2022, Vol. 49
2. 复旦大学生命科学院人类遗传学与人类学系 上海 200438
2. Department of Anthropology and Human Genetics, School of Life Sciences, Fudan University, Shanghai 200438, China
ADAR1基因定位于人染色体1q21，可在人体组织中普遍表达。其编码的腺苷脱氨酶（adenosine deaminase acting on RNA 1，ADAR1）作用于RNA，可催化腺苷在dsRNA中水解脱氨形成肌苷（A~I），从而潜在地改变细胞RNA的信息含量及RNA结构[1-2]。ADAR1基因突变与Aicardi-Goutières综合征（AGS，MIM 225750）和遗传性对称性色素异常症（dyschromatosis symmetrical hereditaria，DSH）相关，其中AGS主要表现为神经系统的病变。国内对该表型的了解仍停留在少数的个案报道上，本文全面总结了ADAR1突变引起的神经系统疾病（AGS 6型）在临床、遗传学、发病机制及治疗上的研究进展，为临床医师对该疾病的诊断和治疗以及进一步的机制研究提供依据。
临床表现与遗传学特征 2012年，Rice等[3]首次报道ADAR1突变是AGS的致病基因之一，能引起Ⅰ型干扰素诱导的基因转录表达增强，与颅内钙化、白质病和严重发育迟缓有关。
“经典的AGS表型”是1984年由Aicardi和Goutières首先提出[4]，其特征为中枢神经系统进行性紊乱、双侧痉挛及肌张力障碍、小头畸形、精神运动迟缓等，影像学上表现为基底神经节钙化、白质异常和脑萎缩。随后又有皮肤“冻疮”样改变、青光眼[5]、系统性红斑狼疮等临床表现被报道，通常病情进展较快[6]。ADAR1突变引起的AGS被定义为AGS 6型，除以上特征外还具有诸多自身特点[7]。患者多在正常发育一段时间之后发病，常以痉挛和肌张力障碍为首发症状，且多伴有基底神经节功能障碍；头颅CT中常发现基底神经节钙化，为临床诊断的重要特征之一。患者一旦发病，运动功能迅速丧失，且后期出现长期发育速度减缓，预后较差。
ADAR1突变还会引起非综合征性双侧纹状体坏死（bilateral striatal necrosis，BSN）或孤立性痉挛性轻瘫（起初表现为孤立的下肢痉挛，仅在数年后才显现出肌张力障碍和上肢受累）[7-8]。目前仅在ADAR1突变患者中发现BSN[5]，孤立性痉挛性轻瘫也只在RNASEH2B、ADAR1、IFIH1突变患者中有报道[9]。在临床进展的速度上，AGS 6型患者较少出现青光眼和“冻疮样”皮肤损伤。Crow等[10]建议，对于任何出现双侧纹状体坏死或无法解释的亚急性发作性肌张力障碍儿童，都应考虑ADAR1相关的神经系统疾病。
在遗传学特征方面，ADAR1相关的神经系统疾病多为常染色体隐性遗传，仅仅少数突变呈常染色体显性遗传[6]，ADAR1缺失小鼠中的研究中也表明ADAR1蛋白完全失活可能导致胚胎死亡[3]。在各种突变位点中，显性负性突变p.Gly1007Arg需要引起特别注意，该突变出现频率最高且临床异质性很大，即使为遗传性突变也可能出现与亲本表型差异或者亲本直到成年仍不外显的情况[7]。Tojo等[11]曾报道1名带有p.Gly1007Arg显性负性突变的女性患者，在17岁时出现步态障碍和腿部肌张力异常并于1年后开始使用轮椅，21岁开始出现智力下降。而携带相同突变的另一个家系中，1名成年女性在30岁时才开始出现轻微的智力障碍，她的儿子则在幼年时就出现了严重的早发性脑病[7]。除此之外，p.Pro193Ala在ADAR1突变的患者中检出频率也非常高，但均与无义突变杂合，推测纯和p.Pro193Ala等位基因可能会引起较轻、较晚的发作或独特的表型而不易被临床发现[12]。证明疾病表型与ADAR特定的蛋白表达和病理机制相关。
同时，ADAR1还是遗传性对称性色素异常症（dyschromatosis symmetrical hereditaria，DSH）的致病基因。DSH是一种常染色体显性遗传疾病，目前已在DSH患者中发现130多种不同的ADAR1突变，其临床特征是儿童时期四肢面部和背侧色素沉着和色素沉着过少[13]。DSH多见于东亚地区，在国内已见相关报道[14]。关于AGS与DSH之间的关系尚不明确，有研究推测复合杂合ADAR1突变导致基因编辑效率降低，可能低于AGS神经表型出现的阈值。相比之下，一般杂合突变导致的编辑效率降低可能不足以发展成为AGS。因此除了p.Gly1007Arg之外的杂合ADAR1突变患者仅表现出皮肤症状，而没有神经系统异常[15]。在ADAR1引起神经系统疾病的患者中，也有表现与DSH一致的色素性病变[11, 15]。Rice等[3]推测，两个DSH患者生育罹患ADAR1相关神经疾病即AGS的概率为四分之一。
