(一)发病原因
小脑性共济失调(cerebellar ataxia,CA)为常染色体显性遗传,近年来部分亚型基因已被克隆和测序,显示致病基因三核苷酸(如CAG)重复序列动态突变,拷贝数逐代增加为致病原因。
常染色体显性遗传的脊髓小脑性共济失调具有遗传异质性,最具特征性的基因缺陷是扩增的CAG三核苷酸重复编码多聚谷氨酰胺通道,该通道在功能不明蛋白(ataxins)和神经末梢上发现的P/Q型钙通道α1A亚单位上;其他类型突变包括CTG三核苷酸(SCA8)和ATTCT五核苷酸(SCA10)重复序列扩增,在许多病例中这种扩增片断的大小与疾病严重性有关,且发病年龄愈小,病情愈重。
Friedreich型共济失调(FRDA)是9号染色体长臂(9q13-12.1)frataxin基因非编码区GAA三核苷酸重复序列异常扩增所致,正常GAA重复扩增42次以下,病人异常扩增(66~1700次)形成异常螺旋结构可抑制基因转录。
(二)发病机制
小脑性共济失调(ADCA)病理改变主要表现小脑,脊髓和脑干变性,故又称为脊髓小脑性共济失调(SCA),根据临床特点和基因定位分为SCA1~21种亚型。
SCAs基因突变改变蛋白的性质,使之无法被正常加工,异常加工的片断与一种参与非溶酶体降解的缺陷蛋白泛素(ubiquitin)结合,共同以蛋白酶体(protease)的复合体形式转运至核内,推测这种核内蛋白聚集可影响细胞核的功能,每种SCA亚型基因位于不同的染色体,有不同的大小和基因突变部位,例如,SCA1基因位于染色体6q22-23,基因组跨度450Kb,cDNA长11Kb,含9个外显子,编码816个氨基酸残基组成ataxia-1蛋白,该蛋白位于细胞核,CAG突变位于8号外显子,扩增拷贝数为40~83,正常人为6~38,SCA3(MJD)是我国最常见的SCA亚型,基因位于14q24.3-32,至少含4个外显子,编码960个氨基酸残基组成ataxia-3蛋白,分布在细胞质中,CAG突变位于4号外显子,扩增拷贝数为61~89,正常人为12~41。
尽管SCA有共同的基因突变机制,导致各亚型临床表现雷同,但仍有差异,如有的伴眼肌麻痹,有的伴视网膜色素变性,病理损害部位和程度也不相同,提示除了多聚谷氨酰胺毒性作用外,其他因素可能也参与发病。
SCA共同的病理改变主要是小脑,脑干和脊髓变性和萎缩,但各亚型也有其特点,如SCA1主要是小脑,脑干的神经元丢失,脊髓小脑束和后索受损,很少累及黑质,基底核及脊髓前角细胞;SCA2以下橄榄核,脑桥,小脑损害为重;SCA3主要损害脑桥和脊髓小脑束;SCA7的特征是视网膜神经细胞变性。
Friedreich型共济失调(FRDA)基因产物frataxin蛋白存在于脊髓,骨骼肌,心脏及肝脏等细胞线粒体内膜,导致线粒体功能障碍而发病,重复扩增愈多,发病年龄愈早,肉眼可见脊髓变细,胸段明显;镜下显示后索,脊髓小脑束和皮质脊髓束变性,后根神经节和Clarke柱神经元丢失,周围神经胶质增生,脑干,小脑和大脑受累较轻,心脏因心肌肥厚而扩大。
分类
遗传性共济失调的分类十分混乱,至今报道的已有60多种,但尚无统一和公认的分类方法,最早时仅分为Friedreich型共济失调和Marie型共济失调,即分为以脊髓症状表现为主的称为Friedreich型,而以小脑,脑干为主,亦有脊髓症状者称为Marie型共济失调,目前常见的分类有以下几种:
1.按解剖部位分类
(1)脊髓型:
①Friedreich型共济失调。
②遗传性痉挛性截瘫(Strumpell-Larrain病)。
