与间质性肺疾病发病相关的基因缺陷类型

《儿童呼吸在线》主编申昆玲教授

中华实用儿科临床杂志２０１８年２月第３３卷第４期

通信作者：刘秀云

国家儿童医学中心，首都医科医院呼吸科，国家呼吸系统疾病临床医学研究中心

间质性肺疾病（ＩＬＤ）是一组原因不同的慢性肺疾病。婴幼儿ＩＬＤ有不同病因，如表面活性物质功能障碍有关的基因突变、免疫缺陷、环境因素等均可引起ＩＬＤ，还有原因不明的疾病，如神经内分泌细胞增生症、肺间质糖原蓄积病。先天性表面活性物质功能缺陷是婴幼儿ＩＬＤ的重要原因之一，在法国和英国分别占婴幼儿ＩＬＤ的１７．５％和７．５％。

１　先天性表面活性物质代谢障碍有关的基因突变

肺表面活性蛋白（ＳＰ）有４种，根据发现的顺序命名为ＳＰＡ、Ｂ、Ｃ、Ｄ４种亚型。其中ＳＰ-Ａ、ＳＰ-Ｂ、ＳＰ-Ｄ来源于肺泡Ⅱ型上皮细胞和支气管非纤毛上皮细胞，ＳＰ-Ｃ来源于肺泡Ⅱ型上皮细胞，ＳＰ-Ｃ分子主要呈α螺旋。按其生物化学特性又分为２大类：大分子亲水ＳＰ（ＳＰ-Ａ、ＳＰ-Ｄ）和小分子疏水性ＳＰ（ＳＰ-Ｂ、ＳＰ-Ｃ）。ＳＰ-Ｂ、ＳＰ-Ｃ是维持肺表面张力的必需物质。三磷酸腺苷（ＡＴＰ）结合盒转运子Ａ３（ＡＢＣＡ３）蛋白仅在肺泡Ⅱ型上皮细胞（ＡＥＣⅡ）内板层小体膜的表面表达，ＡＢＣＡ３蛋白参与脂类的跨膜转运，负责表面活性磷脂到板层体的转运，影响板层小体的形成及表面活性物质的合成和稳态。编码这些蛋白的基因突变会引起表面活性物质功能障碍，不仅可引起足月新生儿出生后即出现致命性呼吸窘迫综合征（ＲＤＳ），也可引起儿童期ＩＬＤ出现持续性低氧血症等表现。所有ＳＰ-Ｂ缺乏和大多数的ＡＢＣＡ３缺乏的患者表现为新生儿ＲＤＳ。所有表面活性蛋白Ｂ基因（ＳＦＴＰＢ）突变患者死于不可逆（顽固）的呼吸衰竭，ＡＢＣＡ３缺乏的预后不同，有７例存活。表面活性蛋白Ｃ基因（ＳＦＴＰＣ）突变的临床和影像表现表明主要为ＩＬＤ，大多数在药物治疗下存活。

