脆性X综合征(FXS)是遗传性智力低下的常见原因，主要由FMR1基因突变导致(CGG)n序列异常扩增(n>200)引起。但是，FMR1基因前突变(n＝55～200)也可引起一系列的临床表现，其机制与FXS完全不同，为mRNA毒性机制。在1991年FMR1基因发现后的几年内，学者们普遍认为前突变携带者在临床上没有受累，只是女性携带者的CGG序列在遗传过程中可能发生扩增，导致子女患FXS。因此，临床医师很少注意前突变相关疾病，并且对于前突变和FXS之间的关系和区别普遍缺乏认识。现对FMR1基因前突变相关的临床表现、神经病理学和分子机制进行综述。
版权归中华医学会所有。
未经授权，不得转载、摘编本刊文章，不得使用本刊的版式设计。
除非特别声明，本刊刊出的所有文章不代表中华医学会和本刊编委会的观点。
脆性X综合征(fragile X syndrome，FXS)是导致智力低下的常见原因，是X连锁不完全显性遗传病。FXS是由X染色体上的脆性X智力低下1号基因(fragile X mental retardation 1，FMR1)突变引起FMR1蛋白(fragile X mental retardation 1 protein，FMRP)合成减少导致。FMRP是影响突触发育和可塑性的相关蛋白，缺乏FMRP则导致FXS一系列的临床表现：中至重度的智力障碍并随着年龄增长而加重，青春期巨睾丸，特殊的面部特征如长脸、招风耳、高腭弓等。FMR1位于染色体Xq27.3，在基因组中跨越38 kb，由17个外显子和16个内含子组成。FMR1基因的5′非翻译区有一段(CGG)n重复序列，根据FMR1基因CGG的重复次数将其分为4种类型：正常人群n＝6～45，"灰色区域"n＝45～54，前突变n＝55～200，全突变n>200[1]。CGG重复序列具有高度多态性，在遗传过程不稳定，可进一步扩增至全突变，而且CGG不稳定扩增只会存在于母系遗传过程中，这种遗传方式称为"Sherman悖论"。CGG重复序列上游有一个CPG岛，CPG岛在前突变时一般不会甲基化，在全突变时则会出现高度甲基化，导致FMR1基因沉默，FMRP合成减少[2]。
虽然在全突变时FMR1基因表达沉默，但是CGG重复序列扩增在前突变范围内(n＝55～200)，FMR1 mRNA活性表达水平却更高，前突变携带者的淋巴细胞中mRNA水平超过正常基因表达的5～10倍。因为学者们普遍认为前突变携带者在临床上没有受累，所以很多医师对前突变和FXS之间的联系和区别没有一个清楚的认识，常将二者的致病机制和临床表现混为一谈。但是FXS和前突变的致病机制完全不同，分别是由基因沉默和RNA毒性所致，临床表现也各有差异。
前突变携带者可能存在4种主要临床表现[3]：(1)早期神经发育问题，包括神经发育迟缓，儿童癫痫，社会行为缺陷如注意缺陷多动障碍(attention deficit hyperactivity disorder，ADHD)、孤独症谱系障碍(autism spectrum disorder，ASD)等；(2)脆性X相关的原发性卵巢功能不全(fragile X-associated primary ovarian insufficiency，FXPOI)；(3)成年期易患抑郁症和强迫症等精神问题；(4)脆性X相关的震颤/共济失调综合征(fragile X-associated tremor ataxia syndrome，FXTAS)。这些临床表现一般只在前突变携带者中出现，在缺乏FMRP的FXS患者中很少发生。由此可以看出，这些临床表现可能与前突变携带者mRNA水平升高有关，由mRNA的毒性直接导致。
儿童前突变可能会有一系列的神经发育问题，在男性中更为常见，包括智力障碍、ADHD、ASD和癫痫等。Chonchaiya等[4]的研究发现，临床先证者的癫痫(28.0%)、ASD(68.0%)患病率更高，相比之下，非先证者发生率分别为0、28.0%，一般人群发生率分别为1.0%、1.7%。而且与单纯前突变相比，共患ASD的前突变发生癫痫的危险性更大(3.85%25.00%)。Ludwig等[5]研究发现前突变携带者FMRP水平可能比正常偏低，mRNA水平依然是升高的，表明在前突变携带者中FMRP的不足可能增加神经发育问题的风险。
