综述：面肩肱型肌营养不良症（FSHD）的多样性挑战及其遗传学机制的统一

　　本综述系统梳理了面肩肱型肌营养不良症（FSHD）的遗传异质性与临床多样性，重点阐述了DUX4基因异常激活的核心病理机制。文章深入探讨了FSHD1（D4Z4重复序列收缩）和FSHD2（染色质调控基因突变）的分子基础，强调了DNA低甲基化作为疾病预测生物标志物的价值，并揭示了非典型遗传病例对疾病机制的启示。最后展望了针对DUX4的靶向治疗策略，为FSHD精准诊疗提供重要参考。

　　

面肩肱型肌营养不良症（Facioscapulohumeral muscular dystrophy, FSHD）是一种遗传性肌肉疾病，虽然归类为罕见病（患病率≤1/8000），却是全球范围内最常见的肌病之一。该疾病临床表现为进行性肌无力，主要累及面部、肩胛带肌群，后期可扩展至其他肌群。其经典分型包括FSHD1（MIM: 158900）和FSHD2（MIM: 158901），二者虽遗传基础不同，但表型难以区分。

基础遗传学分类与常见的局部表观遗传去抑制由复杂的遗传背景引起

研究证实，胚胎和生殖系基因DUX4（double homeobox 4, MIM: 606009）在骨骼肌中的异位激活是疾病表现的关键，而其表达又需要特定的遗传和表观遗传背景。因此，潜在的靶向治疗策略包括沉默DUX4转录或阻断其翻译。

绝大多数FSHD病例（约95%）与4q35区域D4Z4大卫星重复序列（macrosatellite repeat）的拷贝数减少（收缩至1-10个重复单元，RU）相关，并伴随该区域的DNA低甲基化。这类病例被定义为FSHD1。其余病例无D4Z4重复收缩，被归类为FSHD2，其中80%存在SMCHD1（Structural Maintenance of Chromosomes flexible Hinge Domain-containing protein 1, OMIM: 614982）基因突变，少数与DNMT3B（DNA methyltransferase 3B, OMIM: 602900）或LRIF1（ligand-dependent nuclear receptor-interacting factor 1, OMIM: 615354）突变相关。FSHD2患者的D4Z4重复数通常在10-20 RU之间，但也存在>20 RU的病例。

值得注意的是，携带8-10 RU的FSHD1患者若同时存在SMCHD1突变（称为FSHD1+2），其症状往往比仅携带8-10 RU的FSHD1患者更严重。而仅携带8-10 RU且无SMCHD1突变的个体中，则常见症状较轻、无症状或外显不全的情况，因此8-10 RU被视为FSHD1外显率的“灰色区域”。此外，DNMT3B突变可作为FSHD1的疾病修饰因子，加剧疾病进展。这些观察表明，FSHD应被视为一个由D4Z4重复数、DNA甲基化水平和染色质调控基因突变等多种因素共同决定的疾病谱系，而非两种独立的疾病。

从非典型遗传病例中学习理解FSHD发病的必要遗传因素

尽管多数FSHD病例符合上述经典遗传模型，但部分临床表现典型的病例却不符合现有诊断标准，而一些携带致病变异的家族成员却表现为无症状。对这些非典型病例的深入研究有助于更精确地解析FSHD发病的必要因素和修饰因子。

单倍型亚型

4q35和10q26区域的单倍型可根据其是否包含DUX4转录本稳定所必需的多聚腺苷酸化信号（PAS）分为4qA、4qB和10qB等类型。精细分析发现，只有4A161S、4A161L、4A159和4A168等少数几种4qA单倍型与FSHD相关。引人注目的是，同样包含PAS的4A166单倍型通常被认为与FSHD无关，尽管也有相反报道，这表明除PAS外，可能还存在其他增强DUX4激活的关键遗传元件，或存在抑制性元件。

D4Z4近端延伸缺失（DPED）

部分病例存在从收缩的D4Z4重复延伸到其上游序列的大片段缺失（DPED）。这些患者表现出典型的FSHD表型，表明被缺失的基因组区域（包含DUX4c、FRG2等曾被认为可能与病理相关的基因）并非FSHD发病所必需。但这并不排除远端调控元件通过三维染色质构象变化激活DUX4的可能性。