１．１　ＳＦＴＰＣＳＦＴＰＣ位于８号染色体，包含６个外显子，编码合成１９７个氨基酸的ＳＰ-Ｃ前体蛋白（ｐｒｏＳＰ-Ｃ），经过加工处理最终形成包含３５个氨基酸的成熟ＳＰ-Ｃ。ＳＦＴＰＣ基因突变为具有不同外显率的常染色体显性遗传，至今发现了大约５０种基因突变与家族或散发性ＩＬＤ有关，最常见的突变为位于２１８Ｔ＞Ｃ，导致密码子７３（Ｉ７３Ｔ）的苏氨酸代替异亮氨酸。这个突变与２５％的ＳＦＴＰＣ突变的疾病相关，是引起弥漫性肺疾病最常见的ＳＦＴＰＣ突变。２００１年Ｎｏｇｅｅ等描述了一家系患有ＩＬＤ的病例。采用候选基因方法识别了ｃ．４６０＋１Ｇ＞Ａ突变，即内显子４第１个碱基对的突变，导致外显子４脱落和ｐｒｏＳＰ-Ｃ的羧基端结构域的３７个氨基酸缺失（ＳＰＣΔｅｘｏｎ４）。此报道显示了ＳＦＴＰＣ突变，影响了肺泡Ⅱ型细胞ｐｒｏＳＰ-Ｃ的胞内运输和成熟ＳＰ-Ｃ的分泌，导致ＩＬＤ。Ｇｕｉｌｌｏｔ等筛查了１２１例怀疑表面活性物质功能障碍的弥漫性肺疾病患儿的ＳＦＴＰＣ基因进行检测，１８例（１４．８７％）发现了ＳＦＴＰＣ基因突变，１０例毫无关系的患儿为ｐ．Ｉｌｅ７３Ｔｈｒ（Ｉ７３Ｔ）基因突变。有２２例ＳＦＴＰＣ突变所致的慢性肺疾病进行基因研究，发现１５例（８１．８％）为ｃ．２１８Ｔ＞Ｃ突变。另有１７例ＳＦＴＰＣ突变患者中，发现８例为ｃ．２１８Ｔ＞Ｃ（Ｉ７３Ｔ）突变。其他ＳＦＴＰＣ基因突变还有Ｃ１８９Ｙ（ｃ．５６６Ｇ＞Ａ）、Ｌ１９４Ｐ（ｃ．５８１Ｔ＞Ｃ）、ｃ．３２５１Ｇ＞Ａ、ｃ．４２４ｄｅｌＣ、Ｖ３９Ａ（ｃ．１１６Ｔ＞Ｃ）、Ｑ１４５Ｈ（ｃ．４３５Ｇ＞Ｃ）和Ｌ１８８Ｐ（ｃ．５６３Ｔ＞Ｃ）。ｐ．Ｈ５９Ｒ、ｐ．Ｅ１９１、Ｐ．Ｇ７４Ｖ、ｐ．Ｃ１２１Ｆ、ｐ．ａ１１２Ｔ、ｐ．Ｃ１２１Ｇ、ｐ．Ａ５３Ｔ和ｐ．Ｌ１８１Ｖ（同一患者），ｐ．Ｌ１０１Ｐ和ｐ．Ｅ１９１Ｋ（同一患者）。其中Ｖ３９Ａ位于成熟的ＳＰ-Ｃ，其余均为ＢＲＩＣＨＯＳ区域的突变。最近对３０篇文献９１例ＳＦＴＰＣ突变患者的基因分析结果行Ｍｅｔａ分析，发现ｃ．２１８Ｔ＞Ｃ（Ｉ７３Ｔ）是最常见的ＳＦＴＰＣ基因突变，占４０％，ｐ．Ｇ１００Ｓ和ｐ．Ｌ１８８Ｇ分别占７％。最近的研究还报道了ｃ．３３７Ｔ＞Ｔ／Ｃ（ｐ．Ｙ１１３Ｈ），ｃ．１６３Ｃ＞Ｔ（Ｌ５５Ｆ），ｃ．２９８Ｇ＞Ａ（ｐ．Ｇ１００Ｓ）、Ａ１１６Ｄ、ｐ．Ｌ１１０Ｒ、ｃ．４３５Ｇ＞Ａ（ｐ．Ｇｌｎ１４５）、Ｃ１２１Ｆ、ｐ．ａ１１２Ｔ、ｐ．Ｌ１８８Ｇ、ｐ．Ｃ１２１Ｇ等基因突变，这些突变的大多数位于ＢＲＩＣＨＯＳ区域，位置即前ＳＰ-Ｃ的氨基酸８６～１９７区域，包含约１００个氨基酸。常见的ＳＦＴＰＣ的ｐ．Ｔ１３８Ｎ和ｐ．Ｓ１８６Ｎ突变在特发性肺纤维化（ＩＰＦ）、慢性阻塞性肺疾病（ＣＯＰＤ）与普通人群存在相似的频率，表明这些突变并不是导致肺部疾病的致病原因。

