小兒脆性X染色體

(一)發(fā)病原因
本病征X染色體長臂末端脆性位點的發(fā)生可能DNA合成代謝過程中的脫氧胸苷-磷酸不足有關，而脆性位點為富有DNA的節(jié)段，當脫氧胸苷-磷酸減少時，脫氧胸苷三磷酸減少，這樣使在有絲分裂時這一節(jié)段不能緊密折疊，甚至出現(xiàn)裂隙或斷裂，表現(xiàn)了脆性。
以往對脆性X染色體的研究大多側重于細胞遺傳學水平。隨著分子生物學研究的不斷深入以及在該病中一些特殊遺傳規(guī)律的發(fā)現(xiàn)，在對脆性部位的分類，脆性X染色體的特殊遺傳方式及其產(chǎn)生機制方面的研究中取得了許多重要進展，形成了一些新的概念和理論，使人們開始從一個新的水平和角度認識本病。
脆性部位分類：
①遺傳型脆性部位(h-fra)，又稱之為罕見型脆性部位;
②結構型脆性部位(c-fra),又稱為常見型脆性部位。
脆性X染色體的遺傳特征：過去認為其典型遺傳方式呈X連鎖隱性遺傳，近年發(fā)現(xiàn)它的遺傳方式非常復雜，具有與一般遺傳病完全不同的特殊遺傳規(guī)律：
①是通過無異常表型的男性攜帶者又稱外顯不能(NP)傳遞的，他們所生的脆性X女兒無異常表現(xiàn);
②在fra(X)家系中智力低下男性患者約占20%，分離率0.4;
③表型異常脆性X女性所生的兒子中，分離率為0.5;
④表型異常女性的脆性X來自她們的母親，而非來自父親;
⑤約35%女性攜帶者出現(xiàn)智力低下;
⑥NP男性脆性X母親一般表型都正常，NP男性子女中出現(xiàn)表型異常的脆性X患者的危險性較低;
⑦幾乎所有脆性X綜合征患兒的母親都攜帶脆性X;
⑧同胞中的外顯程度不一。
有關產(chǎn)生機制的幾個假說：
①可移動因子插入假說;
②多聚嘌呤/多聚嘧啶順序擴增假說;
③富含嘧啶DNA順序重組和擴增假說;
④不穩(wěn)定性前突變假說;
⑤常染色體阻抑基因效應假說。
Jacobs等認為男女生殖細胞質(zhì)的基因可有相同的突變頻率，均是向下傳遞。脆性X染色體患者可能是經(jīng)過兩個階段基因工程突變而向下傳遞給父或母，但父或母的表型為正常，在其外周血往往檢不出fra(X)。當他或她體內(nèi)生殖細胞再一次發(fā)生突變，并傳給子或女，即產(chǎn)生了fra(X)陽性患者或女性攜帶者。Sutherland曾指出，脆性X染色體患者中是否存在異常的基因產(chǎn)物或缺少某些產(chǎn)物?目前尚無依據(jù)?？傊嘈晕稽c發(fā)生的真實機制，尚待更深入的研究。
(二)發(fā)病機制
脆性X染色體病人Xq27.3區(qū)帶存在脆性位點(FRAXA)是其典型的細胞遺傳學特征。1993年脆性X染色體編碼基因cDNA被克隆，發(fā)現(xiàn)(CGG)n結構中n拷貝數(shù)由正常6～52擴增至≥230時，是脆性X染色體患者發(fā)病的分子基礎，異常擴增的(CGG)n結構位于FMR-I基因翻譯區(qū)外顯子1。至今已知FMRI基因的錯義突變和缺失突變攜帶者也表現(xiàn)出FMRI基因動態(tài)突變相同的臨床癥狀，從而顯示出脆性X染色體臨床癥候的患者具有高度的遺傳異質(zhì)性，進而使這些患者及其家庭成員的基因診斷進一步復雜化。
1.細胞遺傳學 X染色體長臂27.3帶上一個葉酸敏感的部位與脆性X染色體有關，該部位經(jīng)特殊處理后可顯示脆性斷裂，因而被稱為脆性部位。具有脆性部位的染色體被稱為脆性染色體。迄今已有26個染色體的脆性部位被發(fā)現(xiàn)，其中僅X染色體X27-X28區(qū)域的脆性部位(FRAXA)與遺傳性疾病有關，而其他與疾病無關的脆性部位稱為普通脆性部位。

