兒童遺傳相關(guān)性結(jié)石病

兒童遺傳相關(guān)性結(jié)石病不管是機(jī)體代謝紊亂，還是遺傳基因異常，兒童結(jié)石形成的主要因素是尿液代謝異常。然而尿液代謝異常可能是代謝紊亂所致，也可能是遺傳基因的突變所致，也有可能是兩者共同作用的結(jié)果。因此，臨床上遇到尿液代謝指標(biāo)異常時，不能僅考慮是代謝因素，還應(yīng)考慮其遺傳特性。兒童遺傳性結(jié)石病具有發(fā)病早、進(jìn)展快等特點，部分病例早期即合并急性腎功能不全或衰竭。結(jié)石通常只是首診因素，其潛在疾病往往被延誤診斷。隨著基因檢測技術(shù)的應(yīng)用與發(fā)展，兒童遺傳性腎結(jié)石的檢出率有所提高，大部分患兒可在全部臨床癥狀表現(xiàn)出來前即明確診斷。另外，兒童遺傳性腎結(jié)石大多數(shù)為單基因病。兒童單基因病的病種類型和致病基因可能存在人種差異，突變熱點可能不同。一、兒童單基因致病1.單基因致石因素單基因引發(fā)的結(jié)石病在兒童多見。基因檢測發(fā)現(xiàn)一些特發(fā)性結(jié)石也是由單基因所致。Braun等發(fā)現(xiàn)1歲以下嬰幼兒腎結(jié)石病或腎鈣質(zhì)沉著者致病基因為隱性遺傳的單基因，表現(xiàn)為純合或復(fù)合雜合，而1歲以上者致病基因多為顯性。目前已報道32種基因可導(dǎo)致結(jié)石形成并引發(fā)相應(yīng)的結(jié)石病伴/不伴腎鈣質(zhì)沉著。每種基因的基因型或突變方式不同，患者的臨床癥狀表現(xiàn)也會有差異，基因長段缺失、密碼子提前終止等可造成蛋白功能嚴(yán)重異常或功能缺失，單核苷酸多態(tài)性可表現(xiàn)為雜合或純合突變，通常對蛋白功能影響相對要小。致病基因中70%為常染色體隱性遺傳，17%為常染色體顯性遺傳伴不同外顯率，其余的基因為常隱和常顯兩種遺傳方式或X染色體性連鎖遺傳。多數(shù)臨床癥狀較重的疾病通常表現(xiàn)為隱性遺傳方式，如Batter綜合征、Lowe綜合征、Dent病、家族性低鎂血癥高鈣尿癥伴腎鈣質(zhì)沉著癥和遠(yuǎn)曲小管酸中毒伴神經(jīng)性耳聾病，癥狀較輕者通常與顯性基因變異有關(guān)。2.常見的兒童單基因腎結(jié)石?、匐装彼崮虬Y1型和2型；②原發(fā)性高草酸尿癥1型、2型和3型；③Dent病1型和2型；④Bartter1型、2型、3型和5型；⑤腺嘌呤磷酸核糖轉(zhuǎn)移酶缺乏癥(APRT)；⑥家族性低鎂血癥高鈣尿癥伴腎鈣質(zhì)沉著癥(FHHNC)；⑦次黃嘌呤-鳥嘌呤磷酸核糖激酶缺乏癥(HPRT)等；⑧特發(fā)性高鈣尿癥等等。3.基因突變與結(jié)石形成的機(jī)制。不同的單基因病受到不同的致病基因作用，其結(jié)石形成的機(jī)制不同。(1)腎內(nèi)基因突變部分基因位于腎小管內(nèi)，基因突變后影響了腎內(nèi)的蛋白功能，例如SLC34A1、SLC34A3、SLC9A3R1主要編碼腎內(nèi)的轉(zhuǎn)運蛋白，CLCN5影響氯離子通道蛋白，CLCN16/CLCN19影響緊密連接蛋白功能；(2)腎外基因突變一些腎外基因突變后同樣可以引發(fā)結(jié)石病，例如AGXT、GRHPR和HOGA1基因影響肝臟代謝酶的功能，這三種基因突變后分別導(dǎo)致吡哆醛/吡哆醇依賴的肝臟特異AGT（丙氨酸-乙醛酸轉(zhuǎn)氨酶）、乙醛酸/羥基丙酮酸還原酶和肝臟特異性線粒體酶4-羥基-2-酮戊二酸醛縮酶功能異?；蛉笔?，從而體內(nèi)乙醛酸代謝異常，血液中草酸濃度升高，尿液中草酸排泄增加，引起反復(fù)腎臟結(jié)石和腎鈣質(zhì)沉著，并引起腎功能不全或衰竭。二、兒童結(jié)石形成的基因多態(tài)性盡管單基因引發(fā)的結(jié)石病在兒童多見，但也不能排除兒童結(jié)石基因的多態(tài)性。通常小年齡組結(jié)石患兒易合并感染、局部解剖改變和代謝紊亂。