结节性硬化症的遗传学研究进展

王玉婷，桑道乾

结节性硬化症（TSC）是一种常染色体显性遗传病，是多个神经系统受累的神经皮肤综合征，其发病率为1/10 000～1/6 000［1］。1880 年 法 国 神 经 病 学 家 Désiré-Magloire Bourneville对TSC进行了系统描述，TSC是一种良性非侵袭性肿瘤样病变（被称为错构瘤），可累及脑、肾、皮肤、心、肺、肝、眼睛等［2］，主要临床特征为面部皮脂腺瘤、癫痫发作和智力减退。2012年，国际结节性硬化症共识会议上提出心脏与皮肤病变通常是发现TSC的第一线索［2］。近年来，临床在TSC基因突变筛查、疾病诊断及治疗等方面取得一定进展［3］。本文综述了TSC的遗传学研究进展，以期指导临床更好地掌握其发病机制，进而为临床诊治提供参考。

1 TSC1和TSC2基因

TSC有两个缺陷基因（TSC1和TSC2），分别位于9q34和16p13.3。目前，已发现TSC1和TSC2基因存在8种突变类型，300多种突变方式。TSC1和TSC2基因中任何一个发生突变引起的临床表现均是可变的，即使有相同的基因突变也可以显示出多种临床表现。研究表明，65%～75%的TSC患者是自发突变［4］。也有研究表明，存在TSC1或TSC2基因致病性突变即可诊断为TSC［2］。因此，明确TSC患者基因诊断，并了解其发病机制具有重要意义。

1.1 TSC1基因突变 TSC1基因包含23个外显子，其中第1个和第2个外显子为非编码区，第3个至第23个外显子为编码区，从第222个核苷酸起开始转录，其基因产物为错构瘤蛋白。TSC1基因突变类型多为无义突变、移码突变及剪接突变，而错义突变及基因大片段缺失或重排较少见［5-6］。SLEGTENHORST等［7］研究表明，TSC1基因突变大多数位于外显子15和17，且家系患者和散发患者的基因突变率无明显差异。GAN等［8］研究表明，TSC1第403～787位氨基酸残基有一个粘着斑激酶家族互作蛋白（FIP200）结合区域，FIP200可通过与TSC1第403～787位氨基酸区域相互作用而调控TSC1-TSC2复合体功能，上调S6激酶的磷酸化水平，调节细胞大小。FIP200作为一种新的TSC1互作蛋白，能负性调节TSC1功能。MURPHY等［9］报道了1例由TSC1缺失导致散发淋巴管平滑肌瘤患者的病例资料，但并未排除其存在嵌合体突变的可能。既往研究表明，行为变异型额颞叶痴呆（bvFTD）是由TSC1基因新移码突变引起TSC1/错构瘤蛋白转录提前终止所致，TSC1/错构瘤蛋白是哺乳动物雷帕霉素靶蛋白（mTOR）上游抑制剂，能调节细胞生长和蛋白质降解［10-11］。TSC1基因突变的TSC患者临床表现轻于TSC2基因突变者，可能与TSC1基因“二次打击”发生率低于TSC2基因有关［12-14］。1971年，克努森提出“二次打击”假说［15］，其是由正常等位基因大片段缺失引发，可通过筛选杂合性丢失（LOH）进行评估。研究表明，错构瘤或皮质结节发生机制可能与“二次打击”有关［16-17］。