4qA易位至10q

10号染色体长臂（10q26）也包含D4Z4重复序列，但其单独收缩不致病。当包含PAS的4qA片段易位至10q，并伴随该位点的D4Z4重复收缩时，即可导致10q连锁的FSHD。这类病例证明DUX4和D4Z4重复是致病的关键编码元件，但DUX4的激活可能同样依赖于10号染色体上肌肉特异性活性调控元件的三维接触。

重复序列重复（Duplication）

在某些临床病例中，发现了顺式D4Z4阵列的重复甚至三倍体等位基因，其中一个阵列发生重复收缩且与4qA单倍型连锁。这类等位基因可导致FSHD发病。标准的Southern印迹检测可能会漏检这些致病等位基因，而分子梳或长读长测序技术可以解析这种复杂的重排。

性腺体细胞嵌合（Gonosomal Mosaicism）

嵌合现象在FSHD中较为常见，即在一个先证者体内存在多个4号染色体等位基因，且至少有一个低比例存在的许可型等位基因。产生重复收缩的重排可发生在早期细胞分裂过程中，导致性腺嵌合，这解释了约一半的散发病例。理论上，嵌合体父母将FSHD1等位基因传递给子代的几率较低，但子代会因所有细胞都携带该等位基因而表现出更严重的症状。

FSHD2基因

目前已知导致FSHD2的变异基因包括SMCHD1、DNMT3B和LRIF1。这些因子通过促进D4Z4区域形成关闭的染色质状态来发挥调控作用。SMCHD1的致病变异遍布整个编码区、3'UTR区和内含子区，导致单倍剂量不足或显性负效应。值得注意的是，SMCHD1的某些相同致病变异也可导致无关的Bosma无鼻小眼综合征（BAMS），提示其可能通过复杂的寡基因或多因素机制致病。DNMT3B杂合突变与FSHD2相关，而其双等位基因突变则导致ICF1综合征（免疫缺陷、着丝粒不稳定、面部异常综合征1型）。在一个日本FSHD2家系中发现了仅影响长亚型LRIF1L表达的LRIF1纯合突变，而其杂合突变可能作为FSHD1的疾病修饰因子。

考虑到所有已知的FSHD2基因都与女性X染色体失活（Xi）相关，其染色质调控机制可能存在部分重叠，其他未知的FSHD2基因可能存在于Xi相关因子中。对D4Z4重复结合蛋白的临床和分子研究已提供了一系列潜在的FSHD2候选基因（如CTCF、DNMT1、DNMT3A、EZH2、SUV39H1），但其确认为FSHD2基因和/或FSHD1修饰因子仍需进一步功能分析验证。

DNA低甲基化：症状结局的潜在预测指标

尽管遗传背景不同，但许可型等位基因D4Z4重复的显著DNA低甲基化是FSHD1、FSHD2及所有非典型FSHD病例的共同特征，表明其可能对病理有关键贡献。

在FSHD1中，低甲基化仅发生在许可型等位基因；而在FSHD2中，由于SMCHD1等染色质调控因子的变异可能影响所有阵列，低甲基化可发生在4号和10号染色体的所有许可和非许可等位基因的D4Z4重复上。

近年来，多项独立研究表明，许可型等位基因最远端D4Z4单元的甲基化水平与疾病严重程度和进展相关，其预测价值甚至可能超过D4Z4重复数（RU）。长读长测序技术（如纳米孔测序）已成为有前景的诊断工具，能够在无需PCR扩增的情况下，一次性鉴定D4Z4重复数、单倍型和每个D4Z4单元的DNA甲基化水平，尤其适用于分析非典型病例。统计模型研究显示，较短的D4Z4重复可预测更早的发病年龄，但更长的病程可能比重复数更能解释严重的疾病进展。近期临床研究仍提示FSHD1存在显著的临床变异，尤其是在较长范围的D4Z4重复收缩中，这暗示了未知疾病修饰因子的存在。

