杨润 朱雅颖 马竞 张天宇

(1.复旦大学上海医学院 上海 200032；2.复旦大学附属眼耳鼻喉科医院眼耳鼻整形外科 上海 200031；3.复旦大学附属眼耳鼻喉科医院耳鼻喉科研究院 上海 200031)

鳃-耳-肾谱系疾病(branchio-oto-renal spectrum disorder，BORSD)是胚胎发育时期基因突变导致鳃器(鳃弓、鳃沟、鳃膜、咽囊)、外中内耳及肾脏发育异常的单基因遗传病，引起先天性鳃裂畸形、耳聋、耳畸形及肾脏畸形。1975年，Melnick等[1]报道了一位父亲及其3个孩子同时患有混合性耳聋、耳蜗畸形、听骨固定、杯状耳、招风耳、双侧耳前瘘管、双侧鳃裂瘘管及双肾发育不良，第4个孩子在5月龄时夭折，有鳃裂瘘管和双侧多囊肾，命名为“家族性鳃-耳-肾发育不良”，首次将鳃弓、耳、肾脏的发育异常联系在一起。1978年，Fraser等[2]提出“鳃-耳-肾综合征”(branchio-otorenal syndrome，BOR syndrome，BOR)的命名，总结了鳃、耳、肾脏异常的发生率，并将该疾病中没有肾脏异常的命名为“鳃-耳综合征”(branchio-oto syndrome，BO syndrome，BOS)。1980年，Cremers等[3]提出，BOR和BOS由于遗传背景相同，应视为同一种疾病。遗传学检测也确认了二者是相同遗传背景引起的表现程度不同的病症，统称为BORSD。BORSD患病率缺乏多人种的数据。1980年，Fraser等[4]从蒙特利尔聋校的白人儿童中估计正常人群中发病率为1/40 000，重度耳聋儿童中为2%，该数据沿用至今。

1 BORSD的病因与发病机制

BORSD属于常染色体显性(autosomal dominant，AD)遗传病，大约90%的患者因父母遗传而患病[5]。BORSD已知的3个致病基因分别为眼缺乏同源物1(eyes absent homolog 1，EYA1)、SIX同源框1(SIX homeobox 1，SIX1)和SIX同源框5(SIX homeobox 5，SIX5)，致病基因的染色体定位、遗传方式、编码蛋白质功能及与其突变相关的临床表型总结见表1[6-8]。BORSD患者中约40%携带EYA1变异，约2%携带SIX1变异，少于2.5%携带SIX5变异[5]。BOR与BOS的遗传学病因不同[5]：BOR可根据遗传学病因分为2型，即EYA1突变导致的BOR1和SIX5突变导致的BOR2；BOS可分为3型[5]，即由EYA1突变导致的BOS1、遗传学病因尚未明确的BOS2和由SIX1突变导致的BOS3。

表1 BORSD致病基因及编码蛋白质功能、相关表型

1.1EYA1EYA1是首个确定的致病基因，含25个外显子，编码592个氨基酸的眼缺失同源物-1蛋白，属于EYA家族，是人类胚胎肾脏中高表达的转录共激活因子，有调控酪氨酸磷酸酶和转录辅助激活作用。1997年，Abdelhak等[9]首次在患者中鉴定EYA1突变并阐述其与肾脏、鳃弓、耳发育的关系。体外研究[10]发现EYA1突变可促进EYA1蛋白酶体途径的降解。果蝇同源EYA基因突变导致其酪氨酸磷酸酶活性的丧失及激活转录能力的降低[11]。EYA1杂合敲除小鼠表现出与人类BORSD患者相似的传导性耳聋和肾脏异常[12]。近3年内，BORSD患者中发现的新突变集中于EYA1基因，包括c.967A＞T、c.1381delA、c.889C＞T和c.1493_1494insAT等位点的突变[13-15]。对295例患者的耳科学表现统计发现，无论是否伴有肾脏异常，EYA1突变携带者最常见的表型是中重度耳聋[16]。

1.2SIX1SIX1又名常染色体显性遗传性耳聋23基因(autosomal dominant deafness 23，DFNA23)，含2个外显子，编码284个氨基酸的SIX同源框-1蛋白，属于SIX家族，作为转录因子介导EYA1的核转移，影响细胞周期及凋亡途径，调控耳的发育。2004年，Ruf等[6]首次在患者中发现了SIX1的突变，并证实突变影响EYA1与SIX1的相互作用。基因敲除小鼠模型证实SIX1的缺乏可导致内耳、肾脏的发育缺陷[17]。2018年和2020年的2项研究[18-19]发现，SIX1蛋白参与感觉发育早期的表达模式调控，突变可影响胚胎颅面基因表达及听囊发育。临床上，携带SIX1致病性突变的BOS3患者更易发生极重度感音神经性耳聋[16]。

