王林琳

廣西壯族自治區(qū)婦幼保健院產(chǎn)前診斷與優(yōu)生遺傳科，廣西南寧 530022

大腦不僅調(diào)節(jié)身體的大部分功能，也是人類認(rèn)知和思想的中心，定義人的個(gè)性、行為和社會(huì)交往，因此大腦是人類的重要器官。人類大腦皮層的發(fā)育是一個(gè)復(fù)雜而組織嚴(yán)密的過(guò)程。在這個(gè)過(guò)程中的任何重要步驟的中斷都可能導(dǎo)致廣泛的皮層發(fā)育障礙。皮層發(fā)育畸形（malformation of cortical development，MCD）包括皮層發(fā)育缺陷的疾病，其中部分疾病在影像學(xué)檢查中皮層可表現(xiàn)為正常（如某些類型的小頭畸形、巨腦畸形和皮層異位）。MCD的分類方案一般是基于影像學(xué)表現(xiàn)、異常的發(fā)育步驟，以及涉及的基因和信號(hào)通路等[1]。大腦皮層主要的發(fā)育步驟包括神經(jīng)元增殖、遷移及遷移后神經(jīng)元重組和連接。理想的MCD 分類是基于涉及的基因及信號(hào)通路的區(qū)別，然而目前尚未清楚。最近的研究表明，WDR62、DYNC1H1 和TUBG1 基因突變導(dǎo)致的皮層廣泛畸形，說(shuō)明神經(jīng)元增殖、遷移及隨后的重組連接這些步驟之間并沒(méi)有明確的分界[2]。這些發(fā)現(xiàn)支持了MCD 相關(guān)基因參與了皮層發(fā)育的各個(gè)階段的觀點(diǎn)。本文針對(duì)胎兒大腦皮層發(fā)育畸形的特點(diǎn)，對(duì)幾種常見(jiàn)MCD 類型的表型及遺傳學(xué)病因進(jìn)行綜述，為臨床診治及進(jìn)一步病因?qū)W研究提供參考。

1 大腦皮層發(fā)育畸形的病理生理

MCD 是一類典型的大腦發(fā)育異常所導(dǎo)致的疾病，病因可能是基因突變、感染、缺血或毒性反應(yīng)而引起大腦皮層發(fā)育異常的一組先天性疾病，以大腦皮層及其神經(jīng)元增生、結(jié)構(gòu)畸形為特征。MCD 的分類包括小頭畸形、無(wú)腦回畸形（“平滑大腦”，lissencephaly，LIS）、巨腦回畸形、多小腦回畸形、腦室周圍結(jié)節(jié)性異位（periventricular nodular heterotopia，PNH）、結(jié)節(jié)性硬化癥等[3]。MCD 的臨床表現(xiàn)包括難治性癲癇、局灶性癲癇、智力低下、全面性發(fā)育遲滯、學(xué)習(xí)困難及認(rèn)知障礙。

胎兒大腦皮層發(fā)育包括3 個(gè)相互交叉的階段：神經(jīng)元細(xì)胞增殖、遷移和結(jié)構(gòu)形成。目前的MCD分類主要是建立在這3 個(gè)皮層發(fā)育階段的基礎(chǔ)上的，當(dāng)神經(jīng)元細(xì)胞在增殖、遷移、遷移后的組織過(guò)程中受到干擾時(shí)，就會(huì)形成有缺陷的大腦皮層[4]。如神經(jīng)元增殖異?？蓪?dǎo)致小頭畸形、半側(cè)巨腦畸形；神經(jīng)元遷移失敗可導(dǎo)致腦室旁灰質(zhì)異位、LIS 及帶狀灰質(zhì)異位；遷移后皮層異常構(gòu)架可導(dǎo)致多小腦回、局灶性皮層發(fā)育異常等[5]。頑固性癲癇患者中，MCD 占40%，但大多數(shù)病例缺乏具體的治療方法。

