肌营养不良脑损害的诊断及研究2024.docx

肌营养不良脑损害的诊断及研究2024摘要肌营养不良是一组由遗传性基因变异导致，以进行性肌肉无力和萎缩为主要临床表现，以肌肉坏死、再生、变性及纤维结缔组织异常增生为主要病理改变的骨骼肌疾病。除骨骼肌症状以外，许多肌营养不良类型，特别是迪谢内肌营养不良、强直，性肌营养不良和先天，性肌营养不良患者还表现出脑、眼、心脏、内分泌等骨骼肌以外器官受累的证据。脑受累可表现为神经精神和认知行为的异常（如智力低下、癫痫发作、嗜睡、孤独症谱系疾病等）。颅脑影像学可无异常发现或表现为不同程度的灰质萎缩、白质异常信号。临床医师应重视肌营养不良脑损害的诊断及研究，总结不同肌营养不良颅脑损害症状的特点、演变规律、影像学表现，并针对不同疾病、同一疾病不同年龄患者制订相应的干预措施。因肌营养不良属罕见病，发病率低、病例数少，应联合目前成立时间久、设备技术条件成熟完善、有大量的肌病数据及资料积累且完整的肌病中心，有针对性地挖掘脑部受累的遗传性肌病，借助目前先进的技术和方法进行补充检查及深入研究。在基础研究方面，应借鉴现代分子生物学方法，如诱导多潜能干细胞分化的各类神经细胞、模拟脑的病理变化、解析各类神经细胞的组学特征，以筛选有效的治疗靶标，为临床治疗提供可靠思路。肌营养不良是一组由于遗传性基因缺陷导致，以肌肉无力和萎缩为主要临床表现，以广泛的肌肉坏死、再生、变性及纤维结缔组织异常增生为主要病理改变的进行性骨骼肌疾病1。主要的肌营养不良类型包括迪谢内肌营养不良(DuchennemusculardystrophyzDMD)、贝克型肌营养不良(Beckermusculardystrophy,BMDF强直性肌营养不良(myotonicdystrophy,DM)、肢带型肌营养不良(limb-girdlemusculardystrophies,LGMD)、先天性肌营养不良(congenitalmusculardystrophy,CMD)、Emery-Dreifuss肌营养不良(Emery-DreifussmusculardystrophyfEDMD面肩肱型肌营养不良(facioscapulohumeralmusculardystrophy,FSHD)及眼咽型肌营养不良(oculopharyngealmusculardystrophy,OPMD)等。随着基因测序技术的发展、遗传病基因筛查的普及和颅脑影像学检杳手段的不断完善，越来越多的研究结果表明，除骨骼肌外，某些类型的肌营养不良患者可表现出颅脑受累的症状或体征，甚至有些患者以脑损害症状作为就诊的首要原因。因此，在临床方面，应注意总结肌营养不良脑损害的流行病学、症状特点及演变规律和颅脑影像学表现，可避免疾病的误诊和漏诊。此外，随着基因疗法在遗传性肌肉病治疗领域的深入研究和临床试验的开展，肌营养不良的骨骼肌损害将会得到有效治疗。然而，由于中枢神经系统的血脑屏障、药物的给药途径与方式以及递送载体的组织靶向性(例如不同血清型腺相关病毒的组织感染嗜亲性)等因素影响，某些肌营养不良的基因治疗药物可能难以纠正患者的脑组织病理表现。我们总结伴有脑受累的肌营养不良的临床及颅脑影像学特征，归纳肌营养不良脑损害的研究现状、面临的问题及对策。我们认为，应加强神经科、精神科及儿科等多学科临床医师对肌营养不良脑损害的认识，联合成立时间久、设备技术条件成熟完善、有大量完整肌病数据资料积累的肌病中心,有针对性地挖掘脑部受累的肌营养不良，借助目前先进的技术和方法进行补充检查、深入研究和系统总结，摸清我国这类患者的主要特点、症状演变规律、基因型-表型的关系等。