先天性脊柱側(cè)凸是指由于胎兒時期脊椎發(fā)育不良所造成的脊柱一個或多個節(jié)段的側(cè)方彎曲。臨床上將由于胚胎時期椎體結(jié)構(gòu)異常導(dǎo)致脊柱彎曲＞10°定義為CS。CS既可單獨存在，也可與其他先天性畸形、器官缺陷綜合征（如Alagille綜合征、Klippel-Feil綜合征和VACTERL綜合征等）相伴發(fā)生。CS在活產(chǎn)嬰兒中的發(fā)生率約為1/1000，其病因未明，但近年的研究表明可能與遺傳因素、環(huán)境因素以及發(fā)育異常密切相關(guān)。筆者綜述近年來CS病因?qū)W研究方面的新進展，為相關(guān)研究提供參考。

　　遺傳因素

　　遺傳學(xué)證據(jù)  流行病學(xué)資料發(fā)現(xiàn)，CS主要呈散發(fā)狀態(tài)，但也有家族性聚集現(xiàn)象。Shahcheraghi等對60例CS患者的家系調(diào)查發(fā)現(xiàn)，CS患者中有8%的患者有家族史，40%患者的父母為近親結(jié)婚。另一組對237例CS患兒的調(diào)查資料顯示，有20.7%的患兒有脊柱畸形家族史，其中17.3%有特發(fā)性脊柱側(cè)凸的家族史。一項針對1753例CS伴發(fā)多發(fā)性先天畸形患者的細胞遺傳學(xué)研究表明，有114例脊柱側(cè)凸與染色體缺失有關(guān)，2p13-15、6p13或15p12三個區(qū)段的點突變或單倍劑量不足與脊柱側(cè)凸存在明顯相關(guān)性。以上證據(jù)均說明CS患病因素中遺傳致病因素是不可忽略的。

　　遺傳模式  雖然有學(xué)者認為CS呈常染色體顯性或隱性遺傳，但其遺傳模式總體上并不清楚，目前的主流研究支持CS為多基因遺傳。有一種伴有CS的少見綜合征———脊柱肋骨發(fā)育不良的遺傳學(xué)模式研究則較為清楚。SCD可以分為四種亞型，皆為常染色體單基因隱性遺傳，其突變基因分別是DLL3（Ⅰ型）、MESP2（Ⅱ型）、LFNG（Ⅲ型）、HES7（Ⅳ型），這些基因均為NOTCH信號通路的相關(guān)基因。NOTCH信號通路在多種組織及器官發(fā)育早期對器官的發(fā)生、發(fā)育及細胞凋亡起著重要作用，當(dāng)MESP2、HES7和DLL3等核心基因表達異常時，體節(jié)發(fā)育過程中軟骨內(nèi)成骨明顯受限。對SCD這種伴脊柱畸形的遺傳病的研究，為CS遺傳模式提供了重要信息，提示這些基因在脊柱的正常發(fā)育中起著重要作用。

　　致病基因的篩查  通過全基因組測序、全基因組外顯子測序、全基因組關(guān)聯(lián)分析等多種測序手段，結(jié)合斑馬魚模型和點突變小鼠等多種模式動物實驗，研究者們已經(jīng)篩選出一些與CS發(fā)病相關(guān)的致病基因。Maisenbacher將DLL3作為候選基因，對46例CS患者進行DLL3基因測序，發(fā)現(xiàn)了一個新的高度保守的錯義突變。Sparrow等通過點突變小鼠模型的驗證實驗發(fā)現(xiàn)，HES7為NOTCH的效應(yīng)基因，編碼HES轉(zhuǎn)錄抑制因子，當(dāng)HES7的單倍劑量不足時，可通過干擾成纖維細胞生長因子的表達導(dǎo)致胚胎體節(jié)發(fā)育的缺陷，并最終引起小鼠的CS畸形。

　　Dunty等發(fā)現(xiàn)，WNT3A基因也可能與體節(jié)發(fā)育及CS相關(guān)，WNT3A/β-catenin通路通過激活DLL1和TBX6的活性來調(diào)節(jié)體節(jié)界限決定基因MESP2和Ripply2的表達，并最終決定體節(jié)發(fā)育過程的邊界形成。邱貴興等通過全基因組外顯子測序及比較基因組雜交芯片的方法，鎖定了TBX6基因可能與CS相關(guān)。TBX6基因全稱為T-box6，位于16p11.2，主要分布于胞核，翻譯產(chǎn)物作為轉(zhuǎn)錄因子參與中胚層發(fā)育，并對形態(tài)發(fā)生過程進行轉(zhuǎn)錄調(diào)控。該課題組發(fā)現(xiàn)，TBX6基因存在一種包含了三個非同義突變的單倍體，當(dāng)該單倍體與另一條染色體上的無效突變同時存在時，攜帶者全部出現(xiàn)側(cè)凸畸形，且表型皆為半椎體畸形。TBX6的發(fā)現(xiàn)，可以解釋該課題組研究所涉及病例中11%CS的形成。

