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编号:10206338
CATCH22综合症与先天性心血管缺陷
http://www.100md.com 《心血管病学进展》 2000年第3期
     作者:田靫 潘德思 陈兰英

    单位:中国医学科学院心血管病研究所生化室, 北京 100037

    关键词:

    心血管病学进展000311中图分类号:R541.1 文献标识码:A

    文章编号:1004-3934(2000)03-0163-03

    The Relationship of CATCH22 and Congenital Heart Defects

    TIAN Chai, PAN De-si, CHEN Lan-ying

    (Devision of Biochemistry,Cardiovascular Institute of Chinese Academy of Medical Science, Beijing 100037)
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    先天性心血管缺陷(congenital heart defects,CHD)的发生多是遗传和环境共同作用的结果。虽然大多数CHD的发生表现出随机性,但其中有许多与一些遗传综合症有关。同一般人群相比较 ,这些CHD更具有代表性。因此,某些综合症遗传病因的鉴定,可能给与之相关联的心血管异常的病因发生研究带来些许光明。近期研究发现,CATCH22综合症临床表现出多种心血管异常,尤其锥干畸形,而且具有共同的遗传基础,即染色体22q11的微缺失[1]。这一发现引起了诸多心血管病专家的浓厚兴趣,试图从这一角度出发寻找CHD发生的遗传基础,从而为CHD的病因学研究及其早期预防、诊断提供依据。

    CATCH22(Cardiac,Abnomal facies,Thymic hypoplasia,Cleft palate,and Hypocalcaemia)[1]。是由于人类染色体22q11的缺失所导致的一系列发育异常,以心血管异常、面部异常、胸腺发育不全、腭裂和低钙血症为临床特征的一类遗传综合症。以往被认为是各不相同的一些遗传综合症,如Di George综合症(Di George syndrome;DGS)[2]、腭-心-面综合症(Velo-cardio-facial syndrom;VCFS,亦称Slprintzen综合症)[3]、锥干畸形-面综合症(conotruncal anomaly face syndrome;CTAFS)[4]以及一部分单纯的先天性心脏病特别是锥干畸形(conotruncal defects;CTD)[5]等。它们具有共同的遗传基础——染色体22q11微缺失,共有的特点是都有心脏及血管的发育异常,而且是造成CATCH22婴幼儿早期死亡的主要原因。
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    1 CATCH22综合症与先天性心血管缺陷的关系

    1965年,Di George[2]发现了一组先天性胸腺缺陷伴甲状旁腺缺乏症、心血管发育异常的婴儿,表现为细胞免疫缺陷和低钙血症,此后将这类临床综合症命名为Di George综合(DGS)。其中85%~95%伴有心血管畸形,以大动脉异常为最常见,占心血管畸形的95%左右 ,包括右位主动脉弓、主动脉离断、法乐四联症、永存动脉干、肺动脉狭窄、肺动脉闭锁、主动脉狭窄、大血管转位、右心室双出口、动脉导管未闭,还有心房或室间隔缺损等[6,7],很多患者表现为复杂的畸形。

    Shprintzen(1978)等描述了一组以腭裂、先天性心脏畸形、面容畸形为特征的病例,被命名为Shprintzen综合症,也称为腭-心-面综合症(VCFS),是一种与心脏及血管发育失调有关的病症,80%以上的病例有心血管畸形,心血管异常症状与DGS相同[8]
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    遗传学研究表明,DGS、VCFS中染色体22q11微缺失的比率分别为88%、85%[3]。而对于CTAFS的缺失比率达100%[4]。一些无其它综合症表型的独立的先心病也存在22q11不同程度的缺失,如29%共干缺损病例中的22q11缺失存在[9]。同时学者们还发现在很大比例上,DGS和VCFS的临床表现一致,约80%DGS患者有面容畸形,而VCFS中亦有低钙血症、细胞免疫功能低下者[3]。遗传学证据发现DGS和VCFS病人在22q11内有相同位点的缺失,说有二者具有相同的遗传基础,是同一种遗传综合症的不同表现,故以其主要特征的首字母缩略词CATCH22来作为其总称,其共有特征是先天性心血管异常。