同时，应加强对肌营养不良脑损害致病机制的基础研究，借鉴现代分子生物学方法如患者诱导多潜能干细胞(inducedpluripotentstemcellziPSC)来源的神经细胞分化技术，模拟脑的病理变化、解析各类神经细胞的组学特征，以筛选有效的治疗靶标,为药物及非药物干预手段的研发提供证据。一、肌营养不良脑损害的临床、影像学特点及相关发病机制除典型的骨骼肌受累表现以外，多种肌营养不良类型可出现心血管系统、消化系统、生殖内分泌系统等多系统受累的证据。脑受累在某些肌营养不良类型，特别是在DMDxBMD、DM1以及CMD中较为常见。根据患者发病年龄的不同，可表现为认知障碍、孤独症谱系疾病、癫痫发作、人格障碍、白天过度嗜睡等。()DMD及BMDDMD及BMD是由DMD基因变异、抗肌萎缩蛋白(dystrOPhin)完全或部分缺失而引起的一组进行性肌肉疾病。其中DMD多在35岁发病,6岁左右出现行走困难，患者多在20岁左右死于心力衰竭或呼吸衰竭；BMD临床症状相对较轻，患者可保持行走能力至青春期，寿命较DMD长2。DMD及BMD患者均可出现脑损害表现，称为DMD神经精神综合征3。Thangarajh等4分析了196例DMD患者，发现39%的患者伴有语言延迟（会说话年龄为766个月,平均28个月），28%的患者表现为学习困难，部分患者还表现为注意力缺陷-多动障碍（8%）及对立违抗性障碍（5%1Lambert等5总结了70例BMD患者的认知行为及神经精神症状，发现72.7%的患者至少出现1种认知行为异常及神经精神症状，包括情绪和行为异常（38.6%注意力缺陷-多动障碍（31.4%）、强迫行为（25.0%语言延迟（24.4%）等。患者的头颅影像学一般无异常或表现为皮质萎缩。SePtien等6对15例DMD患者进行了头颅CT扫描发现患者存在皮质萎缩及轻度脑室扩张。另一项研究对30例DMD患者进行CT扫描发现67%的患者伴有皮质萎缩7。DMD患者脑白质的病变轻微，与正常对照者相比无显著异常。此外，利用功能成像技术还可发现DMD患者脑内的葡萄糖代谢降低8o患者脑损害的临床表型与DMD基因变异位点有一定的相关性。DMD基因定位于X染色体，包含79个外显子。通过不同启动子启动转录、选择性剪接以及可变多聚腺昔酸化可产生多种DMDmRNA剪切体（图11其中，DMD全长转录本为Dp427,主要在骨骼肌和心肌中表达。脑内DMDmRNA贝（J以Dp71和Dp140为主。其中，Dp14O在出生前仅表达于大脑神经细胞；出生后，大脑皮质的Dp14O消失，逐渐表达于小脑神经细胞。然而，Dp71在出生前及出生后的大脑及小脑组织中均广泛稳定地表达，是脑中表达的主要DMD基因产物，与DMD患者的神经精神表现有密切关系3,9。DMD基因3,末端的变异患者出现神经精神症状和智力障碍的风险更高,且出现语言延迟和学习困难患者的DMD基因变异多发生于45号外显子的下游。外显子63之后的变异影响Dp71的表达，与严重的神经精神症状和智力障碍相关。迄今报道的所有影响Dp71表达的突变个体都具有严重的智力障碍10,11。一项针对81例DMD和BMD患者的研究发现，外显子62上游突变的患者一般没有神经精神的症状，而突变位点位于外显子63之后的患者均有智力障碍的表现12。另有一项对130例DMD患者的研究发现,当突变影响Dp71表达时，64%的患者有智力障碍，而当突变影响Dp260.Dp140和Dp116的表达时，有25%的患者可出现智力障碍，而当突变仅影响全长Dystrophin时（位点位于N端），只有15%的患者出现智力障碍13。（二）DMDM是一种以进行性肌无力、肌萎缩和肌强直为主要特点的常染色体显性遗传性多系统疾病，分为DMl及DM2两种类型。