Cdh23-flox 基因敲除小鼠

Cdh23基因，也称为Cadherin 23，是一个重要的基因，其突变与多种听力障碍相关。Cdh23基因编码的蛋白在耳蜗毛细胞中形成一种叫做“尖端链接”的结构，这些尖端链接在机械-电信号转换中起着至关重要的作用。Cdh23基因的突变会导致遗传性听力损失，其中包括非综合征性听力损失和Usher综合征。

Usher综合征是一种常染色体隐性遗传病，主要影响听力、视觉和前庭功能。根据症状的严重程度、发病年龄和进展情况，Usher综合征分为四个主要类型。Cdh23基因突变是导致Usher综合征1D型（USH1D）的最常见原因之一。USH1D是一种综合征性听力损失，患者通常在出生时或婴儿期就出现严重听力损失，并在儿童期发展出视网膜色素变性。此外，Cdh23基因突变还可能导致非综合征性常染色体隐性聋12（DFNB12）和少数情况下出现非典型的USH1D。

一些研究已经表明，Cdh23基因中的错义和截断性破坏性变异分别导致DFNB12和USH1D。然而，对于非典型USH1D的基因型-表型相关性尚未建立。例如，一项研究发现，一个伊朗家庭中有两个受影响的兄弟姐妹，他们表现出先天性双侧听力损失、迟发性夜盲症、视网膜色素变性和正常的前庭功能，这些症状与USH2相一致。通过对该家族进行全外显子测序，发现了一个新的双等位基因无义变异（c.6562G>T; p.Glu2188Ter）在Cdh23基因中，并通过Sanger测序进行了验证。尽管Cdh23是USH1基因家族的成员，但该研究中的患者表现出非典型的USH1D。此外，通过文献回顾，该研究还提供了所有报告的非典型表现或那些否认了已建立的基因型-表型相关性的患者的临床和突变特征。通过报告一个新的破坏性变异，该研究扩展了Cdh23基因突变导致非典型USH1D的突变谱。此外，回顾文献表明，与先前声称的不同，Cdh23基因等位基因障碍中存在不同的基因型，且没有明确的基因型-表型相关性[1]。

另一项研究使用超过10,000名患者的遗传和临床数据，评估了Cdh23基因的突变谱、临床特征和基因型/表型相关性。结果表明，Cdh23基因的变异是导致非综合征性感音神经性听力损失的一个重要原因。此外，该研究还发现，日本人群（可能代表东亚人群）中Cdh23基因的突变谱，以及可能由于一些奠基者效应而频繁出现的Cdh23基因变异。该研究还表明，Cdh23基因的变异导致了一个广泛的表型范围，从非综合征性到综合征性听力损失，以及从先天性到与年龄相关的听力损失。基因型（变异组合）和表型（与视网膜色素变性的相关性、发病年龄）显示出良好的相关性，并被认为是与Cdh23变异定义的残留功能相关的[2]。

Usher综合征是最常见的遗传性听力损失和视觉丧失的疾病。该病分为三种主要临床类型：1型、2型和3型，分别由不同的基因突变引起，并进一步细分为不同的亚型。至今已发现九个致病基因，在突变时会导致Usher综合征：MYO7A、USH1C、CDH23、PCDH15和USH1G（SANS）导致1型Usher综合征；USH2A、ADGRV1和WHRN导致2型Usher综合征；CLRN1导致3型Usher综合征。Usher综合征呈常染色体隐性遗传。双基因、双等位基因和多基因形式也已报告，除显性或非综合征性遗传突变形式外[3]。

在另一项研究中，发现Cdh23基因外显子68的剪接受损会导致小鼠听力逐渐丧失，这影响了尖端链接的稳定性。内耳毛细胞的特点是具有F-肌动蛋白基底的静纤毛，它们以阶梯状模式排列在毛细胞的顶端表面上。较短的静纤毛尖端通过一种称为尖端链接的细胞外链接与其相邻的较长的静纤毛的茎部相连，这些尖端链接在毛细胞中控制机械-电转换（MET）通道。Cadherin 23（CDH23）形成尖端链接的上部，其细胞质尾插入所谓的上尖端链接密度（UTLD）中，UTLD还包含其他蛋白质，如harmonin。Cdh23基因由69个外显子组成，研究表明外显子68受到毛细胞特异性选择性剪接。缺乏Cdh23外显子68的基因修饰突变小鼠中，尖端链接的形成没有受到影响。相反，突变体中的尖端链接稳定性受损，这些突变体也患有进行性和噪声诱导的听力丧失。此外，研究表明，CDH23(+68)的细胞质尾，而不是CDH23(-68)，通过与harmonin协同作用，参与通过相分离介导的凝缩形成。因此，该研究为Cdh23外显子68的包含对于通过调节UTLD成分的凝缩形成来稳定尖端链接至关重要提供了证据[4]。

