劉林莉，張正中

結節(jié)性硬化癥致病基因及基因突變研究進展

劉林莉，張正中

結節(jié)性硬化癥（tuberous sclerosis complex，TSC）是一種常染色體顯性遺傳病，典型臨床特征是癲癇、智能減退、面部血管纖維瘤及各系統(tǒng)的錯構瘤。該病具有遺傳異質性，由TSC1或TSC2基因突變引起。TSC1編碼錯構瘤蛋白（hamartin），TSC2編碼馬鈴薯球蛋白（tuberin）。這兩種蛋白質在組織中廣泛表達，于體內形成Hamartin-Tuberin復合體，若TSC1或TSC2基因發(fā)生突變，則影響Hamartin-Tuberin二聚體功能，使mTOR復合物 1（mTOR complex 1, mTORC1）信號轉導通路異常激活，導致結節(jié)性硬化癥的發(fā)生。目前研究證實該病與TSC1或TSC2基因突變有關。該文就結節(jié)性硬化癥的致病基因及基因突變研究進展作一綜述。

結節(jié)性硬化癥；基因，TSC；遺傳

[J Pract Dermatol, 2017, 10(1):44-47]

結節(jié)性硬化癥（TSC，tuberous sclerosis complex）是一種常染色顯性遺傳病。該病最早由Bourneville命名，故亦稱為Bourneville病[1]。其典型特點是累及各個系統(tǒng)的錯構瘤，累及皮膚可表現為面部血管纖維瘤、鯊革皮樣斑、甲周纖維瘤；累及大腦可導致癲癇、智能減退、自閉癥等；累及內臟器官可有腎、脾、肝等部位的錯構瘤。結節(jié)性硬化癥在成人的發(fā)病率大約為1/8 000，在新生兒大約是1/6 000，無性別差異[2]。TSC致病主要與 TSC1 和 TSC2 兩個基因有關，TSC1和TSC2基因均屬于腫瘤抑制基因，分別編碼錯構瘤蛋白和馬鈴薯球蛋白，并可在體內形成二聚體，傳導生長因子信號和能量調控信號等，以調節(jié)雷帕霉素TORC1的活動[3]。若TSC1或TSC2基因發(fā)生突變，則異常激活哺乳動物雷帕霉素靶蛋白通路，使細胞異常增生和生長，導致疾病的發(fā)生。本文將結節(jié)性硬化癥的致病基因及基因突變研究現狀作一綜述。

1 TSC的遺傳異質性

TSC為常染色體顯性遺傳病，已證實與TSC1和TSC2基因有關。1987年Fryer等發(fā)現TSC的致病基因位點與ABO血型系統(tǒng)基因位點相連鎖，認為TSC致病基因位點位于9q34區(qū)，命名為TSC1；1992年Kandt等發(fā)現TSC的第2個致病基因，定位于16p13.3，命名為TSC2。TSC1基因由23個外顯子組成，其中第1、2外顯子無編碼功能，第3～23外顯子為編碼區(qū)，轉錄產物為8.6 kb的mRNA，編碼相對分子質量為130 000由1 164個氨基酸組成的錯構瘤蛋白（hamartin）[4]。TSC2由 41 個編碼外顯子和 1 個非編碼功能的先導外顯子組成，轉錄產物為約5.4 kb的mRNA，編碼相對分子質量約為 198 000 的由1 807個氨基酸組成馬鈴薯球蛋白（tuberin）[5]。

2 TSC1和TSC2基因的功能

已知TSC1和TSC2為腫瘤抑制基因，調節(jié)細胞的增生和分化，若TSC1或TSC2發(fā)生突變，則會導致腫瘤的發(fā)生。現已證實，在TSC錯構瘤的患者中其攜帶的體細胞中的TSC1或TSC2基因存在雜合性的缺失（loss of heterozygosity，LOH）[6]。根據腫瘤抑制基因突變和體細胞二次突變理論，腫瘤的發(fā)生是由于“第二次打擊”引起細胞突變造成。若TSC1或TSC2發(fā)生突變，其編碼的錯構瘤蛋白或馬鈴薯球蛋白僅保留一半的功能，若已突變的基因在體細胞中發(fā)生第二次突變，可致細胞異常生長，導致全身多器官腫瘤的發(fā)生。

