原发性纤毛不动综合征诊断方法研究进展

原发性纤毛不动综合征诊断方法研究进展
刘娇(综述);刘恩梅;邓昱(审校)
【摘要】Primary ciliary dyskinesia (PCD) is an autosomal recessive or x-linked disorder of cilia structure and (or) function, with a morbidity of 1:10 000–1:50 000 from foreign reports, while epidemic data of PCD in China is not available yet. PCD is due to cilia biallelic gene mutations leading to impaired tissue structure and organ function. Clinical phenotypes include chronic infections of the respiratory tract, fertility problems, disorders of organ laterality, etc, and the percent age of Kartagener syndrome is about 50%. The frequently used diagnostic methods are nasal NO examination, high-speed video microscopy, electron microscopy, genetic tests, chest high-resolution computed tomography and spirometry at present. Each method has its highlights and disadvantages, meanwhile, effective diagnostic algorithm and therapeutic protocols are needed for further research.%原发性纤毛不动综合征是一种常染色体隐性遗传或X染色体相关的遗传疾病，国外发病率为1∶50000~1∶10000，国内尚无相关流行病学资料。

该病发生机制为纤毛的双等位基因突变，导致组织器官的结构和/或功能改变，从而引起一系列相关临床表现，其中约50%为Kartagener综合征。

目前常用的检查方法有鼻呼出气一氧化氮检测、透射电镜法、免疫荧光分析法、高频数字视频成像和基因诊断，但每种检查方法均有其优点及弊端。

同时，统一的诊断思路及确切有效的治疗方案也处于探索研究阶段。

【期刊名称】《临床儿科杂志》
【年(卷),期】2016(034)005
【总页数】5页(P388-392)
【关键词】原发性纤毛不动综合征;基因突变;诊断
【作者】刘娇(综述);刘恩梅;邓昱(审校)
【作者单位】重庆医科大学附属儿童医院呼吸科重庆 400014;重庆医科大学附属
儿童医院呼吸科重庆 400014;重庆医科大学附属儿童医院呼吸科重庆 400014【正文语种】中文
原发性纤毛不动综合征（primary ciliary dyskinesia，PCD，OMIM id: 242650）是一种常染色体隐性遗传或性染色体相关的遗传疾病。

国外资料显示，活产新生儿中的发病率为1∶50 000 ～1∶10 000［1-3］。

国内流行病学资料匮乏。

PCD
是纤毛结构和/或功能障碍，导致纤毛功能障碍，从而引起人体胚胎发育时期器官
偏侧性改变，以及出生后含纤毛组织器官的功能障碍，严重影响人体健康。

因此对该疾病的确诊尤为重要。

本文对PCD诊断方法的研究进展进行阐述。

人体有运动纤毛和不运动纤毛，依据微管构成纤毛的组成方式分为9+2、9+0两
种方式。

因此，人体中纤毛共有9+2运动纤毛、9+0运动纤毛、9+2不运动纤毛和9+0不运动纤毛4类，其中9+2运动纤毛最多，因其存在于呼吸道表面、室管膜、输卵管和精子鞭毛等，其他类型纤毛则存在于胚胎时期、内耳、肾、胆道、胰腺、骨/软骨和眼等［1］。

9+2运动纤毛是9对外周微管（microtubule doublets，MTD）环绕1对中央微管（central pair，CP），其中外周微管之间
由微管连接蛋白（nexindynein regulatorycomplexes，N-DRC）连接，连接于
外周微管向内外侧伸展的分别是内动力臂（innerdynein arms，IDA）、外动力
臂（outer dynein arms，ODA），IDA通过辐射臂（radial spokes，RS）与中
央微管间相互连接固定。

ODA和IDA均连接有ATP酶，负责纤毛的运动；RS通过移动角度的变化来控制纤毛的方向［3］。

PCD的临床表现主要由受累的组织器官决定。

PCD家族史、近亲结婚也作为不可或缺的病史依据。

儿童患者中最常见的是新生儿呼吸窘迫、慢性咳嗽和慢性鼻塞，分别占82%、99%和97%，不同基因突变之间以上症状无统计学差异［4］，并且约50%有内脏反位（Kartagener综合征，支气管扩张、鼻窦炎/鼻息肉、右位心）［5，6］，合并先天性心脏病的比例为6%［7］。

