中图分类号：R541.1文献标识码：A

文章编号：1004-3934(2000)03-0163-03

The Relationship of CATCH22 and Congenital Heart Defects

TIAN Chai,PAN De-si,CHEN Lan-ying

(Devision of Biochemistry,Cardiovascular Institute of Chinese Academy of Medical Science,Beijing100037)

先天性心血管缺陷(congenital heart defects,CHD)的发生多是遗传和环境共同作用的结果。虽然大多数CHD的发生表现出随机性，但其中有许多与一些遗传综合症有关。同一般人群相比较 ，这些CHD更具有代表性。因此，某些综合症遗传病因的鉴定，可能给与之相关联的心血管异常的病因发生研究带来些许光明。近期研究发现，CATCH22综合症临床表现出多种心血管异常，尤其锥干畸形，而且具有共同的遗传基础，即染色体22q11的微缺失^［1］。这一发现引起了诸多心血管病专家的浓厚兴趣，试图从这一角度出发寻找CHD发生的遗传基础，从而为CHD的病因学研究及其早期预防、诊断提供依据。

CATCH22(Cardiac,Abnomal facies,Thymic hypoplasia,Cleft palate,and Hypocalcaemia)^［1］。是由于人类染色体22q11的缺失所导致的一系列发育异常，以心血管异常、面部异常、胸腺发育不全、腭裂和低钙血症为临床特征的一类遗传综合症。以往被认为是各不相同的一些遗传综合症，如Di George综合症(Di George syndrome;DGS)^［2］、腭-心-面综合症(Velo-cardio-facial syndrom;VCFS，亦称Slprintzen综合症)^［3］、锥干畸形-面综合症(conotruncal anomaly face syndrome;CTAFS)^［4］以及一部分单纯的先天性心脏病特别是锥干畸形(conotruncal defects;CTD)^［5］等。它们具有共同的遗传基础——染色体22q11微缺失，共有的特点是都有心脏及血管的发育异常，而且是造成CATCH22婴幼儿早期死亡的主要原因。

1CATCH22综合症与先天性心血管缺陷的关系

1965年，Di George^［2］发现了一组先天性胸腺缺陷伴甲状旁腺缺乏症、心血管发育异常的婴儿，表现为细胞免疫缺陷和低钙血症，此后将这类临床综合症命名为Di George综合(DGS)。其中85%～95%伴有心血管畸形，以大动脉异常为最常见，占心血管畸形的95%左右 ，包括右位主动脉弓、主动脉离断、法乐四联症、永存动脉干、肺动脉狭窄、肺动脉闭锁、主动脉狭窄、大血管转位、右心室双出口、动脉导管未闭，还有心房或室间隔缺损等^［6，7］，很多患者表现为复杂的畸形。

Shprintzen(1978)等描述了一组以腭裂、先天性心脏畸形、面容畸形为特征的病例，被命名为Shprintzen综合症，也称为腭-心-面综合症(VCFS)，是一种与心脏及血管发育失调有关的病症，80%以上的病例有心血管畸形，心血管异常症状与DGS相同^［8］。

遗传学研究表明，DGS、VCFS中染色体22q11微缺失的比率分别为88%、85%^［3］。而对于CTAFS的缺失比率达100%^［4］。一些无其它综合症表型的独立的先心病也存在22q11不同程度的缺失，如29%共干缺损病例中的22q11缺失存在^［9］。同时学者们还发现在很大比例上，DGS和VCFS的临床表现一致，约80%DGS患者有面容畸形，而VCFS中亦有低钙血症、细胞免疫功能低下者^［3］。遗传学证据发现DGS和VCFS病人在22q11内有相同位点的缺失，说有二者具有相同的遗传基础，是同一种遗传综合症的不同表现，故以其主要特征的首字母缩略词CATCH22来作为其总称，其共有特征是先天性心血管异常。

2CATCH22的发育生物学

CATCH22综合症中多器官出现缺陷，而且多是同时发生，在胚胎期有共同的先兆，提示其发生是源于发育过程中的缺陷。在胚细胞发育中，存在一个“形态发生反应单元”(morphogenetically reactive unit)。各种不同的遗传和环境因素在胚胎发生期破坏了这一单元，从而导致相关的依不同时序形成的各个器官的发育异常^［10］。实验证据表明CATCH22的“形态发生反应单元”是头部和颅部的神经嵴。动物实验证实视叶前后和后脑的神经嵴细胞形成第三、四对弓/囊间质，其异常导致由第三、四对弓/囊分化而来的结构如圆锥动脉干、胸腺、甲状旁腺、颅面、颈腔的先天性发育异常。另外，枕部后脑的神经嵴细胞迁移到心脏的流出道，同时对于肺动脉隔膜的形成也是必需的^{［11、12、13］}。鸡胚胎中，神经嵴细胞消除后，导致总动脉流出道和大动脉易位^［14］。这些实验表明颅部神经嵴、心血管神经嵴是CATCH22的形态发生反应单元。正是这些单元的破坏导致了DGS、VCFS、CTAFS等临床症状。由此推测，人类染色体22q11内存在影响神经嵴迁移、分化的基因，此基因的缺失破坏了CATCH22的“形态发生反应单元”而表现出相应的先天性心脏缺陷等多种临床症状。22q11缺失范围的大小、缺失位点的不同以及环境因素、迁移背景等的影响，使CATCH22综合症表现不同的表型特征。