TSC基因在女性生殖系統(tǒng)中參與重要角色。Gabitzsch等[7]研究顯示，超過1/3的女性TSC患者有一定程度的月經不規(guī)則，流產（41%）及卵巢早衰（4%）。Yoshihiro等[8]發(fā)現敲除TSC1基因的雌性老鼠將出現卵巢早衰，其卵母細胞的功能下降，影響雌性老鼠的生育能力。有文獻報道TSC基因失活也證實與女性卵巢癌、乳腺癌、子宮內膜癌等有關[9]。

TSC1和TSC2基因參與細胞周期的調節(jié)，并且對細胞的增生有抑制效應。TSC2基因編碼的馬鈴薯球蛋白可與p27（一種細胞周期調控因子）結合，使其從復合物中分離，抑制其降解過程，p27水平表達上調，從而抑制細胞周期[10]。TSC1或TSC2基因的突變使p27失活，導致細胞周期G1期縮短、S期延長，并誘導細胞死亡。

TSC基因可參與細胞骨架的信號傳導，引起細胞的黏附、生長和遷移。若發(fā)生TSC基因突變，則可減弱其調節(jié)細胞骨架作用，從而引起異常的細胞黏附、生長和遷移，最終導致細胞生長異常、過度增生，而出現錯構瘤等異常病理改變。同時，TSC基因可間接調控特異的DNA修復酶—8-羥鳥嘌呤DNA糖基化酶 (8-oxoguanine DNA glycosylase，OGG1)的轉錄活性，在DNA修復過程中起作用[11]。

3 TSC1和TSC2基因突變

TSC的突變譜非常復雜，TSC2的突變較TSC1的突變更為常見，突變率約為3:1，且TSC2基因的突變可引起更為嚴重的臨床表型[12]。其中TSC1突變多見于家系，TSC2突變多見于散發(fā)。Jeremy等[13]認為TSC1突變多見于家系，可能因為TSC2臨床表型嚴重而TSC1的臨床癥狀更輕，TSC1突變患者更有機會去組建家庭。有學者研究發(fā)現，相較于其他TSC患者，TSC2的錯義突變和小片段缺失移碼突變的患者智商稍高，證明了不同類型和位置的TSC遺傳突變可能導致不同的神經認知表型[14]。Jentarra等[15]認為，TSC的mRNA等位基因特異性的變化將導致TSC患者臨床癥狀嚴重性的不同，所以在一個內部家系的患者中，不同患者的臨床癥狀的嚴重程度往往不同，可以測試野生型和TSC mRNA突變型的比率，預測單純型TSC的嚴重程度。

TSC的突變主要有無義突變、錯義突變、插入、缺失或剪接位點的變化。幾乎所有的TSC1突變是無義突變或移碼突變，從而導致蛋白質翻譯過程提前終止。而TSC2的突變多為錯義突變（25%～32%）、大片段的缺失或重組（12%～17%）[2]。尚未發(fā)現TSC1和TSC2基因有突變熱點。但有學者提出TSC1基因突變最常見的為15號外顯子，可能因15號外顯子較長，故其突變所占比例最大。于曉莉等[16]對21 個家系59名研究對象進行了TSC1基因的第15號外顯子檢測，21個家系中4個家系5例患者存在TSC1基因第15號外顯子的突變，檢出率較高。黃國強等[17]對160例中國TSC進行分析，發(fā)現TSC1基因突變發(fā)生在第15、2l、18號外顯子較為多見，而TSC2基因突變則以第37、40、33號外顯子為主。