在一项研究中，通过巢式病例对照研究，探讨了CDH23基因变异与噪声性听力损失（NIHL）发生风险之间的关系。该研究从2006年1月1日开始，以河南省某钢铁企业的6297名接触噪声作业工人为队列研究人群，随访至2015年12月31日。于2019年7月，以1:1巢式病例对照研究方法在队列研究对象中按照年龄、接噪工龄、性别、工种因素选择双耳高频（3000、4000、6000 Hz）平均听阈≥40 dB者选为听力损失组，选择双耳高频平均听阈<35 dB任一耳语频的任一频段（500、1000、2000 Hz）听阈均≤25 dB者为对照组，两组研究对象各286例。对调查对象进行一般体格检查和问卷调查，进行纯音听力测试和作业现场噪声测量，采用中高通量单核苷酸多态性分型检测技术（SNPscanTM法）对研究对象的CDH23基因18个位点进行检测。并采用条件Logistic回归分析不同单核苷酸多态性（single nucleotide polymorphism，SNP）与NIHL的关系，及调整协变量后不同多态位点与NIHL发生风险的关系；以不同累积噪声暴露量（cumulative noise exposure，CNE）分层后，采用条件logistic回归对不同位点与NIHL发生风险关系进行分析。采用广义多因子降维法（generalized multifactor dimensionality reduction，GMDR）分析不同SNP组合与NIHL发生风险的关系。结果显示，CDH23基因rs3802711、rs3752751、rs3752752、rs11592462、rs10762480、rs3747867多态位点在总体或CNE分层分析结果与NIHL发生风险均有关（P<0.05）。该研究表明，CDH23基因位点变异可能与NIHL的发生风险有关[5]。

在一项关于Usher综合征的综述中，Usher综合征被描述为一种常染色体隐性综合征性纤毛病，其特征是感音神经性听力损失、视网膜色素变性和有时前庭功能障碍。根据症状的严重程度和发病年龄，有三种临床类型；此外，报告有十个基因是Usher综合征的原因，还有六个与之相关。这些基因编码不同性质的蛋白质，它们相互作用并形成一个动态的蛋白质网络，称为“Usher互作组”。在Corti器官中，Usher蛋白对于静纤毛的正确发育和维持结构以及静纤毛之间的粘附至关重要。在视网膜中，Usher蛋白网络主要位于感光细胞的近纤毛区域，并在维持近纤毛结构和感光细胞内外节之间分子转运方面发挥着重要作用。尽管一些基因显然参与了该综合征，但其他基因仍有争议。此外，一些Usher基因在其他组织中的表达已被检测到，这可能解释了它们参与其他轻微共病的原因。该综述回顾了Usher综合征的遗传学以及USH基因的突变谱。目的是确定可能的突变与疾病的关联，并提供更新的基因型-表型相关性[6]。

在一项关于先天性听力损失的研究中，发现Cdh23基因通过调节嘌呤代谢来影响先天性听力损失。Cdh23基因在尖端链接中起着关键作用，这对于毛细胞中的机械-电转换是必不可少的。然而，影响听力丧失的潜在分子机制和信号调节网络仍然很大程度上未知。该研究对一个先天性聋家族进行全外显子测序，发现了一个新的突变在致病基因CDH23中，随后使用Sanger测序方法验证了该突变。然后使用CRISPR/Cas9技术敲除斑马鱼cdh23基因。使用惊吓反应实验比较了野生型与cdh23-/的静纤毛细胞对声音刺激的反应。为了进一步阐明先天性聋的分子机制，进行了比较转录组分析和多种生物信息学分析。YO-PRO-1实验结果显示，在cdh23缺陷胚胎中，内耳和侧线神经嵴毛细胞中的YO-PRO-1信号完全丧失。惊吓反应实验表明，与野生型相比，cdh23突变幼虫对声音刺激的反应显著降低。比较转录组分析表明，候选基因如atp1b2b和myof可以通过与cdh23协同调节ATP产生和嘌呤代谢来影响听力。RT-qPCR结果进一步证实了转录组分析结果。进一步的补偿实验表明，用ATP处理cdh23-/胚胎可以部分恢复突变表型。因此，该研究可能揭示了先天性聋的主要机制，并为在CDH23突变条件下治疗先天性聋提供了潜在的疗法[7]。