1.3SIX5 SIX5含3个外显子，编码739个氨基酸的SIX5同源框蛋白，属于SIX家族，作为转录因子与DNA结合。Hoskins等[7]在2007年首次在患者中发现SIX5的突变，并证明突变影响SIX5蛋白以及SIX5-EYA1蛋白复合体的转录激活作用。目前认为，SIX5突变与SIX1突变的致病机制类似，但2007年至今，在其他BORSD患者中都未能再次发现SIX5的致病突变[20]。

1.4 其他基因 SHANK相关RH结构域作用物(SHANK associated RH domain interactor，SHARPIN；8q24.3)基因，又名SHANK作用蛋白样物1(SHANK-interacting protein-like 1，SIPL1)基因，编码蛋白能与EYA1编码蛋白相互作用。BOR患者中发现了包含SHARPIN基因的大片段缺失[21]，斑马鱼SHARPIN敲除模型表现出与BORSD患者类似的耳和鳃弓发育缺陷[22]。

成纤维细胞生长因子3(fibroblast growth factor 3，FGF3；11q13.3)的小鼠同源基因FGF3编码蛋白参与内耳发育，突变可致小鼠内耳缺陷[23]。BOR患者中发现了包含FGF3的大片段缺失[21]。人类FGF3的微缺失可导致耳-牙综合征[24]，临床表现为颅面发育异常和感音神经性耳聋。

同源框A基因簇(homeobox A cluster，HOXACluster；7p15.2)编码蛋白属于HOX同源框家族，该家族均为生长发育中重要的转录因子。BORSD患者中发现了包含HOXA基因簇的大片段缺失[21]。HOXA基因簇成员HOXA2在中耳和外耳发育中起关键作用[25-26]，HOXA1的纯合突变可影响内耳和外耳发育并导致面部、脑干和心脏畸形[27]，HOXA13与手-足-生殖器综合征相关[28]。

Spalt样转录因子1(Spalt like transcription factor 1，SALL1；16q12.1)编码蛋白是肾脏发育中关键的转录因子，也是与肛门闭锁、肢端畸形及耳发育不良相关的Townes-Brocks综合征(TBS)的致病基因，部分具有SALL1致病变异患者的表型相比于TBS更接近BORSD[29]。

苯胺素肌动蛋白结合蛋白(anillin actin binding protein，ANLN；7p14.2)作为细胞骨架结合蛋白参与细胞的有丝分裂。BOS家系中发现了ANLN的杂合错义突变[30]，ANLN的另一种错义突变可导致遗传性局灶节段性肾小球硬化[31]，但突变在鳃器、耳及肾脏发育中的作用尚未明确。

以上5个候选致病基因是否能够导致BORSD有待研究。

2 BORSD的临床表现

BORSD有不完全外显及表型可变性两大特点[32]，不同家系可表现出不同的临床症状，同一家系患者的临床症状及表现程度也不同。

2.1 鳃裂畸形 约60%的患者有鳃裂畸形，包括鳃裂瘘管、窦道或囊肿，均来源于胚胎时期鳃器发育的异常[33]。鳃裂瘘管可单侧或双侧发生，有内、外两个开口。针尖大小的外口常位于颈部胸锁乳突肌前缘。根据内口位置可分为第二、三、四鳃裂瘘管，最常见的是内口位于扁桃体窝的第二鳃裂瘘管，第三鳃裂瘘管内口位于梨状窝，第四鳃裂瘘管内口位于食管上段[34]。鳃裂窦道仅有一个开口，鳃裂囊肿则表现为颈部肿块。

2.2 耳异常 包括内、中、外耳结构异常及听力异常。耳廓畸形包括垂耳、杯状耳、招风耳、低位耳等。BOR中小耳畸形的发生率为30%～60%，BOS中为80%～90%。70%～80%的BOR患者有耳前瘘管[35]。此外，还可有外耳道狭窄、外耳道闭锁及副耳。中耳畸形包括听骨链畸形、错位、脱位或固定及中耳腔缩小等，罕见表现包括中耳胆脂瘤[36]、中耳唾液腺迷芽瘤[37]及累及中耳的鳃裂瘘管。内耳畸形包括耳蜗发育不全、耳蜗增大、前庭导水管扩大、外半规管发育不全、内听道扩大等[38-39]。约90%的患者有耳聋[39]，耳聋的性质可分为传导性(33%)、感音神经性(29%)和混合性(52%)，耳聋的严重程度可分为轻度(27%)、中度(22%)、重度(33%)和极重度(16%)[5]。约70%患者的耳聋不会进展，30%的渐进性耳聋患者常有前庭导水管扩大[40]。2021年对BORSD患者的meta分析显示，EYA1突变更易导致中重度混合性耳聋，SIX1突变更易导致重度感音神经性耳聋，两种基因突变导致耳结构畸形的概率相似，EYA1突变更易致严重的外耳畸形[16]。

2.3 肾异常 12%～20%的BOR患者有肾结构异常，6%有严重的肾脏缺陷[41]。表现为肾发育不全(包括肾单位数目减少、肾脏体积小、肾组织紊乱)及肾缺如[42]，也包括集合系统畸形及交叉性肾异位等。严重的肾异常，如单侧肾缺如伴有对侧肾发育不全或双侧肾发育不全，可在出生后20年内导致慢性肾功能衰竭[43]，并进展为终末期肾病。严重肾畸形可导致Potter面容，表现为眼距过宽、低位耳、下颌后缩和扁平鼻[44]。

