段8。由于目前尚未找到FSHD的致病基因,而该病的临床症状又复杂多变,因此,基于Southern blot的分子遗传学诊断技术就成为临床确诊的最后依据。但到目前为止,由于该疾病的遗传异质性,Southern blot检测的片段的大小

7、也存在分歧。该片段大小为10-11 kb时,病人症状严重,表现出多种临床症状9,但许多家系有FSHD的典型特征,Southern blot检测到的EcoR I片段却大于35 kb,这些发现也许说明应该放宽Southern blot检测片段的大小,而实际情况并非如此简单,因为有的健康正常人,Southern blot检测到的EcoR I片段小于40 kb,5个非4q35病人在35到40 kb之间(其中3人具有典型的FSHD症状,一个BMD病人的EcoR I片段为36 kb6。FSHD疾病的这些遗传异质性,已经影响到了有关该病发病机制的研究。因此,找到一种最可靠的确认FSHD肌肉营养不良症的方法,

8、是十分必要的。FSHD作为一种显性遗传的神经系统疾病,到目前为止并未找到致病基因,连锁分析其与4q35区域的缺失是紧密连锁的,但这并不说具有4q35区域的缺失,必定导致FSHD。通过对一家系的细胞遗传学和分子遗传学研究发现,该家系的4号染色体是染色体易位(4;D or G(q35;p12所产生的非正常型染色体。分子遗传学研究表明,缺失部位包括从端粒到D4F104S1,也就是说所有D4Z4都缺失,这种缺失的单体在该家系三代中遗传,但该家系的成员却没表现FSHD症状10。尽管一直没有找到FSHD的发病基因,但D4Z4的缺失和FSHD发病的关联是不可否认的2。据此,研究人员提出了两种FSHD发病假说

9、部分学者认为,FSHD基因由一个或多个D4Z4重复序列所编码、也有可能D4Z4编码特别巨大的FSHD基因的一个结构域,需要一定数量的D4Z4重复序列才能使FSHD基因发挥正常功能,D4Z4重复序列的丢失使FSHD部分或全部功能丧失,从而导致发病。3.3 kb重复序列中homeobox编码序列编码homeodomain,而后者则可以与DNA结合并对其他基因发挥调节作用,就是该假说可能成立的证据,但对该假说不利的是,一直没有发现检测到编码homeodomain的转录子,而且在4q35区域内也未发现其他相应的功能基因的存在3。目前很多学者认为,FSHD的发病可能是4q35的D4Z4重复序列的丢失对相

10、关基因表达所致的位置效应(position effect of variegation,PEV,有很多实验证据支持这一观点2。也就是说,该疾病的发生不同于一般突变引起的蛋白质异常的遗传病的发病机制,很可能调控机制的缺陷导致了FSHD的发生。该假说的依据是,4q35内部的3.3 kb重复序列具有影响端粒异染色体结构的功能,当该区域存在缺失时,正常情况下4q35附近的被抑制的基因表达上调(up- regulation,表达上调的基因的蛋白质产物的增多,以一种目前不明的机制,破坏了细胞的代谢平衡,进而导致FSHD疾病的发生。最近发现三种蛋白质因子(转录抑制因子YY1、染色体结构蛋白HMGB2和nuc

11、lolin可以和D4Z4特异地结合,从而导致4q35附近的基因ANT1、FRG1(FSHD region gene 1和 FRG2表达的上调,而且离缺失位置越远,基因上调表达越高;4q35的D4Z4缺失越多,这些基因上调表达也越高,而基因表达的上调可以通过目前并不清楚的途径而导致大部分FSHD病例;如转录抑制因子YY1、染色体结构蛋白HMGB2或nuclolin的突变,也可以导致FSHD疾病(即FSHD1B的发生。该学说可以解释所有的FSHD发病的机制,但到目前尚未找到FSHD具体的致病基因11。这种情况与模式生物果蝇基因调控的位置效应变异相一致2,该学说需要更多证据的支持。综上所述,FSHD

12、是一种具有很大遗传异质性的疾病,发病机制不清,到目前为止,尚未发现致病基因,深入研究该病的遗传异质性有利于揭示其发病规律。参考文献1 Tonini MM, Passos-Bueno MR, Cerqueira A, Pavanello R, Vainzof M, Dubowitz V, Zatz M. Facioscapulohumeral (FSHD1 and other forms of muscular dystrophy in the same family: is there more in muscular dystrophy than meets the eye? Neuromu

13、scular Disorders, 2002, 12(6: 554-5572 Tupler R, Gabellini D. Molecular basis of facioscapulohumeral muscular dystrophy. Cellular and Molecular Life Sciences, 2004, 61(5:557-5663 Fisher J, Upadhyaya M. Molecular genetics of facioscapulohumeral muscular dystrophy (FSHD.Neuromuscular Disorders. 1997,

14、7(1:55-62.4 Lunt PW, Jardine PE, Koch MC, Maynard J, Osborn M, Williams M, Harper PS, Upadhyaya M. Correlation between fragment size at D4F104S1 and age at onset or at wheelchair use, with a possible generational effect, accounts for much phenotypic variation in 4q35-facioscapulohumeral muscular dys

15、trophy (FSHD, Human Molecular Genetics, 1995, 4(5:951-958.5 Tupler R, Barbierato L, Memmi M, Sewry CA, De Grandis D, Maraschio P, Tiepolo L, Ferlini A. Identical de novo mutation at the D4F104S1 locus in monozygotic male twins affected by facioscapulohumeral muscular dystrophy (FSHD with different c

16、linical expression. Journal of Medical Genetics, 1998, 35(9:778-7836 Yamanaka G, Goto K, Ishihara T, Oya Y, Miyajima T, Hoshika A, Nishino I, Hayashi YK. FSHD-like patients without 4q35 deletion, Journal of the Neurological Sciences,2004, 219(1-2: 89-937 van der Maarel SM, Deidda G, Lemmers RJ, van

17、Overveld PG, van der Wielen M, Hewitt JE, Sandkuijl L, Bakker B, van Ommen GJ, Padberg GW, Frants RR. De novo facioscapulohumeral muscular dystrophy: frequent somatic mosaicism, sex-dependent phenotype, and the role of mitotic transchromosomal repeat interaction between chromosomes 4 and 10, America

18、n Journal of Human Genetics, 2000, 66(1:26-358 Lemmers RJ, van der Wielen MJ, Bakker E, Padberg GW, Frants RR, van der Maarel SM. Somatic mosaicism in FSHD often goes undetected. Annuals of Neurology, 2004, 55(6:845-8509 Yamanaka G, Goto K, Matsumura T, Funakoshi M, Komori T, Hayashi YK, Arahata K.

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20、: 366-33711 Gabellini D, Green MR, Tupler R. Inappropriate gene activation in FSHD: a repressor complex binds a chromosomal repeat deleted in dystrophic muscle, Cell, 2002, 110(3:339-348Genetic Heterogeneity in Facioscapulohumeral MuscularDystrophyBenchang Shen, Cheng ZhangDepartment of Neurology, t

21、he First Affiliated Hospital, Sun Yat-Sen University, Guangzhou,510080AbstractAutosomal dominant Facioscapulohumeral Muscular Dystrophy (FSHD is the third most common form of muscular dystrophy. FSHD is characterized by progressive weakness and wasting of facial, shoulder-girdle and upper arm muscles