在一项关于中国Usher综合征患者的研究中，对119名临床诊断为Usher综合征的先证者进行了遗传分析。所有先证者都接受了眼科检查。采用包括靶向下一代测序、Sanger-DNA测序和多连接探针扩增检测在内的多种分子筛查方法，检测突变。研究发现，92名先证者（77.3%）有双等位基因突变，5名患者（4.2%）有单等位基因突变，1名患者（0.8%）有1个半合子突变，总突变检测率为78.2%。总体而言，共鉴定出132种不同的致病突变，涉及7个USH（ABHD12、CDH23、GPR98、MYO7A、PCDH15、USH1C和USH2A）基因；5个其他视网膜变性基因（CHM、CNGA1、EYS、PDE6B和TULP1）；以及1个非综合征性听力损失基因（MYO15A），其中78种是新的。MYOA7的突变是USH1家庭的60%的原因，其次是PCDH15（20%）和USH1C（10%）。USH2A的突变占USH2家庭的67.7%，突变c.8559-2A>G是最常见的，占已鉴定USH2A等位基因的19.1%。该研究结果证实，中国患者中每个USH基因的突变谱与其他人群不同。形成中国人群的突变谱将为Usher综合征患者的精确遗传诊断提供可能[8]。

在一项关于欧洲非综合征性听力损失的研究中，回顾了非综合征性听力损失（NSHI）的遗传病因学。由于涉及大量基因，因此多年来的流行病学数据很少，因为这些基因的筛选成本效益不高，直到大规模并行DNA测序的实施。在欧洲，最常见形式的常染色体隐性NSHI是DFNB1，占病例的11-57%。STRC基因的突变占隐性病例的16%，只有少数其他（MYO15A、MYO7A、LOXHD1、USH2A、TMPRSS3、CDH23、TMC1、OTOF、OTOA、SLC26A4、ADGRV1和TECTA）的贡献超过2%。至于常染色体显性NSHI，DFNA22（MYO6）和DFNA8/12（TECTA）分别是最常见的形式，分别占阐明病例的21%和18%。ACTG1和WFS1的贡献分别下降到9%，其次是POU4F3（6.5%）、MYO7A（5%）、MYH14和COL11A2（各4%）。另外四个基因每个贡献2.5%，其余的呈残余分布。X连锁听力损失和母系遗传的NSHI在大多数国家中贡献较小。欧洲NSHI的遗传流行病学需要标准化实验方法，并根据临床特征、家族史和遗传模式对结果进行分层，以便于研究之间的比较[9]。

在一项关于中国儿童听力损失的研究中，使用下一代测序面板对中国云南省的879名聋先证者进行遗传筛查。父母突变位点通过高通量测序进行，并通过Sanger测序进行验证。患者男女性别比接近1:1（441:438），发病年龄主要在六岁以下。大多数患者（93.5%）被诊断为中度至重度聋。428名患者有聋基因中的变异，检测率为48.7%。在检测到的变异中，有98个基因中发现了致病性变异，其中一些在队列中反复出现。然而，许多变异在队列中很少观察到。根据美国医学遗传学与基因组学学院的标准，致病性、可能致病性和意义不明的变异分别占所有检测到变异的34.3%、19.3%和46.4%。最常见的基因包括GJB2、SLC26A4、MYO15A、MYO7A、TMC1、CDH23、USH2A和WFS1，这些基因包含的变异超过十个病例。突变频率最高的两个基因是GJB2和SLC26A4，分别占阳性患者的28.5%（122/428）。该研究表明，超过60.3%的编码变异是罕见和新颖的。检测到的变异中，80.0%位于编码区域，17.9%位于内含子中，2.1%是拷贝数变异。该研究检测到的常见突变基因和位点与其他地区或种族检测到的不同，这表明应根据地区的遗传特征制定听力丧失的遗传筛查或检测计划[10]。

综上所述，Cdh23基因在听力障碍的发生中起着重要作用，其突变与多种听力障碍相关，包括非综合征性听力损失和Usher综合征。Cdh23基因编码的蛋白在耳蜗毛细胞中形成尖端链接，这些尖端链接在机械-电信号转换中起着至关重要的作用。Cdh23基因的突变会导致遗传性听力损失，其中包括非综合征性听力损失和Usher综合征。此外，Cdh23基因的变异还可能导致噪声性听力损失。因此，研究Cdh23基因的突变谱和基因型-表型相关性对于理解听力障碍的发生机制、诊断和治疗具有重要意义。