4 TSC基因致病的原因及治療

研究顯示，TSC是由于TSC1或TSC2基因的突變，導致TSC1/TSC2蛋白二聚體功能喪失，哺乳動物的雷帕霉素靶蛋白（mammalian target of rapamycin，mTOR）通路活性增強，使細胞增生失控。mTOR是相對分子質量為300 000的絲氨酸/蘇氨酸激酶，為磷脂酰肌醇3-激酶（phosphoinositide3-kinase，PI3K）相關激酶家族的一部分，是細胞生長過程中的中心調節(jié)因子。對細胞的代謝、生長、增生和細胞骨架運動等過程的調節(jié)起重要的調控作用，也是腫瘤發(fā)生、發(fā)展的重要靶點?？赏ㄟ^ mTORC1和 mTORC2參與腫瘤細胞周期、凋亡、自噬等。mTORC1主要通過對下游目標如核糖體S6蛋白激酶1（ribosomal p70 S6 kinasel，S6K1）、細胞周期蛋白依賴性激酶2（P34cdc2激酶）、真核啟動子4E結合蛋白1（4E binding protein，4E-BP1）等磷酸化的調控來調節(jié)細胞的生長、翻譯及自噬。而mTORC2在細胞骨架重組和細胞生存上起重要作用[18]。TSC1和TSC2基因編碼的錯構瘤蛋白和馬鈴薯球蛋白可于體內形成一個復合物，充當GTP酶激活蛋白（GTPase activating protein，GAP）的作用[19]，可以負性調節(jié)下游作用因子Rheb蛋白（Ras homolog enriched in brain，Rheb，相當于一個mTOR活化劑），通過鈍化Rheb的信號并消除其對mTORC1的刺激效應[20]。最近，第3 個復合物的組件TBC1D7（TBC1 domainfamily，member 7），聯合TSC1和TSC2形成一個新的復合物，也充當GAP的作用去降低Rheb-GTP水平[21]。TSC1或TSC2基因突變，將導致Rheb活動增強，從而促進了mTORC1活動和下游S6K、4E-BP1的磷酸化，導致蛋白質合成增加，使細胞異常增生[22]。

持續(xù)活躍的mTORC1信號是TSC發(fā)病的分子基礎。這些TSC1-TSC2復合物在TORC1信號的生物學作用對于TSC患者至關重要，在以mTORC1抑制劑（如雷帕霉素及其衍生物）基礎上，產生了新的治療方法[23]。依維莫司可以適用于TSC皮膚表現、肺淋巴管肌瘤病、心臟橫紋肌和癲癇等，且依維莫司已被美國食品和藥品管理局（FDA）批準為用于治療不能手術的伴有室管膜下巨細胞星形細胞瘤（subependymal giant cell astrocytomas，SEGAs）或腎血管平滑肌脂肪瘤（angiomyolipoma，AML）的TSC患者[24]。西羅莫司和依維莫司已被證實可減少AML的體積，對于保護腎功能以及長期治療有一定的安全性[25]，同時也被批準用于治療腎細胞癌[26]。但有學者認為，應考慮早期啟動mTOR抑制劑治療AML，防止未來嚴重的并發(fā)癥[25]。Cinar等[27]局部使用西羅莫司治療TSC引起的面部血管纖維瘤，取得良好的療效，患者依從性較高，幾乎無不良反應，盡管隨著時間的推移療效會降低，但重復使用可取得滿意的效果。