　　環(huán)境因素

　　環(huán)境因素特別是母親在妊娠早期所處某些環(huán)境因素對CS的發(fā)病有重要影響。已經(jīng)被證明與椎體發(fā)育缺陷相關(guān)的主要環(huán)境因素包括低氧、酒精、維生素缺乏、高熱、糖尿病等。環(huán)境致畸因素導(dǎo)致CS的機制非常復(fù)雜，不同的致畸因素可能通過作用于不同的分子信號通路來影響相關(guān)基因的表達，并最終導(dǎo)致脊柱軸向發(fā)育的畸形。致畸因素對胚胎的影響可能是通過分子模擬的模式，或者通過干擾細胞發(fā)育的過程，包括細胞分裂、表觀遺傳學(xué)修飾、信號轉(zhuǎn)導(dǎo)等。雖然具體致病機制尚未明確，但研究表明，胚胎期的各種環(huán)境致病因素是CS不可忽略的致病因素。

　　低氧  在器官形成的早期，隨著胚胎血液循環(huán)的發(fā)生，胚胎經(jīng)歷了從無氧呼吸到有氧呼吸的轉(zhuǎn)變。在器官形成過程中，神經(jīng)管和體節(jié)中胚層比周圍組織代謝更為活躍，若在此期間出現(xiàn)缺氧，有可能導(dǎo)致體節(jié)發(fā)育異常出現(xiàn)CS。Rivard在低氧處理小鼠的實驗中發(fā)現(xiàn)小鼠脊柱出現(xiàn)半椎體畸形，且這種畸形發(fā)生于脊椎發(fā)育中的軟骨形成階段，約在小鼠胚胎期的e8.5d~e9.5d，與人類胸腰椎發(fā)生的時間相吻合。

　　Sparrow等將受孕9.5d的雌鼠在8%的大氣氧壓中暴露8h，在受孕后第14.5天觀察發(fā)現(xiàn)，大部分小鼠出現(xiàn)輕重不等的先天性脊柱畸形，包括肋骨發(fā)育不全、椎體融合及半椎體畸形等。在同一實驗中，Sparrow將正常小鼠及MESP雜合突變小鼠分別進行低氧處理后發(fā)現(xiàn)，MESP雜合突變小鼠無論是出現(xiàn)畸形的比例還是畸形的嚴重程度均較正常小鼠顯著增加；分別對HES7、DLL3、DLL1及NOTCH1雜合突變小鼠進行低氧壓處理，也觀察到了畸形比例及嚴重程度增加的情況，提示低氧可增加具有易感基因小鼠的脊柱畸形的比例及嚴重程度。

　　維生素缺乏  維生素A及其衍生物在生命中的必要性已經(jīng)被研究得十分透徹。最近，關(guān)于視黃酸的研究進展進一步加深了人們對維生素A在椎體發(fā)育過程中的作用的認識。視黃酸受體與類維生素A受體間的相互作用對視黃酸受體轉(zhuǎn)錄因子在基因水平調(diào)節(jié)維生素A的功能有明顯影響。Clagett-Dame等發(fā)現(xiàn)，母親在妊娠早期攝入維生素A不足有可能導(dǎo)致后代出現(xiàn)嚴重的先天性骨骼畸形；在動物實驗中發(fā)現(xiàn)，在胚胎期第10.5天分別給予小鼠胚胎不同劑量全反式視黃酸處理后，RA缺乏組出現(xiàn)頸椎椎弓根缺失、胸骨發(fā)育不良、肋骨缺失及骨盆區(qū)畸形。但由于缺乏大規(guī)模的流行病學(xué)調(diào)查，還不能確定維生素A缺乏與人CS存在直接相關(guān)。