发病机制研究 ADAR1编码ADAR1蛋白作用于RNA，可催化腺苷在dsRNA中水解脱氨形成肌苷（A~I）。A~I编辑对于正常的细胞功能至关重要，在健康的人体组织中已发现超过300万个RNA A-to-I编辑[16]，因此ADAR活性异常与多种疾病相关，但仅有DSH和AGS可归因于ADAR1的特定突变。ADAR1长度为1 226个氨基酸，N端800个氨基酸残基内包含2个Z-DNA结合域和3个双链RNA结合域，C端400余个残基为催化脱氨酶结构域。目前报道的AGS患者的突变多在催化结构域，证实了催化结构域在RNA编辑中确认靶标和有效编辑位点方面的重要作用[17]，具体分布见图 1。在当前已发现的突变中，仅有p.Gly1007Arg突变会使得ADAR1对RNA的编辑活性完全丧失，而其他突变体则均保持一定水平的编辑活性[18]。
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| The N-terminal green regions are two Z-DNA binding domains and the orange regions are the three double-stranded RNA binding domains, and the C-terminal yellow region is the catalytic deaminase domain. Missense mutations are noted above, and nonsense mutations, frameshift mutations and intron mutations are noted below. Bold indicates that the pathogenic mutation is clearly identified in the Clinvar database, and the rest are mutations that have been reported in AGS patients in the literature. Red indicates hotspot mutations, * indicates that the mutation is a dominant negative mutation. 图 1 ADAR1基因突变示意图 Fig 1 Schematic diagram of ADAR1 gene mutation |
AGS患者的脑脊液和血清中IFN活性均有增加，且多数患者外周血中IFN刺激基因（interferon-stimulated gene，ISG）的表达水平都升高，这被称之为“IFN信号”[19-20]，Ⅰ型干扰素信号转导上调被认为是该疾病发病机制的核心。目前倾向于使用“Ⅰ型干扰素病”来描述这组单基因疾病，以显示IFN-α的上调与发病机制的直接关系。IFN作为一种神经毒素[21-22]，长期暴露于高浓度的Ⅰ型IFN中可能造成一系列神经表型，而一些使用IFN进行治疗（如丙型肝炎或癌症）的病例中，也出现了类似血管炎、系统性红斑狼疮和青光眼的症状[20]，提示可能存在相似的病理过程。在一项对46名因ADAR1突变而表现出神经系统症状的患者的临床研究中发现，患者外周血中Ⅰ型IFN刺激的基因转录物与健康对照组相比显著上调。说明对IFN的检测可作为ADAR1相关疾病的筛查试验，用于解释致病性不明的ADAR1突变，也可以作为监测治疗效果的指标[14, 21]。
ADAR1突变引起体内IFN产生提高的原因目前尚无定论。研究表明，ADAR1活性缺陷引起的细胞质中ds-RNA水平升高会诱导IFN产生[22]。据推测，将自身来源的核酸识别为非自身可能是疾病发病机制的基础，但是自身遗传物质触发疾病中异常IFN反应的确切机制仍不清楚[1]。可能是ADAR1活性缺失的细胞中免疫反应性dsRNA增加，从而无法产生具有抑制IFN诱导作用的尿嘧啶（IU）-dsRNA，使IFN信号转导上调[23]。最近，研究[22]认为ADAR1可通过破坏内源dsRNA的稳定性抑制RIG-I样受体（RLR）的结合和信号传导，激活IFN调节因子。因此ADAR1既是IFN产生的负向调节剂，也能调节对IFN的反应。研究发现，几乎全部ADAR1突变患者体内均可发现IFN评分异常，甚至在疾病发作后长达25年的时间里都可观察到阳性评分[7]，这提供了疾病持续进展的病理证据。
