浅谈白化病的遗传研究.doc

浅谈白化病遗传研究
东北师范大学生命科学学院 09级 生物科学类 张邦蛟 130024

摘 要: 白化病(albinism)是由黑色素(melanin)合成相关基因突变造成黑色素沉着降低或缺失引发一类遗传性疾病总称。依据临床表现包含组织、 器官、 系统复杂程度,白化病分为非综合征白化病和综合征性白化病两大类,每一类包含若干病种,而有些病种又可依据基因座不一样区分为若干型,各型都存在一定程度等位基因遗传异质性。本文关键简单介绍白化病遗传研究, 并以眼皮肤白化病为例从遗传机理、 遗传特征、 检测和诊疗手段以及遗传咨询等方面对白化病进行简明叙述。
关键词: 白化病; OCA; 产前诊疗
依据临床表现包含组织器官复杂程度,遗传学上常将白化病(albinism)分为两大类,即非综合征性(nonsyndrom-ic)白化病和综合征性(syneromic)白化病。非综合征性白化病深入依据临床表现包含器官不一样,分为仅有眼色素缺乏和对应症状眼白化病(ocular albinism,OA)及眼、 皮肤和毛发都有色素缺乏眼皮肤白化病(oculocutaneous albinism,OCA)两种。 眼皮肤白化病以前曾被称为全身性白化病或泛发性白化病。4个不一样常染色体基因发生突变,均造成该病发生,由此深入将OCA分为4型(OCA1~OCA4),(见表1);综合征性白化病通常都有一定程度OCA表型,又有其她系统显著异常,称为白化病相关综合征(见图1)。也有学者将白化病分为眼皮肤白化病和眼白化病两类,多种综合征性白化病不归入白化病范围。