ＳＦＴＰＣ基因缺陷的发病年龄和严重程度变异相当大，临床表现形式也多样，可引起从新生儿致命性ＲＤＳ到成人慢性ＩＬＤ，大多数表现为非特异性间质性肺炎（ＮＳＩＰ），也有少数表现为肺泡蛋白沉积症（ＰＡＰ）。有文献对１７例ＳＦＴＰＣ突变的ＩＬＤ患儿进行了平均３年的随访，患者为ＢＲＩＣＨＯＳ区域的突变，就诊较早，１例患者２年后健康，６例患者平均２．８年后好转，７例患者６．５年后病情无变化，３例３年后病情加重。即使是同一基因型，预后也不同。影像学的加重表现为磨玻璃影到纤维化特征出现和囊泡形成。ＳＦＴＰＣ基因突变的致病机制有２种模式：一种如前所述，基因突变发生在ＳＦＴＰＣ基因的ＢＲＩＣＨＯＳ结构域部位。ＢＲＩＣＨＯＳ区域在ｐｒｏＳＰ-Ｃ复杂的翻译过程中起着重要作用：（１）辅助蛋白质进入分泌途径；（２）协助细胞内蛋白酶解系统的独特性转化；（３）避免蛋白质在细胞内淀粉样沉积。ＢＲＩＣＨＯＳ区域基因突变的ＳＰ-Ｃ前体蛋白的错误折叠、转运和合成异常，导致一系列毒性作用，如诱导内质网应激作用、细胞毒性、细胞凋亡蛋白酶３和细胞凋亡蛋白酶４诱导的细胞凋亡。这些因素可使细胞损伤和ＡＥＣⅡ凋亡导致ＩＬＤ。如基因突变发生在邻近ＳＦＴＰＣ的ＢＲＩＣＨＯＳ结构域部位，含ＳＰ-Ｃ突变体的多囊小泡或被转运至细胞膜进而融合、释放出的ＳＰ-Ｃ突变体会抑制细胞膜的再吸收循环功能或经高尔基体转运至细胞内包涵体后被逐渐降解，这种突变不会影响ＢＲＩＣＨＯＳ结构域。这时，ＳＰ-Ｃ的合成仅轻度减少，肺组织损伤相对较轻。

１．２　ＳＦＴＰＢ　ＳＦＴＰＢ基因突变可引起致命性新生儿ＲＤＳ。也有报道ＳＦＴＰＢ基因多态性与早产儿ＲＤＳ密切相关。超过３０种ＳＦＴＰＢ基因（位于第２染色体上）突变在有先天性ＳＰ-Ｂ缺乏的患者中发现。最常见为１２１ｉｎｓ２基因突变，即在基因位置编码１２１的ｇ．１５４９的ＧＡＡ替换Ｃ。此点突变导致移码并在第６外显子产生提前终止翻译的密码子，生成一种易变ＲＮＡ转录物，使ｐｒｏＳＰ-Ｂ及成熟ＳＰ-Ｂ缺乏，并引起ｐｒｏＳＰ-Ｃ不完全表达。这一突变的基因频率估计为１／３０００～１／１０００。这一突变占ＳＰ-Ｂ缺乏症的７０％。在这些患者的肺组织中，成熟的ＳＰ-Ｂ往往检测不到，而却常能发现ＳＰ-Ａ和ｐｒｏＳＰ-Ｃ。基因遗传性ＳＰ-Ｂ缺乏导致足月新生儿严重

ＲＤＳ，对呼吸支持及表面活性物质替代治疗在内的治疗方法效果均不佳。胸片提示双肺野弥漫性磨玻璃样阴影，与肺透明膜病胸片表现一致。也有ｃ．６７３１２４８ｄｅｌ２９５９的ＳＦＴＰＢ基因突变，为外显子７．８上大的基因缺失，ｐｒｏＳＰＢ肽ｇｌｙ２２５ｌｙｓ３３４的缺失，由于细胞内路径和处理的异常导致成熟的ＳＰ-Ｂ和ＳＰ-Ｃ缺乏，也有报道外显子７．８上ＳＦＴＰＢ２９５８ｂｐ缺失导致足月新生儿严重ＲＤＳ。定量多重ＰＣＲ技术，如多重连接依赖探针扩增，导致大基因组重排疾病的检出率显著增加。本病的病理组织学改变与新生儿肺透明膜病不同，ＳＰ-Ｂ缺陷无透明膜形成，其肺泡内有大量蛋白沉积。免疫组织化学检查见ｐｒｏＳＰ-Ｂ和成熟ＳＰ-Ｂ明显减少或缺乏，肺泡腔内有ＳＰ-Ａ和ｐｒｏＳＰ-Ｃ的免疫显色物质沉积。