由于產(chǎn)前針對(duì)胎兒的臨床檢測(cè)主要為超聲或磁共振等影像學(xué)檢查，而影像學(xué)檢查在胎兒MCD 具有無(wú)法診斷功能性異常、不能實(shí)現(xiàn)早期診斷等特點(diǎn)。如合并功能性異常，往往難以治愈，給家庭及社會(huì)帶來(lái)重大負(fù)擔(dān)。不能早期診斷，可導(dǎo)致圍產(chǎn)兒病死率升高、出生缺陷率升高及引產(chǎn)孕周過(guò)大造成母體損傷等不良后果。因此臨床診斷結(jié)合遺傳學(xué)檢查是一個(gè)可實(shí)現(xiàn)早期診斷，并可評(píng)估胎兒是否存在功能性異常的方法，是產(chǎn)前診斷重要的手段之一。

2 MCD的影像學(xué)及分子診斷

分子診斷對(duì)于理解MCD 的生物學(xué)通路和開(kāi)發(fā)新的治療方法是必要的，理想的MCD 分類應(yīng)該并最終將依賴于生物學(xué)通路的知識(shí)，但研究對(duì)MCD 遺傳基礎(chǔ)的了解仍然有限。如微管蛋白?。╰ubulinopathies）屬于同一類基因的致病性突變導(dǎo)致（TUBA1A、TUBB2A、TUBB2B、TUBB3、TUBB5、TUBG1 或TUBA8），但大腦皮層發(fā)育異?？杀憩F(xiàn)為L(zhǎng)IS、多小腦回畸形等[6]。目前，有超過(guò)100 個(gè)基因與MCD 的病因相關(guān)[4]。涉及的信號(hào)通路包括細(xì)胞周期調(diào)控（特別是有絲分裂和細(xì)胞分裂）、細(xì)胞凋亡、細(xì)胞骨架結(jié)構(gòu)和功能、神經(jīng)元遷移和基底膜功能以及多種先天性代謝性疾病。代謝性疾病包括線粒體紊亂、丙酮酸代謝異常、非酮癥高血糖、蛋白糖基化，以及過(guò)氧化物酶體病等多種先天性缺陷。其中大多數(shù)基因編碼的蛋白質(zhì)在神經(jīng)發(fā)育過(guò)程中起重要作用，如細(xì)胞周期調(diào)節(jié)、神經(jīng)元遷移和極化。經(jīng)典研究的LIS1 等基因，突變時(shí)可導(dǎo)致LIS。而需要注意的是，MCD 基因中與巨腦回畸形有關(guān)的基因突變時(shí)，可出現(xiàn)體細(xì)胞嵌合，表現(xiàn)為局灶性皮層發(fā)育異?；虬雮?cè)巨腦回畸形[7]。

2.1 小頭畸形

小頭畸形是MCD 最常見(jiàn)的一種類型?；颊咄ǔ０殡S著不同程度的其他癥狀，如前額扁平、智力低下、癲癇、輕到重度發(fā)育遲緩（語(yǔ)言、站立、行走等）、聽(tīng)力缺失等。小頭畸形的發(fā)病率不高，據(jù)統(tǒng)計(jì)美國(guó)每10 000 個(gè)新生兒中有2 ～12 例患有小顱畸形，但目前在臨床上尚無(wú)有效的治療手段[8]。常染色體隱性遺傳性小頭畸形（autosomal recessive primary microcephaly，MCPH）是一種由單基因突變引起的常染色體隱性遺傳性疾病，在不同人群中的發(fā)病率有較大的差別，如在近親婚配高發(fā)的人群中發(fā)病率為1/10 000；而在一般人群中，其發(fā)病率為1/250 000[9]。MCPH 患者有不同程度的智力發(fā)育遲緩，但與某些疾病如LIS 或Taybi-Linder 綜合征引起的小頭畸形不同，大多數(shù)MCPH 患者的腦的結(jié)構(gòu)是完整的，改變的只是腦的體積[10]。