DM1是由强直性肌营养不良蛋白激酶(myotonicdystrophyproteinkinase,DMPK)基因3'非翻译区的CTG三核苜酸重复扩增所致。DM2是由CCHC型锌指核酸结合蛋白(CCHC-typezincfingernucleicacidbindingprotein,CNBP,又称ZNF9)基因内含子1的CCTG四核甘酸重复扩增所致14o脑损害在DM患者中很常见15。精神发育迟滞及认知功能障碍是先天型和儿童型DM1的显著特征，患者发病年龄越早，其智力商数值越低，并与CTG重复扩增的次数呈负相关16,17。成人型DMl和DM2患者在执行功能、视觉空间功能及人格和行为方面也表现为轻微的障碍18。止匕外，嗜睡和白天睡眠过多(excessivedaytimesleepiness,EDS)是DM1的常见症状，而在DM2中症状相对轻微19o在影像学上，Minnerop等15报道DM1和DM2均可出现累及所有脑叶、脑干和月并月氐体的白质病变，但在DM1中白质受累更为明显，且随着疾病的进展，白质病变持续进行性加重。有些患者因为脑白质病变而起初被误诊为脑白质营养不良或脑小血管病。灰质减少(皮质、丘脑、壳核等)在DMl中也很常见20,21,22,但在DM2中较轻微。Kassubek等23通过检测脑实质分数(brainparenchymalfraction,BPF;为脑实质与颅内体积之比)提供了DM2患者脑萎缩的证据,尽管萎缩的程度比DMl要轻。Conforti等24研究发现DMl的脑MRl异常变化与患者年龄、疾病持续时间、肌肉受累程度、CTG重复次数等未发现相关性。Cabada等25通过弥散张量成像技术研究了DM1患者的临床与影像学之间的关系，发现DM1患者广泛的白质和灰质异常与进行性神经心理功能损害有关，尤其是EDS症状与白质损害及腹侧中脑和苍白球体积减小密切相关。DM1脑损害的严重程度与患者认知能力和日常生活能力下降之间并没有相关性。为了探究引起这种现象的原因，Serra等26通过静息态功能磁共振成像技术研究不同脑区之间的连接网络,发现患者大脑额叶-顶叶的神经连接减少，而顶叶-小脑的连接代偿性增加。这种减低和代偿之间的平衡可能使得颅脑影像异常与认知及日常生活能力下降之间并不相关。为了阐明DMl引起脑损害的病理机制，Wang等27利用小鼠海马神经元，证实了肌盲样蛋白1(muscleblind-like1,MBNL1)的泛素化及在细胞质内的定位可以促进神经突生长。而在DM1中，CUG重复扩增将导致MBNL1去泛素化、MBNL1核内的聚集及神经元形态学异常。ChariZaniS等28利用鼠模型，证实MBNL2与N-甲基-D-天冬氨酸受体的突触传递和海马突触可塑性密切相关。另一研究利用DM1鼠模型揭示了RaS相关蛋白rab-3a(ras-relatedproteinRab-3AzRAB3A)的上调和突触素I(synapsinI)的过度磷酸化可导致突触功能障碍29o利用DMI患者的iPSC模型及分化的3D脑类器官，Morelli等30发现DMl大脑皮质神经元出现CUGBP日av样家族成员2(CUGBPelav-likefamilymember2,CELF2)的过度磷酸化，导致CELF2与RNA的相互作用减少，进而出现甲基化CpG结合蛋白-2(methylCpGbindingprotein2,MECP2)信号通路异常、谷氨酸毒性和神经元丢失。作者进一步利用拮抗剂处理发现该药物可以逆转神经元损伤表型，提出了治疗DM1脑损害的潜在治疗策略。()CMDCMD是一组在临床症状和遗传特点方面均有明显异质性的一组遗传性肌肉疾病。其典型的肌无力常出现于刚出生至婴儿早期的阶段31。