白晟金 郭玉芬 徐百成

蘭州大學第二醫(yī)院耳鼻咽喉頭頸外科（蘭州 730030）

先天性感音神經(jīng)性耳聾是影響兒童聽力言語功能的主要疾病，根據(jù)耳聾是否伴有其他癥狀分為非綜合征型耳聾和綜合征型耳聾。先天性耳聾病因復(fù)雜，其中約60%與遺傳因素相關(guān)，研究發(fā)現(xiàn)大部分耳聾與基因突變關(guān)系密切，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)超過100個基因與耳聾存在相關(guān)性，常見的耳聾基因有GJB2、SLC26A4、mtDNA12SrRNA、GJB3[1-3]。關(guān)于SOX10基因與耳聾的研究正在成為一個熱點，本文就SOX10基因和蛋白在感音神經(jīng)性耳聾發(fā)病中作用機制的研究進展進行綜述。

1 SOX10基因及蛋白功能

1.1 識別與調(diào)控目的基因

SOX10因子(SRY-Box Transcription Factor 10)最初在小鼠的胚胎細胞中被發(fā)現(xiàn)[4]，位于染色體22q13.1的SOX10基因共有5個外顯子，其中3、4和5號外顯子參與蛋白編碼。SOX10蛋白屬于轉(zhuǎn)錄因子高遷移率組(High Mobility Group，HMG)家族的成員，它與睪丸決定因子SRY的HMG具有同源性，HMG包含了20個轉(zhuǎn)錄因子，其兩側(cè)的核定位信號(NLS)可使SOX10蛋白在細胞質(zhì)與細胞核之間穿梭運動，進而影響黑素細胞或神經(jīng)嵴的發(fā)育[5]。SOX10蛋白可以通過HMG特異識別目標DNA啟動子并結(jié)合，與目標DNA結(jié)合后通過其C端的反轉(zhuǎn)錄激活域，進一步激活DNA的轉(zhuǎn)錄[6]，還可以通過位于HMG之前特定的區(qū)域與目標DNA結(jié)合形成二聚體從而對DNA的識別激活進行調(diào)控。同時，SOX10蛋白還可以與其他轉(zhuǎn)錄因子協(xié)同作用或形成復(fù)合元件作用于目標DNA，完成對DNA識別與激活調(diào)控[7]。

1.2 SOX10在神經(jīng)嵴及多種細胞發(fā)育中的作用

在脊椎動物的發(fā)育過程中，SOX10基因在神經(jīng)嵴高度表達，在外周和中樞神經(jīng)系統(tǒng)的少突膠質(zhì)細胞中也有表達，另外在施萬細胞、內(nèi)耳黑素細胞、內(nèi)分泌腺、肌上皮細胞等多種細胞、組織和器官中也可以檢測到SOX10基因的表達。神經(jīng)嵴細胞屬于胚胎發(fā)育時期的一種過渡性細胞，經(jīng)過誘導遷移并進一步發(fā)育成特定的組織或結(jié)構(gòu)。SOX10主要調(diào)控神經(jīng)嵴細胞生存、保持其多向分化潛能，在維持神經(jīng)干細胞多能性上發(fā)揮作用。SOX10基因主要作用于少突膠質(zhì)細胞的終末分化，調(diào)節(jié)參與神經(jīng)膠質(zhì)細胞發(fā)育的重要基因的表達，如ErbB3、MPZ、MBP、PLP和Connexin32。同時，SOX10通過對Krox-20的調(diào)控影響施萬細胞的發(fā)育，SOX10還誘導連接蛋白32和髓鞘蛋白的表達[8]。有學者發(fā)現(xiàn)SOX10可與早期生長反應(yīng)蛋白2(Early Growth Response Protein 2，EGR2)協(xié)同調(diào)節(jié)髓鞘相關(guān)基因的表達，其直接與連接蛋白32啟動子結(jié)合，激活連接蛋白32表達，連接蛋白32在施萬細胞起著允許離子和小分子營養(yǎng)物質(zhì)在細胞間快速交換的作用[8-10]。SOX10基因突變可以引起與神經(jīng)嵴細胞發(fā)育相關(guān)的疾病，如：瓦登伯格綜合征(Waardenburg Syndrome，WS)、外周脫髓鞘神經(jīng)病、中樞髓鞘異常腦白質(zhì)營養(yǎng)不良以及先天性巨結(jié)腸等[9]。