　　X脆性部位產(chǎn)生的機制尚不完全清楚，目前認為與DNA的合成代謝過程有關。已發(fā)現(xiàn)在缺乏葉酸或用較大劑量的5-氟尿嘧啶(5-FU)等條件下處理，可致使胸腺核苷合成部分受到抑制，染色體結構就可能在某些特定的部位上產(chǎn)生裂隙或斷裂。
2.FMR-Ⅰ基因的結構、轉錄和翻譯 脆性X染色體的基因稱為脆性X智能落后1基因(fragile X mental retardation-Ⅰ，F(xiàn)MR-Ⅰ)，定位于Xq27.3區(qū)帶，在基因組中跨越38kb，由17個外顯子和16個內(nèi)含子組成。FMR-Ⅰ基因的mRNA為4.4kb，編碼一個分子量約為69～70kDa，由596個氨基酸組成的脆性智能落后蛋白(FMRP)，這是一種RNA結合蛋白，在體內(nèi)多種組織中都表達。
FMR-Ⅰ基因外顯子較小(51～196bp)，但內(nèi)含子較大，平均大小為2.2kb，其中內(nèi)含子1約為9.9kb?；蛑写嬖诙喾N累及FMR-Ⅰ基因3’端外顯子10，12，14，15和17的多種轉錄拼接形式，其中涉及外顯子12和14通常導致整個外顯子的丟失。但累及外顯子10，15和17的則只丟失這3個外顯子5’端的部分序列，這是因為這3個外顯子的5’一端序列上分別存在一個拼接保守信號，轉錄后拼接如發(fā)生在這個位置上，則導致這3個外顯子5’端的部分序列丟失。
3.FMR-Ⅰ基因的動態(tài)突變 FMR-Ⅰ基因的5’端有一個CGG三核苷酸重復區(qū)域，在正常個體中CGG結構的重復次數(shù)具有多態(tài)性，在6～52次，平均為30次，中國人群中以(CGG)28最多見。在FXS患者中，CGG拷貝數(shù)一般>200次，多則可達1000次以上。脆性X染色體發(fā)生的根本原因是FMR-Ⅰ基因的突變所致。動態(tài)突變是指FMR-Ⅰ基因在傳遞過程中CGG拷貝數(shù)不穩(wěn)定，會發(fā)生擴增，這是95%以上的FXS患者發(fā)病的分子遺傳學基礎。動態(tài)突變包括3種類型：
(1)FMR-Ⅰ基因的前突變(premutation)：FMR-Ⅰ基因(CGG)n結構中n拷貝數(shù)擴增至53～230時，攜帶者雖然表型正常，但在傳代過程中易發(fā)生進一步的擴增，使后代的CGG重復數(shù)大為增加，并有異常表型出現(xiàn)。FMR-Ⅰ基因的這種突變稱為前突變，男性或者女性FMR-Ⅰ前突變基因攜帶者智力水平與正常人并沒有區(qū)別。
根據(jù)統(tǒng)計，男性或者女性攜帶前突變FMR-Ⅰ基因(CGG)n結構中，n拷貝數(shù)沒有區(qū)別，但隨著女性攜有的前突變FMR-Ⅰ基因(EGG)n結構中n拷貝數(shù)的逐漸增大，在傳代過程中擴增至前突變概率也逐漸增加。而38%前突變型FMR-Ⅰ基因經(jīng)父源性傳遞至女兒時其(CGG)結構中n拷貝數(shù)發(fā)生了縮減，但這現(xiàn)象僅見于2%母源性前突變型FMR-Ⅰ基因傳遞至女兒時，從而提示前突變型FMR-Ⅰ基因在母女傳遞的過程中其(CGG)n結構中n拷貝數(shù)具有擴增的傾向，但父女傳遞時則存在縮減的趨勢。
(2)FMR-Ⅰ基因的全突變(full mutation)：FMR-Ⅰ基因由前突變狀態(tài)(CGG)53～230次擴增至>230次時，100%男性攜帶者表現(xiàn)為典型的脆性X綜合征，53%的女性攜帶者表現(xiàn)出輕重程度不等的智力低下，此時稱為全突變。全突變與智力低下臨床表現(xiàn)的出現(xiàn)直接相關。經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)，當CGG結構的重復數(shù)達230次以上時，F(xiàn)MR-Ⅰ基因5’端的CpG島開始非正常地甲基化，這種甲基化延伸至啟動子區(qū)，致使轉錄不能啟動，mRNA不能轉錄，基因編碼的蛋白產(chǎn)物也因之缺乏，導致臨床癥狀產(chǎn)生。
