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

大腦不僅調節(jié)身體的大部分功能，也是人類認知和思想的中心，定義人的個性、行為和社會交往，因此大腦是人類的重要器官。人類大腦皮層的發(fā)育是一個復雜而組織嚴密的過程。在這個過程中的任何重要步驟的中斷都可能導致廣泛的皮層發(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表現(xiàn)、異常的發(fā)育步驟，以及涉及的基因和信號通路等[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 基因突變導致的皮層廣泛畸形，說明神經(jīng)元增殖、遷移及隨后的重組連接這些步驟之間并沒有明確的分界[2]。這些發(fā)現(xiàn)支持了MCD 相關基因參與了皮層發(fā)育的各個階段的觀點。本文針對胎兒大腦皮層發(fā)育畸形的特點，對幾種常見MCD 類型的表型及遺傳學病因進行綜述，為臨床診治及進一步病因學研究提供參考。

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)育異常所導致的疾病，病因可能是基因突變、感染、缺血或毒性反應而引起大腦皮層發(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、結構畸形為特征。MCD 的分類包括小頭畸形、無腦回畸形（“平滑大腦”，lissencephaly，LIS）、巨腦回畸形、多小腦回畸形、腦室周圍結節(jié)性異位（periventricular nodular heterotopia，PNH）、結節(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、學習困難及認知障礙。

胎兒大腦皮層發(fā)育包括3 個相互交叉的階段：神經(jīng)元細胞增殖、遷移和結構形成。目前的MCD分類主要是建立在這3 個皮層發(fā)育階段的基礎上的，當神經(jīng)元細胞在增殖、遷移、遷移后的組織過程中受到干擾時，就會形成有缺陷的大腦皮層[4]。如神經(jīng)元增殖異?？蓪е滦☆^畸形、半側巨腦畸形；神經(jīng)元遷移失敗可導致腦室旁灰質異位、LIS 及帶狀灰質異位；遷移后皮層異常構架可導致多小腦回、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)前針對胎兒的臨床檢測主要為超聲或磁共振等影像學檢查，而影像學檢查在胎兒MCD 具有無法診斷功能性異常、不能實現(xiàn)早期診斷等特點。如合并功能性異常，往往難以治愈，給家庭及社會帶來重大負擔。不能早期診斷，可導致圍產(chǎn)兒病死率升高、出生缺陷率升高及引產(chǎn)孕周過大造成母體損傷等不良后果。因此臨床診斷結合遺傳學檢查是一個可實現(xiàn)早期診斷，并可評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的影像學及分子診斷

分子診斷對于理解MCD 的生物學通路和開發(fā)新的治療方法是必要的，理想的MCD 分類應該并最終將依賴于生物學通路的知識，但研究對MCD 遺傳基礎的了解仍然有限。如微管蛋白?。╰ubulinopathies）屬于同一類基因的致病性突變導致（TUBA1A、TUBB2A、TUBB2B、TUBB3、TUBB5、TUBG1 或TUBA8），但大腦皮層發(fā)育異?？杀憩F(xiàn)為LIS、多小腦回畸形等[6]。目前，有超過100 個基因與MCD 的病因相關[4]。涉及的信號通路包括細胞周期調控（特別是有絲分裂和細胞分裂）、細胞凋亡、細胞骨架結構和功能、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)基因編碼的蛋白質在神經(jīng)發(fā)育過程中起重要作用，如細胞周期調節(jié)、神經(jīng)元遷移和極化。經(jīng)典研究的LIS1 等基因，突變時可導致LIS。而需要注意的是，MCD 基因中與巨腦回畸形有關的基因突變時，可出現(xiàn)體細胞嵌合，表現(xiàn)為局灶性皮層發(fā)育異?；虬雮染弈X回畸形[7]。

2.1 小頭畸形

小頭畸形是MCD 最常見的一種類型?；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（語言、站立、行走等）、聽力缺失等。小頭畸形的發(fā)病率不高，據(jù)統(tǒng)計美國每10 000 個新生兒中有2 ～12 例患有小顱畸形，但目前在臨床上尚無有效的治療手段[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 患者的腦的結構是完整的，改變的只是腦的體積[10]。

到目前為止，有25 個基因的突變與MCPH 有關[4]。這些基因主要在細胞分裂過程中表達，突變導致神經(jīng)發(fā)生、細胞周期檢查點、中心體和紡錘體定位的中斷。結果是一個結構正常的大腦，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6.2 kb，有28 個外顯子，編碼3477 個氨基酸（Ensemble， GRCh38/hg38）。該基因能正向調控Wnt 信號通路，通過參與調控對稱性及不對稱性神經(jīng)元分裂，在神經(jīng)元增殖、遷移中起著至關重要的作用。動物模型中ASPM 的敲除，可導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，如CEP63[13]、編碼細胞骨架蛋白的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。LIS 的類型包括無腦回、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 患者有嚴重的先天性小頭畸形，這種情況被稱為小無腦回畸形。LIS 相關的遺傳綜合征包括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較為輕微且皮質下結節(jié)性異位常為單側或不對稱[20]。

