分：遺傳性聽損之基因流行病學及分子病理學研究

(一) 具有流行病學意義的常見耳聾基因及其突變

近幾年來的研究指出，有些耳聾基因突變，在大多數族群，或至少在特定的族群，具有較高的盛行率，這些耳聾基因包括：GJB2 (Cx26)基因、SLC26A4 (PDS) 基因、粒線體DNA 突變(12S rRNA 基因)、以及 OTOF 基因等，分別介紹於下： (Denoyelle et al., 1999)、35-42%的義大利及西班牙病人(Estivill et al., 1998)、以及 40-58%的美國病人(Green et al., 1999)中，可以找到 GJB2 的基 因突變。在這些高加索人種中，最常見的GJB2 基因突變為 c.30delG（或稱 為c.35delG，因為 30-35 由 6 個 G 組成），約佔地中海沿岸GJB2 突變的 85%

(Denoyelle et al., 1999; Estivill et al., 1998)，以及美國 GJB2 突變的 70%

(Green et al., 1999)。

GJB2 為製造 connexin26 分子的基因。Connexin 為細胞與細胞連接時，

形成「間隙連接」(gap junction)的重要分子，存在於細胞膜上，可控制小於 l .2 kDa 的小分子來往於細胞之間(Harris, 2001)。六個 connexin 可組成一組 connexon，鄰近的兩個細胞的 2 組 connexon 則形成一個「間隙連接」，而成為細胞質的連接管道。在耳蝸(cochlea)，除了毛細胞(hair cell)和少數細胞外，幾乎所有表皮細胞(epithelium) 和纖維細胞 (fibrocyte) 都可以找到 connexin26 蛋白的存在，因此一般認為 connexin26 在內耳主司鉀離子的運送及再循環(Spicer et al., 1996)。惟最近亦有研究指出，connexin26 在內耳的重要功能亦包括訊息傳遞物質 Ins(1,4,5)P3 的運送(Beltramello et al., 2005)。如果 connexin 的合成發生問題，則可能影響到細胞之間離子及物質的運送，進而影響到內耳的電生理，導致聽損。

在其他種族的研究中，雖然GJB2 基因突變仍為非症候群型遺傳性聽 損之一常見原因，然而，其突變型與盛行率卻與高加索人種有顯著差異。

阿胥肯那吉猶太人(Ashkenazi Jews)中，最常見的 GJB2 突變為 c.167delT，

而非 c.30delG (Morell et al., 1998)。而鄰國日本的研究則顯示，只有約 12-33% 的病人可找到 GJB2 的基因突變，而最常見的突變為也不是

c.30delG，而是 c.235delC (Abe et al., 2000; Kudo et al., 2000)。

在歐美針對GJB2 基因突變所做的研究中，學者很快就注意到，約有 1/3 的病人，只能找到一個 c.30delG 的突變，而無法清楚解釋其體染色體隱性之遺傳模式(Marlin et al., 2001)。後來則發現，原來很多這種病人的另一

「對偶基因」(allele)上，帶有另一突變—「del(GJB6-D13S1830)」(del Castillo et al., 2002)。由於此一突變橫跨 GJB6 (Cx30)基因及微衛星基因標識 D13S1830 間約 342-kb 的片段，且極靠近 GJB2 之上游區域，因此學者推估 此突變之致病機制可能有二：其一為藉由喪失 connexin30 之表現而以「雙基因」(di-genic)的方式遺傳〈按：connexin26 與 connexin30 可互相結合形成 connexon〉，其二則為喪失 GJB2 基因上游調控區域(upstream regulatory element)，而影響 GJB2 之第二個對偶基因之正常轉錄作用，進而形成體染 色體隱性遺傳。晚近之一大規模研究顯示，似乎以第二說較為合理(Snoeckx et al., 2005)。而後來的研究也指出，此一 del(GJB6-D13S1830)突變，是西 班牙裔族群人口中僅次於GJB2 c.30delG 之第二常見突變。然而此一突變較 少見於其他地區的高加索人種(Del Castillo et al., 2003b)。

至於臨床表現型方面，根據過去數年的研究，學者們也逐漸歸納出帶有 GJB2 基因突變之病人的一些臨床表徵，包括病人之聽損多為習語前的 中或重度聽損、聽損程度因人而異、有些病人的聽力可能會逐漸變差、以及病人顳骨影像學未合併異常等特徵(Denoyelle et al., 1999)。最近歐美的研究則指出，帶有c.30delG 同型合子突變(homozygous mutation)的基因型常伴隨著較差的聽力(Cryns et al., 2004; Snoeckx et al., 2005)。