1． 白化病遗传机理
1.1 OA　OA呈X连锁隐性遗传,是全部已知白化病各型中惟一一个与性染色体连锁类型。临床表现仅发生在眼部发病率约为1/60 000。OA1基因位于Xp22,长约40 kb,有9个外显子,编码404个氨基酸残基组成蛋白质。
1.2 OCA酪氨酸酶基因( tyrosinasegene, TYR)、 P基因、 酪氨酸酶相关蛋白-1基因( tyrosinase related protein-1gene)和膜相关转运蛋白基因(membraneassociated transporter protein, MATP)突变都可造成OCA发生,由此将OCA深入区分为4型,即OCA1-OCA4。
1.2.1 TYR基因与OCA1　眼皮肤白化病Ⅰ型(OCA1)由酪氨酸酶( tyrosinase)基因异常引发,该基因定位于11q11-21,长度超出65 kb,包含5个外显子和4个内含子,编码由529个氨基酸残基组成酪氨酸酶蛋白。
1.2.2 P基因与OCA2　OCA2是世界范围内常见眼皮肤白化病类型,在非洲一些地域,发病率可达成1/3900。其致病基因P基因也称为OCA2基因,定位于15q11.2-12,全长250-600 kb,有24个外显子,其中外显子1为非翻译区,外显子19转录后被选择性剪切。
1.2.3 TYRP-1基因与OCA3 以前认为OCA3有两种相同表型,即红色OCA( refous OCA, ROCA )和棕色OCA(brownOCA, BOCA)。最近有研究显示,BOCA可能是黑色人种中OCA2。OCA3关键发生于黑色人种,在南非发病率约为1/8500。TYRP-1基因定位于9p23,包含8个外显子和7个内含子,其中外显子1为非翻译区。
1.2.4 MATP基因与OCA4 鉴于部分OCA患者并未检出以上基因异常,有些人早就推测还有其她基因座上基因突变造成OCA发生。,首次确定膜相关转运蛋白(membrane- associated trans-porterprotein, MATP)基因为第4个OCA相关基因。MATP基因位于5p,其长度靠近40 kb,有7个外显子,编码530个氨基酸残基组成蛋白序列。
2．白化病生化机理
2.1人类眼皮肤白化病Ⅰ型 OCA1是由定位于11号染色体酪氨酸酶(TYR)基因突变引发。酪氨酸酶是I型跨膜蛋白,为75KD含铜糖蛋白酶。酪氨酸酶是黑素合成限速酶,其在黑素合成过程中发挥酪氨酸羟化酶、 多巴氧化酶和DHI氧化酶作用,且其催化活性需要合适黑素小体腔内pH值。最近发觉,人酪氨酸酶还有DHICA氧化酶活性,但小鼠则没有。在非黑素细胞,经过增加胞内细胞器pH值,酪氨酸酶可被转运至高尔基体,并最终进入黑素小体。故影响酪氨酸酶在黑素小体膜上定位和黑素小体腔内pH原因,以及酪氨酸酶功效改变,均可造成色素合成障碍。
2.2眼皮肤白化病Ⅱ型 OCA2致病基因是定位于15q11.2-12P基因,表示产物P蛋白为110KD非糖化蛋白,定位于黑素小体膜上,含有12个跨膜区域。溶酶体相关性细胞器被认为含有ATP驱动氢泵以产生腔内酸性环境,同时阴离子必需被转运到黑素小体腔内。P蛋白与一个已知阴离子转运载体同源,它在黑素小体酸化中起作用。Brilliant试验提醒, P蛋白转运阴离子以中和未成熟黑素小体中高质子内容物。P蛋白缺乏,引发腔内PH值或是膜电位改变,可能影响转运囊泡与前黑素小体融合,造成它们累积或是错误地导向溶酶体。P蛋白缺乏小鼠黑素细胞同时缺乏TYR、 TRP-1和P蛋白,提醒P蛋白促进黑素小体其它相关蛋白正确定位。
2.3眼皮肤白化病Ⅲ型 OCA3致病基因是定位于9p23TRP-1基因。TRP-1是Ⅰ型跨膜糖蛋白,由537个氨基酸残基组成,酪氨酸酶氨基末端信号序列对于该酶正确定位是必需,突变造成信号肽消失会引发酪氨酸酶错误折叠以及快速降解。酪氨酸酶胞液段36个氨基酸假如缺失27-33个,会造成酶错误定位于细胞膜。TRP-1可能在酪氨酸酶活性开启时起作用,小鼠TRP-1有DHICA氧化酶活性,而人没有。酪氨酸酶活性在TRP-1和TRP-2存在时愈加稳定,表明TRP-1蛋白除了在黑色素合成中酶催化作用外,也可能经过稳定酪氨酸酶来影响黑素合成。
3．白化病临床表现
3.1眼部表现　色素缺失可造成患者虹膜颜色改变,通常呈蓝色或灰色。虹膜半透明使光线大量进入眼内,患者出现畏光,同时大量光线引发散射造成患者注视困难。白化病患者视力通常会受到较大程度影响,且视力低下不能经过佩戴眼镜和其她眼科诊疗方法给予有效矫正。患者还可能出现水平或垂直方向眼球震颤。白化病患者黄斑发育受到影响,黄斑形态与厚度出现异常。中心凹反光点消失,部分患者中心凹处甚至可见视网膜血管。黄斑中心凹界限不清,中心凹处视网膜较正常增厚。也有研究发觉黄斑周围有异常血管形成。
3.2眼外表现　皮肤和毛发色素缺乏是最显著临床表现　眼皮肤白化病患者除眼色素缺乏及相关眼部症状外,皮肤和毛发都有显著色素缺乏,如皮肤白皙,毛发呈白色、 金黄色或棕色。
3.2.1.1 OCA1A亚型 其酪氨酸酶活性完全丧失,也称经典酪氨酸酶阴性型OCA,其皮肤、 毛发、 眼睛一直不能产生黑色素,白发、 白肤等表现终生不变,而且在任何民族中都是如此。伴随时间推移, 毛发可能变成微黄色,这可能因为日晒或者洗发剂等造成毛发蛋白变性缘故。可出现无色素性痣,但不会发生有色性皮肤损伤。
3.2.1.2 OCA1B亚型 与OCA1A亚型患者出生时毛发均呈白色,但OCA1B亚型随年纪增加毛发逐步增加,表现为金黄色、 棕黄色等,所以, OCA1B又称为黄色OCA,这是因为突变基因编码酪氨酸酶还有部分残余活性。OCA1B临床表现变异范围较宽,从仅有极少许黑色素到皮肤毛发色素近乎正常都有可能。OCA1B也有眼部异常,程度轻重不等,但总体来说比OCA1A要轻部分。
3.2.2 OCA2 是由P基因突变引发,酪氨酸酶活性正常,表型通常较OCA1A轻,出生时毛发有少许色素沉着,呈浅黄色或金黄色,可随年纪增加而加深,也可能终生不变。伴随年纪增加, OCA2型患者也会出现雀斑、 着色斑和痣,但皮肤白皙度通常不会因为日晒而有所改变。虹膜通常呈蓝色或者棕色,表型也随个人种族背景不一样而有所不一样。对非洲黑人棕色OCA来说,皮肤、 毛发、 虹膜均为棕色。
4．白化病在中国患病率调查
纵观中国白化病群体调查能够看出:从地域上,中国东北地域和中东部地域大部分省区,前后开展过规模不等群体调查或普查,西南和西北大部份省区以及华南地域尚缺乏白化病普查资料;台湾、 香港和澳门地域还未检索到相关报道,见图2。