1.2 TSC2基因突变 TSC2基因包含42个外显子，其中41个外显子通过5.4 kb的mRNA编码马铃薯球蛋白，其基因产物为结节蛋白［18-19］。研究表明，结节蛋白与鸟苷三磷酸酶激活蛋白（GAP）高度同源［20-21］。TSC2基因突变形式多样，其中剪接突变、无义突变、移码突变及错义突变较多，而大片段基因缺失或重排较少。研究表明，与TSC1基因相比，TSC2基因突变发生率较高［4］。NELLIST等［22］研究表明，TSC2异亮氨酸残基820缺失、TSC2的C244R、L1511H和Y598H氨基酸替代会导致TSC的发生；而TSC2的R1771C、T993M、S132C、F143L、A196T替代是罕见的基因多态性，不能抑制TSC1-TSC2功能，不会引发TSC。QIN等［23］对46个TSC皮质结节样本的TSC1、TSC2和KRAS基因进行高通量测序，发现TSC1、TSC2和KRAS基因“二次打击”广泛分布于同一侧大脑半球，且发生率达10%。MONTEIRO等［24］对35例TSC患者进行研究，结果发现TSC2基因突变者占58.3%。JONES等［12］研究表明，TSC2基因突变的TSC患者临床表现较严重、并发症较多、智力减退发生率较高。

1.3 TSC1和TSC2基因突变检出情况 TSC患者基因突变检出率为69%～89%。AU等［25］研究表明，325例TSC患者基因突变检出率为72%，其中TSC1突变占20%，TSC2突变占80%；另外，TSC1 15号外显子和TSC2 16号外显子突变发生率较高。SANCAK等［26］研究表明，276例TSC患者基因突变检出率为85%，其中TSC2基因突变检出率∶TSC1基因突变检出率为3.4∶1.0。DABORA等［27］研究表明，224例TSC患者基因突变检出率约为83%，其中无义突变占29%，缺失突变占27%，错义突变占19%，剪接位点突变占17%，插入突变占8%。也有研究发现，TSC患者中TSC1基因突变占比较低，基因突变形式及位点各异，且无热区分布［27-29］。分析其原因可能为：（1）基因突变位点位于未能检测到的内含子或其他非编码区，如启动子区等；（2）存在其他基因突变位点（如TSC3、TSC4等）；（3）可能为嵌合体突变；（4）目前检测技术无法检测出复杂的基因大范围缺失或重排；（5）检测技术灵敏度不高或发生漏检等。

2 TSC发病机制

TSC1基因编码的错构瘤蛋白是一种130 kDa跨越1 164个氨基酸的蛋白质；TSC2基因编码的马铃薯球蛋白是一种200 kDa跨越1 807个氨基酸的蛋白质［30］。错构瘤蛋白和马铃薯球蛋白在细胞内形成异二聚体，通过TSC-Rheb-TORS6K1/4EBP1途径调节细胞增殖，参与细胞黏附等［31-33］。TSC1或TSC2基因突变会导致mTOR信号级联活性增高，引起细胞生化异常（包括转录、翻译、细胞周期调控、代谢水平等）。mTOR信号级联〔磷脂酰肌醇3-激酶（PI3Ks）/蛋白激酶B（Akt）/mTOR通路〕在正常细胞生长、增殖和存活中发挥着重要作用［11］。mTOR可形成mTORC1和mTORC2两种多蛋白复合体，主要通过相互作用物、底物选择性、对西罗莫司及其类似物依维莫司的敏感性不同进行区分［34-35］。mTORC1下游效应包括基因转录、蛋白翻译、细胞增殖和存活、血管新生；mTORC2可调节细胞骨架信号通路［35］。近年研究发现，HMGA2通路可参与TSC患者肿瘤形成［36］。

3 治疗方法

西罗莫司与依维莫司通过与FK506结合蛋白12（FKBP12）结合形成复合物而抑制mTORC1分泌［37］。依维莫司已被美国食品药品监督管理局（FDA）批准用于治疗不能进行手术的室管膜下巨细胞星形细胞瘤（SEGAs）或肾血管平滑肌脂肪瘤（AML）患者，也适用于治疗存在皮肤表现、癫痫、肺淋巴管肌瘤病的TSC患者［38］。BISSLER等［39］研究表明，依维莫司可有效缩小TSC患者肿瘤体积。HINTON等［40］研究表明，西罗莫司可有效缩小TSC患者血管平滑肌脂肪瘤体积，并改善患者肺功能，但停药12个月后肿瘤体积和肺功能接近治疗前。