2. SLC26A4 (PDS)基因

SLC26A4 (PDS)基因突變是歐美人種中，導致遺傳性聽損第二常見的 原因(Albert et al., 2006)。SLC26A4 (PDS)基因最早是於 1997 年被證實為導致症候群型遺傳性聽損 —Pendred 氏症候群的致病基因(Everett et al., 1997)。除了甲狀腺腫外，Pendred 氏症候群尚常會合併兩種常見的內耳畸形—「大前庭導水管」(enlarged vestibular aqueduct, EVA)和「Mondini 氏發育不全」(Mondini’s dysplasia)。後來則發現，在單獨只有大前庭導水管或 Mondini 氏發育不全，而未合併甲狀腺腫的病人，也可以找到 SLC26A4 基 因的突變(Li et al., 1998; Usami et al., 1999)。換言之，SLC26A4 基因突變，

除了導致Pendred 氏症候群，也會導致非症候群型遺傳性聽損。

SLC26A4 基因，或稱 PDS 基因，位於第 7 對染色體長臂上，由 21 個 exon 所組成。所製造的蛋白質為 pendrin，由 780 個胺基酸構成，分子量約 86 kDa，以 11 個 transmembrane domain 橫跨於細胞膜上(Everett et al., 1997)。分類上，pendrin 是屬於 SLC26A (Solute Carrier Family 26A)家族的蛋白質。這個家族的蛋白質尚包含幾個運送陰離子的蛋白質，如進行氯離子/碳酸根交換的 SLC26A2，以及運送硫酸根的 SLC26A3 等。在蛙卵

(Xenopus oocyte)及某些細胞株的實驗中，pendrin 被證實是一個陰離子的運輸蛋白，它可以運送碘離子、氯離子及重碳酸根離子(Gillam et al., 2005;

Scott et al., 1999)。在老鼠的內耳中，pendrin 主要分佈於前庭導水管與內淋巴囊的表皮細胞，而Slc26a4 (Pds)「基因剔除鼠」(knock-out mouse)的研究，

也證實了Slc26a4 基因的喪失，的確也會導致老鼠內耳發育的畸形及重度聽 損(Everett et al., 1999; Everett et al., 2001)。因此一般以為 pendrin 在內耳中主要還是扮演調節離子均衡與內淋巴的作用。對於SLC26A4 基因突變導致 內耳畸形的致病機轉，曾有人提出：內耳發育的過程中，pendrin 的功能缺失，致使膜性迷路中內淋巴壓力增加，在前庭導水管使得膜性迷路向外壓迫骨性迷路，進而造成大前庭導水管，而在耳蝸，則導致耳蝸不完全分隔，

形成Mondini 氏發育不全(Petit et al., 2001)。而關於聽力喪失的成因，最近則有研究指出，內淋巴及「血管紋」(stria vascularis)內之酸鹼失衡導致內耳鈣離子回收降低(Nakaya et al., 2007; Wangemann et al., 2007)，以及其所引發之自由基的產生及所伴隨之Kcnj10 蛋白質產生減少(Singh et al., 2008)，乃至內耳局部甲狀腺功能之低下(Wangemann et al., 2009)，皆可能為導致 SLC26A4 基因突變聽覺喪失之重要因子。

帶有SLC26A4 基因突變之病人的臨床特徵主要有二：其一為合併大前 庭導水管或 Mondini 氏發育不全等兩種內耳畸形；其二則為波動性的聽力喪失(fluctuating hearing loss)，亦即聽力極易因外在因素如頭部撞擊而變差，也因此病人之聽損程度彼此之間也有很大差異。目前為止的研究並未群型遺傳性聽損。前者以m.3243A>G 突變最為常見，此突變發生在一 tRNA 的基因上，病人除聽損外，還會有糖尿病的症狀；後者則以m.1555A>G 突變最為常見，此突變發生在12S rRNA 的基因上(Fischel-Ghodsian, 1999)。

由於遺傳性聽損以非症候群型為主，所以整體而言，仍是以m.1555A>G 突變較為常見。

日本人的研究指出，高達3%的遺傳性聽損人口帶有 m.1555A>G 的突變(Usami et al., 2000)。其聽力學特徵為習語後聽損。聽損情形在不同家族間、甚至同一家族的兄弟姊妹間存在著極大的差異，然而一般而言，聽損程度較其他遺傳性聽損輕微。聽力會隨著年紀而逐漸變差，聽力圖則顯示高頻聽力較易受影響(Usami et al., 1997)。而導致粒線體 m.1555A>G 突變家族內或家族間表現型的差異，則可能來自下列四個機制(圖二)：

(1) 粒線體基因體(mitochondrial genome)之「單套群」(haplogroup)：

粒線體基因體包含16569 個「鹼基對」(base pair)，這些鹼基對中之任何變異，包括「突變」或「基因多型性」(polymorphism)，都有可能影響到12S rRNA 之基因表現，導致家族內或家族間表現型的差異。