代謝紊亂與自身基因異常有關(guān)，可能是多基因缺陷并相互滲透引起的，如維生素D受體基因、骨橋蛋白基因、降鈣素受體基因、鈣敏感受體基因、載脂蛋白E、上皮細(xì)胞鈣黏蛋白多態(tài)性及血管內(nèi)皮生長因子等與泌尿系結(jié)石的形成有密切關(guān)系，它們之間可能表現(xiàn)為協(xié)同作用，也可能表現(xiàn)為拮抗作用。有研究發(fā)現(xiàn)，鈣磷代謝紊亂與泌尿系結(jié)石尤其是尿路含鈣結(jié)石的形成密切相關(guān)，而多種基因參與其中，如維生素D受體，維生素D受體為親核蛋白，廣泛存在于骨骼、腎、腸道等體內(nèi)大多數(shù)組織和細(xì)胞。維生素D受體調(diào)節(jié)細(xì)胞增殖、分化及腸道中鈣的吸收。維生素D受體基因等位基因的變異被看作是泌尿系結(jié)石的病因。目前發(fā)現(xiàn)，維生素D受體的基因多態(tài)性與草酸鈣結(jié)石有關(guān)的基因多態(tài)性位點有4個，分別對應(yīng)限制性內(nèi)切酶BsmⅠ、ApaⅠ、TaqⅠ、FokⅠ的酶切位點；與位于DNA序列3′端的BsmⅠ、ApaⅠ和TaqⅠ相比較，F(xiàn)okⅠ位于第2外顯子區(qū)域，對維生素D受體蛋白的結(jié)構(gòu)有一定影響。三、基因檢測與評估隨著分子生物學(xué)技術(shù)的發(fā)展，泌尿系結(jié)石的基因診斷已成為可能。基因檢測的內(nèi)容包括更準(zhǔn)確地診斷基因型,更精確地測定飲食和環(huán)境因素與不同基因型的相互作用,以及用基因評判個人患結(jié)石的易感性或潛在危險性等。對于來自有復(fù)發(fā)性結(jié)石患者家族的兒童,更應(yīng)施行基因檢測。兒童結(jié)石的形成常與單基因突變有關(guān)，有研究發(fā)現(xiàn)兒童結(jié)石的單基因致病突變檢出率高達(dá)21%。因此，基因檢測在未來兒童結(jié)石病因診斷中的作用可能會越來越重要。盡管基因檢測不屬于代謝評估范疇，但就病因診斷而言，代謝評估應(yīng)是基因檢測的前提，而基因檢測又是代謝評估的補(bǔ)充。胱氨酸結(jié)石、黃嘌呤結(jié)石以及2,8-二羥腺嘌呤結(jié)石成分可以直接判斷單基因結(jié)石病。患兒存在父母近親結(jié)婚、結(jié)石多發(fā)及頻繁、骨代謝病、腎鈣質(zhì)沉著腎衰竭及一些難以解釋的異常生化結(jié)果等情況時，需懷疑單基因結(jié)石病。目前，不少學(xué)者已基于尿液代謝異常的臨床表型對結(jié)石相關(guān)的單基因進(jìn)行了分類總結(jié)。在過去采用第一代基因測序技術(shù)時，臨床醫(yī)生需就尿液代謝異常等臨床表型確定可疑致病基因，然后逐一測序鑒定，工作量巨大且效率低下。新興的高通量測序技術(shù)，突破了傳統(tǒng)方法的效率瓶頸，雖可對全外顯子或全基因組測序，但獲得大量序列變異數(shù)據(jù)的同時，鑒別變異是否為致病突變，不僅需要大量數(shù)據(jù)庫信息對比，還需結(jié)合患兒的臨床表型以及家系樣本，避免出現(xiàn)假陽性結(jié)果。四、基因治療兒童遺傳性腎結(jié)石相關(guān)的致病基因雖然已發(fā)現(xiàn)很多，但隨著研究的深入和新病例的出現(xiàn)，越來越多的突變位點不斷被發(fā)現(xiàn)，但15%的病例采用目前的測序方法仍無法明確突變的基因或類型，例如復(fù)雜的插入缺失、拷貝數(shù)變異以及其他位于啟動子或內(nèi)含子的突變。目前隨著全外顯子組和全基因組測序的廣泛應(yīng)用，單基因腎結(jié)石病的家族篩查和產(chǎn)前診斷將變得簡單易行。但是結(jié)石病相關(guān)基因的全面認(rèn)識還有待于未來檢測技術(shù)上的再一次革命性的突破。未來最有效的治療方法是早期診斷后的基因治療(genetherapy)，但傳統(tǒng)基因治療是將含有正?