5 TSC致病突變的檢測

根據2012國際 TSC共識會議的新標準[28]，只要證實存在TSCl或TSC2的致病性突變，就可以診斷為TSC。傳統(tǒng)的TSC基因突變檢測主要方法有實時定量聚合酶鏈反應（polymerase chain reaction，PCR）、PCR直接測序、單鏈構象多態(tài)技術、構象敏感凝膠電泳、DNA直接測序法等。運用傳統(tǒng)檢測方法，TSC1或TSC2突變確定在75%～90%，10%～15%臨床診斷的TSC患者未檢測出突變。Au等[29]在325例患者中，散發(fā)的突變檢測率為72%，家系的突變檢出率為77%，接近15%的突變率未檢測出，有學者認為，這是否可能反映了低級體細胞鑲嵌性或者身份不明的基因位點，如TSC3基因[30]，亦或者其他類型基因突變，如遺傳變異和馬賽克突變等。在傳統(tǒng)檢測方法的基礎上，新的檢測方法也相繼出現。有學者證實，變性高效液相色譜（denaturinghigh performance liquid chromatography，DHPLC） 技 術的檢出率明顯高于傳統(tǒng)的測序法[31]； Jang等[32]使用多重連接探針擴增（multiplex ligation-dependent probe amplif cation，MLPA）技術，極大地增加了TSC突變檢出率；Priya和Dalal[33]用MLPA技術檢測出TSC2基因的第1～15號外顯子全部缺失的突變，MLPA技術檢測基因大片段的缺失、重復或重排具有高敏感性和高特異性，這是傳統(tǒng)的直接測序法無法做到的。Guo等[34]運用等二代測序技術（next generation sequencing，NGS），一次得到TSC1、TSC2 兩個基因所有外顯子的全部結果，較為快捷，該技術可以多樣本同時檢測。而Nellist等[35]同樣運用NGS技術，并加以HaloPlex目標捕獲方法，簡化數據分析，從成本和效益上替代傳統(tǒng)的TSC突變篩查，有望實現常規(guī)DNA診斷，極大地增加TSC患者的基因突變檢出率。這些技術為未來TSC的基因突變檢測和產前診斷提供了技術依據。

6 結語

目前人們對TSC的致病基因TSC1和TSC2有了一定的認識，為TSC的基因診斷和治療打下了堅實的基礎。新的檢測致病突變的技術也在開發(fā)，有望更好地用于產前診斷，減少該病的發(fā)生。同時，mTOR抑制劑治療TSC已進入臨床試驗。TSC基因也有望作為腫瘤發(fā)生和治療研究的新的靶分子。相信隨著時代的發(fā)展，無論是藥物治療還是基因治療，人類終究能攻克TSC。

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Progress in studies of pathogenic gene of tuberous sclerosis complex

LIU Lin-li，ZHANG Zheng-zhong
Department of Dermatology, Aff liated Hospital of North Sichuan Medical College, Nanchong 637000, China

Tuberous sclerosis complex(TSC) is an autosomal dominant genetic disease, characterized by epilepsy, intellectual disability, facial angiof bromas and development of hamartomas in several organs. The disease has a genetic heterogeneity, caused by mutations in one of two genes, namely TSC1 or TSC2 gene, which encodes hamartin and tuberin respectively. These two kinds of protein widely express in the organizations and form a heterodimer which lies at the crossroad of many signaling pathways. If mutations occur in either TSC1 or TSC2 gene, it would result in dysregulated mTORC1activation, and f nally leads to the occurrence of tuberous sclerosis complex. The current study conf rmed that TSC is caused by the mutations of TSC1 or TSC2 gene. This article reviews the research progress of TSC1 and TSC2 genes and their mutations.

Tuberous sclerosis complex；Genes，TSC；Heredity

R758.59

A

1674-1293(2017)01-0044-04

劉林莉

2016-11-12

2017-01-05）

（本文編輯 敖俊紅）

10.11786/sypfbxzz.1674-1293.20170113

637000南充，川北醫(yī)學院附屬醫(yī)院（劉林莉，張正中）

劉林莉，碩士研究生，住院醫(yī)師，研究方向：醫(yī)學美容和遺傳性皮膚病，E-mail: 373084501@qq.com

張正中，E-mail: laowaiaeo@163.com