③脊髓后索性共济失调(Biemond综合征)。
(2)脊髓小脑型:
①遗传性痉挛性共济失调(Marie遗传性小脑共济失调)。
②β脂蛋白缺乏病(Bassen-Kornzweig综合征)。
③共济失调毛细血管扩张症(Louis-Bar综合征)。
④脊髓脑桥变性(spino-pontine degeneration)。
(3)小脑型:
①橄榄-脑桥-小脑变性(Menzel病)。
②小脑-橄榄萎缩(Holmes病)。
③肌阵挛性小脑协调障碍(Ramsay-Hunt综合征)。
④Marinesco-Sjögren综合征。
⑤Joseph病。
⑥Hartnup综合征。
⑦前庭小脑性共济失调。
2.按遗传类型分类 Rosenberg(1982)将本症分为以下各类。
(1)常染色体显性遗传:
①橄榄-脑桥-小脑萎缩Ⅰ,Ⅲ,Ⅳ,Ⅴ型(olivopontocerebellar atyophy,OPCA)。
②Machado-Joseph’s disease(MJD)。
③小脑实质变性Ⅰ型和Ⅳ型(cerebellar parenchymatous degeneration,CPD)。
④脊髓脑桥变性(spino-pontine degeneration,SPD)。
⑤遗传性痉挛性截瘫(hereditary spastic paraplegia,HPG)。
⑥发作性共济失调(episodic ataxia,EA)。
⑦后索性共济失调(posterior column ataxia,PCA)。
(2)常染色体隐性遗传:
①橄榄-脑桥-小脑萎缩Ⅱ,Ⅵ型(olivopontocerebellar atrophy,OPCAⅡ,Ⅵ)。
②小脑实质性变性Ⅱ,Ⅲ,Ⅳ型(cerebellar parenchy matous degeneration typeⅡ,Ⅲ,Ⅳ)。
③肌阵挛性小脑性共济失调,或称Ramsay-Hunt综合征。
④共济失调性毛细血管扩张症(ataxia-telangiectasia)。
⑤Friedreich型共济失调。
(3)性连遗传性共济失调:按照这种分类中,OPCA和痉挛性截瘫等仍然难以确定是常染色体显性或隐性遗传,因此,虽然已经知道受累的部位,但仍难以诊断,为此,仍有许多临床问题不能解决。
3.按基因定位分类
(1)Rosenberg分类:Rosenberg(1998)按各小脑共济失调的基因进行分类。
①常染色体显性遗传性小脑性共济失调——脊髓小脑性共济失调Ⅰ型(SCA1):基因定位于6p22~23,包含CAG重复,主要临床表现为共济失调,有锥体系和锥体外系体征,同时伴眼外肌麻痹。
②脊髓小脑性共济失调Ⅱ型(SCA2):属常染色体显性遗传,基因定位于12q23~24.1,包括CAG重复,临床表现为共济失调,轻度锥体系及锥体外系体征和眼球颤动。
③脊髓小脑性共济失调Ⅲ型(SCA3):常染色体显性遗传,基因定位于14q24.3~32,含CAG重复,临床表现为共济失调,眼外肌麻痹和各种锥体系及锥体外系体征。
④脊髓小脑性共济失调Ⅳ型(SCA4):常染色体显性遗传,基因定位于16q21.1,临床表现为共济失调,锥体束征阳性,眼球运动正常,但伴感觉性轴索性周围神经病。
⑤脊髓小脑性共济失调Ⅴ型(SCA5):常染色体显性遗传,基因定位于第11号染色体着丝粒区,临床主要表现为共济失调,无眼球和锥体系受累。