MITF是黑素細胞發(fā)育和黑色素合成的關(guān)鍵調(diào)控基因，有學者發(fā)現(xiàn)SOX10可與MITF啟動子中特定序列結(jié)合而使其轉(zhuǎn)錄活性提高，SOX10與PAX3的協(xié)同作用可增強這種激活效應(yīng)[11,12]。同時，SOX10基因也可以直接參與黑色素合成過程中的重要基因的表達，如胰蛋白酶和絡(luò)氨酸酶相關(guān)基因。因此它對黑素細胞的分化也發(fā)揮著重要作用。

2 SOX10與內(nèi)耳發(fā)育畸形

2.1 SOX10在內(nèi)耳發(fā)育過程中的作用

正常人內(nèi)耳在妊娠第4周時形成聽泡，妊娠第5周半規(guī)管開始發(fā)育，耳蝸發(fā)育開始于妊娠第8周并于第10周達到2.5圈，接著骨迷路逐步發(fā)育，在妊娠24周左右內(nèi)耳發(fā)育成熟[13]。有研究發(fā)現(xiàn)在內(nèi)耳的發(fā)育過程中，部分神經(jīng)嵴來源的細胞會進一步分化為黑素細胞及神經(jīng)膠質(zhì)細胞，前者在內(nèi)耳分布于血管紋，后者發(fā)育為前庭蝸神經(jīng)[14]。SOX10基因在內(nèi)耳發(fā)育的早期表達在耳后斑和耳小泡中，接著在上皮細胞表達，然后局限于神經(jīng)感覺上皮的支持細胞。有研究發(fā)現(xiàn)Sox10突變小鼠其耳蝸形態(tài)學上有明顯的改變，說明Sox10可以促進耳蝸祖細胞的存活[15]。Watanabe等[16]觀察小鼠內(nèi)耳的發(fā)育過程，發(fā)現(xiàn)最初Sox10分散于整個聽囊和間質(zhì)的神經(jīng)嵴及黑素細胞中，在第16天Sox10表達在耳蝸和前庭系統(tǒng)的上皮細胞中，但隨著內(nèi)耳的發(fā)育，Sox10的表達水平下降。Wakaoka等[17]也發(fā)現(xiàn)在出生時SOX10表達于內(nèi)耳多個組織表面的支持細胞。類似的研究發(fā)現(xiàn)非洲爪蟾耳囊的異常增大或異位似乎也與SOX10過度表達相關(guān)[18]。這些結(jié)果表明，SOX10基因在整個內(nèi)耳發(fā)育過程中持續(xù)表達并且不局限于神經(jīng)嵴來源的細胞，提示SOX10基因在內(nèi)耳發(fā)育中起重要作用。

2.2 SOX10基因突變與內(nèi)耳畸形

Elmaleh-Berges等[19]通過對15例SOX10基因突變的WS患者影像學資料回顧性分析發(fā)現(xiàn)這類患者更易發(fā)生前庭擴大和半規(guī)管畸形。Pingault等[20]通過對WS患者基因突變類型與患者的CT進行對比分析也發(fā)現(xiàn)SOX10突變的患者更容易出現(xiàn)半規(guī)管和前庭發(fā)育畸形或耳蝸發(fā)育異常。有學者對WS患者研究發(fā)現(xiàn)，SOX10突變的WS比非SOX10突變的患者更容易引起內(nèi)耳畸形[21]。Breuskin等[15]通過對Sox10突變的小鼠研究發(fā)現(xiàn)，Sox10對于誘導耳斑和耳囊的形成是必不可少的，Sox10突變可引起Jagged1在內(nèi)耳的表達下降，而Jagged1介導的Notch信號傳導通路是耳蝸感覺域的形成和維持所必需的，SOX10的突變會損害內(nèi)耳感覺上皮祖細胞，使其不能維持分化潛能或繼續(xù)分化，從而影響內(nèi)耳的發(fā)育，進一步可能會影響聽力。有研究通過對Sox10（c.321dupC）突變小豬的研究發(fā)現(xiàn)其存在聽力下降伴內(nèi)耳畸形，并且該位點突變引起的蛋白功能異常，沒有SOX蛋白家族其他成員補償[22]。郝青青等[23]通過對Sox10突變的小型豬研究發(fā)現(xiàn)其出現(xiàn)感音神經(jīng)性聽力下降及色素沉著，相比于野生型，突變型耳蝸轉(zhuǎn)數(shù)縮短了1.5圈，伴不完全分割I(lǐng)I型，該團隊認為SOX10突變可直接導致內(nèi)耳發(fā)育異常，與神經(jīng)嵴發(fā)育異常無關(guān)?？梢奡OX10突變與內(nèi)耳畸形以及感音神經(jīng)性耳聾之間存在著密切關(guān)系。

