康小翠 徐昳 林璦琪 馮笑抄 韓翔

FBN1基因突變可導(dǎo)致其編碼的蛋白fibrillin-1異常，引起一系列Ⅰ型纖維蛋白病，包括馬凡綜合征(MFS)、顯性Weill-Marchesani綜合征、Geleophysic異型增生、硬皮病、晶狀體異位等，其中以MFS最為常見。MFS是一種可累及多器官、多系統(tǒng)的常染色體顯性遺傳病。臨床中，典型的MFS主要累及骨骼、心血管、眼、皮膚、肺等。FBN1基因突變類型多樣，致病機(jī)制仍需深入挖掘，MFS及相關(guān)臨床表型錯綜復(fù)雜，因此，本文對三者的相關(guān)性進(jìn)行綜述，旨在為將來深入研究奠定基礎(chǔ)。

一、FBN1基因、fibrillin-1結(jié)構(gòu)及生物學(xué)意義

1.FBN1基因及fibrillin-1結(jié)構(gòu)及作用

FBN1基因位于人類第15號常染色體，含有65個外顯子(exons)，1991年Sakai最先從人胎盤cDNA克隆出FBN1基因[1]。FBN1基因編碼的fibrillin-1由K?hler和Milstein于1975年首次提出并命名。fibrillin-1是長度為350 kD的大分子肽鏈，結(jié)構(gòu)包括1個脯氨酸富集結(jié)構(gòu)域、2個雜合結(jié)構(gòu)域、47個表皮生長因子樣(EGF)結(jié)構(gòu)域[2]、7個轉(zhuǎn)化生長因子β結(jié)合蛋白樣結(jié)構(gòu)域(TB)以及首尾的N端和C端。EGF結(jié)構(gòu)域中具有特征性保守半胱氨酸殘基，兩兩形成二硫鍵；43個EGF結(jié)構(gòu)域?yàn)殁}結(jié)合序列(cb-EGF)，能與Ca2+特異性結(jié)合，這些結(jié)構(gòu)有利于fibrillin-1肽鏈維持結(jié)構(gòu)穩(wěn)定及發(fā)揮功能。人類fibrillin-1肽鏈第4個TB(TB4)中含有唯一甘氨酸-精氨酸-天冬氨酸位點(diǎn)(RGD)，該位點(diǎn)可通過與整合素結(jié)合上調(diào)基質(zhì)金屬蛋白酶(MMP)表達(dá)[3]。Fibrillin-1作為細(xì)胞外基質(zhì)(ECM)的組成成分之一，經(jīng)過自身折疊后參與微纖維和彈性纖維的形成。彈性纖維與膠原纖維共同構(gòu)成結(jié)締組織支架，廣泛分布于各器官及系統(tǒng)中[4]。Fibrillin-1和彈性纖維具有獨(dú)一無二的兩種功能：(1)結(jié)構(gòu)上賦予組織拉伸的強(qiáng)度和彈性；(2)與機(jī)械感受器、整合素和多配體聚糖受體相互作用，調(diào)節(jié)局部轉(zhuǎn)化生長因子-β(TGF-β)信號的生物利用度以調(diào)節(jié)細(xì)胞活性[5]。