⑥齿状红核-苍白球-路易体萎缩(dentatorubro-pallidolewisia atrophy,DRPLA):常染色体显性遗传,基因定位于12p12末端,包含CAG重复,临床表现为共济失调,肌张力障碍(手足徐动),肌阵挛和癫痫,痴呆等。
⑦脊髓小脑共济失调Ⅶ型(SCA7):常染色体显性遗传,基因定位于3p12~21.1,视紫质基因,含CAG重复,临床表现为共济失调和视网膜色素变性。
⑧发作性共济失调-Ⅰ(EA-1):常染色体显性遗传,基因定位于12p,钾通道基因-Ⅰ(KCNA-Ⅰ),主要临床特征为发作性共济失调,受惊或运动诱发,每次持续数分钟,发作时伴面及手部肌肉的纤束颤动,应用苯妥英钠有效,本病不进展。
⑨发作性共济失调-Ⅱ(EA-2):亦称脊髓小脑共济失调-Ⅵ(SCA6)型,常染色体显性遗传,基因定位19p,CAG重复,表现为共济失调,小脑萎缩,点突变出现发作性共济失调或家族性偏瘫性偏头痛,临床表现为发作性共济失调,紧张和疲劳可诱发,每次发作持续数天,眼球下视时出现眼球震颤,病程为进展性,乙酰唑胺治疗有效。
⑩Friedreich共济失调:常染色体隐性遗传,基因定位于9p13~21.1,含CAA重复,临床表现青少年共济失调,伴脊柱侧弯,高弓足,踝反射消失,病理束征阳性和下肢位置觉消失以及伴发糖尿病,心肌病,线粒体铁转运障碍等。
⑪Friedreich综合征:常染色体隐性遗传,基因定位于8q13.1~13.3,由生育酚蛋白缺陷所引起。
⑫共济失调毛细血管扩张症:常染色体隐性遗传,基因定位于11q23,临床特征为共济失调,毛细血管扩张,构音障碍,常有淋巴恶性肿瘤和IgA,IgG缺乏,因继发肺部感染而死亡。
⑬婴儿期发病的小脑性共济失调:常染色体隐性遗传,基因定位于10q23.3~24.1,临床表现为婴儿期出现的共济失调,眼肌运动麻痹,耳聋,手足徐动,感觉性周围神经病和视神经萎缩及女性性腺发育不全等。
⑭卡-塞综合征(Kearns-Sayre’s syndrome):散发性,由mtDNA缺失或重复所引起,临床表现为共济失调,上睑下垂,眼外肌麻痹,视网膜色素变性,糖尿病,心肌病和脑脊液蛋白质升高。
⑮线粒体脑肌病。
(2)最新的基因分类:
①常染色体显性遗传性共济失调(ADCA)。
②常染色体隐性遗传:此型遗传较常染色体显性遗传类型少见。
A.Friedreich共济失调:亦称少年型共济失调,基因为frdal 1号,内含子GAA重复66~200次,定位于9q12~21,基因产物为Frataxin,x-25,4~40岁起病,病程为10~30年,主要临床特征为共济失调,脊柱侧凸畸形,弓形足,跟腱反射消失,锥体束征阳性,位置觉消失,伴糖尿病,心肌病。
B.共济失调伴维生素缺乏:基因为α-ttp1,定位于8q13,系由基因产物α-生育酚转运蛋白缺失引起,2~25岁起病,病程长达数十年,症状与Friedreich相似,仅头部摇动。
C.共济失调毛细血管扩张症:系由11q22~23位上的atm基因产物,P13激酶异常而致病,常在10岁以下起病,持续10~20年,表现为共济失调,恶性淋巴瘤,免疫功能低下,毛细血管扩张等。
D.婴儿脊髓小脑共济失调:基因定位于10q23~24,基因产物不清,婴儿起病,可成活数十年,临床上除共济失调外,有耳聋,视神经萎缩,眼肌麻痹及感觉性周围神经病等,国内未见报道。
E.Marinesco-Sjögren综合征:于婴儿起病,基因定位不清,病程数十年,除共济失调外,伴智能低下,白内障,肌张力低下,肌病等。
临床表现