    2 CATCH22的发育生物学

    CATCH22综合症中多器官出现缺陷,而且多是同时发生,在胚胎期有共同的先兆,提示其发生是源于发育过程中的缺陷。在胚细胞发育中,存在一个“形态发生反应单元”(morphogenetically reactive unit)。各种不同的遗传和环境因素在胚胎发生期破坏了这一单元,从而导致相关的依不同时序形成的各个器官的发育异常[10]。实验证据表明CATCH22的“形态发生反应单元”是头部和颅部的神经嵴。动物实验证实视叶前后和后脑的神经嵴细胞形成第三、四对弓/囊间质,其异常导致由第三、四对弓/囊分化而来的结构如圆锥动脉干、胸腺、甲状旁腺、颅面、颈腔的先天性发育异常。另外,枕部后脑的神经嵴细胞迁移到心脏的流出道,同时对于肺动脉隔膜的形成也是必需的[11、12、13]。鸡胚胎中,神经嵴细胞消除后,导致总动脉流出道和大动脉易位[14]。这些实验表明颅部神经嵴、心血管神经嵴是CATCH22的形态发生反应单元。正是这些单元的破坏导致了DGS、VCFS、CTAFS等临床症状。由此推测,人类染色体22q11内存在影响神经嵴迁移、分化的基因,此基因的缺失破坏了CATCH22的“形态发生反应单元”而表现出相应的先天性心脏缺陷等多种临床症状。22q11缺失范围的大小、缺失位点的不同以及环境因素、迁移背景等的影响,使CATCH22综合症表现不同的表型特征。
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    3 染色体22q11微缺失区域的分子生物学研究

    3.1 最小缺失范围的确定:首先把DGS与染色体22异常联系在一起是源于发现DGS病人多存在染色体22的不平衡易位从而使染色体22长臂大范围的丢失(pter-q11)[15],而后逐渐把与疾病有关的缺失范围定位到一个保守区域22q11[16]。诸多学者从中分离了许多探针以进行此区段的研究。Halford等[17]使用探针k1506检测22q11缺失病人,得到两个克隆sc11.1a、sc11.1b,从而定位了约2Mb的缺失区段,称为Di Geroge核心区域(Di Geroge critical reigon;DGCR)。Dricsoll等[6]使用跨越22q11的探针确定出DGS、VCFS病人最常见的缺失片段在探针N25(D22s75)和R32(D22s259)之间。而后通过对一些具有典型DGS和VCFS同时由于染色体重组引起22q11微缺失病人的研究,最终确定了DGS/VCFS表型所必需的最小缺失区域,称为微小Di Geroge核心区域(minimal Di Geroge critical reigon,MDGCR)[18]。这一结果也得到了其他学者的证实[19]。同时诸多学者开始致力于MDGCR边线的确定工作。原有的检测表明,探针N25对于诸多DGS/VCFS病人均是单拷贝缺失,因此N25应包含在MDGCR内。具有典型VCFS症状的病人,发现易位断点在N25靠端粒端。现在唯一已知的DGS易位断点ADU(2;22)亦应包括在MDGCR中,有迹象表明ADU易位断点可能破坏了某些基因,从而引起DGS表型。最近,Levy等[21]研究一病人的22q11缺失情况发现,其距ADU断点100kb远侧微缺失,此缺失未延伸至ADU断点,因此不存在跨越ADU断点的基因缺失或被打断,是否是由于位置效应破坏了相应基因之间的相互调节仍有待于证实。对于MDGCR的边线还未准确确定,估计在250kb左右。从中筛选到cDNA部分序列在心肌和骨骼肌中高水平表达,因此有推测与心血管发育异常有关的心血管保守区(cardiac critical region)很可能存在于DGCR中,可能与MDGCR有关[22]
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    3.2 基因的分离:诸多学者们采用各种分子生物学方法研究DGCR和MDGCR的基因。早期,许多人集中在ADU断点的研究,希望发现ADU断点破坏了某个与发育有关的基因或单元的表达。迄今为止,这一工作仍在进行着。Budarf等[23]克隆了易位断点的完整基因并进行了测序。断点附近的两个基因都进行了克隆,其中一个主要在成人心脏和骨骼肌中表达,第二个基因的开放阅读框架被易位断点打断。与这两个基因有关的全长cDNA克隆正在进行,这些基因与疾病是否有明显的生物学效应还有待于深入研究。