3染色体22q11微缺失区域的分子生物学研究

3.1最小缺失范围的确定：首先把DGS与染色体22异常联系在一起是源于发现DGS病人多存在染色体22的不平衡易位从而使染色体22长臂大范围的丢失(pter-q11)^［15］，而后逐渐把与疾病有关的缺失范围定位到一个保守区域22q11^［16］。诸多学者从中分离了许多探针以进行此区段的研究。Halford等^［17］使用探针k1506检测22q11缺失病人，得到两个克隆sc11.1a、sc11.1b，从而定位了约2Mb的缺失区段，称为Di Geroge核心区域(Di Geroge critical reigon;DGCR)。Dricsoll等^［6］使用跨越22q11的探针确定出DGS、VCFS病人最常见的缺失片段在探针N25(D22s75)和R32(D22s259)之间。而后通过对一些具有典型DGS和VCFS同时由于染色体重组引起22q11微缺失病人的研究，最终确定了DGS/VCFS表型所必需的最小缺失区域，称为微小Di Geroge核心区域(minimal Di Geroge critical reigon,MDGCR)^［18］。这一结果也得到了其他学者的证实^［19］。同时诸多学者开始致力于MDGCR边线的确定工作。原有的检测表明，探针N25对于诸多DGS/VCFS病人均是单拷贝缺失，因此N25应包含在MDGCR内。具有典型VCFS症状的病人，发现易位断点在N25靠端粒端。现在唯一已知的DGS易位断点ADU(2；22)亦应包括在MDGCR中，有迹象表明ADU易位断点可能破坏了某些基因，从而引起DGS表型。最近，Levy等^［21］研究一病人的22q11缺失情况发现，其距ADU断点100kb远侧微缺失，此缺失未延伸至ADU断点，因此不存在跨越ADU断点的基因缺失或被打断，是否是由于位置效应破坏了相应基因之间的相互调节仍有待于证实。对于MDGCR的边线还未准确确定，估计在250kb左右。从中筛选到cDNA部分序列在心肌和骨骼肌中高水平表达，因此有推测与心血管发育异常有关的心血管保守区(cardiac critical region)很可能存在于DGCR中，可能与MDGCR有关^［22］。

3.2基因的分离：诸多学者们采用各种分子生物学方法研究DGCR和MDGCR的基因。早期，许多人集中在ADU断点的研究，希望发现ADU断点破坏了某个与发育有关的基因或单元的表达。迄今为止，这一工作仍在进行着。Budarf等^［23］克隆了易位断点的完整基因并进行了测序。断点附近的两个基因都进行了克隆，其中一个主要在成人心脏和骨骼肌中表达，第二个基因的开放阅读框架被易位断点打断。与这两个基因有关的全长cDNA克隆正在进行，这些基因与疾病是否有明显的生物学效应还有待于深入研究。

一些研究小组近期在DGCR中克隆到了一种整合膜蛋白基因DGCR2/IDD/LAN^［24］，可能包括一配体结合区。这个基因没有被ADU打断，位于ADU的后面约10kb左右。由于已知神经嵴细胞的错误迁移与DGS发生有关，因而推测其中受体基因可能很重要。但遗憾的是DGCR2/IDD/LAN定位在ADU’5-3’端，没有被ADU打断，而且在没有缺失的DGS/VCFS表型中也没有发现此基因的突变。这一基因的作用及如何起作用仍有待于研究。

详细的MDGCR转录图谱已经建立。Lindsay等^［25］使用多种方法筛选人placenta-arrayed cDNA文库，并完成了外显子图谱，采用cDNA selection方法建立MDGCR图谱，在270kb范围内得到6个转录因子。Weilong等^［26］发现在MDGCR内至少编码11个转录单位，建立了MDGCR详细的转录图谱，可能与CATCH22综合症有关。其中研究比较清楚的有CTP和DVL-22。CTP编码枸橼酸盐转运蛋白，促使线粒体膜内三羧基化合物的转化，从而为葡萄糖酵解、脂肪的生物合成提供还原辅酶Ⅰ和辅酶Ⅱ，以及为酰基甘油和固醇的生物合成提供碳源。DVL-22是类果蝇dsh基因。有研究证明果蝇正常发育必需基因wg的作用受dsh的调节^［27］。DVL-22基因的异常是否导致人类的心脏发育缺陷还有待于确切证实。

同时，MDGCR内大规模的测序和序列分析工作亦在大规模进行，试图发现其中与疾病和心脏发育有关的基因。

在大量表达序列鉴别的基础上，破译某个或某些与CATCH22紧密相关的基因就显得尤为重要。在这其中，导致发育异常是单基因效应还是多基因的累加效应还不得而知。另外，22q11缺失所表现的表型多样性提示其中调节因子可能起一定作用，但这些调节因子是否包括DGCR基因、是否在未缺失区及其遗传背景和环境互作均不清楚