2.fibrillin-1與整合素介導(dǎo)的信號轉(zhuǎn)導(dǎo)通路

內(nèi)皮細(xì)胞整合素和細(xì)胞內(nèi)Ca2+水平在胚胎發(fā)育和血管生成過程中具有重要意義[6]，fibrillin-1與內(nèi)皮細(xì)胞結(jié)合在動脈形態(tài)發(fā)生和生理過程中起重要作用[7]，二者相互作用可能導(dǎo)致MFS血管功能障礙和血管重塑的發(fā)生。含有RGD的fibrillin-1片段可通過與整合素結(jié)合調(diào)節(jié)細(xì)胞粘附和擴(kuò)散[8]。其中，涉及的整合素分別為成纖維細(xì)胞中的αvβ3和α5β1、平滑肌細(xì)胞中的β1[9-10]和內(nèi)皮細(xì)胞中的αv、α5及β1[11]。進(jìn)一步支持該假說的證據(jù)包括：(1)突變?yōu)槠渌⒗w維成分(如fibulin-5或emilin-1)的小鼠出現(xiàn)嚴(yán)重的血管發(fā)育和結(jié)構(gòu)異常[12-13]；(2)彈性纖維的另一個主要成分彈性蛋白相關(guān)的基因突變會導(dǎo)致Weill-Marchesani綜合征，彈性蛋白片段和fibrillin-1已被證明會影響血管及其他類型細(xì)胞中Ca2+信號轉(zhuǎn)導(dǎo)、增殖等功能[14]；(3)主動脈微纖維以及含有RGD片段的fibrillin-1可誘導(dǎo)內(nèi)皮細(xì)胞胞漿和細(xì)胞核內(nèi)游離Ca2+水平顯著升高，且呈劑量依賴性[5]。眾所周知，細(xì)胞核的Ca2+水平升高可以調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)錄因子的活性，刺激基因表達(dá)和細(xì)胞增殖，由此可推斷fibrillin-1或可促進(jìn)細(xì)胞增殖。

3.fibrillin-1與TGF-β信號轉(zhuǎn)導(dǎo)通路

fibrillin-1可通過調(diào)節(jié)TGF-β的生物利用度和局部活性參與TGF-β信號轉(zhuǎn)導(dǎo)通路。TGF-β家族由潛伏相關(guān)肽(LAP)和成熟的TGF-β組成，形成小的潛伏復(fù)合物(SLC)，再與潛在的TGF-β結(jié)合蛋白(LTBP)結(jié)合后，組成巨大的潛在復(fù)合物(LLC)并通過LTBP的C-端結(jié)構(gòu)域與ECM結(jié)合。通常情況下，TGF-β細(xì)胞因子以非活性形式分泌，LLC錨定在fibrillin-1的細(xì)胞外基質(zhì)上[15]。彈性蛋白酶和(或)某些生理刺激能導(dǎo)致fibrillin-1降解，釋放活性TGF-β并作為病理生理反應(yīng)的中樞調(diào)節(jié)器，上調(diào)TGF-β、結(jié)締組織生長因子(CTGF)和ECM的表達(dá)。MFS中FBN1基因突變后導(dǎo)致fibrillin-1異常斷裂，TGF-β隔離失敗，釋放出更多的TGF-β。過量的TGF-β后續(xù)可通過經(jīng)典的Smad信號轉(zhuǎn)導(dǎo)通路或非經(jīng)典的ERK1/2(細(xì)胞外調(diào)節(jié)蛋白激酶1/2)通路將細(xì)胞外信號傳遞至細(xì)胞核內(nèi)，并形成正反饋，導(dǎo)致信號通路級聯(lián)擴(kuò)大。TGF-β信號轉(zhuǎn)導(dǎo)通路的過度活躍是MFS發(fā)病的核心機(jī)制[16]。

4.FBN1突變類型

目前已有2 700多種FBN1基因突變和1 096種相應(yīng)的fibrillin-1蛋白變體被報道[17]。FBN1基因突變可大致分為以下幾類：(1)錯義突變(55%)：最為常見，若影響cb-EGF結(jié)構(gòu)域中高度保守的半胱氨酸，導(dǎo)致fibrillin-1蛋白水解酶降解增加[18]；(2)移碼突變或無義突變(25%)：可能過早產(chǎn)生終止密碼子，導(dǎo)致fibrillin-1截短變異，截短的轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物通常被非編碼mRNA衰變機(jī)制降解，導(dǎo)致fibrillin-1表達(dá)減少或不表達(dá)[19]；(3)剪切位點(diǎn)突變(11%)：導(dǎo)致框內(nèi)外顯子跳躍，fibrillin-1肽鏈缺乏完整cb-EGF結(jié)構(gòu)域[20]；(4)單個或多個外顯子片段基因組缺失，以及較罕見的整個FBN1基因組缺失[21]。值得注意的是，fibrillin-1整條肽鏈均可發(fā)生突變，但致病性突變大多累及保守的半胱氨酸。