；虻妮d體導(dǎo)入患者體內(nèi)，以修正變異基因，其關(guān)鍵技術(shù)和方法仍不成熟，如外源性載體如何準(zhǔn)確到達(dá)靶器官，如何避免排斥反應(yīng)，外源基因在體內(nèi)的表達(dá)調(diào)節(jié)，以及外源載體隨機(jī)插入基因組引起突變的風(fēng)險等問題尚未能圓滿解決?；蚓庉?geneediting)是利用核酸酶在基因靶點切斷DNA雙鏈，形成DNA雙鏈斷裂，經(jīng)細(xì)胞內(nèi)的非同源末端連接和同源重組機(jī)制進(jìn)行修復(fù)，如CRISPR-cas9技術(shù)。但目前基因編輯的效率較低，還不能很好的應(yīng)用于臨床。未來基因編輯的技術(shù)突破將可能有助于包括結(jié)石病在內(nèi)的1500種以上的單基因病的治療。不同于其它臟器的基因治療，腎臟基因治療相對困難。這是由于腎臟解剖位置較深，組織細(xì)胞多樣性以及解剖結(jié)構(gòu)復(fù)雜，導(dǎo)致腎臟基因治療相對滯后。在腎臟疾病的基因治療中，轉(zhuǎn)染途徑和載體的選擇將是影響治療效果的關(guān)鍵步驟。將攜帶目的基因的載體注入血液系統(tǒng)后，幾乎全被肝臟和脾臟獲取，很少能夠到達(dá)腎臟。另外腎臟本身解剖結(jié)構(gòu)限制目前常用載體的應(yīng)用。多數(shù)病毒載體直徑在20～200nM，大于腎小球傳入小動脈直徑10nM，而且許多載體分子質(zhì)量大于腎小球濾過蛋白分子質(zhì)量閾值50kDa，均阻礙了載體傳遞。（一）腎臟基因治療載體傳遞途徑現(xiàn)有腎臟局部導(dǎo)入或傳遞載體的方法包括:經(jīng)輸尿管腎盂注射、腎靜脈注射、腎實質(zhì)注射和腎動脈注射。目前還沒有足夠的證據(jù)證明何種途徑能使腎臟長期有效表達(dá)外源基因。研究發(fā)現(xiàn)僅腎動脈傳遞相對具有較好的效果，能使腎小管和潤細(xì)胞轉(zhuǎn)導(dǎo)基因成功，但該技術(shù)具有操作難度。連續(xù)腎動脈泵入腺病毒，腎組織感染效果不理想，主要原因在于血液中存在免疫細(xì)胞，會限制病毒感染腎臟細(xì)胞。（二）攜帶特異性啟動子的載體修飾為了減少不良反應(yīng)發(fā)生，轉(zhuǎn)染須是特異性的，要避免轉(zhuǎn)染到其他非靶細(xì)胞和器官。腎臟是由很多不同種類細(xì)胞組成，基因治療應(yīng)該具有器官和細(xì)胞特異性。既往研究直接通過手術(shù)方式進(jìn)行載體傳遞并未促進(jìn)病毒感染特定細(xì)胞，因為腎臟由多種細(xì)胞類型組成。為了克服這一問題，通過修飾載體，使載體攜帶具有靶向性啟動子，從而有望實現(xiàn)靶向轉(zhuǎn)導(dǎo)。學(xué)者根據(jù)不同腎小管部位設(shè)計不同細(xì)胞特異性啟動子，啟動子驅(qū)動的定點表達(dá)特異蛋白可以特異性的表達(dá)在腎小管，而其他腎組織并無表達(dá)，但插入腎臟特異性啟動子并不能增加轉(zhuǎn)導(dǎo)成功率。（三）超聲微泡作為載體超聲微泡是一種具有生物可降解性外殼包裹的不同氣體形成的球狀物質(zhì)。隨著技術(shù)的不斷發(fā)展，目前其穩(wěn)定性不斷增加、微泡直徑不斷降低、生物相容性也越來越好。隨著研究的深入，超聲微泡技術(shù)不僅用于臨床診斷，而且可以作為藥物遞送和基因治療的載體。與病毒相比，超聲微泡具備低免疫原性、可重復(fù)性和靶向性，并且可以保護(hù)基因不被核酸酶降解和機(jī)體清除。隨著近些年對結(jié)喊石病分子遺傳機(jī)制研究的深入，基因治療已成為可能。目前已經(jīng)出現(xiàn)多種遺傳性結(jié)石病的小鼠模型，這為后期研究遺傳性結(jié)石病的基因治療提供模型。雖然基因治療是遺傳性尿結(jié)石較為理想的選擇，但仍要面臨眾多困難。由于腎臟結(jié)構(gòu)的特異性，足細(xì)胞和腎小管細(xì)胞與血管