PCD的主要临床表现见表1。

目前，全世界范围内诊断PCD的检查方法包括：鼻呼出气一氧化氮（nasal nitric oxide，nNO）水平测定、肺功能测定、胸部高分辨率CT、高速数字视频成像（high-speed digital video imaging，HVMA）、透射电镜（transmission electron microscopy，TEM）、免疫荧光分析法（immunofluorescence microscopy，IF）和基因诊断（genetic testing）［2，9］。

这些方法分别是临床对PCD患者进行筛查、金标准诊断、病因探讨的检测方法。

3.1 nNO筛查
PCD、肺囊性纤维化（cystic fibrosis，CF）、急/慢性鼻窦炎、鼻息肉和上呼吸道感染等疾病nNO降低，但PCD时水平更低，通常采用＜ 77 nl/min的诊断标准，通过使用标准测定模型，其灵敏度和特异度能达到98%和＞ 99.9%［10］，并且该项检查为非侵入性，操作简便。

因进行本项检查时需要患儿深吸气后屏住呼吸，故多应用于＞ 5岁患儿的筛查，对不能实现软腭闭合的幼儿，该检测方法有一定可行性，但用于鉴别诊断时的价值有所降低［11］。

在对11项研究的meta 分析中得出，PCD患者为（19.4±18.6）nl/min，正常对照者的加权均数差为231.1 nl/min，CF患者的加权均数差为114.13 nl/min［10］，证实nNO检测可以区别PCD和CF。

也有报道指出，通过对PCD患者鼻活检刷取的纤毛细胞与
肺炎链球菌共培养，2 h（早期）测定的nNO明显低于正常人，并认为该现象与PCD患者一氧化氮合酶（nitric oxide synthase，NOS）基因编码诱导型一氧化
氮合酶（induciblenitric oxide synthase，iNOS）时表达缺陷有关，但尚有争议［11-13］。

因其他低nNO疾病的影响，存在一定的假阳性率；然而5% ～ 20%的PCD患者nNO正常，也有假阴性的可能［9］。

3.2 纤毛形态及功能观察
对PCD患者纤毛形态及功能观察是目前临床诊断PCD的金标准，主要的检测方
法有HVMA、TEM和IF，检测对象均为呼吸道纤毛上皮细胞。

一般利用鼻刷/鼻
活检在下鼻甲、中鼻甲或上颌窦处取材；若同时有支气管镜的其他指征时，也可通过支气管镜在支气管处活检，后者虽创伤较前者大，但准确性更高［14］。

取材
后可直接进行HVMA检查，但需对样本质量进行评价［15］；对细胞进行一系列处理后才能行TEM、IF检测［16］。

TEM、HVMA和IF均可能因继发性纤毛运
动障碍（secondary ciliary dyskinesia，SCD）导致假阳性，为避免此结果的发生，特别是复杂病例，呼吸道黏膜纤毛上皮细胞可在体外培养系统的气液界面或水下进行培养（排除外界环境对纤毛细胞的影响）后再进行TEM、HVMA和IF等
检查，此是目前公认的可区别PCD和SCD的方法［17-19］。

3.2.1 高速数字视频成像 HVMA是通过对获得的呼吸道纤毛上皮细胞的纤毛摆动幅度（cliary beat pattern，CBP）和纤毛摆动频率（ciliary beat frequency，CBF）进行测定，以判断纤毛功能的方法，常常作为部分检测中心的一线诊断方法。

呼吸道表面纤毛的摆动频率为6 ～ 12 Hz、运动方向一致时，才能有效清除呼吸
道黏液及附着于呼吸道表面的细菌等［8，15］。

HVMA可对每个纤毛运动周期
捕捉40 ～ 50个画面，既可高分辨率实时观察，也能慢镜头回放。

HVMA下观察纤毛的表现形式有：静纤毛、多数时间不运动伴最小运动的纤毛、因纤毛运摆动的弯曲度小或振幅小的僵直运动、异常成圆摆动和运动功能亢进的纤毛等。

不同
PCD患者间CBF和CBP不同，其与纤毛的显微结构、突变基因有关，但若HVMA正常能否直接排除PCD，不同学者间存在分歧，但更多学者持否定态度［2，8，15］。

