罕見的兒童早衰癥—科凱恩氏綜合癥與ERCC6基因介紹

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ERCC6基因簡介
切除修復交叉互補組6基因（ERCC6），又名科科凱恩氏綜合癥B基因（Cockayne syndrome B，CSB）。該基因編碼一種DNA剪切修復蛋白，具有ATP刺激的ATPase活性，與幾種轉(zhuǎn)錄和切除修復蛋白相互作用，并可能促進DNA修復位點的復合物形成，在轉(zhuǎn)錄偶聯(lián)核苷酸切除修復（TC-NER）中起重要作用。ERCC6基因位于人類的第10號染色體10q11上，基因全長為104.7kb，共有23個外顯子，氨基酸數(shù)量為1493個。ERCC6基因的突變與科凱恩氏綜合癥（CS）密切相關。

表1. ERCC6的基本信息

備注：標有√的意為賽業(yè)紅鼠資源庫有該種保存狀態(tài)的小鼠

ERCC6與科凱恩氏綜合癥（CS）
CS是一種罕見的常染色體隱性遺傳疾病，在日本和西歐的發(fā)病率分別為1/277萬和1/270萬。CS臨床特征復雜多樣，包括生長遲緩、早衰、色素性視網(wǎng)膜病變、光敏感、感音神經(jīng)性耳聾及小頭畸形。其臨床表型為一個連續(xù)而重疊的譜系，從重到輕依次為腦－眼－面－骨綜合征(COFS)、CS Ⅱ型、CS Ⅰ型、CS Ⅲ型及紫外線敏感綜合征。

目前，CS診斷方法主要有3種：
（1）依據(jù)典型表型進行診斷，具體診斷標準采用圖1所示的2013年Laugel修正的版本。但此方法只適用于狹義的CS，即CS Ⅰ-Ⅲ型，而不適用于COFS和紫外線敏感綜合征。

（2）基于CS在TC-NER中存在缺陷的理論，進行特定的DNA修復測試，測量皮膚成纖維細胞暴露于紫外線輻射后RNA合成的修復。

（3）利用二代測序技術(shù)進行DNA或RNA測序分析進行基因診斷[1]。
 

表2. CS的臨床診斷標準[1]
 

ERCC6（CSB）與ERCC8（CSA）是CS的主要致病基因，其中CSB基因突變約占2/3。CSA與CSB通過TC-NER途徑參與修復受損的DNA。CSA和CSB基因缺陷細胞，無法修復轉(zhuǎn)錄過程中遇到的DNA損傷，導致RNA聚合酶在該位置停滯，干擾基因表達，從而導致細胞功能障礙或細胞死亡，最終導致CS。目前，已報道97種CSB基因突變與Cockayne綜合征相關，除了CSB純和突變，CSB雜合突變也會導致CS。其中，CSB 蛋白結(jié)構(gòu)和致病突變類型如圖1所示[2]。
 

圖1. CSB蛋白結(jié)構(gòu)域及其致病的純和與雜合突變類型[2]。

酸性區(qū)域 (A)、核定位信號 (N)、解旋酶基序 (I, Ia -VI) 和泛素結(jié)合域 (UBD)。

圖(A)：代表純合突變；圖(B)：代表雜合突變。移碼和無義突變顯示在蛋白質(zhì)上方，而缺失和錯義突變顯示在蛋白質(zhì)下方。

CS相關小鼠模型
Gorgels等通過模仿人類CS患者的CSB（ERCC6）基因的截斷，建立了核苷切除修復障礙的CS小鼠模型。結(jié)果表明，CSB基因特定截斷小鼠（Csb-/-）具有一些類似于人類CS的特征，如轉(zhuǎn)錄偶聯(lián)修復的缺陷、對紫外線過敏、自發(fā)性視網(wǎng)膜變性以及在紫外線暴露后無法恢復RNA合成。但與CS患者相比，Csb-/-小鼠對皮膚癌特別是鱗狀細胞癌的易感性增加。這是由于人類主要以全基因組修復（GG-NER）途徑處理紫外線誘導的環(huán)丁烷嘧啶二聚體，而小鼠以TC-NER途徑優(yōu)先修復紫外線誘導的環(huán)丁烷嘧啶二聚體。CS患者和Csb-/-小鼠的GG-NER功能不受影響，因此，Csb-/-小鼠因TC-NER缺陷而不能處理紫外線誘導的環(huán)丁烷嘧啶二聚體，導致Csb-/-小鼠對癌癥的易感性增加[3]。
 

圖2. 暴露于紫外線或 DMBA后對 csb-/-小鼠皮膚的急性和慢性影響[3]。

(A) 紫外線誘導CSB-/-小鼠皮膚紅斑。上為CSB-/-雄性小鼠。下為野生型雄性小鼠。

(B) 連續(xù)4天暴露于UV-B（200 J/m/day）的野生型小鼠的皮膚切片。

(C) 連續(xù)4天暴露于UV-B（200 J/m/day）的CSB-/-小鼠的皮膚切片。野生型皮膚正常。CSB-/-的皮膚表現(xiàn)為增生（棘皮癥和角化過度）。