3 SOX10在綜合征型耳聾發(fā)病的研究進展

3.1 SOX10突變與WS

WS最初由荷蘭的眼科醫(yī)生Petrus Johanner Waardenburg發(fā)現(xiàn)，并以其名字命名。其發(fā)病率約為0.023‰，約2%-5%的先天性耳聾可能與該病有關(guān)[24]。該病以常染色體顯性遺傳為常見，具有遺傳異質(zhì)性[25]。其臨床特征是先天性感音神經(jīng)性聽力喪失，并伴有皮膚、眼睛和頭發(fā)的色素沉著異常。根據(jù)臨床癥狀，WS可分為四種不同的亞型(WS1-4)。WS1除感音神經(jīng)性聾以及色素異常，存在面部畸形如內(nèi)眥移位，鼻根增寬等；WS2通常缺乏其他癥狀，沒有內(nèi)眥移位；WS3通常在WS1的基礎(chǔ)上合并肌肉骨骼的異常發(fā)育，如上肢畸形，肋骨發(fā)育不全，腕骨分化不全等。把與先天性巨結(jié)腸癥(Hirschprung's disease,HD)相伴隨的WS定義為WS4，也稱為Shah-Waardenburg綜合征或Waardenburg-Hirschprung疾病[26]?，F(xiàn)已發(fā)現(xiàn)WS的發(fā)生可能與PAX3、MITF、SNAI2、SOX10、EDN3和EDNRB基因突變有關(guān)，有學者通過對SOX10HMG結(jié)構(gòu)域n-NLS基序的飽和位點突變分析證實了SOX10的單倍性不足效應(yīng)可引起WS[22]。

3.1.1SOX10基因突變導致不同表型的WS4

Pingault等[27]首先發(fā)現(xiàn)SOX10基因突變與WS4有關(guān)，約有45%-55%的WS4患者存在SOX10基因突變[25]，目前已發(fā)現(xiàn)該基因約有20余個突變位點與WS4有關(guān)。SOX10基因突變引起WS4通常為常染色體顯性遺傳，且臨床表型多樣[20]。Inoue等[28]發(fā)現(xiàn)SOX10基因在第1至第4外顯子的突變其mRNA觸發(fā)無義突變介導的衰變(Nonsense-Mediated Decay，NMD)，引起mRNA的降解，發(fā)生單倍體劑量不足的失能效應(yīng)，引起WS4的典型臨床表現(xiàn)；當無義突變在第5外顯子時，突變的mRNA會逃脫NMD路徑，進一步完成突變蛋白的合成，抑制野生型SOX10蛋白功能從而引起合并較嚴重腸道癥狀的WS4。Sham等[29]通過對12例SOX10突變的WS4患者突變位置和臨床癥狀的研究發(fā)現(xiàn)，發(fā)生在非c端轉(zhuǎn)錄激活域的突變，因為其突變蛋白不具有任何DNA結(jié)合活性或缺乏其他功能域而導致較輕的HD；影響c端轉(zhuǎn)錄激活域的突變往往具有更重的臨床癥狀，導致神經(jīng)節(jié)細胞缺乏癥和長段或全段HD。盡管已對SOX10基因型與表型有一定的認識，但由于缺乏針對WS4大家系的系統(tǒng)研究，因此對該病基因型決定表型的內(nèi)在規(guī)律認識尚很不足。