肌肉中DUX4的激活：泄漏而非主动模式

尽管在FSHD患者的多种细胞（如血细胞、唾液、皮肤成纤维细胞、多能干细胞和成肌细胞）中均观察到D4Z4低甲基化，但 robust 的DUX4激活通常仅在骨骼肌活检、培养分化的肌管和淋巴细胞谱系中观察到，表明其激活具有组织/细胞类型特异性。

DUX4并非在肌细胞群体中均匀表达，而是在肌肉分化的某个阶段以极低频率（约<0.1%）零星激活。尽管在非FSHD个体的体细胞肌细胞中也可能偶尔检测到DUX4激活，但其频率显著更低。局部炎症MRI评分与FSHD肌肉组织中DUX4表达的相关性可能表明，疾病进展取决于每个细胞DUX4激活的零星概率。数学模型模拟显示，尽管仅在0.8%的活细胞中表达，DUX4仍能驱动显著的细胞死亡。

重要的是，细胞培养中DUX4阳性细胞的频率在不同克隆间是保守的，且不随细胞传代而改变，表明零星性背后存在一种确定性的调控机制。启动子报告基因 assay 显示，DUX4启动子（特别是正义方向）表现出零星激活。在这项研究中，通过慢病毒随机整合到基因组中的启动子片段，其爆发频率表现出明显的克隆和细胞类型差异，强调了细胞背景和周围基因组环境（可能介导增强子-启动子通讯）在最终决定转录爆发频率方面的重要性。

然而，由于批量BSS分析中的甲基化评分粗略且反向代表了携带低甲基化许可型等位基因的细胞比例（FSHD肌肉细胞中多数显示显著的DNA低甲基化），而DUX4的激活频率却极低（<1%），这之间存在明显 discrepancy。这表明D4Z4 DNA低甲基化对于DUX4的肌源性激活是不充分的，其激活还需要细胞类型和特定阶段限定的更多因子。

多项研究探讨了可能直接激活DUX4的环境依赖因子和通路，如端粒缩短、PARP1、疱疹病毒感染、氧化应激、DNA损伤、不稳定的G-四链体、活性染色质调控因子和SIX转录因子家族等；以及可能抑制DUX4的因素，如Wnt/β-catenin信号、通过cAMP依赖的p38 MAPKs和/或PKA的β2-肾上腺素能受体（β2AR）通路、以及抑制性染色质调控因子等。如果强转录激活因子直接结合DUX4启动子，其产生的阳性状态频率应远高于广泛观察到的罕见比率。因此，可能存在效率较低的远端调控机制，允许DUX4激活发生“泄漏”。

FSHD作为一种肌肉疾病

基于临床观察，FSHD主要影响骨骼肌。DUX4病理学理论认为，疾病状况和组织特异性可由DUX4激活水平（表达水平/频率）及其生物学效应（包括通过转录活性产生的毒性和对肌生成的干扰）来决定。

FSHD遗传背景为何不影响大多数其他器官？答案可能在于这些器官中DUX4激活的缺失或可忽略不计的水平，和/或DUX4生物学效应的缺失。尽管DUX4在大多数器官的大多数细胞中呈阴性，但在某些骨骼肌谱系和淋巴细胞中为阳性，表明存在细胞类型特异性调控。骨骼肌纤维是少数具有多核潜能的细胞类型之一。这种由单核肌细胞融合形成的多核状态，允许DUX4蛋白扩散到其他细胞核，导致整个细胞发生恶化。这一特性可能解释了骨骼肌对DUX4毒性独特脆弱的原因。

个体内肌肉的异质性

FSHD中，某些肌肉较早受累，而另一些则较晚受累。面部肌肉是最早受累的区域之一。面部和躯干肌肉在胚胎中胚层特化过程中的起源不同。具有不同发育起源的肌肉干细胞特性的差异，可能解释了疾病活跃区域的偏好性。