值得指出的是極少數(shù)男性全突變型FMR-Ⅰ基因攜帶者缺乏應有的FRAXA位點脆性現(xiàn)象，其分子遺傳學的基礎有待于進一步加以研究。就智力低下臨床表現(xiàn)而言，幾乎100%男性FMR-Ⅰ全突變基因攜帶者存在智力低下，其中約89%(245/274)為中度智力低下，但僅21%(36/170)女性FMR-Ⅰ全突變攜帶者表現(xiàn)出中度智力低下，而且高達59%(100/170)女性FMR-Ⅰ全突變型攜帶者并不出現(xiàn)智力低下。
(3)FMR-Ⅰ基因的回復突變：處于前突變或全突變狀態(tài)的FMR-Ⅰ基因的CGG結構在傳代過程中其拷貝數(shù)目會發(fā)生一定范圍的縮減，稱為FMR-Ⅰ基因的回復突變(reverse mutation)。根據(jù)突變前后FMR-Ⅰ基因所處的狀態(tài)，回復突變可分為3種類型：全突變型→前突變型;全突變型→全突變或前突變嵌合型;嵌合型或前突變型→正常FMR-Ⅰ基因。這些現(xiàn)象可發(fā)生于父源性傳遞過程，也可發(fā)生于母源性傳遞過程中，雖然較少見，卻增加了預測FMR-Ⅰ基因動態(tài)突變規(guī)律的困難，導致家族內(nèi)遺傳咨詢及產(chǎn)前基因診斷進一步復雜化。
4.性別因素對FMR-Ⅰ基因動態(tài)突變的影響 目前認為FMR-Ⅰ基因(CGG)n結構的擴增是一個多途徑多步驟遞次擴增的過程，脆性X染色體的遺傳模式常有特殊的規(guī)律，即具表型正常的男性攜帶者可將脆性部位傳遞給其女兒，后者一般無智力低下或其他臨床癥狀，但她可將受累染色體傳遞給后代，使家系中的第三代出現(xiàn)FXS患者。此時第三代男孩具有較明顯的智力低下，而女孩往往無明顯智力異常，也即由母親傳遞給子女所造成的危害較由父親傳遞為大，且男孩受累程度較女孩為重，此現(xiàn)象稱Sheman現(xiàn)象。此外，還發(fā)現(xiàn)男性全突變型FMR-Ⅰ基因攜帶者精子標本中只存在前突變型FMR-Ⅰ基因。因此，現(xiàn)認為FMR-Ⅰ基因的全突變并未累及男性全突變攜帶者的生殖細胞，但目前尚缺乏足夠的證據(jù)表明女性卵細胞也未發(fā)生FMR-Ⅰ基因的全突變。
此外，女性FMR-Ⅰ基因動態(tài)突變攜帶者在傳代過程中，其(CGG)n結構的擴增和大小尚依后代的性別而發(fā)生變化，即傳至男性后代時則具有進一步擴增的趨勢，但傳至女性后代時則擴增程度較小，且尚可見到(CGG)n結構發(fā)生縮減的現(xiàn)象，可能女性所攜有的另外1條FMR-Ⅰ基因正常的X染色體抑制了女性胚胎早期階段全突變型FMR-Ⅰ基因(CGG)n結構的進一步擴增?？傊?，全突變型FMR-Ⅰ基因(CGG)n結構的變化趨勢(是擴增，還是縮減)以及變化適度的大小尚受親代和子代性別的雙重影響。因此，在FMR-Ⅰ基因動態(tài)突變家族的遺傳咨詢時必須考慮FMR-Ⅰ基因的這種突變特征。
5.FMR-Ⅰ基因的非動態(tài)突變 FMR-Ⅰ基因除了動態(tài)突變外，少數(shù)病人還會發(fā)生堿基置換和缺失等非動態(tài)突變，目前已發(fā)現(xiàn)1種錯義突變和8種缺失型突變。這些突變所導致的臨床癥狀和動態(tài)突變相同，但缺乏FRAXA脆性位點這一特征。目前的報道未顯示這種突變有熱點區(qū)。