图2 已开展白化病患病率调查省、 市及地域示意图
图中实点示已开展白化病患病率调查省、 市或地域,实点大小示调查样本相对大小

以上调查资料显示,中国不一样地域白化病患病率有所不一样。从调查数据看,东北地域白化病患病率相对较低,在0.035‰~0.0413‰之间。西北及西南地域,如甘肃、 成都等省市,白化病患病率则较高,在0. 11‰~0. 18‰之间。中东部地域除江西省患病率(0. 12‰)较高外,其她地域(如山东省、 武汉市等)患病率居中。由此可见,不一样地域白化病患病率有所差异,这可能与各地域遗传背景、 近亲婚配情况等原因有一定关系,也可能在一定程度上受调查样本大小影响。综合各地迄今累计约400万人群体调查资料,中国大陆白化病平均患病率为0. 0513‰(1/19, 476)。
5．白化病产前诊疗方法
5.1胎儿头皮或皮肤毛囊活检电镜诊疗　上个世纪60年代,依据白化病患者皮肤或头皮毛囊黑色素细胞内酪氨酸酶活性,大家将白化病分为酪氨酸酶阴性(tyrosinase-negtive)和酪氨酸酶阳性(tyrosinase-positive)两种。酪氨酸酶阴性白化病患者,电镜下皮肤或毛囊黑色素细胞内只能看到发育早期黑色素小体(Ⅰ期和Ⅱ期),无晚期(Ⅲ和Ⅳ期)黑色素小体;而酪氨酸酶阳性白化病患者,因为残余部分酪氨酸酶活性,电镜下能看到Ⅲ期黑色素小体,但无Ⅳ期黑色素小体。1983年Eady等经过胎儿镜活检电镜检验,对一名来自中东地域曾生育过白化病患儿孕妇,完成首例白化病产前诊疗。该孕妇妊娠20周,胎儿镜下见胎儿皮肤粉红色,头发稀疏,无色素沉着。取胎头后部头皮,电镜下可见黑色素细胞内Ⅰ期和Ⅱ期黑素小体,无Ⅲ期和Ⅳ期。1994年Shimizu等将妊娠20周正常胎儿皮肤毛囊黑色素细胞与左旋多巴孵育后,电镜下看到早期(Ⅰ-Ⅱ期)黑色素小体发育成熟为晚期黑色素小体(Ⅳ期),白化病患者却不存在这种情况。她经过超声引导下胎儿皮肤活检,成功诊疗1例妊娠20周白化病胎儿。同胎儿镜头皮活检电镜诊疗方法比较,超声下皮肤活检加左旋多巴反应电镜诊疗操作更含有可行性、 正确性和安全。现在为止,该方法仍是国外常见产前诊疗手段,限于酪氨酸酶活性阴性白化病,仅能对二分之一左右白化病做出产前诊疗,受孕周限制。
5.2胎儿镜直接诊疗　依据中国人种族黑发特征,经过胎儿镜观察胎儿头发颜色,可直观诊疗胎儿是否患有白化病。上世纪80年代初,北京协和医院开始使用胎儿镜进行白化病
产前诊疗。协和医院资料显示:1986-12月24年期间共检验高危孕妇114例,检出白化病胎儿23例,误诊3例。胎儿镜检验所致自然流产率可达5%。因为存在手术中羊水
血染、 胎儿位置不好或者胎儿还未长出毛发等原因,约15%-20%胎儿得不到确切诊疗。经过肉眼观察胎儿头发颜色,有可能将胎儿毳毛看成胎儿头发,造成误诊。另外,OCA2及OCA4型白化病胎儿头发可能是黄色或棕黄色,与正常胎儿头发颜色存在一定重合,判定是否为患儿较困难。同胎儿皮肤、 毛囊活检电镜诊疗比较,胎儿镜直观诊疗较方便,快速,但因受主观原因影响较大,影响结果正确性。
5.3产前基因诊疗　1994年日本Shimizu等完成首例白化病产前基因诊疗,她先提取先证者及其父母外周血白细胞DNA,利用PCR扩增、 等位基因特异性寡核苷酸法(ASO)检测TYR基因第1、 2号外显子,发觉先证者为2号外显子插入碱基C突变纯合子,而父母分别为携带插入碱基C突变杂合子。明确该家系基因突变后,妊娠14周时行羊膜腔穿刺取得羊水细胞,提取胎儿基因组DNA进行基因分析,诊疗胎儿为杂合子并经分娩证实。1995年Falik-Borenstein等利用PCR扩增、 SSCP-HDX(heteroduplex)方法为一名曾生育白化病患儿孕妇在妊娠中期实施产前基因诊疗,同时行胎儿头皮活检电镜诊疗作对照,两种方法均诊疗胎儿为白化病并经分娩证实,但胎儿出生后头皮有一块缺损,考虑为胎儿镜活检损伤。1997年Lee等利用PCR扩增、 SSCP-HDX(heteroduplex)、 限制性酶切法及ASO法分析1个白化病家系TYR突变基因,经过早孕期绒毛活检,诊疗胎儿为白化病,将白化病产前诊疗提前至早孕期。
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