DUX4使肌肉细胞处于对代谢应激（如氧化应激和异常铁积聚）易感的生物学脆弱状态。透明质酸通路和自噬通路分别参与DUX4毒性和其预防。对这些应激的内在易感性和各通路代谢能力的差异，可能解释了受累肌肉的区域偏好性和个体表型差异，暗示了背后潜在的保护性疾病修饰因子和与生活方式相关的环境因素。

关于性别差异，实验和临床研究对性激素作为保护因素提出了有争议的见解，需要考虑性激素对骨骼肌的相关 temporal 功能（包括干细胞库的建立）进行进一步的临床观察。女性激素和褪黑素的这种潜在保护作用可能是通过增加miR-675，进而抑制DUX4毒性和减少DUX4表达来介导的。线粒体蛋白质对运动的适应的性别二态性也可能贡献于潜在的性别差异。

肌纤维类型可能有助于区域异质性，因为在FSHD中观察到II型而非I型肌纤维的肌节力下降，II型纤维可能对DUX4应激更易感或DUX4激活频率更高。Fat1功能缺失小鼠肌肉异常的区域分布与FSHD患者相似，因此提出FSHD早期进展阶段受累区域肌肉中FAT1表达较低与异质性相关。

紊乱的免疫系统和炎症在FSHD肌肉病理中的作用已十分明确。在FSHD受试者的血浆和活检组织中观察到免疫细胞浸润和补体水平升高。肌细胞中DUX4的异位表达可激活免疫介质并抑制MHC I类表达。小鼠肌肉特异性慢性表达DUX4再现了FSHD肌肉的病理特征，包括炎症和纤维化。双侧比较揭示，尽管肌肉活检的组织病理学特征常观察到个体内左右不对称的症状表现，但全肌肉脂肪浸润比例、免疫细胞群比例和D4Z4 DNA甲基化水平很可能是对称的，这表明疾病进展存在系统性机制，可能与循环系统中的肌外症状相关。

治疗开发

基于目前对DUX4核心作用的理解，多种治疗方法已在临床前研究中得到验证，其中部分已进入临床试验。根据中心法则，这些策略包括：抑制DUX4转录的小分子（如p38抑制剂，近期临床试验显示疗效不足）；通过修饰基因至抑制状态的表观遗传编辑策略（使用失活的CRISPR-based靶向方法），其中一种策略计划进行临床试验；靶向DUX4基因座的基因编辑策略（包括移除PAS序列以减少DUX4 mRNA）；降解DUX4 mRNA的反义寡核苷酸（ASO），多项相关临床试验正在进行或计划中。

除了靶向DUX4的策略外，针对肌肉生长抑制素（myostatin）的抗体、白细胞介素-6受体拮抗剂和肾上腺素能β2受体激动剂的临床试验也在进行中，旨在通过阻断肌肉生长抑制素对肌肉体积的抑制作用，以及减轻炎症和潜在遏制纤维脂肪变性来获得疗效。总之，目前尚无已确立的治疗方法，但众多治疗策略正处于FSHD的不同开发阶段。

结论

研究揭示了FSHD发病的基本机制，从而加速了针对DUX4病理的靶向治疗开发。然而，FSHD个体间多样的临床表现，源于导致不同结局的特定遗传条件，呼吁从更广阔的视角更深入地研究这种疾病。在此意义上，揭示DUX4零星激活的机制和D4Z4重复的表观遗传调控，为了解通过基因调控影响疾病结局的潜在因素提供了见解。此外，了解遗传因素能在多大程度上解释或不能解释临床多样性至关重要，尤其是在考虑家族内临床差异以及观察到的跨性别和种族的差异时。这些知识不仅将支持更好的药物靶点和治疗方案的开发，还将改善日常基础上的个体护理管理。它可能揭示在不需昂贵医疗干预的情况下延迟疾病进展的策略，并有助于为所有经遗传确诊的FSHD个体建立一个包容的社会。尽管超出本综述范围，但日常行为（如锻炼、营养和心理状态）对疾病进展的影响也是值得探索的重要领域。尖端科学方法与FSHD个体生活经验洞察（如大规模队列的患者报告结局）相结合，将促进从遗传学和表观遗传学到患者体验的和谐理解与全面解决方案。