治疗及疾病监测 AGS患者表现出自身炎症和一些自身免疫疾病的特征，因此目前多使用较为广谱的免疫调节疗法进行治疗，如泼尼松与硫唑嘌呤治疗[24]、甲基强的松龙与免疫球蛋白静脉注射、甲基强的松龙[25]或单独免疫球蛋白静脉注射[26]，神经系统症状改善不一。由于患者数量有限且临床异质性较大，采用的方案以及开始治疗的阶段不同，很难判断不同方案的干预效果。根据对发病机制的研究，可以考虑采用以下更具针对性的治疗方法。
限制自身异常核酸的产生 逆转录酶抑制剂（reverse transcriptase inhibitors，RTIs）是一类可能破坏外源性逆转录病毒和内源性逆转录因子复制周期的化合物，已在世界范围内应用于儿童和成人HIV-1感染，其药效学、安全性和毒性已经通过验证。尝试用RTIs对AGS进行治疗的研究已在动物中进行实验，在患者中的试验尚在探索中[27]。
增加异常核酸的消除 已有报道在AGS患者中发现了针对核酸的自身抗体[22]，因此淋巴细胞和自身抗体产生可能在AGS发病机制中发挥了很大作用，也提供了对应的治疗策略——包括使用已知药物来消耗B细胞，使用霉酚酸酯等针对可能存在的自身反应性T细胞等。但是这些药物的不良反应较多，在实际应用中须与疾病病程进行权衡。
阻断IFN信号传导 抗IFN抗体、抗Ⅰ型IFN受体抗体以及靶向转导Ⅰ型IFN应答途径的分子均是阻断核酸刺激下游IFN信号传导的方法。JAK/STAT信号通路是多种细胞生长、活化、分化、凋亡及其功能发挥过程中一条重要的细胞内信号转导途径。最近已有报道使用JAK抑制剂对不同的Ⅰ型IFN疾病进行治疗，都取得了不错的疗效[28-29]。而在AGS治疗中，使用JAK1/2抑制剂Ruxolitinib治疗TREX1相关皮肤病[30]和IFIH1相关的全身性炎症[31]，症状得到明显改善。一位IFIH1功能获得性（Gain-of funciton）突变的儿童出现发育倒退和停滞，在Ruxolitinib治疗后表现出明显的发育进步[31]。但是到目前为止接受治疗的患者数量很少，尚未进行规范临床试验，因此还不能确定其对中枢神经系统疾病的具体作用[22]。
其他治疗方法 调节胞质核酸信号通路成分的化合物也在研究中，最近的一篇报道描述了阿司匹林可作用于环化GMP-AMP合酶的乙酰化作用，用药后Trex1-null小鼠炎症表型得到纠正[32-33]；或通过自噬去除RNase H2缺陷小鼠细胞中的胞质免疫刺激核酸[34]，提示雷帕霉素诱导自噬可能对该类患者有益。
目前发现的AGS患者成年后神经系统发育都相对稳定，但ADAR1突变患者中常见的p.Gly1007Arg突变存在病情进展的风险，提示可能需要长期治疗。鉴于放射学特征和临床指标通常难以定量并带有主观性质，建议使用生物标志物对疗效进行评估。目前的检测方法包括使用酶联免疫吸附测定法对IFN-α蛋白进行检测，对IFN诱导基因表达的定量检测（即ISG-ISG）[35]和基于抗病毒细胞保护能力的IFN活性测定[36]。尤其对患者的血液样本中ISG水平的测量可以用作疾病活动的生物标志物，也可用于监测疗效。另外，在AGS患者中使用Janus激酶1和Janus激酶2（JAK1/2）抑制剂Ruxolitinib的经验表明，血液中IFN信号发生微小变化时就可以观察到明显的临床改善，可能IFN进入血液的比例并不高，因此脑脊液的监测显得更为重要[22]。
预后 ADAR1突变引起的神经系统病变的长期预后不良。在迄今为止报道的最大样本量的研究中，374名AGS患者中有19%死亡，74%严重残疾[5]。2017年一项对25名ADAR1突变患者的临床研究中，13名患者出现肌张力障碍和技能丧失，其中2名患者由于严重的肌张力障碍而接受重症监护，其他人在数周或数月内表现出较缓慢的进展性发作，9名患者在10个月至19岁之间死亡。大部分患儿发病后智力、运动发育倒退，发作控制后智力和运动发育极少出现进步[7]。近年来JAK抑制剂等的使用为Ⅰ型IFN疾病的治疗带来很大希望，已经有多个不同突变的AGS患者通过治疗症状得到了有效控制，且运动和智力水平都得到不同程度恢复[28-31]，少部分年龄较小的患者可恢复至发病前水平。
结语 总体而言，虽然ADAR1突变引起的神经系统病变发病机制仍不完全清楚，但发病后进展快、预后差，因此结合神经系统临床症状和快速的基因诊断，在疾病早期进行针对性治疗和针对IFN水平进行疗效监测，将会给患者带来极大获益，也会对IFN类疾病的研究提供宝贵经验。
作者贡献声明 李双 论文构思、设计、撰写和修订，文献调研和整理，制图。王一 文献调研和整理，论文修订。王艺 论文构思和修订，监督和指导。
利益冲突声明 所有作者均声明不存在利益冲突。
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