CMD的最初分类主要基于患者是否伴有结构性中枢神经系统异常，将经典的CMD与综合征形式的CMD如福山肌肉营养不良FKTN-relatedfukuyamacongenitalmusculardystrophy,FCMD)、肌眼脑病(muscle-eye-braindisease,MEB)及Walker-Warburg综合征(Walker-Warburgsyndrome,WWS)区分开来。目前，先天性肌营养不良的分类主要是采用遗传学特点区分1)由结构性蛋白缺乏导致的,如层粘连蛋白02(也称merosin)缺陷性CMDs胶原Vl蛋白缺陷引起的Ullrich肌营养不良和Bethlem肌病；(2)糖基化缺陷：包括A型CMD(CMD-dystroglycanopathywithbrainandeyeanomalies)和B型CMD(CMD-dystroglycanopathywithorwithoutmentalretardation其中A型又包括FKTN基因突变导致的FCMD、MEB及WWS等。MEB和WWS由多种基因突变引起，包括P0MT2xFKRPsP0MGNT1基因等32。CMD的脑损害症状包括进行性发育延迟、智力低下、语言障碍、癫痫发作及脑积水等33。WWS是最严重的CMD形式，明显累及肌肉、眼和中枢神经系统，患者伴有显著的精神发育迟滞。在影像学方面，颅脑MRI研究结果显示FCMD患者有弥漫性脑白质异常,多小脑回、脑桥和小脑发育不全等33。Fukuyama等34对22例FCMD患者进行颅脑影像学检查发现，多数患者伴有显著的脑白质改变、脑室扩张、多小脑回改变等。MEB患者有多小脑回、透明膈缺失、脑桥和小脑蚓发育不全、脑白质病变及脑积水等。WWS患者表现为白质脑病、多小脑回、脑桥和小脑蚓发育不全及脑积水等35。伴有脑损害CMD的脑病理表现为鹅卵石性无脑回、脑室扩大、梗阻性脑积水、神经元异位症、无脑回、多小脑回、月并胀体无增生及弥散性白质异常等。鹅卵石性无脑回畸形是FCMD、MEB和WWS的具有诊断意义的特征性表现35,36o伴有显著脑损害CMD的致病基因在中枢神经系统神经元中丰富表达。P0MT237、FKRP38和P0MGNT139基因分别编码蛋白质。-甘露糖基转移酶2、FUkUtin相关蛋白、O-甘露糖-1和2-N-乙酰氨基葡萄糖转移酶1,均参与蛋白质的糖基化修饰。蛋白质糖基化修饰异常可以影响蛋白质的正确折叠、定位、稳定性和功能，进而影响神经元迁移、连接和突触的形成。例如，P0MGNT1蛋白参与神经元表面蛋白质的O-糖基化，其功能缺失可导致神经元迁移障碍40、无脑回畸形36和孤独症谱系障碍41。在小鼠模型中，POMGNT1蛋白的缺失可导致多种中枢神经发育异常,包括皮质神经元分布异常42、大脑皮质神经元过度迁移43、小脑畸形、颗粒神经元数量减少以及分布异常44。二、其他偶有脑受累的肌营养不良除上述3种肌营养不良常出现的脑损害表现以外，有些肌营养不良偶尔也可能出现脑损害的表现，下面进行简要总结。()LGMD1.GMD是临床上因肩胛带及骨盆带肌无力及萎缩而导致的一组进行性的遗传性肌肉疾病。其遗传方式、起病形式及发病年龄等各异，包括常染色体显性的LGMD1及隐性的LGMD2两大类。少数LGMD患者可以出现脑损害的表现。FKRP基因突变的LGMD2I型患者可以表现出显著的皮质萎缩、脑室周围白质受累、脑室增大等。Bourteel等45报道了4例LGMD21型患者表现为显著的认知障碍、记忆力减退等,颅脑MRI可见皮质发育不良、皮质及皮质下结构的萎缩、脑白质异常信号。另一项研究也报道了LGMD2I的认知障碍、执行功能和视觉空间能力的损害及脑白质异常信号和脑室增大的颅脑MRl表现46。(二)FSHDFSHD是由于4q35的D4Z4重复单元缺失导致DUX4基因的去抑制而引起的以累及面肌、肩胛带肌和上臂骨骼肌为主的常染色体显性肌营养不良。