目前HVMA作为诊断方法仍有一定限制性，原因如下：①不同检测中心标准不同，主要有样本采集技术、样本的环境温度、显微镜和照像技术、软件设施；②判断PCD特异性HVMA改变，并与正常纤毛或SCD相鉴别，暂无明确评价标准，较大程度依赖于检测者；③PCD患者和非PCD患者中急/慢性感染（炎症）非常常见，对鉴别PCD和SCD有一定难度［2］。

3.2.2 透射电镜 TEM 是对呼吸道黏膜纤毛上皮细胞的纤毛轴进行横断观察，常常作为高度怀疑PCD时的诊断方法。

观察对象包括外周微管、中央微管、外动力臂、内动力臂、微管连接蛋白、辐射臂等。

异常纤毛结构主要有以下4类：动力蛋白臂异常（部分或完全
缺失，ODA/IDA），辐射臂异常（轮辐或中心鞘缺失、偏离中央管），纤毛方向
性错误（因部分或完全缺失中央管）和外周微管的数目异常。

其中显微结构异常中最常见是ODA异常（约占55%），其次为ODA和IDA联合异常（约占15%）［8］。

TEM诊断过程中，只有RS异常时TEM的结果可靠性最高［2， 20］；
只有IDA异常时假阳性率较高，需要再次评估［2， 21］。

据统计，约30%的PCD患者纤毛TEM表现正常［8， 22， 23］。

假阳性与黏膜上皮细胞炎症（细
菌/病毒感染）、样本量不足、样本处理不严谨、TEM读片错误和扫描仪误差等有关。

SCD患者并非所有纤毛都有异常表现［3， 24］。

为避免SCD的干扰，建议急性感染后8周进行该项检查。

另3% ～ 10%正常人的小黏膜上皮细胞在TEM
下纤毛结构异常［25］。

虽然透射电镜是对纤毛轴横断面的观察，但其对纤毛方
向（ciliary orientation，COR）的判断也有一定作用。

正常纤毛的纤毛轴是接近
平行的（COR≤20°，＞35°表示方向性随机分布）。

TEM观察时，依据中央微管、显微照片纵轴所画出的两条线条所形成的角度，PCD患者COR显著高于SCD，
分别为43.61˚±12.85˚、21.79˚±11.34˚，并鼻活检或支气管活检能减少操作对纤
毛方向的干扰。

因此，TEM可通过纤毛显微结构、纤毛方向助诊PCD［14］。

3.2.3 免疫荧光分析法 IF是利用纤毛轴丝主要组成部分的特异荧光抗体在显微镜下观察荧光分布及数量，可看到所有TEM能观察到的PCD患者的异常显微结构［2］，如因DNAH5基因突变导致ODA缺陷的PCD患者呼吸道黏膜纤毛上皮
细胞，免疫荧光染色可观察到缺少DNAH5染色于整个纤毛轴丝，但DNAH5堆
积于纤毛微管组织中心（细胞核周围、细胞质顶端、纤毛轴近端且纤毛轴远端缺失）［8，26］。

