《PNAS》报道造成新生儿缺陷的关键基因

第22号染色体是人类第二小的一条染色体，也是第一个完成测序的染色体，全长包括500-600个基因。

22号染色体的22q11.2区一直是出生缺陷研究的热点区域。大约1/4000的新生儿存在着22q11.2区的变异问题，这造成了大约40个基因的缺失或重复拷贝。

22q11.2微缺失对身体系统发育影响很广，程度和具体表现都不一样，这一区域的许多基因目前都没有得到很好的了解。只知道有时会造成心脏发育和功能障碍，有时是免疫系统，有时是颅面部的严重破坏，还有时是认知和行为问题。其中约30%的患者出现泌尿生殖系统发育异常和上、下呼吸道缺陷，这些患者被统称为DiGeorge综合征或22q11.2微缺失综合征。

作为DiGeorge综合征的一部分或孤立的先天性畸形的一种，先天性的泌尿生殖系统缺陷是最常见的出生缺陷之一。每250名足月男婴之中便有1人因隐睾和尿道下裂被定义为泌尿生殖系统出生缺陷。该出生缺陷也是Dolores Lamb博士实验室多年来的研究焦点。

Lamb说：“大约12年前，我们开始用阵列比较基因组杂交技术（array comparative genomic hybridization）来研究泌尿生殖系统的先天性缺陷。它本质上是一种具有很高分辨率的分子核型（molecular karyotype），让我们看到染色体区域的微小缺失或增加。使用这种技术我们比较分析了大量的尿道下裂或隐睾患儿的染色体，约20%的人的不同染色体上的特定区域具有微缺失（microdeletions）或微重复（microduplications），其中就包括了22q11.2区。但是，这些孩子并非DiGeorge综合征患者（先天性无胸腺或胸腺发育不全）。”通过基因测序研究人员还发现，发生变化的基因是从头合成（de novo）的，意味着父母体内不存在这些变化。

Lamb和同事们觉得22q11.2区的基因最有可能参与了泌尿生殖系统发育异常，如果能找到并破解相关基因的功能，就可以开发具有针对性的诊断工具和潜在的治疗手段。

用患者基因组数据和动物模型理解泌尿生殖系统缺陷

找到这些与发育障碍有关的基因的过程，就好比不给你设计图，却让你从一架复杂的、老旧的机器中找到缺失或发生改变的零件。因此，科学家们使用了多种策略来寻找候选基因，同时在体外体内模型中测试它们的功能。

Lamb课题组采用了一个双管齐下的方法。他们使用了同时具有生殖异常症状的DiGeorge综合征患者的基因样本，重点检查了22q11.2区基因缺失和重复的拷贝数量变异。得益于科学家们对潜在信号通路的了解，凭借着仅有的一点线索，他们很快锁定了一个名叫CRKL的基因，该基因的缺失或重复最有可能参与了泌尿生殖系统的发育障碍。

进一步的分析表明，人类胎儿的多处组织都表达CRKL，包括新、肝、肺、骨骼肌、脾脏、胸腺、脑和肾，这些器官都与DiGeorge综合征有关。小鼠和人类的整个发育过程，包括泌尿生殖道发育，CRKL都持续的轻微表达，这使研究人员更加确定CRKL参与了生殖系统发育。

由于该基因在正常人体内具有2个拷贝（1个来自母亲，1个来自父亲），因此研究人员构建了几种基因工程缺陷型小鼠：一组小鼠缺少2个拷贝的crkl；另一组小鼠只敲除1个拷贝的crkl。缺乏2个拷贝的小鼠在胚胎发育时期就死亡了；类似人类患者，缺乏1个crkl拷贝的雄性小鼠出现隐睾症，随着年龄的增长，还导致了雄性小鼠的不育症。两组小鼠的胚胎生长都明显受到了限制。除了神经、心脏等先天缺陷外，约23%的小鼠表现出严重的肾脏异常。

转录组表达分析结果显示，crkl调节泌尿系统发育的过程至少有52个DNA的转录表达相关。

Lamb说：“我们的数据表明22q11.2区CRKL的基因剂量变化，任意拷贝的缺失都可导致泌尿生殖系统和肾脏的发育障碍，CRKL属于部分外显，因此不同个体（人类和老鼠）之间的严重程度有所不同。”

研究表明22q11.2区的CRKL可作为评估DiGeorge综合征新生儿其他出生缺陷的基因诊断依据，临床有必要对该基因突变型患儿进行提早治疗或预防。华人团队《Nature》子刊报道糖尿病孕妇与新生儿缺陷的致病机理

这项研究更深远的意义在于，由于22q11.2区影响着大脑发育、行为和认知功能，包括自闭症、精神分裂症、躁郁症、听力或自身免疫性缺陷等等。泌尿生殖系统可能不是唯一需要进行临床评估的项目，因此，利用本实验搭建的研究平台，可加速其他新生儿缺陷的早期诊断和治疗开发。