4 小结

近年来，随着生物技术飞速发展，TSC的研究取得了突破性进展，为TSC的基因诊断和治疗打下了坚实基础。目前，以TSC1及TSC2基因突变为基础的病理变异和自然病程变化机制尚不完全明确，且新的检测技术有待开发，相信随着研究的不断深入，人类终将实现TSC的基因治疗。

［1］SANTOS L，BRCIC I，UNTERWEGER G，et al.Hamartomatous polyposis in tuberous sclerosis complex：Case report and review of the literature［J］.Pathol Res Pract，2015，211（12）：1025-1029.DOI：10.1016/j.prp.2015.09.016.

［2］KRUEGER D A，NORTHRUP H，International Tuberous Sclerosis Complex Consensus Group.Tuberous sclerosis complex surveillance and management：recommendations of the 2012 International Tuberous Sclerosis Complex Consensus Conference［J］.Pediatr Neurol，2013，49（4）：255-265.DOI：10.1016/j.pediatrneurol.2013.08.002.

［3］PALAVRA F，ROBALO C，REIS F.Recent Advances and Challenges of mTOR Inhibitors Use in the Treatment of Patients with Tuberous Sclerosis Complex［J］.Oxid Med Cell Longev，2017：9820181.DOI：10.1155/2017/9820181.

［4］DIMARIO F J Jr，SAHIN M，EBRAHIMI-FAKHARI D.Tuberous sclerosis complex［J］.Pediatr Clin North Am，2015，62（3）：633-648.DOI：10.1016/j.pcl.2015.03.005.

［5］NELLIST M，VAN DEN HEUVEL D，SCHLUEP D，et al.Missense mutations to the TSC1 gene cause tuberous sclerosis complex［J］.Eur J Hum Genet，2009，17（3）：319-328.DOI：10.1038/ejhg.2008.170.

［6］HOOGEVEEN-WESTERVELD M，EKONG R，POVEY S，et al.Functional assessment of TSC1 missense variants identified in individuals with tuberous sclerosis complex［J］.Hum Mutat，2012，33（3）：476-479.DOI：10.1002/humu.22007.

［7］SLEGTENHORST M V，VERHOEF S，TEMPELAARS A，et al.Mutational spectrum of the TSC1 gene in a cohort of 225 tuberous sclerosis complex patients：no evidence for genotype-phenotype correlation［J］.J Med Genet，1999，36：285-289.

［8］GAN B，MELKOUMIAN Z K，WU X，et al.Identification of FIP200 interaction with the TSC1-TSC2 complex and its role in regulation of cell size control［J］.J Cell Biol，2005，170（3）：379-389.DOI：10.1083/jcb.200411106.

［9］MURPHY S J，TERRA S B，HARRIS F R，et al.Genomic rearrangements in sporadic lymphangioleiomyomatosis：an evolving genetic story［J］.Mod Pathol，2017，30（9）：1223-1233.DOI：10.1038/modpathol.2017.52.

［10］OLNEY N T，ALQUEZAR C，RAMOS E M，et al.Linking tuberous sclerosis complex，excessive mTOR signaling，and agerelated neurodegeneration：a new association between TSC1 mutation and frontotemporal dementia［J］.Acta Neuropathol，2017，134（5）：813-816.DOI：10.1007/s00401-017-1764-0.

［11］LAPLANTE M，SABATINI D M.mTOR signaling in growth control and disease［J］.Cell，2012，149（2）：274-293.DOI：10.1016/j.cell.2012.03.017.

［12］JONES A C，SHYAMSUNDAR M M，THOMAS M W，et al.Comprehensive mutation analysis of TSC1 and TSC2-and phenotypic correlations in 150 families with tuberous sclerosis［J］.Am J Hum Genet，1999，64（5）：1305-1315.DOI：10.1086/302381.