到目前為止，有25 個(gè)基因的突變與MCPH 有關(guān)[4]。這些基因主要在細(xì)胞分裂過(guò)程中表達(dá)，突變導(dǎo)致神經(jīng)發(fā)生、細(xì)胞周期檢查點(diǎn)、中心體和紡錘體定位的中斷。結(jié)果是一個(gè)結(jié)構(gòu)正常的大腦，體積減小，特別是在大腦皮層區(qū)域[6-7，11]。ASPM 的雙等位基因突變（MCPH5 MIM #605481）比其他基因在MCPH 中發(fā)生的頻率更高，在所有報(bào)道的原發(fā)性小頭畸形病例中占40%。ASPM 位于染色體1q31.3上，全長(zhǎng)6.2 kb，有28 個(gè)外顯子，編碼3477 個(gè)氨基酸（Ensemble， GRCh38/hg38）。該基因能正向調(diào)控Wnt 信號(hào)通路，通過(guò)參與調(diào)控對(duì)稱性及不對(duì)稱性神經(jīng)元分裂，在神經(jīng)元增殖、遷移中起著至關(guān)重要的作用。動(dòng)物模型中ASPM 的敲除，可導(dǎo)致皮層面積和體積的減少，與研究中觀察到的表型一致[12]。除了上述已經(jīng)命名的MCPH 基因，還有其他基因突變也與小頭畸形有關(guān)，如CEP63[13]、編碼細(xì)胞骨架蛋白的TUBA1A 和TUBB3[14]、編碼Rho 家族小GTP 酶蛋白的RAC1[15]等，以及TLE1、CRADD、DIAPH1、RTTN、ZIC1、MACF1 等與MCD 的發(fā)生有關(guān)的致病基因[16-19]。

2.2 LIS

LIS 與神經(jīng)元遷移缺陷和腦溝或腦回的異常形成有關(guān)。LIS 的類型包括無(wú)腦回、巨腦回和皮層下帶狀異位（subcortical band heterotopia，SBH）。LIS的主要特征是皮層異常增厚，腦溝的形成減少或缺失，而SBH 由正常皮層下的異常神經(jīng)元帶組成，可能存在異常淺的腦溝。少數(shù)LIS 患者有嚴(yán)重的先天性小頭畸形，這種情況被稱為小無(wú)腦回畸形。LIS 相關(guān)的遺傳綜合征包括Miller-Dieker 綜合征和Baraitser-Winter 腦額面綜合征，X-聯(lián)鎖LIS 伴生殖器異常。FLNA、PAFAH1B1 或DCX 基因嵌合突變的表型相對(duì)較為輕微且皮質(zhì)下結(jié)節(jié)性異位常為單側(cè)或不對(duì)稱[20]。

腦皮層受累部位、性別和相關(guān)的畸形對(duì)于鑒別不同的遺傳形式有重要作用。DCX、ACTB 和ACTG1 的突變導(dǎo)致腦前部畸形較腦后部畸形嚴(yán)重，而LIS1、TUBA1A、TUBG1、DYNC1H1 等基因的突變則導(dǎo)致腦后部的畸形更為嚴(yán)重[21-22]。重度LIS伴胼胝體發(fā)育不全的男性患者提示ARX 基因突變致病可能性大。該基因最嚴(yán)重的突變可導(dǎo)致大腦表面完全光滑，沒(méi)有明顯的腦溝形成[23]。

LIS、皮質(zhì)下帶異位和無(wú)腦回畸形伴小腦發(fā)育不全通常是遺傳性的。約90%的患者與12 種LIS 相關(guān)基因有關(guān)，分別是LIS1、DCX、TUBA1A、TUBB2B、RELN、DYNC1H1、TUBG1、KIF2A、ACTB、ACTG1、VLDLR、ARX 基因[23]。其中LIS1基因的缺失和突變是最常見(jiàn)的病因之一。

2.3 多小腦回畸形

多小腦回畸形是指大腦皮層腦回?cái)?shù)目過(guò)多且體積過(guò)小，其發(fā)病機(jī)制尚不明確。由于皮質(zhì)過(guò)度折疊，多小腦回皮質(zhì)常出現(xiàn)輕度增厚（通常6 ～10 mm）。在患有多小腦回癥的幼兒中，由于髓鞘形成的不成熟狀態(tài)，皮質(zhì)可能不會(huì)出現(xiàn)特別增厚。MRI 發(fā)現(xiàn)腦白質(zhì)彌漫性異常信號(hào)提示宮內(nèi)感染（如巨細(xì)胞病毒）、過(guò)氧化物酶體疾病、幾種罕見(jiàn)的多小腦回或多小腦回樣綜合征[24]，如大多數(shù)鵝卵石畸形患者在嬰兒期有異常的白質(zhì)信號(hào)[25]。