１．３　ＡＢＣＡ３　ＡＢＣＡ３为ＡＴＰ结合蛋白亚家族（ＡＢＣＡ）的成员３，ＡＢＣＡ３基因位于１６ｐ１３．３，含有３３个外显子，前３个外显子不翻译，编码１７０４个氨基酸的蛋白质，含有２个跨膜结构域和２个核苷酸结合结构域。ＡＢＣＡ３基因突变为常染色体隐性遗传。一个给定的家族，ＡＢＣＡ３大多数突变是唯一的，至今文献有超过２００种不同的突变。Ｅ２９２Ｖ（ｃ．８７５Ａ＞Ｔ）、ｐ．Ｒ２８８Ｋ（ｃ．８６３Ｇ＞Ａ）和ｐ．Ｒ１４７４Ｗ（ｃ．４４２０Ｃ＞Ｔ）是常见的引起儿童ＩＬＤ的突变。尤其以Ｅ２９２Ｖ（ｃ．８７５Ａ＞Ｔ）最常见，在美国和挪威的人群中Ｅ２９２Ｖ突变率约为０．４％；该突变在韩国或南非的人群中未发现。纯合或复合杂合ＡＢＣＡ３突变可引起新生儿呼吸衰竭和儿童ＩＬＤ。ＡＢＣＡ３Ｅ２９２Ｖ突变则与儿童期有ＩＬＤ、脱屑性间质性肺炎及ＮＳＩＰ特点的慢性肺疾病有关。有学者在一家系中发现ＡＢＣＡ３位于外显子２１的ｃ．２８９１Ｇ＞Ａ新的纯合突变，导致密码子９６４甘氨酸为天冬氨酸的改变（ｐ．Ｇｌｙ９６４Ａｓｐ）。该家系中女童１３岁诊断ＩＬＤ，其肺组织标本形态学上显示了普通ＩＬＤ的特征，而２个成年患者之一肺组织病理为ＮＳＩＰ。国内也报道了在１例１岁３个月起病的弥漫性肺疾病患儿中检测到了ＡＢＣＡ３新的复合杂合突变（ｃ．１７５５ｄｅｌＣ＋ｃ．２８９０Ｇ＞Ａ），１例８岁ＡＢＣＡ３患儿有肺纤维化和肺气肿伴ＰＡＨ。ＡＢＣＡ３复合杂合突变致肺纤维化和肺气肿，其突变为ｐ．Ｅ２９２Ｖ（ｃ．８７５Ａ＞Ｔ），另一突变为新的ｃ．３０８１＿３０９２ｄｅｌｉｎｓＣＧ（ｐ．Ｓｅｒ１０２８Ｖａｌｆｓ１０３）即密码子１０２８的１０３个氨基酸终止密码子。多数有ＡＢＣＡ３基因突变的婴儿在出生后早期即表现为严重呼吸窘迫和发绀，临床表现与ＳＰＢ缺乏的患者一致。胸片表现为弥漫性肺泡疾病及肺不张，多数婴儿在出生１个月内死亡。如１例Ｌ７９８Ｐ／Ｒ１６１２Ｐ复合杂合引起新生儿ＲＤＳ，病理表现为脱屑性间质性肺炎，出生１０１ｄ死亡；１例ＡＢＣＡ３Ｇ９６４Ｓ和Ｌ４６２Ｒ复合杂合引起新生儿ＲＤＳ，１例出生２个月死亡的ＲＤＳ患儿肺活检为婴儿慢性肺炎，基因测序为ＡＢＣＡ３ｃ．３９９７３９９８ｄｅｌ（ｐ．Ａｒｇ１３３３Ｇｌｙｆｓ２４）的突变。也有ＩＶＳ２５９８Ｃ＞Ｔ纯合突变引起新生儿呼吸衰竭的报道。