FXPOI为卵巢功能早衰或不育的主要遗传性原因。研究发现，前突变携带者卵巢功能早衰的发生率约为普通人群的20倍[6]。Elizur等[7]研究发现，前突变携带者的原始卵泡池发育正常，但是在发育过程中卵泡数目迅速减少，结果导致卵泡池中剩余的卵泡数目减少，此外，卵母细胞数与mRNA水平有明显的负相关关系，CGG序列重复数在80～120卵母细胞数剩余最少。Conca Dioguardi等[8]在FXPOI小鼠模型中研究发现，颗粒细胞和卵母细胞的线粒体结构和功能异常，提示前突变的RNA毒性对卵巢本身有伤害，卵泡减少可能是卵巢本身的固有问题。
Cordeiro等[9]对35例前突变携带者(5～23岁)研究表明，70.6%至少患有一种焦虑障碍(广泛性焦虑障碍、社交恐惧症、强迫症)。相比之下，对照组中只有22.6%患有这些精神问题。前突变携带者的精神问题，尤其是抑郁和焦虑障碍，最初学者们普遍认为与抚养患FXS的孩子产生的压力有关，但后续研究发现，尽管抚养一个患FXS的孩子会加重精神问题，但根本原因是前突变携带者本身更容易患抑郁和焦虑障碍[10]。
FXTAS为一个迟发型进展性神经退行性疾病，主要影响年龄较大的男性前突变携带者。通常情况下，FXTAS的发病年龄在60多岁，最主要的临床表现是意向性震颤、步态共济失调，其他的临床表现还包括短期记忆丧失、认知功能下降、帕金森样运动功能障碍和周围神经病变等[11]。另有研究表明，前突变携带者更易患免疫相关疾病，而且与是否伴FXTAS症状相关，尤其易发生在女性前突变携带者中，如甲状腺功能减退和纤维肌痛等[12]。Winarni等[13]研究发现，女性前突变携带者中有44.77%至少患有一种免疫相关疾病，其中自身免疫性甲状腺疾病最常见(24.4%)，而且伴FXTAS的前突变发生免疫相关疾病的概率为72.73%，相比之下，未伴随FXTAS和对照组的发生率分别为46.54%、31.58%。
Au等[14]研究结果表明，前突变携带者中患偏头痛的风险也有所增高，女性携带者患病率为54.2%，男性为26.79%；而对照组中女性患病率为25.3%，男性为15.5%。此外，前突变携带者还可能出现高血压、睡眠呼吸暂停、嗅觉功能缺陷等症状，FXTAS患者终末期出现吞咽困难、尿失禁、嗜睡和肌无力等。
Hagerman[15]分析了18例FXTAS和1例无FXTAS的前突变携带者的尸检结果，总结出FXTAS神经病理学的3个特点：(1)明显的脑白质病变；(2)星形胶质细胞病变；(3)神经元和星形胶质细胞存在核内包涵体(少突胶质细胞中未见)，并广泛分布于中枢神经系统中。另外，还发现：(1)虽然男性和女性FXTAS都有核内包涵体，但是男性大脑组织中核内包涵体的数量比女性多；(2)FXTAS患者大脑组织中的包涵体只存在于细胞核内，从未在细胞质内发现，而果蝇的细胞质中却发现了大量包涵体的存在；(3)虽然只有约60%病例观察到小脑中脚(middle cerebellar peduncle，MCP)的白质病变，但几乎所有的MCP白质病变都能找到组织病理学证据；(4)神经元和星形胶质细胞中的核内包涵体的数量与前突变范围内CGG序列重复数呈显著正相关关系。
FXTAS的病变可能不仅限于中枢神经系统，目前发现在很多非中枢神经系统中也有核内包涵体的广泛分布。Gokden等[16]研究发现，核内包涵体广泛分布于周围神经系统，包括神经节细胞、肾上腺髓质、胃肠肌间神经节和心外膜下自主神经节等。核内包涵体的广泛分布表明，FXTAS可能导致中枢神经系统以外的其他症状，如自主神经功能紊乱、心律失常等。最初FXTAS的研究焦点只专注于老年男性携带者，但最近的动物实验发现，前突变在新生儿期就存在神经元和星形胶质细胞的病理改变，表明FXTAS可能是持续存在的细胞功能失调的终末阶段，前突变携带者在儿童期表现的神经发育问题可能是细胞功能失调的早期临床表现[17]。