多小腦回癥有幾種分布模式[26]。最常見(jiàn)的是雙側(cè)近外側(cè)裂處多小腦回，從分布于近外側(cè)裂后部區(qū)域（4 級(jí)），到整個(gè)外側(cè)裂區(qū)域（3 級(jí)），到從外側(cè)裂區(qū)域延伸到其他大腦區(qū)域但不包括額枕葉（2 級(jí)），再到大部分大腦，包括額枕葉（1 級(jí)）。然而，近外側(cè)裂區(qū)域總是受影響最嚴(yán)重的。此外，近外側(cè)裂多小腦回可以是雙側(cè)對(duì)稱、雙側(cè)不對(duì)稱或單側(cè)的。其他類型幾乎都是雙側(cè)對(duì)稱的，包括廣泛性、額葉、枕葉、頂枕側(cè)和罕見(jiàn)的彌漫性旁矢狀裂多小腦回[27]。多小腦回癥也可合并PNH[28]。

多小腦回癥在病理、影像學(xué)和臨床異質(zhì)性表明，其本身可能不是一種單一的畸形，而是可以根據(jù)不同的表型進(jìn)行分組。①血管畸形、感染原因。多小腦回與血管功能不全（特別是在雙胎妊娠期間）和巨細(xì)胞病毒感染等外因有關(guān)。這兩種原因都可能導(dǎo)致多小腦回癥而不合并裂腦畸形。巨細(xì)胞病毒可能是多小腦回癥常見(jiàn)的原因之一。②與多小腦回癥相關(guān)的拷貝數(shù)變異（copy number variation，CNV）。目前發(fā)現(xiàn)1p36.3 和22q11.2 的缺失與多小腦回的關(guān)系較為密切[29]。除此之外，2p13p23 重復(fù)，4q21q22、6q26q27、13q3、18p11、21q2 缺失也曾報(bào)道與多小腦回癥相關(guān)。這些CNV 的相關(guān)致病基因尚未被確定。③與多小回腦癥相關(guān)的單基因病，包括常染色體顯性遺傳和常染色體隱性遺傳，少數(shù)為X連鎖遺傳[30]。多小腦回癥與幾種具有嚴(yán)重表型的代謝性疾病有關(guān)，包括Zellweger 綜合征、新生兒腎上腺白質(zhì)畸形、富馬酸尿癥、線粒體疾病、戊二酸尿2 型、楓糖尿病和組氨酸血癥等[31]。

2.4 PNH

PNH 是神經(jīng)元異位最常見(jiàn)的一種形式，神經(jīng)元異位定義為正常神經(jīng)元群在不適當(dāng)?shù)奈恢?。神?jīng)元異位的其他主要類型包括皮質(zhì)下結(jié)節(jié)性異位和軟腦膜周圍膠質(zhì)神經(jīng)元異位。然而，PNH 是唯一一種基因型和表型關(guān)聯(lián)并已被廣泛研究的類型。

典型X 聯(lián)鎖PNH 的MRI 表現(xiàn)為雙側(cè)PNH，側(cè)腦室下角除外，輕度小腦蚓部發(fā)育不全伴大枕大池[32]。罕見(jiàn)常染色體隱性遺傳性雙側(cè)PNH 患者可伴有嚴(yán)重先天性小頭畸形，皮層薄，腦回異常[33]。