(D) CSB-/-小鼠長期暴露于UV-B后的皮膚, 肉眼變化包括發(fā)紅和鱗屑。

(E) CSB-/-小鼠長期暴露于UV-B后的皮膚，組織學變化包括棘皮癥和角化不全。

(F) 用DMBA處理三周后野生型小鼠的皮膚切片。

(G) 用DMBA處理三周后CSB-/-小鼠的皮膚切片。野生型皮膚形態(tài)正常。CSB-/-的皮膚表現(xiàn)出明顯的增生（棘皮癥）。

CS的治療
關于CS，目前主要采取對癥治療方式，比如對受影響器官進行物理治療和小手術(shù)，例如去除白內(nèi)障。對紫外線輻射非常敏感者，建議穿著紫外線防護服。

應對早衰癥，北醫(yī)三院運用干細胞治療手段為一位14歲早衰癥女孩實施治療，成為國際首例胎盤干細胞治療早衰癥的病例。北醫(yī)三院利用試管嬰兒技術(shù)產(chǎn)下一名正常的男嬰。隨后從男嬰的胎盤中分離出間充質(zhì)干細胞（MSC），并移植到患病的姐姐體內(nèi)。臨床檢測發(fā)現(xiàn)，患者的肝功能等指標出現(xiàn)好轉(zhuǎn)，疾病表征出現(xiàn)緩解。

此外，wang等將攜帶ERCC6突變基因的CS患者的成纖維細胞重編程為誘導性多能干細胞（iPSCs），并使用CRISPR/Cas9系統(tǒng)進一步生成基因校正后的 CS-iPSCs （GC-iPSCs）。在CS-iPSCs誘導分化生成的間充質(zhì)干細胞（CS-MSCs）和神經(jīng)干細胞（CS-NSCs）中，也出現(xiàn)了CS相關的表型缺陷，這兩種細胞對DNA損傷應激的易感性增加。但通過對ERCC6突變基因進行靶向校正，可以改善CS-MSCs的早衰缺陷。因此，利用CRISPR/Cas9 將自體iPSCs的致病基因突變進行靶向校正，隨后定向誘導分化為無致病突變的GC-MSCs，會是一個可行的CS個體化治療方案，為干細胞療法治療CS開辟了一條新思路[4]。

小結(jié)
ERCC6是CS的主要致病基因，CSB基因突變，會導致細胞無法修復轉(zhuǎn)錄過程中遇到的DNA損傷，進而使RNA聚合酶在該位置停滯，干擾基因表達，最終引發(fā)CS疾病。目前，應用于CS臨床的治療方法只能緩解CS癥狀，但不能根治這種疾病。雖然已報道首例利用弟弟健康的MSC移植治療CS的案例，但長期大量使用干細胞進行異體治療的安全性問題，還有待觀察。除了異體MSC治療，也有研究證明，通過體細胞重編程技術(shù)產(chǎn)生CS-iPSCs，然后通過CRISPR/Cas9實現(xiàn)致病基因突變的靶向矯正，進而定向誘導分化為自體GC-MSCs，可以改善CS-MSCs的早衰癥狀，但該方法尚未進行臨床試驗，且在應用前需要進行嚴格的安全性評估。

參考文獻：
[1] 李東曉, 楊艷玲. Cockayne綜合征的臨床及遺傳學研究進展 [J] . 中華實用兒科臨床雜志,2018,33 (9): 714-717. DOI: 10.3760/cma.j.issn.2095-428X.2018.09.015.

[2] Vessoni AT, Guerra CCC, Kajitani GS, Nascimento LLS, Garcia CCM. Cockayne Syndrome: The many challenges and approaches to understand a multifaceted disease [J]. Genet Mol Biol. 2020 May 20;43(1 suppl. 1):e20190085. doi: 10.1590/1678-4685-GMB-2019-0085.

[3] van der Horst GT, van Steeg H, Berg RJ, van Gool AJ, de Wit J, Weeda G, Morreau H, Beems RB, van Kreijl CF, de Gruijl FR, Bootsma D, Hoeijmakers JH. Defective transcription-coupled repair in Cockayne syndrome B mice is associated with skin cancer predisposition [J]. Cell. 1997 May 2;89(3):425-35. doi: 10.1016/s0092-8674(00)80223-8.

[4] Wang S, Min Z, Ji Q, Geng L, Su Y, Liu Z, Hu H, Wang L, Zhang W, Suzuiki K, Huang Y, Zhang P, Tang TS, Qu J, Yu Y, Liu GH, Qiao J. Rescue of premature aging defects in Cockayne syndrome stem cells by CRISPR/Cas9-mediated gene correction [J]. Protein Cell. 2020 Jan;11(1):1-22. doi: 10.1007/s13238-019-0623-2.

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