    一些研究小组近期在DGCR中克隆到了一种整合膜蛋白基因DGCR2/IDD/LAN[24],可能包括一配体结合区。这个基因没有被ADU打断,位于ADU的后面约10kb左右。由于已知神经嵴细胞的错误迁移与DGS发生有关,因而推测其中受体基因可能很重要。但遗憾的是DGCR2/IDD/LAN定位在ADU’5-3’端,没有被ADU打断,而且在没有缺失的DGS/VCFS表型中也没有发现此基因的突变。这一基因的作用及如何起作用仍有待于研究。
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    详细的MDGCR转录图谱已经建立。Lindsay等[25]使用多种方法筛选人placenta-arrayed cDNA文库,并完成了外显子图谱,采用cDNA selection方法建立MDGCR图谱,在270kb范围内得到6个转录因子。Weilong等[26]发现在MDGCR内至少编码11个转录单位,建立了MDGCR详细的转录图谱,可能与CATCH22综合症有关。其中研究比较清楚的有CTP和DVL-22。CTP编码枸橼酸盐转运蛋白,促使线粒体膜内三羧基化合物的转化,从而为葡萄糖酵解、脂肪的生物合成提供还原辅酶Ⅰ和辅酶Ⅱ,以及为酰基甘油和固醇的生物合成提供碳源。DVL-22是类果蝇dsh基因。有研究证明果蝇正常发育必需基因wg的作用受dsh的调节[27]。DVL-22基因的异常是否导致人类的心脏发育缺陷还有待于确切证实。

    同时,MDGCR内大规模的测序和序列分析工作亦在大规模进行,试图发现其中与疾病和心脏发育有关的基因。
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    在大量表达序列鉴别的基础上,破译某个或某些与CATCH22紧密相关的基因就显得尤为重要。在这其中,导致发育异常是单基因效应还是多基因的累加效应还不得而知。另外,22q11缺失所表现的表型多样性提示其中调节因子可能起一定作用,但这些调节因子是否包括DGCR基因、是否在未缺失区及其遗传背景和环境互作均不清楚。为了确定DGCR内哪些基因与表型相关联,一种可能的设想是假定其中某些基因与发育调节有关;某些基因参与神经嵴细胞的迁移。许多研究小组已开始致力于这些基因的研究。首先在动物模型上确定胚胎发育阶段某些候选基因的表达模式,这些候选基因应该在特定的时间和地点表达以发挥其作用。另外进行靶基因的消除,即knockout技术来模拟一个或多个基因缺失的模型。为了更深入地研究DGCR基因,已开始建立CATCH22的小鼠模型,并建立与人类染色体22q11缺失相类似的动物模型,力图在CATCH22综合症、心血管发育异常的分子生物学方面有所突破。

    4 研究意义

    4.1 先天性心血管遗传病因学研究:先天性心脏及血管发育异常活产婴儿发病率可达8‰,并逐年上升,严重危害人类健康和生命。由于其发病机理尚不清楚,因此很难进行预防和早期产前诊断。深入探讨其发病机制,从根本上控制和降低先心病的发病率,已成为当前心血管防治研究的重要内容。CATCH22综合症的研究把各种不同表型的先天性心脏及血管发育异常综合在一起伴随其它器官畸形缩小到22q11微缺失区,从中找出导致心脏及血管发育异常的致病因子,对于从根本上揭示先心病的发病机制将有重大贡献。
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    4.2 临床诊断和遗传咨询:CATCH22综合症的临床表型变异范围广泛,从检测不到的异常至严重的机能障碍都有发生。对于典型的DGS、VCFS和CTAFS诊断并不困难,但对于不典型的、轻症的病例,较易误诊和漏诊,有些直到其子女患典型的DGS、VCFS等时才被检出。研究发现,8%~25%的DGS和VCFS病例的22q11微缺失由症状轻微的双亲传递而来。双亲往往病情较为轻微,可以成活至发育年龄。根据孟德尔遗传规律,一个人存在22q11微缺失,其后代获得这一染色体异常的机率是50%,而后者可能是严重的22q11缺失综合症患者,发病风险率远远高于正常人群。因此,对这一部分病例进行22q11微缺失的检测,从而指导遗传咨询、估计再发风险以及对其后代进行产前诊断是十分必要的。van Hemel等所进行的产前诊断的结果已证实了将22q11微缺失的检测用于产前诊断的临床意义。随着现代医学水平的提高,得到矫治的存活到生育年龄的CATCH22综合症患者也越来越多,这就使得其遗传咨询和产前诊断显得尤为重要。在1999年底科学家们宣布已经成功地完成了人类第22号染色体的全长序列测定,相信这一令人欣喜的结果也将有力地推动CATCH22综合症的研究工作。
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    [ 参 考 文 献 ]

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    收稿日期:1998-12-08

    修回日期:2000-01-31, 百拇医药