　　葉酸屬于B族維生素，對胚胎期神經(jīng)系統(tǒng)的發(fā)育有重要影響。妊娠早期葉酸缺乏是胎兒出現(xiàn)神經(jīng)管缺陷的重要因素。葉酸缺乏或利用障礙可導(dǎo)致高同型半胱氨酸血癥，葉酸和同型半胱氨酸代謝相關(guān)的關(guān)鍵酶的基因突變，如MTHFR突變導(dǎo)致在甲基四氫葉酸減少的同時出現(xiàn)同型半胱氨酸堆積，可能與NTDs的發(fā)生相關(guān)。胎兒神經(jīng)管畸形主要表現(xiàn)為無腦兒、腦膨出、腦脊髓膜膨出、脊柱裂/隱性脊柱裂、唇裂及腭裂等。在一項面對94例平均年齡為12.7歲的NTDs患者進行的臨床調(diào)查中發(fā)現(xiàn)，脊柱側(cè)凸的發(fā)生率與NTDs的嚴重程度顯著相關(guān)。

　　發(fā)育生物學(xué)研究

　　CS的脊柱畸形實際為中軸骨發(fā)育異常。中軸骨起源于胚胎期的軸旁中胚層。伴隨著“體節(jié)發(fā)生”，脊柱逐步形成。根據(jù)發(fā)育生物學(xué)理論，體節(jié)形成的過程可以用分子時鐘和前向波模型解釋。前向波是體節(jié)由前向后沿著體軸逐漸推移的過程。分子時鐘指調(diào)節(jié)體節(jié)沿體軸向后推移過程中的周期性分子振蕩過程，某個特定的分子振蕩觸發(fā)了體節(jié)發(fā)育的周期性停滯，隨后下一次前向波又將這種分子振蕩取代，使本已停滯的體節(jié)發(fā)育得以繼續(xù)，這個過程周而復(fù)始地重復(fù)便形成了體節(jié)，每個體節(jié)的大小也是由前向波的速度和分子振蕩的頻率所決定的。

　　WNT、NOTCH和FGF三條信號通路在體節(jié)發(fā)生中有重要作用。這三條通路產(chǎn)物靶基因成分的梯度變化決定了下一體節(jié)形成的界限，并由此來調(diào)節(jié)體節(jié)大小。盡管NOTCH、WNT和FGF三條主要通路在前體節(jié)中胚層的形成中都被階段性地激活并表達，但任何一條通路都不足以單獨解釋分子時鐘及前向波模型。三條主要通路既可以獨立產(chǎn)生不相互依賴的分子振蕩，又可以相互作用、相互調(diào)節(jié)。體節(jié)形成的異?？赡苁沁z傳因素及環(huán)境因素的共同作用而導(dǎo)致體節(jié)發(fā)育相關(guān)通路表達異常所致。

　　NOTCH信號通路  NOTCH是一類穿膜受體蛋白，以級聯(lián)反應(yīng)形式介導(dǎo)細胞間的信號傳遞，在多種組織和器官的早期發(fā)育過程中擔(dān)負著重要作用。NOTCH信號通路有4種受體（NOTCH1/2/3/4）和5種配體，對軟骨形成、軟骨細胞的存活及骨重建起關(guān)鍵作用，動物實驗結(jié)果表明，NOTCH信號核心基因和調(diào)整基因敲除或突變都可以出現(xiàn)體節(jié)發(fā)育異常。小鼠的NOTCH通路的配體、受體或下游靶基因的突變均可導(dǎo)致嚴重的體節(jié)發(fā)育障礙，在PSEN1-/-和PWEN2-/-雙突變的小鼠或以NOTCH通路阻滯劑培養(yǎng)的野生型小鼠的胚胎中，NOTCH活性完全缺失，此時前體節(jié)中胚層（presomiticmesoderm，PSM）中基因的周期性表達缺失，小鼠胚胎體節(jié)的發(fā)育完全停滯。HES及LFNG基因是NOTCH通路的下游靶基因，也是繼c-Hairy1基因后在模式動物的胚胎中觀察到的另外兩個周期性表達的基因。LFNG既可以通過糖基化NOTCH受體來活化NOTCH信號，也可以通過抑制其下游轉(zhuǎn)錄因子的活性來對NOTCH通路產(chǎn)生負反饋調(diào)節(jié)基于NOTCH信號通路產(chǎn)物的這種特性，Wahi等提出，HES、LFNG等基因可能通過被其下游不穩(wěn)定產(chǎn)物的多層級的負反饋模式所調(diào)節(jié)。