1.Friedreich型共济失调 Friedreich型共济失调(Friedreich’s ataxia)是表现小脑性共济失调的最常见特发性变性疾病,由Friedreich(1863)首先报道,本病具有独特的临床特征,如儿童期发病,肢体进行性共济失调,伴锥体束征,发音困难,深感觉异常,脊柱侧突,弓形足和心脏损害等。
(1)通常4~15岁起病,偶见婴儿和50岁以后起病者,男女均可受累,首发症状为进展性步态共济失调,步态蹒跚,左右摇晃,易于跌倒;2年内出现双上肢共济失调,表现动作笨拙和意向性震颤;在此早期阶段膝腱反射和踝反射消失,出现小脑性构音障碍或暴发性语言,双上肢反射及部分患者双膝腱反射可保存,双下肢关节位置觉和振动觉受损,轻触觉,痛温觉通常不受累,双下肢无力发生较晚,可为上或下运动神经元损害,或二者兼有。
(2)患者在出现症状前5年内通常出现伸性跖反射,足内侧肌无力和萎缩导致弓形足伴爪型趾,是常见的体征,也可以是未患病家族成员孤立的表现,进行性严重脊柱后侧凸畸形可导致功能残疾和慢性限制性肺部疾病,心肌病有时只能由超声心动图检出,可导致充血性心力衰竭,是主要的死亡原因,其他异常包括视神经萎缩,眼球震颤(多为水平性),感觉异常,震颤,听力丧失,眩晕,痉挛,下肢疼痛和糖尿病等。
(3)查体可见跟膝胫试验和闭目难立征阳性,75%有上胸段脊柱畸形,约25%患者有视神经萎缩,50%伴弓形足,85%伴心律失常或心脏杂音,10%~20%伴糖尿病。
(4)辅助检查:①X片可见脊柱和骨骼畸形;MRI可见脊髓变细;②心电图常见T波倒置,心律失常和传导阻滞,超声心动图示心室肥大,视觉诱发电位波幅下降;③DNA分析FRDA基因18号内含子GAA大于66次重复。
2.脊髓小脑性共济失调 脊髓小脑性共济失调(spinocerebellar ataxia,SCA)是遗传性共济失调的主要类型,包括SCA1~21,成年期发病,常染色体显性遗传及共济失调等是本病的共同特征,并表现在连续数代中发病年龄提前和病情加重(遗传早现),各亚型症状相似,交替重叠,遗传早现现象是SCA的典型表现,症状逐代加重。
(1)SCA共同症状体征:30~40岁隐袭起病,缓慢进展,也有儿童期及70岁起病者;下肢共济失调为首发症状,表现走路摇晃,突然跌倒和讲话含糊不清,以及双手笨拙,意向性震颤,眼球震颤,痴呆和远端肌萎缩等;检查可见肌张力障碍,腱反射亢进,病理征,痉挛步态,音叉振动觉及本体觉丧失,通常起病后10~20年不能行走。
(2)除共同临床表现外,各亚型有各自的特点,如SCA1眼肌麻痹,上视不能较明显;SCA2上肢腱反射减弱或消失,眼球慢扫视运动较明显;SCA3肌萎缩,面肌及舌肌纤颤,眼睑退缩形成凸眼;SCA8常有发音困难;SCA5病情进展非常缓慢,症状较轻;SCA6早期大腿肌肉痉挛,下视震颤,复视和位置性眩晕;SCA10纯小脑征和癫痫发作;SCA7视力减退或丧失,视网膜色素变性,心脏损害也较突出。
3. 遗传性痉挛截瘫:多数呈常染色体显性遗传,但也有呈常染色体隐性遗传或性连隐性遗传,大多在儿童起病,男性多见,主要表现为逐渐进展的下肢痉挛性瘫痪,早期症状为行走时双腿僵硬,不灵活,肌力减弱,由于下肢伸肌张力增高呈剪刀步态,膝,跟腱反射活跃,病理征阳性,感觉多无障碍,多数有弓形足,但不如Friedreich共济失调症明显,有时伴有眼球震颤和脊柱侧凸,疾病缓慢进展,以后双上肢也受影响,如累及延髓支配肌群时可出现构音障碍,吞咽困难,晚期括约肌功能也发生轻度障碍。
临床上仅根据各亚型特征性症状,体征确诊仍困难者(SCA7除外),可用PCR法准确判定亚型及CAG扩增次数,进行基因诊断。