FSHD患者在发作早期就可以出现中枢神经系统受累的症状，包括感觉神经性听力缺陷、精神分裂症、癫痫、发育迟缓及智力低下等47。患者的脑灰质体积减低，但减少的程度与疾病的持续时间、基因缺失的大小及发病年龄并无相关性48。SiStiaga等49报道患者的智能商数与删除片段的大小有关，但与肌肉损伤程度无关。删除片段24kb的患者表现出相对正常的认知模式，而删除片段小于24kb的患者智力商数显著降低,并出现言语功能障碍。与之相反,FunakOShi等50则报道在FSHD基因区域中具有大量基因缺失的患者更容易表现出脑损害的症状。目前尚缺乏关于FSHD患者脑损害的分子病理机制研究。()OPMDOPMD是一种成人发作的常染色体显性遗传疾病，由poly(A)结合蛋白核1(polyA-bindingproteinnuclear1)中GCN的重复性扩增引起，以进行性眼睑下垂、近端肢体无力、咽肌受累导致的吞咽困难为主要临床特征51。OPMD患者可有脑受累的表现如认知障碍或神经心理的异常52。BIUmen等53描述了10例OPMD患者伴有显著的认知功能障碍、反复发作的抑郁及偏执性精神症状。研究结果表明GCN的扩增大小与神经心理学评分呈负相关54。目前尚未见关于OPMD白页脑影像学的报道。三、我国肌营养不良脑损害的研究现状、面临的问题及对策近年来，肌营养不良的脑损害这一问题日益受到临床医生的广泛关注。截至目前，已经有多个国家完成或正在开展肌营养不良脑损害特别是DMD及DM1脑损害的临床及基础研究。例如，欧盟目前正在开展针对DMD脑损害的BIND(BrainInvolvementiNDystrophinopathies)研究(https7cordis.europa.eu然而,仍有诸多问题尚未解决。例如,针对不同肌营养不良类型出现的脑损害表现，如何选择合适的神经精神评估方法，如何选择有效的影像学检查手段，如何对患者进行有效的神经精神行为干预，不同类型肌营养不良脑损害的分子病理机制如何，有无有效的药物治疗靶标等。下面总结我国肌营养不良脑损害的研究现状及面临的问题。(一)对肌营养不良脑损害的临床研究不足国外已经有多个研究团队总结分析了DMD及DMI患者脑损害的临床特点、颅脑影像改变、疾病的进展演变等,但多数研究由于入组病例数较少，研究结果缺乏一致性。尽管我国总患病人数多于其他国家，但对这一领域的研究相对较少。截至目前，我国共有3个研究团队对DMD脑损害的临床和颅脑影像学特点进行了初步研究。FU等55通过分析12例DMD患者的弥散张量成像结果及智力商数，发现脱脏体压部各向异性分数与语言智商得分呈显著正相关。LV等8对10例DMD患者进行结构性MRI及静息态功能MRI研究，证明DMD存在颅脑灰质密度(graymatterconcentration)的减少及运动皮质自发活动的局部同步性降低。Cheng等56对38例DMD患者进行颅脑静息态功能MRI的研究证明了DMD患者颅脑呈现广泛的脑连接组异常，并与患者的智力商数相关。作者认为颅脑连接组异常可能是具有轻度认知障碍的DMD患者的神经影像学生物标志物。尚需大量临床队列研究阐明我国DMD脑损害的基因型与脑损害表型之间的关系、临床表型与影像学之间的关联、脑损害的进展情况等。除DMD外，我国尚没有关于DM1及其他肌营养不良脑损害的相关研究。因此，临床医生应当熟悉、重视各类肌营养不良脑损害的诊断，开展多学科、多中心临床研究，在病程不同阶段开展神经精神及影像学评估探索我国肌营养不良患者的基因型-临床表型-影像特征之间的关联，并最终通过规律的总结（如采用何种量表、何时进行影像评估、影像参数的选择等），将神经精神的评估纳入不同肌营养不良的临床诊疗指南。