研究发现，不同ＡＢＣＡ３突变患者疾病的临床表现和严重程度不一，与基因型有关。该研究在１８５例不同ＡＢＣＡ３突变患者中发现，１００％ＡＢＣＡ３的２个等位基因突变均为无效的患者表现为严重的表型，其特点为出生时有症状，１岁时呼吸衰竭已导致死亡或已有肺移植；而基因型为无效／其他或其他／其他的ＡＢＣＡ３突变的患者，７５％出生时为严重的表型，６２％１岁时死亡或行肺移植。如１例ＡＢＣＡ３外显子９的ｐ．Ｔｒｐ３０８Ａｒｇ（ｃ．９２２Ｔ＞Ｃ）纯合突变引起新生儿ＲＤＳ，经气管切开呼吸支持和经胃肠喂养１３个月仍存活的病例。另有２兄妹同一ＡＢＣＡ３的ｃ．３３４７Ｃ＞Ｔ（ｐ．Ｓｅｒ１１１６Ｐｈｅ）纯合错义突变，出生后不久均出现呼吸困难而死亡。也有同一基因突变具有不同的表型。杂合ＡＢＣＡ３也可以作为一个ＳＦＴＰＣ突变的表型相关的修饰基因，如ＡＢＣＡ３杂合突变在患有ＳＦＴＰＣＩ７３Ｔ导致其肺部疾病病情比家族单纯患有ＳＦＴＰＣＩ７３Ｔ的其他成员病情更为严重。ＡＢＣＡ３缺乏的肺组织病理学表现与发病年龄和基因突变类型有关，小婴儿主要表现为ＰＡＰ和脱屑性间质性肺炎（ＤＩＰ），大婴儿表现为ＤＩＰ和ＮＳＩＰ，年长儿主要为ＮＳＩＰ。在超微结构水平，患有ＡＢＣＡ３相关疾病的患者肺Ⅱ型细胞中缺乏正常板层小体，而囊泡结构内存在电子致密体，这二者均是该疾病的特点，有可能是板层体缺乏脂质组成造成的，这对ＡＢＣＡ３相关疾病的初步诊断有着重要意义。ｐ．Ｄ２５３Ｈ突变的患者电镜下的板层小体密度异常，在ｐ．Ｄ２５３Ｈ和ｐ．Ｔ１１７３Ｒ转染细胞均有板层小体密度异常，说明ＡＢＣＡ３异常可引起板层小体异常。也有ＡＢＣＡ３基因突变，其板层小体无明显异常，如ＡＢＣＡ３基因的ｐ．Ｒ２８８Ｋ（ｃ．８６３Ｇ＞Ａ），ｐ．Ｒ１４７４Ｗ（ｃ．４４２０Ｃ＞Ｔ）位点突变引起ＡＴＰ酶活性的改变，但有正常ＡＢＣＡ３蛋白的加工和运输，电镜下这２种突变与Ｅ２９２Ｖ有板层小体的囊泡样存在，但Ｌ１０１Ｐ突变的板层小体为无明显囊泡的密度异常的改变。ＡＢＣＡ３突变可引起ＡＢＣＡ３蛋白加工和运输的异常，ＡＢＣＡ３蛋白功能如ＡＴＰ酶活性的改变，或脂质转运的受损。ＡＢＣＡ３基因突变可以分为２类：类型Ⅰ为细胞内定位异常，如Ｌ１０１Ｐ、Ｌ９８２Ｐ、Ｌ１５５３Ｐ、Ｑ１５９１Ｐ突变；类型Ⅱ为细胞定位正常，但ＡＴＰ水解活性异常，如Ｅ２９２Ｖ、Ｒ２９５Ｃ、Ｎ５６８Ｄ、Ｔ１１１４Ｍ、Ｒ２８８Ｋ、Ｒ１４７４Ｗ、Ｇ１２２１Ｓ、Ｌ１５８０Ｐ和Ｅ６９０Ｋ突变。ＡＢＣＡ３缺乏证明是与ＳＰ-Ｂ和ＳＰ-Ｃ异常处理有关，导致ｐｒｏＳＰ-Ｂ聚集和成熟ＳＰ-Ｃ缺乏。Ｒ２８０Ｃ和Ｌ１０１Ｐ突变导致体外培养的肺上皮细胞ＡＢＣＡ３蛋白转运或折叠异常，滞留在内质网中，增加了内质网的应激性、损伤易感性和凋亡标志物表达，促进细胞死亡。ＡＢＣＡ３基因突变导致肺上皮细胞的完整性和功能受到破坏，且表现出间质细胞的特点。

未完待续。。。

编辑首都医科医院

呼吸科秦强