腦皮層受累部位、性別和相關的畸形對于鑒別不同的遺傳形式有重要作用。DCX、ACTB 和ACTG1 的突變導致腦前部畸形較腦后部畸形嚴重，而LIS1、TUBA1A、TUBG1、DYNC1H1 等基因的突變則導致腦后部的畸形更為嚴重[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。該基因最嚴重的突變可導致大腦表面完全光滑，沒有明顯的腦溝形成[23]。

LIS、皮質下帶異位和無腦回畸形伴小腦發(fā)育不全通常是遺傳性的。約90%的患者與12 種LIS 相關基因有關，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數(shù)目過多且體積過小，其發(fā)病機制尚不明確。由于皮質過度折疊，多小腦回皮質常出現(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)，皮質可能不會出現(xiàn)特別增厚。MRI 發(fā)現(xiàn)腦白質彌漫性異常信號提示宮內感染（如巨細胞病毒）、過氧化物酶體疾病、幾種罕見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信號[25]。

多小腦回癥有幾種分布模式[26]。最常見的是雙側近外側裂處多小腦回，從分布于近外側裂后部區(qū)域（4 級），到整個外側裂區(qū)域（3 級），到從外側裂區(qū)域延伸到其他大腦區(qū)域但不包括額枕葉（2 級），再到大部分大腦，包括額枕葉（1 級）。然而，近外側裂區(qū)域總是受影響最嚴重的。此外，近外側裂多小腦回可以是雙側對稱、雙側不對稱或單側的。其他類型幾乎都是雙側對稱的，包括廣泛性、額葉、枕葉、頂枕側和罕見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、影像學和臨床異質性表明，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）和巨細胞病毒感染等外因有關。這兩種原因都可能導致多小腦回癥而不合并裂腦畸形。巨細胞病毒可能是多小腦回癥常見的原因之一。②與多小腦回癥相關的拷貝數(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系較為密切[29]。除此之外，2p13p23 重復，4q21q22、6q26q27、13q3、18p11、21q2 缺失也曾報道與多小腦回癥相關。這些CNV 的相關致病基因尚未被確定。③與多小回腦癥相關的單基因病，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重表型的代謝性疾病有關，包括Zellweger 綜合征、新生兒腎上腺白質畸形、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?shù)奈恢谩Ｉ窠?jīng)元異位的其他主要類型包括皮質下結節(jié)性異位和軟腦膜周圍膠質神經(jīng)元異位。然而，PNH 是唯一一種基因型和表型關聯(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PNH，側腦室下角除外，輕度小腦蚓部發(fā)育不全伴大枕大池[32]。罕見常染色體隱性遺傳性雙側PNH 患者可伴有嚴重先天性小頭畸形，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。在未合并其他顱內畸形的PNH 患者中，主要臨床表現(xiàn)為癲癇和學習困難，發(fā)育遲緩則較為少見。當合并小頭畸形或其他顱內畸形時，大多合并認知障礙。在所有類型的PNH 中，最常見的臨床表現(xiàn)是癲癇，據(jù)報道有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。結節(jié)本質上是致癇性的，并且經(jīng)常參與復雜的致癇網(wǎng)絡，使得癲癇的手術治療特別困難[34]。

最常見的彌散性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)個例外，通常有正常的智力，但可能有學習困難。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，認知障礙在男性患者中比女性更為常見?？偟膩碚f，49%的經(jīng)典雙側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MCD遺傳學檢測的影響

對于大腦的遺傳學研究，以往大多采取抽取患者外周血進行基因檢測為主。然而大腦皮層的病變可能為局灶性的，其致病機制為局部體細胞突變導致的皮層發(fā)育異常[37]。這種情況下，抽取外周血進行基因檢測往往難以找到致病基因。因此，對于局灶性的大腦病變，取病變大腦組織進行基因檢測，或對羊水、臍帶血或外周血細胞行高深度的測序，才可能檢出致病基因。

4 胎兒MCD的產(chǎn)前檢測方法

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

以上研究均證實WES 在胎兒MCD 中應用的有效性。然而，因為基因的異質性及不完全外顯等原因，對MCD 胎兒進行產(chǎn)前基因檢測仍有較大難度，由于胎兒的表型僅能通過B 超、MRI 等影像學檢查評估結構異常情況，對于功能異常及代謝異常等臨床表現(xiàn)檢測不到。但是，由于胎兒時期發(fā)現(xiàn)的MCD 臨床表現(xiàn)可能會較兒童及成人時期診斷的更重，因此WES 可能會發(fā)現(xiàn)更多的未曾報道的致病基因。

5 總結

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