（二）缺乏符合我国文化特点的神经精神评估方法由于中国与其他国家在文化上的巨大差异，用西方国家神经精神评分量表或神经肌肉病调查问卷评估我国的患者，结果将会有较大的偏差。使用这些量表或问卷之前应该经过科学的汉化，或者设计适用于我国的量表评分系统。因此，我们应当集合神经科、儿科及精神科等多学科专家，根据不同疾病，设计符合我国文化特点的评分量表，使国内的众多临床机构在诊断方面标准统一。（三）缺乏有效的干预手段肌营养不良给患者、家庭及社会造成了巨大的负担。患者的认知功能障碍、神经精神心理的异常给患者在生活、学习及工作方面造成了极大影响。随着基因疗法及细胞疗法的出现，使得众多遗传病的治疗成为可能。然而，由于神经细胞的不可再生、许多基因治疗载体不能有效地通过血脑屏障，以及局部的细胞治疗难以纠正广泛的颅脑神经损伤，许多肌营养不良患者的脑损害症状难以纠正。因此，及时、积极地采取有效的干预措施如认知行为疗法将对提高患者的生存质量至关重要。我们应当提倡、鼓励多学科专家一起，针对不同的疾病制订有效的干预措施如认知行为疗法等。（四）缺乏理想的肌营养不良脑损害的研究模型及病理机制的基础研究目前，有关DMDxDM1等肌营养不良脑损害的分子病理机制基础研究极为不足。尽管有几项研究报道了DM1导致脑损害的分子病理，但由于无法活体采集患者的脑组织标本，故大多数研究者利用动物如鼠模型进行研究。然而，小鼠的短生命周期特点及与人类存在着种属间的巨大差异，且由于人脑发育具有高度特异性，许多在人脑内表达的基因在鼠脑内并不表达，利用鼠模型可能并不能真正反映疾病的本质。此外，美国食品药品监督管理局也在2022年底宣布研发的新药进入临床试验不再需要前期的动物研究结果。这就给新的研究模型（如器官芯片、iPSC来源的分化细胞等）带来了机遇。但仅个别团队采用患者iPSC来源的神经细胞或脑类器官进行DM1脑损害的分子病理机制研究和药物筛选。尚需更多的研究团队在这一领域进行深入探索。因此，神经肌病中心应建立患者的生物医学标本库（外周血单个核细胞、皮肤成纤维细胞、iPSC等），利用患者来源的活体细胞开展病理机制探索和药物靶点的筛选。肌营养不良属罕见病，发病率低、患病人数少。然而，在DMD/BMD.DM1及CMD出现脑受累的患者比例较高且症状明显,此方面应当作为课题进行系统研究。据此，我们提出以下工作流程以便于开展此类疾病的临床及基础研究（图21除了对肌营养不良患者进行常规的病史采集、实验室检查及基因检测外，对其中部分患者还应当进行神经精神心理方面的评估；对于异常患者，应当行颅脑影像学如MRI检查；定期对患者进行临床及影像学的随访；对于经神经精神评估或影像学检查发现有异常的患者，尽可能留取患者皮肤成纤维细胞或者外周血单个核细胞，通过建立患者的iPSC及神经细胞分化平台，在功能、形态等方面研究各类神经细胞（神经元及各类胶质细胞）的异常，并结合现代多组学技术，筛选关键的作用分子或信号通路，鉴定有效的治疗靶标，为肌营养不良脑损害的治疗提供思路。四、总结及展望随着人们对疾病认识的不断深入，肌营养不良脑损害这一问题得到越来越多的关注。患者的中枢神经损害例如认知障碍、孤独症谱系疾病、癫痫发作等严重影响患者的生活质量。国内目前成立时间久、设备技术条件成熟完善、有大量完整的肌病数据积累的肌病中心应当通力合作，临床医师与基础研究人员应当通力合作，在相关病例库中有针对性地挖掘脑部受累的肌营养不良，借助目前先进的技术和方法进行补充检查、深入研究和系统总结，以完善对这一类疾病的临床诊断、分子机制探索及干预措施的制订,使患者预后得到有效改善、生存质量得到显著提高，为患者、家庭成员及社会减轻负担。参考文献略