二、FBN1動物模型和人類誘導(dǎo)多能干細(xì)胞模型

早在1993年，Aoyama等[22]即已認(rèn)為在MFS中FBN1基因突變以顯性-負(fù)效應(yīng)方式影響fibrillin-1及微纖維組裝。Eldadah等[23]的體外試驗(yàn)結(jié)果支持該假說：利用來自嚴(yán)重MFS患者突變的FBN1基因通過穩(wěn)定轉(zhuǎn)染在正常人和鼠成纖維細(xì)胞中表達(dá)，對細(xì)胞系行免疫組化染色發(fā)現(xiàn)fibrillin-1的沉積顯著減少，細(xì)胞微纖維結(jié)構(gòu)紊亂。該實(shí)驗(yàn)結(jié)果說明FBN1等位基因的表達(dá)足以破壞正常的微纖維組裝并重現(xiàn)MFS細(xì)胞表型。Pereira等[24]在1997年制作出了FBN1 exons 19～24缺失的小鼠模型(稱之為mgΔ小鼠)，雜合子小鼠FBN1基因轉(zhuǎn)錄水平較正常小鼠低90%，純合子小鼠則于嬰兒期就死于主動脈夾層。Cikach等[25]制造出mgR小鼠模型，純合小鼠的fibrillin-1表達(dá)量約為20%，可迅速進(jìn)展為升主動脈瘤，且骨骼和肺表現(xiàn)出不完全性MFS特征，病理研究發(fā)現(xiàn)了巨噬細(xì)胞浸潤、內(nèi)膜增生、彈性纖維斷裂、介質(zhì)鈣化和蛋白多糖積聚等病理改變；雜合小鼠(mgR/+)可正常存活及繁殖，且與野生型在形態(tài)上難以區(qū)分。有研究認(rèn)為，F(xiàn)BN1基因突變后fibrillin-1水平一旦低于某個臨界閾值，主動脈瘤和夾層就會發(fā)生[26]。

除顯性-負(fù)效應(yīng)外，F(xiàn)BN1基因突變亦可通過單倍體不足方式導(dǎo)致MFS。酵母人工染色體轉(zhuǎn)基因技術(shù)在正常小鼠中過表達(dá)人類致病性FBN1基因突變(C1663R)后，小鼠并未出現(xiàn)任何異常。同源重組技術(shù)產(chǎn)生具有錯義突變(C1039G)雜合子小鼠，結(jié)果則顯示微纖維沉積受損，骨骼畸形，主動脈壁結(jié)構(gòu)進(jìn)行性惡化，靶向再現(xiàn)了MFS表型。Jude等[27]認(rèn)為野生型fibrillin-1單倍體不足是微纖維組裝失敗的主要決定因素。

2006年Takahashi等[28]成功誘導(dǎo)生成人類多能干細(xì)胞(iPSC)后，為相關(guān)遺傳性疾病研究開辟了新道路?；颊邅碓囱苌膇PSC具有與患者相同的突變，對特定基因表達(dá)起決定性作用，是體外驗(yàn)證基因突變功能導(dǎo)致功能改變的絕佳方式。2012年，Quarto等[29]將患者皮膚成纖維細(xì)胞通過Yamanaka因子重新編程為iPSC并誘導(dǎo)分化為骨骼肌細(xì)胞，模擬了MFS患者骨骼肌方面表型，證實(shí)FBN1基因突變后抑制骨骼肌成骨分化，促進(jìn)軟骨發(fā)育。同年，Quarto等[30]證明骨形態(tài)發(fā)生蛋白-2(BMP-2)信號外源性激活后能夠逆轉(zhuǎn)MFS胚胎干細(xì)胞和MFS患者特異性誘導(dǎo)的多能干細(xì)胞中TGF-β介導(dǎo)的成骨抑制作用。Granata等[31]將患者來源iPSC誘導(dǎo)分化為血管平滑肌細(xì)胞，利用該體外模型及Crispre-Cas9基因編輯技術(shù)，提出了MFS治療的新靶點(diǎn)p38絲裂原活化蛋白激酶(p38 MAPK)和轉(zhuǎn)錄因子Krüppel樣因子(KLF4)，對于未來新藥研發(fā)具有重大指導(dǎo)意義。隨著人誘導(dǎo)的具有特定FBN1突變的多能干細(xì)胞系日益增加[32-33]，利用這些細(xì)胞系或可加速對FBN1突變后致病性的研究進(jìn)程。