　　WNT信號通路  WNT信號通路因其啟動蛋白為WNT蛋白而得名。WNT蛋白通過自分泌或旁分泌方式與細胞膜表面的受體相結(jié)合，激活細胞內(nèi)信號通路，調(diào)節(jié)靶基因的表達，對細胞的增殖、分化、遷移、細胞極性和細胞凋亡都有重要作用，對軸突導(dǎo)向和重塑也有重要影響。在小腦和脊髓中，WNT7A和WNT3的表達會使圓錐增大，軸索增粗，誘導(dǎo)軸突分支，從而參與軸突導(dǎo)向。在動物實驗中發(fā)現(xiàn)，雖然低密度脂蛋白受體相關(guān)蛋白6（LRP6，WNT經(jīng)典通路的特異性受體）敲除的小鼠模型中出現(xiàn)了脊髓形成障礙，但LRP6在脊髓連接處的軸突導(dǎo)向作用中并非必須。

　　脊椎動物發(fā)育的早期，WNT信號通路控制了前后軸索形成和神經(jīng)元的發(fā)育。Kim等通過化學(xué)誘變構(gòu)建無腦畸形的斑馬魚模型，通過基因測序后發(fā)現(xiàn)，無腦畸形的斑馬魚中TCF3基因（WNT通路的下游基因）出現(xiàn)7bp的插入突變，而向無腦畸形斑馬魚中注射野生型TCF3RNA后畸形可以被糾正。在上述實驗中，通過原位雜交實驗發(fā)現(xiàn)，TCF3在胚胎早期廣泛表達，但隨著時間推移，TCF3的表達開始逐漸局限于神經(jīng)管前部，TCF3的這種表達模式可能與其在頭節(jié)及神經(jīng)管發(fā)育中的作用相關(guān)。另外，在尾部異位表達Cwnt8C（WNT通路下游基因）能導(dǎo)致前腦、中腦和其他神經(jīng)結(jié)構(gòu)的完全缺失。

　　在不同的模式動物中已經(jīng)證明，很多WNT信號通路成分的缺失與神經(jīng)管缺陷相關(guān)。AXIN（WNT通路抑制劑）突變可導(dǎo)致神經(jīng)管閉合不全或頭端神經(jīng)褶的畸形。LRP6（WNT復(fù)合受體）在小鼠胚胎期活性增高可導(dǎo)致神經(jīng)管缺陷、腰骶部及尾部發(fā)育障礙；LRP6活性下降則會導(dǎo)致四肢發(fā)育缺陷、腦膨出及脊柱裂畸形。至于人類WNT信號通路與先天性脊柱畸形是否直接相關(guān)，尚未見報道。

　　FGF信號通路  FGF主要通過與細胞膜表面特異性受體FGFRs結(jié)合，將信號傳遞到胞內(nèi)，從而調(diào)節(jié)細胞生長。FGFRs是典型的膜結(jié)合酪氨酸激酶受體，有四種類型（FGFRs1/2/3/4），主要由胞外段、單次跨膜區(qū)和胞內(nèi)段組成。FGF信號通路與胚胎的發(fā)育有密切關(guān)系。Fgf4、Fgf8、Fgf9基因敲除的小鼠會發(fā)生胚胎死亡或出生后立即死亡。FGF家族部分成員（FGF8和FGF17）對于前后中軸發(fā)育非常重要。FGF8在中腦始基表達，對中腦沿著中軸頭尾發(fā)育起關(guān)鍵作用Spry2、Spry4、Dusp4和Dusp6等基因參與到體節(jié)發(fā)育的FGF信號通路中，F(xiàn)GF調(diào)節(jié)基因的周期性表達與NOTCH同步FGF信號通路被證明參與調(diào)控分子振蕩過程。

　　Kawammura等發(fā)現(xiàn)，在斑馬魚模型中，F(xiàn)GF的調(diào)節(jié)基因her13.2能夠調(diào)節(jié)her1/her7的分子振蕩。在小鼠模型中，前體節(jié)中胚層中Fgfr1的條件性缺失可導(dǎo)致Hes7、Lfng、Axin2以及Spry2的分子振蕩消失，提示FGF在這三條通路的上游發(fā)揮作用。

　　總之，CS是一種受遺傳、環(huán)境及發(fā)育因素共同影響的復(fù)雜疾病，在遺傳致病因素領(lǐng)域，DLL3、HES7、TBX6等致病基因突變的致畸作用不斷被證實；宮內(nèi)低氧、妊娠期糖尿病、妊娠期高熱等環(huán)境性致病因素的作用研究也在不斷深入。對這些致病因素加強了解，一方面可以對孕婦作出產(chǎn)前指導(dǎo)，另一方面也有助于產(chǎn)前診斷，降低嚴重畸形嬰兒的出生率。

　　來源：中國脊柱脊髓雜志2016年第26卷第1期