(2) 粒線體 1555A>G 突變之「同質」(homoplasmy)或「異質」(heteroplasmy)：

人體中每個細胞都含有數百到數千個粒線體，而每個粒線體又含有 2

至 10 套的 DNA，若所有的 DNA 都相同，稱為 homoplasmy，反之，

則稱為 heteroplasmy。根據過去文獻，粒線體 m.1555A>G 突變以 homoplasmy 突變為主，然而亦有報告指出，heteroplasmy 突變可見於某些家族，且與患病家族成員聽損程度之間，有相關性(del Castillo et al., 2003a)。

(3) 細胞核基因的影響：

過去的研究也證實，細胞核內的其他基因，也會影響細胞質內粒線體 12S rRNA 基因的表現(Guan et al., 1996; Guan et al., 2001)。因此，細胞核內的其他基因，也極有可能導致粒線體m.1555A>G 突變家族內或家族間表現型的差異。

(4) 外在環境的影響：

如「胺基酸甘醣體」(aminoglycoside)類抗生素暴露的差異(Young et al., 2005)。有研究指出，發生 m.1555A>G 突變，會使得所製造的 12S rRNA 更易與胺基酸甘醣體這類的抗生素結合(Hamasaki et al., 1997)，而加重胺基酸甘醣體的耳毒性，易言之，病人聽力特別易受胺基酸甘醣體所

OTOF 的基因突變，其中絕大多數為 c.2485C>T (p.Q829X)突變(Migliosi et al., 2002)。因此，c.2485C>T (p.Q829X)突變，是現在已知僅次於 GJB2 基因 的c.30delG 突變以及 del(GJB6-D13S1830)突變，西班牙裔人口中第三常見 的耳聾基因突變(Rodriguez-Ballesteros et al., 2003)。

帶有 OTOF 基因突變的病人，其臨床特徵主要為「聽覺神經病變」

(auditory neuropathy)。病人呈現先天性、重度之聽損，然而其「耳聲傳射檢查」(otoacoustic emission, OAE)卻呈陽性反應，這是此種病人最大之特徵。

(二) 國內遺傳性聽損之過去相關基因研究及其結果

1. 國人之 GJB2 基因突變光譜

在過去臺大醫院耳鼻喉部與基因醫學部針對國人所合作的研究中，我們發現，在國人先天性聽損病人中，約只有14.8%的患者顯現 GJB2 的突 變，而其中以c.235delC 最為常見(Hwa et al., 2003)，此點結果與日本人的研究類似(Abe et al., 2000; Kudo et al., 2001)，而歐美研究中較為常見的 c.30delG 及 c.del(GJB6-D13S1830)兩種突變，則均未見於國人。國內中山 醫學大學的研究，也顯示類似的結果—只有10%的病人出現 GJB2 的基因 突變(Wang et al., 2002)。相較於歐美的研究中，動輒 40-60%的病患導因於 GJB2 的基因突變，國人遺傳性聽損人口中，則只有約 10-15%的病人可找

隨著影像儀器的進步，使得「內耳畸形」(inner ear malformation, IEM) 的診斷率大為提昇。歐美的研究即顯示，先天性聽損的患者中，約有30%

合併內耳畸形，其中大前庭導水管約佔15%，Mondini 氏發育不全佔 12%，

此兩者可以說是內耳畸形中最為常見的兩種畸形(Antonelli et al., 1999)。而且許多證據也顯示，內耳畸形可由基因突變所造成(Anagnostopoulos, 2002;

Li et al., 1998; Usami et al., 1999)。由於大多數的遺傳性聽損屬於非症候群 (semicircular canal dysplasia)等四類畸形特別常見。由於此四類畸形經常合併出現且又分別位於四處不同之內耳解剖位置，而聽力學特徵亦具同質性，因此吾人以為其致病機轉可能雷同，並取此四種畸形之英文字首，而合稱之為「EMVS 複合畸形」(EMVS complex)(Wu et al., 2005b)。

　 3. 小結

綜觀在吾人進行本研究之前國內遺傳性聽損之相關研究，儘管陸陸續續有些結果發表，但不難發現這些都是一個片段、一個片段的發現，很

難整理出一個全盤性的概觀。而這些結果也指出，常見的耳聾基因如 GJB2，國人呈現出不同於國外的突變光譜，再度證明了常見的遺傳性聽 損基因及其突變因種族不同而異，也凸顯了建立國人本土資料的必要性。

(三) 當前國人遺傳性聽損基因流行病學所待進行之工作 1. 國人遺傳性聽損病人檢體庫之建立：

在文檔中遺傳性聽損之基因流行病學及分子病理學暨其臨床應用 (頁 25-33)

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