三、MFS及其相關(guān)綜合征表型與基因型

1.MFS及其相關(guān)綜合征臨床表現(xiàn)

MFS是一種相對普遍的常染色體顯性結(jié)締組織病，發(fā)病率約為1/5 000[34]。典型的MFS臨床上主要累及以下幾個系統(tǒng)：(1)心血管系統(tǒng)：胸主動脈瘤(TAA)、動脈夾層、二尖瓣脫垂以及心功能不全；(2)骨骼：不規(guī)則線性骨生長、四肢纖長、嚴(yán)重肢體、前胸壁、脊柱畸形；(3)眼睛：晶狀體異位、高度近視；(4)其他：聲調(diào)下降、自發(fā)性氣胸、復(fù)發(fā)性疝等[2]。

2.FBN1與MFS基因型和表型關(guān)系

由于FBN1基因突變及MFS臨床癥狀的復(fù)雜性，諸多學(xué)者進(jìn)行了基因型-表型相關(guān)性研究。2007年，一項(xiàng)納入1 013例MFS患者的大型國際研究初步揭示了FBN1基因突變位點(diǎn)及突變類型與MFS表型的內(nèi)在聯(lián)系。exons 60～62之間框內(nèi)缺失導(dǎo)致臨床表現(xiàn)較輕的不完全性MFS，exons 24～53、32～38之間框內(nèi)缺失往往導(dǎo)致嚴(yán)重的新生兒MFS，exons 44～46之間的缺失導(dǎo)致更為嚴(yán)重的表型，在嬰兒期出現(xiàn)典型MFS癥狀并迅速進(jìn)展[21]。Palz等[35]報道，3’末端基因突變常導(dǎo)致較輕型表型。Comeglio等[36]對508例患者進(jìn)行FBN1突變篩選，發(fā)現(xiàn)MFS組患者的FBN1突變(90/110)全部位于exons 24～32；不完全性MFS組患者的FBN1突變(84/315)頻率較MFS低且多位于FBN1的3’端(exons 59～65)；晶狀體異位組突變多位于exons 1～15。Gao等[37]通過文獻(xiàn)檢索亦發(fā)現(xiàn)導(dǎo)致心血管事件的突變多位于exons 43～65及exons 24～32，且患者癥狀較重，與前期報道結(jié)果相符。近期Siegert等[38]提出除編碼區(qū)突變可導(dǎo)致疾病發(fā)生，如3’端非編碼區(qū)(3’UTR)突變可導(dǎo)致MFS主動脈瘤的形成。由此可見，F(xiàn)BN1突變位置與疾病嚴(yán)重程度具有很大相關(guān)性：外顯子中段突變較兩端突變表型嚴(yán)重，非編碼區(qū)主要與動脈瘤相關(guān)。

四、小結(jié)

FBN1基因編碼的fibrillin-1在維持組織結(jié)構(gòu)的完整性及發(fā)揮指導(dǎo)作用方面具有重要意義。FBN1基因突變種類極其多樣，其突變位置及類型與MFS表型密切相關(guān)。目前針對FBN1基因型-MFS表型的相關(guān)性研究已取得階段性進(jìn)展，基因檢測對于患者臨床癥狀及預(yù)后的預(yù)測具有一定準(zhǔn)確性。雖然目前尚無針對基因型的精準(zhǔn)治療方案，但是針對MFS的遺傳學(xué)及病理學(xué)機(jī)制的深入研究將極大提高臨床診斷的準(zhǔn)確性，并為MFS治療手段的研發(fā)指明方向。