2.4 其他异常 包括泪道异常(泪小管发育不全、泪道狭窄、泪道附近瘘口)[1]、半侧颜面短小、短腭或腭裂、下颌后缩、甲状腺功能正常的甲状腺肿、面神经麻痹[45]、鳄鱼泪征[46]。部分患者有精神、运动发育迟缓[47]。短颈及短指等骨骼畸形[48]、阻塞性睡眠呼吸暂停[49]、二尖瓣脱垂[50]等都极为罕见。最新发现的BORSD表型包括癫痫、胃食管反流、尿道下裂及生长激素缺乏[51-53]。

3 BORSD的诊断

3.1 临床诊断 诊断标准自1995年以来被多次更新[54]。2004年Chang等[55]提出的标准沿用至今，见表2。

表2 鳃-耳-肾谱系疾病的诊断标准

无家族史，至少符合3条主要标准，或符合2条主要标准及2条次要标准可确诊BORSD。有家族史，符合1条主要标准即可诊断。BORSD中，如累及肾脏则为BOR，未累及则为BOS。

诊断时应关注鳃裂畸形瘘口、耳前瘘管、副耳、外耳畸形、面部不对称、腭畸形、泪道闭锁等。泌尿系统超声、静脉肾盂造影及肾功能测定以排除肾异常。颞骨高分辨率CT特征包括[56]：耳蜗不旋转、耳蜗顶转发育不全、面神经向耳蜗内侧偏移、漏斗状内听道、咽鼓管扩张。此外，患者的乳突高度、乳突皮质气化程度、面隐窝、水平半规管、砧骨短突也存在轻度异常[57]。

3.2 鉴别诊断 需鉴别包括鳃-眼-面综合征、耳-面-颈综合征、眼-耳-脊柱谱系疾病、Treacher Collins综合征、CHARGE综合征、TBS、歌舞伎综合征等，患者常具有智力障碍、运动发育迟缓、睑裂下斜、肢体畸形、肛门闭锁等特征性表现。

3.3 基因诊断 临床表现不典型者需基因诊断确诊。致病基因检测包括基因外显子、剪切位点、调控序列和重复片段分析，可发现近50%临床确诊者的致病性变异。致病基因检测阴性者，可检测其他候选致病基因，或进行全外显子组或全基因组测序，通过家系共分离寻找新致病基因。

3.4 产前诊断 有家族史的夫妇确定致病突变后，可对胎儿进行产前基因诊断。目前广泛应用的是侵入性绒毛取样、羊膜腔穿刺和脐带穿刺取材法。产前超声可发现孕妇妊娠期羊水过少[58]、胚胎泌尿系统发育异常[59]及耳畸形。BORSD不威胁生命，产前诊断需要征得父母的知情同意。

4 BORSD的治疗和预防

BORSD的治疗集中于结构性畸形的多学科对症治疗。反复感染的耳前瘘管和鳃裂畸形需手术。耳畸形可行耳再造术、耳廓畸形矫正术、副耳切除术等。听力重建手术包括外耳道成形术、鼓室成形术、听骨链松解/重建术等。腭裂可行修补手术。肾异常者需避免使用肾毒性药物，并防止进展为终末期肾病。儿童保健科可定期评估听力及言语发育。

值得注意的是，研究[60]显示传统中耳手术对于改善部分BORSD患者听力的效果有限。当患者具有复杂中耳畸形，如中耳腔空间小、圆窗/卵圆窗畸形、听骨链角度异常都可能导致听骨链重建/镫骨足板开窗术失败，术后气骨导差持续存在。因此，骨桥等人工中耳(active middle ear implants, AMEI)或骨传导植入(bone conduction implants)可能更适用于符合这些植入器械适应证的BORSD患者[60]。

有BORSD生育史或者病史的夫妇除通过产前诊断预防患儿的出生，还可通过辅助生殖技术，行胚胎植入前诊断并筛选受精卵，实现优生优育。

5 展望

BORSD是胚胎发育过程中的先天性结构性畸形导致的多器官功能障碍。致病基因的确定及遗传学检测手段的发展提高了诊断率，扩展了临床表型谱。但许多病例无法用现有的致病基因解释，需探索新致病基因。目前的产前诊断方法均有创伤性，非侵入性产前检查(noninvasive prenatal testing，NIPT)可能是将来更好的选择。由于BORSD涉及的器官发育都于人类胚胎发育早期完成，只有在孕早期进行产前筛查、诊断及干预，才能从根本上治愈这一疾病。已有通过基因编辑技术治疗其他先天性遗传病的基础和临床前研究，但目前尚未有通过外源基因导入细胞，纠正致病基因缺陷从而治疗BORSD的研究，基因治疗是此类单基因遗传病极具前景的研究方向。