目前认为FMR1前突变的RNA毒性机制与一种或多种RNA结合蛋白有关，可能是miRNA的生物合成中某个结合蛋白的表达封闭，从而阻止其功能正常发挥。这些结合蛋白包括hnRNPA2/B1、Purα、Sam68和DGCR8，这些蛋白都与FMR1 mRNA生物合成有关。有研究表明Purα与hnRNP A2/B1对果蝇神经退行性变有调节作用，可改善临床表现，但在人类或小鼠FXTAS的模型中是否起作用尚未得到证明。Sellier等[18]认为DGCR8是mRNA毒性中发挥作用最主要的分子，Purα、hnRNP A2/B1与Sam68起辅助作用。DGCR8在细胞核中结合初级miRNA(pri-miRNA)，招募DROSHA和一些其他蛋白组成一个"微处理器"复合体，DGCR8结合pri-miRNA上的一段不稳定的螺旋区，剪切pri-miRNA形成miRNA前体，使之进一步发育为成熟miRNA。但是CGG序列的异常扩增使pri-miRNA形成稳定的螺旋区，阻止DGCR8的剪切作用，从而不能形成成熟miRNA，导致核内pri-miRNA水平提高，引起一系列与RNA毒性相关的临床表现。
有研究表明，前突变神经元的消亡可能是由线粒体功能失调和神经元电活动紊乱导致，RNA水平升高导致线粒体功能失调，从而使细胞功能下降，丧失生存能力[19]。线粒体功能障碍使氧化磷酸化能力降低，此外还可使核编码的线粒体蛋白不能进入线粒体。由于神经细胞是高代谢的，对线粒体功能障碍非常敏感，线粒体功能障碍使中枢神经系统组织中出现高水平的氧化应激反应，而且还会对树突的形成和突触功能产生强烈的负作用，导致神经元生存能力降低。Hukema等[20]对前突变小鼠的神经元研究发现，RNA毒性会使神经元线粒体数目较少、线粒体功能降低、基础氧耗增加，而且线粒体功能障碍可能是前突变非常早期的表现，会增加FXTAS的风险。
另外，研究表明在新生儿期小鼠海马神经元有明显的神经元形态和神经电活动异常，前突变小鼠神经元电活动表现为明显的突发型放电，说明前突变携带者神经电活动的异常可能与儿童期癫痫发作风险增加有关，在给予mGluR5拮抗剂或γ-氨基丁酸(GABA)受体激动剂后癫痫发作频率减少[21]。FMR1基因全突变所致FMRP的缺乏可以上调mGluR5系统或下调GABA系统，导致兴奋/抑制不平衡，使小鼠神经元产生高频率突发性放电，引起癫痫发作。因此，即使前突变和全突变的致病机制完全不同，它们也可能存在相同的信号通路，为前突变治疗研究提供新思路。
CGG重复序列的扩增不仅依赖FMR1基因的CGG重复数，还取决于嵌入的AGG数目。研究表明，母亲的FMR1基因中CGG重复数在45～90，拥有同样CGG重复数，没有AGG中断的有53%发生了基因扩展，相比之下，有1个或2个AGG中断的发生扩展的概率分别为43%、4%[22]。这可能是由于AGG改变了DNA的结构特点，增加了在复制过程中CGG重复序列的稳定性。
FMRP一定程度的减少可能会加重前突变患者某些临床表现，特别是与认知能力下降和社会行为缺陷有关的表现。研究发现，在前突变携带者中FMRP的翻译受到一定程度的抑制，前突变的临床表现可能是RNA毒性和FMRP减少共同作用的结果，尤其是对于那些CGG重复数在120～150的前突变携带者[5]。
前突变携带者的表型外显率是不完全的，前突变携带者在儿童期只有10%～15%会患癫痫，20%的女性会患原发性卵巢功能不全，约50%的老年男性会发展为FXTAS。原因可能是前突变携带者的临床表现还与遗传背景、不良的环境因素(如环境毒素、化疗药物、酒精滥用和手术)有关。
FXTAS是FMR1基因前突变临床表现的终末期，未来的研究方向应着重于研究RNA毒性的分子机制，推动对前突变临床干预的靶向治疗，使前突变携带者在出现FXTAS表现之前得到良好的临床干预。另外临床表型不完全外显的原因也很重要。进一步认识环境因素和遗传背景对前突变临床表现的影响，从而为治疗提供新思路。