目前，一组针对多个纤毛蛋白的抗体在少数PCD诊疗中心开始应用，但主要用于筛查［8］。

通过高分辨率免疫荧光分析法对因辐射臂缺陷诊断PCD，更可得出RSPH4A是组装合成辐射臂头（PSPH4A-PSPH1-PSPH9）的核心物质［27］。

IF也有不可忽略的缺陷，约20%的PCD患者呼吸道黏膜纤毛上皮细胞
在IF下无异常表现，若标本黏液较多可影响样本的观察等［2］。

3.3 基因诊断
PCD是常染色体隐性遗传或X连锁相关的双等
位基因突变的遗传疾病。

不同的基因突变，在TEM、IF等检测方法中的表现形式
不同。

DNAI1是1999年通过候选基因方法发现的第1个PCD突变基因，至今已证实的双等位突变基因有32个，包括：ODA异常的DNAI1、DNAH5、DNAH8、DNAI2、TXNDC3 （NME8）、DNAL1、CCDC114、ARMC4、CCDC151 和CCDC103；ODA+IDA异常的KTU（DNAAF2）、LRRC50（DNAAF1）、
C19ORF51（DNAAF3）、DYX1C1、HEATR2、LRRC6、ZMYND10、SPAG1
和C21orf59；MT+IDA异常的CCDC39和CCDC40；N-DRC异常的CCDC164（DRC1）和CCDC65（DRC2）；CP-RS异常的RSPH4A、RSPH9和RSPH1；CP突起异常的HYDIN；ODA蛋白异常但显微结构正常的DNAH11；原发性纤
毛运动障碍和视网膜色素变性同时存在的RPGR；PCD和口面指综合征同时存在
的OFD1；多运动纤毛减少的CCNO（异常蛋白位于细胞质顶端）和MCIDAS
（细胞核内调节CCNO和FOXJ1）［1，9］。

以上已知突变基因中，DNAH5、DNAI1是目前最常见的突变形式，分别占25%、15%。

RPGR和OFD1位于X
染色体，其余突变基因位于不同常染色体的不同位点［8］。

但仍有约1/3的PCD 患者尚未证实突变基因的位置［1］。

为明确PCD基因突变的位点，目前常用方
法为第2代测序基因测序法、全外显子组基因测序，不仅能达到确诊的目的，也
可以发现新突变基因。

3.4 其他检测方法
3.4.1 胸部高分辨率CT 支气管扩张是PCD的常见临床表现，因此胸部高分辨率CT有着举足轻重的意义，并可发现持续性肺实变和肺不张，婴幼儿时期还可见到
支气管壁周围增厚、黏液阻塞、支气管充气征和磨玻璃样改变［3， 5， 8］。

其中，最常受累的还是肺部中叶和舌叶，其次为下叶，若上叶已受累，表示病情较后期［28］。

但CF患者通常受累于肺上叶［8］。

3.4.2 肺功能PCD患者呼吸道的改变主要是因为反复感染引起的气道重塑，因此，肺功能通常表现为阻塞性通气功能障碍［3］，主要监测指标有第1秒用力呼气容积（forced expiratory volume in 1 second，FEV1）、用力肺活量（forced vital capacity，FVC）、呼气高峰流量（peak expiratory flow ，FEF）和肺清除指数（lung clearance index，LCI）等。

在初诊的学龄前PCD患儿中，约1/3患儿FEV1低于预计值的80%，但在长期的随访观察中，肺功能的变化（恶化、稳
定或改善）与初诊年龄、初诊时的肺功能情况无关。

总体而言，随年龄的增加，肺功能逐渐恶化［29］。

部分PCD患儿FEV1的下降重于同龄CF患儿，但儿童后
期和青年早期，因咳嗽的廓清作用，PCD患者肺功能的恶化速度低于CF［30］。

因此，肺功能在判断预后方面有更高的价值，也可用于鉴别CF、支气管哮喘等疾病。

肺功能与胸部CT均可作为判断病情进展的辅助检查，但两者的灵敏度仍有争议［3］。

PCD患者因突变基因不同、症状体征差异、检测方法不一、检测方法的假阳性和假阴性率、部分地区对疾病的认知缺乏等因素，导致目前尚无统一的诊断方案。

Werner等［2］建议，PCD的诊断标准如下：①长期的相关临床表现；②以下至少2项符合——明确HVMA异常表现，明确TEM异常表现，明确IF异常表现，低nNO浓度或产生NO少，明确的突变基因表型。

若1例患者有典型临床表现，但所有检查中只有HVMA异常，就应重复3次HVMA检查，若每次检查结果均一致，则该病例为可疑PCD，应对其兄弟姊妹进行基因检查。

也有研究者认为，根据临床表现怀疑PCD时，若胸部CT提示支气管扩张，则需排除其他因素引起的支气管扩张后再进行nNO筛查、HVMA、TEM等检查，考虑为PCD后再进行基因诊断确诊（图1）［8］。

综上，PCD的检测方法主要有nNO、TEM、HVMA、IF和基因诊断，但各有其目前尚未解决的缺陷。

因此，PCD的诊断需结合临床症状体征、nNO、HVMA、TEM、IF和基因诊断等方面进行综合分析，这种诊断思路与2009年欧洲呼吸协会建议的相似［31］。

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