［13］TYBURCZY M E，WANG J A，LI S，et al.Sun exposure causes somatic second-hit mutations and angiofibroma development in tuberous sclerosis complex［J］.Hum Mol Genet，2014，23（8）：2023-2029.DOI：10.1093/hmg/ddt597.

［14］TYBURCZY M E，JOZWIAK S，MALINOWSKA I A，et al.A shower of second hit events as the cause of multifocal renal cell carcinoma in tuberous sclerosis complex［J］.Hum Mol Genet，2015，24（7）：1836-1842.DOI：10.1093/hmg/ddu597.

［15］KNUDSONAG A G Jr.Mutation and cancer：statistical study of retinoblastoma［J］.Proc Nat Acad Sci USA，1971，68（4）：820-823.

［16］HINO O，KOBAYASHI T.Mourning Dr. Alfred G. Knudson：the two-hit hypothesis，tumor suppressor genes，and the tuberous sclerosis complex［J］.Cancer Sci，2017，108（1）：5-11.DOI：10.1111/cas.13116.

［17］ROBENS B K，GROTE A，PITSCH J，et al.Minute amounts of hamartin wildtype rescue the emergence of tuber-like lesions in conditional Tsc1 ablated mice［J］.Neurobiol Dis，2016，95：134-144.DOI：10.1016/j.nbd.2016.07.006.

［18］GIANNIKOU K，MALINOWSKA I A，PUGH T J，et al.Whole Exome Sequencing Identifies TSC1/TSC2 Biallelic Loss as the Primary and Sufficient Driver Event for Renal Angiomyolipoma Development［J］.PLoS Genet，2016，12（8）：e1006242.DOI：10.1371/journal.pgen.1006242.

［19］FUJITA A，ANDO K，KOBAYASHI E，et al.Detection of low-prevalence somatic TSC2 mutations in sporadic pulmonary lymphangioleiomyomatosis tissues by deep sequencing［J］.Hum Genet，2016，135（1）：61-68.DOI：10.1007/s00439-015-1611-0.

［20］CHAN J A，ZHANG H，ROBERTS P S，et al.Pathogenesis of tuberous sclerosis subependymal giant cell astrocytomas：biallelic inactivation of TSC1 or TSC2 leads to mTOR activation［J］.J Neuropathol Exp Neurol，2004，63（12）：1236-1242.

［21］KHARE L，STRIZHEVA G D，BAILEY J N，et al.A novel missense mutation in the GTPase activating protein homology region of TSC2 in two large families with tuberous sclerosis complex［J］.Journal of Medical Genetics，2001，38：347-349.DOI：10.1136/jmg.38.5.347.

［22］NELLIST M，SANCAK O，GOEDBLOED M，et al.Functional characterisation of the TSC1-TSC2 complex to assess multiple TSC2 variants identified in single families affected by tuberous sclerosis complex［J］.BMC Med Genet，2008，9：10.DOI：10.1186/1471-2350-9-10.

［23］QIN W，CHAN J A，VINTERS H V，et al.Analysis of TSC cortical tubers by deep sequencing of TSC1，TSC2 and KRAS demonstrates that small second-hit mutations in these genes are rare events［J］.Brain Pathol，2010，20（6）：1096-1105.DOI：10.1111/j.1750-3639.2010.00416.x.

［24］MONTEIRO T，GARRIDO C，PINA S，et al.Tuberous sclerosis：clinical characteristics and their relationship to genotype/phenotype［J］.An Pediatr （Barc），2014，81（5）：289-296.DOI：10.1016/j.anpedi.2014.03.022.

［25］AU K S，WILLIAMS A T，ROACH E S，et al.Genotype/phenotype correlation in 325 individuals referred for a diagnosis of tuberous sclerosis complex in the United States［J］.Genet Med，2007，9（2）：88-100.DOI：10.1097GIM.0b013e31803068c7.