PNH 患者的臨床表型在已知的綜合征中差異很大。在未合并其他顱內(nèi)畸形的PNH 患者中，主要臨床表現(xiàn)為癲癇和學(xué)習(xí)困難，發(fā)育遲緩則較為少見(jiàn)。當(dāng)合并小頭畸形或其他顱內(nèi)畸形時(shí)，大多合并認(rèn)知障礙。在所有類型的PNH 中，最常見(jiàn)的臨床表現(xiàn)是癲癇，據(jù)報(bào)道有80%～90%的患者患有癲癇。癲癇發(fā)作的年齡不定，大多數(shù)患者為局灶性癲癇。結(jié)節(jié)本質(zhì)上是致癇性的，并且經(jīng)常參與復(fù)雜的致癇網(wǎng)絡(luò)，使得癲癇的手術(shù)治療特別困難[34]。

最常見(jiàn)的彌散性PNH 是由X 連鎖的FLNA 基因突變引起的。由于攜帶該基因致病性突變的男性在胎兒時(shí)期的致死率較高，使得該綜合征主要成年患者為女性[35]。女性患者除了極少數(shù)個(gè)例外，通常有正常的智力，但可能有學(xué)習(xí)困難。男性患者的表型變異度大，從產(chǎn)前致死到接近正常的表型[36]。然而，認(rèn)知障礙在男性患者中比女性更為常見(jiàn)?？偟膩?lái)說(shuō)，49%的經(jīng)典雙側(cè)PNH 患者可檢出基因突變，女性患者占93%，男性患者占7%。

3 不同樣本對(duì)MCD遺傳學(xué)檢測(cè)的影響

對(duì)于大腦的遺傳學(xué)研究，以往大多采取抽取患者外周血進(jìn)行基因檢測(cè)為主。然而大腦皮層的病變可能為局灶性的，其致病機(jī)制為局部體細(xì)胞突變導(dǎo)致的皮層發(fā)育異常[37]。這種情況下，抽取外周血進(jìn)行基因檢測(cè)往往難以找到致病基因。因此，對(duì)于局灶性的大腦病變，取病變大腦組織進(jìn)行基因檢測(cè)，或?qū)ρ蛩?、臍帶血或外周血?xì)胞行高深度的測(cè)序，才可能檢出致病基因。

4 胎兒MCD的產(chǎn)前檢測(cè)方法

對(duì)于產(chǎn)前MCD 遺傳學(xué)病因檢測(cè)方面，全外顯子測(cè)序（whole exome sequencing，WES）已被證實(shí)具有較大優(yōu)勢(shì)。對(duì)于產(chǎn)前影像學(xué)檢查提示存在MCD可能的胎兒，WES 能盡可能地檢出遺傳學(xué)病因。已有研究通過(guò)WES 發(fā)現(xiàn)CRADD 基因可能導(dǎo)致巨腦畸形，檢測(cè)出WDR62 基因的復(fù)合雜合突變導(dǎo)致不同的MCD 表現(xiàn)，發(fā)現(xiàn)TUBA1A 的新發(fā)無(wú)義突變可導(dǎo)致小頭畸形、LIS 等[38-41]。

以上研究均證實(shí)WES 在胎兒MCD 中應(yīng)用的有效性。然而，因?yàn)榛虻漠愘|(zhì)性及不完全外顯等原因，對(duì)MCD 胎兒進(jìn)行產(chǎn)前基因檢測(cè)仍有較大難度，由于胎兒的表型僅能通過(guò)B 超、MRI 等影像學(xué)檢查評(píng)估結(jié)構(gòu)異常情況，對(duì)于功能異常及代謝異常等臨床表現(xiàn)檢測(cè)不到。但是，由于胎兒時(shí)期發(fā)現(xiàn)的MCD 臨床表現(xiàn)可能會(huì)較兒童及成人時(shí)期診斷的更重，因此WES 可能會(huì)發(fā)現(xiàn)更多的未曾報(bào)道的致病基因。

5 總結(jié)

隨著高通量測(cè)序技術(shù)的發(fā)展，其提供的基因表達(dá)圖譜能幫助我們理解眾多的神經(jīng)發(fā)育相關(guān)基因之間是如何協(xié)同合作、共同調(diào)控神經(jīng)發(fā)育的，協(xié)助人們從信號(hào)通路層面理解和分類大腦發(fā)育相關(guān)疾病。