3.1.2SOX10突變引起單倍體效應(yīng)不足導致WS2

Bondurand等[30]首次在WS2患者中發(fā)現(xiàn)了SOX10基因突變。研究表明，有超過15%的WS2與SOX10基因突變有關(guān)[31]。SOX10基因突變引起的WS2的致病機制為單倍體劑量不足的失能效應(yīng)導致SOX10蛋白失活，引起MITF基因無法轉(zhuǎn)錄[32,33]。目前認為MITF可能導致黑素細胞的鈉鉀泵功能異常，無法維持內(nèi)淋巴穩(wěn)態(tài)，繼而影響動作電位的產(chǎn)生，導致毛細胞凋亡。有學者研究發(fā)現(xiàn)患有WS2的SOX10基因突變引起截斷蛋白的產(chǎn)生不僅使其HMG結(jié)構(gòu)域缺失，同時使其無法激活MITF[34]。有學者[35]發(fā)現(xiàn)SOX蛋白家族中得SOX8、SOX9蛋白可以在一定程度上補充SOX10蛋白的功能。使SOX10基因突變引起的WS2和典型WS4的遺傳異質(zhì)性更顯著。現(xiàn)有針對SOX10基因突變導致的WS2少數(shù)病例的研究不足以闡明其致病機制，另外SOX10基因突變的遺傳異質(zhì)性增加了研究的難度，未來關(guān)于WS4的進一步研究可能對WS2致病機制的研究有一定的輔助意義。

3.2 SOX10突變可引起合并耳聾的卡爾曼綜合征(Kallmann Syndrome,KS)

KS是由于神經(jīng)內(nèi)分泌促性腺激素釋放激素(Gonadotropin-Releasing Hormone,GnRH)細胞沿嗅覺、犁骨、鼻骨和末梢神經(jīng)的不完全遷移，導致嗅覺減退或喪失、低性腺激素性腺功能減退。KS的臨床表現(xiàn)可以呈現(xiàn)出孤立性，也可以表現(xiàn)為包括耳聾在內(nèi)的多種其他癥狀。Pingault等[36]研究WS伴嗅球發(fā)育不全的患者，發(fā)現(xiàn)SOX10基因參與了KS的發(fā)生，隨后他們對17例已經(jīng)排除過已知突變的KS綜合征患者進行SOX10基因檢測發(fā)現(xiàn)6例患者有SOX10突變，其中5例患者合并聽力障礙。同時他們對Sox10基因敲除小鼠模型的研究發(fā)現(xiàn)，該小鼠早期胚胎發(fā)育過程中嗅鞘細胞(Olfactoryensheathingcell，OEC)缺陷，影響嗅覺、犁骨及鼻骨的終末神經(jīng)的發(fā)育，進一步導致神經(jīng)內(nèi)分泌GnRH細胞的不完全胚胎遷移，由此證實KS伴聽力障礙與SOX10基因突變有關(guān)，此后的多項研究也證實了KS伴聽力障礙與SOX10基因突變有關(guān)[37,38]。對于SOX10基因突變引起的KS合并的聽力下降，目前認為是由于其不能有效激活MITF導致單倍體劑量效應(yīng)不足而導致的。

4 展望

SOX10基因主要調(diào)控神經(jīng)嵴細胞生存、保持其多向分化潛能，在維持神經(jīng)干細胞多能性上發(fā)揮作用。在聽覺系統(tǒng)中，SOX10基因在整個內(nèi)耳發(fā)育過程中持續(xù)表達并且不局限于神經(jīng)嵴來源的細胞，其突變直接或間接影響著內(nèi)耳的形態(tài)發(fā)育，臨床研究發(fā)現(xiàn)SOX10基因突變和內(nèi)耳畸形有關(guān)，均提示SOX10基因在內(nèi)耳發(fā)育中起重要作用。WS發(fā)生也與SOX10基因有關(guān)，可能機制是SOX10基因單倍體劑量不足的失能效應(yīng)導致SOX10蛋白失活，該基因還與合并耳聾的KS的發(fā)病有關(guān)，目前的臨床研究和動物實驗研究正在證實兩者的內(nèi)在聯(lián)系。作為基因與疾病的相關(guān)性研究，下一步主要解決這些問題：1.SOX10基因在聽覺器官發(fā)育過程中的表達和調(diào)控，這是揭示該基因和耳聾相關(guān)的直接證據(jù)；2.SOX10因子的功能研究，這是揭示該蛋白導致耳聾發(fā)病機制的關(guān)鍵；3.SOX10基因突變耳聾模型的深入研究，將開辟SOX10基因相關(guān)性耳聾的預(yù)防和治療的新路徑。相信生物科學的進步將為SOX10基因與綜合征型耳聾的相關(guān)性研究提供強有力的技術(shù)支撐，可望在不遠的將來取得突破性的進步。