［26］SANCAK O，NELLIST M，GOEDBLOED M，et al.Mutational analysis of the TSC1 and TSC2 genes in a diagnostic setting：genotype--phenotype correlations and comparison of diagnostic DNA techniques in Tuberous Sclerosis Complex［J］.Eur J Hum Genet，2005，13（6）：731-741.DOI：10.1038/sj.ejhg.5201402.

［27］DABORA S L，JOZWIAK S，FRANZ D N，et al.Mutational analysis in a cohort of 224 tuberous sclerosis patients indicates increased severity of TSC2，compared with TSC1，disease in multiple organs［J］.The American Journal of Human Genetics，2001，68（1）：64-80.DOI：10.1086/316951.

［28］张林妹，周渊峰，柴毅明，等.结节性硬化105例临床特征和基因型分析［J］.中国循证儿科杂志，2016，11（3）：219-222.DOI：10.3969/j.issn.1673-5501.2016.03.012.

［29］黄昌艳.结节性硬化症TSC1/TSC2基因突变的高通量测序快速诊断［J］.细胞与分子免疫学杂志，2016，32（1）：92-95.

［30］LESMA E，SIRCHIA S M，ANCONA S，et al.The methylation of the TSC2 promoter underlies the abnormal growth of TSC2 angiomyolipoma-derived smooth muscle cells［J］.Am J Pathol，2009，174（6）：2150-2159.DOI：10.2353/ajpath.2009.080799.

［31］HAN J M，SAHIN M.TSC1/TSC2 signaling in the CNS［J］.FEBS Lett，2011，585（7）：973-980.DOI：10.1016/j.febslet.2011.02.001.

［32］TOMASONI R，MONDINO A.The tuberous sclerosis complex：balancing proliferation and survival［J］.Biochem Soc Trans，2011，39（2）：466-471.DOI：10.1042/BST0390466.

［33］ORLOVA K A，CRINO P B.The tuberous sclerosis complex［J］.Ann N Y Acad Sci，2010，1184：87-105.DOI：10.1111/j.1749-6632.2009.05117.x.

［34］MACKEIGAN J P，KRUEGER D A.Differentiating the mTOR inhibitors everolimus and sirolimus in the treatment of tuberous sclerosis complex［J］.Neuro Oncol，2015，17（12）：1550-1559.DOI：10.1093/neuonc/nov152.

［35］COSTA-MATTIOLI M，MONTEGGIA L M.mTOR complexes in neurodevelopmental and neuropsychiatric disorders［J］.Nat Neurosci，2013，16（11）：1537-1543.DOI：10.1038/nn.3546.

［36］D'ARMIENTO J，SHIOMI T，MARKS S，et al.Mesenchymal Tumorigenesis Driven by TSC2 Haploinsufficiency Requires HMGA2 and Is Independent of mTOR Pathway Activation［J］.Cancer Res，2016，76（4）：844-854.DOI：10.1158/0008-5472.CAN-15-1287.

［37］YANG H，RUDGE D G，KOOS J D，et al.mTOR kinase structure，mechanism and regulation［J］.Nature，2013，97（7448）：217-223.DOI：10.1038/nature12122.

［38］MOAVERO R，CONIGLIO A，GARACI F，et al.Is mTOR inhibition a systemic treatment for tuberous sclerosis?［J］.Ital J Pediatr，2013，39：57.DOI：10.1186/1824-7288-39-57.

［39］BISSLER J J，MCCORMACK F X，YOUNG L R，et al.Sirolimus for angiomyolipoma in tuberous sclerosis complex or lymphangioleiomyomatosis［J］.N Engl J Med，2008，358（2）：140-151.DOI：10.1056/NEJMoa063564.

［40］HINTON R B，PRAKASH A，ROMP R L，et al.Cardiovascular manifestations of tuberous sclerosis complex and summary of the revised diagnostic criteria and surveillance and management recommendations from the International Tuberous Sclerosis Consensus Group［J］.J Am Heart Assoc，2014，3（6）：e001493.DOI：10.1161/JAHA.114.001493.