面肩胛肱型肌营养不良症（FSHD）是一种常染色体显性遗传肌肉疾病，其中面部、肩胛骨和上臂的肌肉受影响最大。

DUX4(double homeobox 4) 是一种转录因子，在正常成人睾丸和胸腺中表达，成人肌肉或其他体细胞组织不表达。肌肉中 DUX4 蛋白具有细胞毒性，诱导细胞凋亡和氧化应激，干扰正常肌生成。DUX4 基因表达后，诱导 PRAMEF1,RFPL2, MBD3L2, TRIM43, KHDC1, 和 ZSCAN4 等基因进行蛋白表达，对骨骼肌正常的生长和功能都造成影响。

总之，骨骼肌中DUX4的异位表达是FSHD病理生理学的根本原因，这一共识为靶向治疗提供了可能性。

图1 DUX4异位表达机制

DUX4基因定位于4号染色体4q35区域（图1a）。在健康个体中，DUX4基因有8~100个D4Z4 重复序列，该结构可抑制DUX4基因转录，同时在D4Z4 重复序列下游10kb处有等位基因4qA（图1b）或4qB（图1c），两者普遍存在。在染色质水平，DUX4基因与染色质抑制等因子SMCHD1结合维持4q35区域高甲基化水平从而抑制DUX4基因表达。

95%FSHD患者是D4Z4 重复序列缺失，称为FSHD1。FSHD1患者DUX4基因有1~10个D4Z4 重复序列，同时D4Z4重复序列下游10kb处是4qA型；只有4qA 型和D4Z4 片段下游的 pLAM 序列中含有的单核苷酸多态性（SNP）ATTAAA 为DUX4转录提供多聚腺苷酸PloyA 尾巴（polyadenylation signal），从而使DUX4 mRNA表达稳定。

还有5%FSHD患者不存在 D4Z4片段缺失（>10 拷贝），因其临床表现与 FSHD1 类似， 被称为 FSHD2。FSHD2 可能携带其他致病的基因突变，该突变会导致 4q35 的 D4Z4 片段去甲基化。95%的FSHD2 患者存在 18 号染色体上的 SMCHD1 突变，该基因与DNA甲基化相关。其他5%的FSHD2患者致病原因与DNMT3B, LRIF1等染色质修饰因子突变有关。同时，FSHD2的患者只有在携带4qA型等位基因时才会使得DUX4基因稳定表达。  因此，FSHD2 是一种双基因共同遗传模式，一种模式基于染色体的结构基因发生突变（比如：SMCHD1 或 DNMT3B），另一种模式需要携带 4q35 下游的 4qA 型等位基因进而使得 DUX4 表达稳定。

抑制DUX4基因转录可以分为两类。第一类是阻断BRD4的转录因子发挥功能；DUX4基因转录需要包含BRD4的转录因子调节，通过BET inhibitor抑制相关转录因子发挥功能，达到阻断DUX4基因转录的目的。

第二类是通过CRISPR-Cas9/dCas9基因编辑来抑制DUX4基因转录，根据机制可以分为三部分：

①使用CRISPR-Cas9系统靶在SMCHD1内含子产生突变的异常剪接位点或者在DUX4基因PAS位点引入突变（图2右上）。前者将突变的SMCHD1编辑成具有活性的SMCHD1蛋白，后者使4qA型的PAS位点突变从而使得DUX4 mRNA不能形成PloyA 尾巴。

②通过CRISPR-dCas9系统（dCas9蛋白融合KRAB转录抑制剂）阻止DUX4 mRNA转录（图2左下）。CRISPR-dCas9系统靶向识别DUX4基因，融合KRAB发挥转录抑制功能。

③通过CRISPR-dCas9系统（dCas9蛋白融合碱基编辑系统）在DUX4基因PAS位点引入突变（图2右下）。使4qA型的PAS位点突变从而使得DUX4 mRNA不能形成PloyA 尾巴，以此来阻止DUX4基因转录。

图2 DNA水平抑制DUX4转录的机制

图3 RNA水平抑制DUX4翻译的机制

图4 蛋白水平抑制DUX4蛋白功能的机制

蛋白水平抑制DUX4蛋白功能可以分为两类：第一类是抑制DUX4蛋白下游转录因子功能（图4左），DUX4蛋白发挥功能需要募集CBP-p300等转录因子，因此阻断DUX4蛋白的转录是一种干扰DUX4级联反应的可行方法。CBP-p300特异性抑制剂iP300w的治疗可有效阻断DUX4靶基因的转录，抑制DUX4的细胞毒性，逆转DUX4诱导的乙酰化组蛋白H3的整体积累。第二类是通过DUX4 decoy结合位点（图4右）结合DUX4蛋白达到隔离DUX4蛋白的作用。

图5 DUX4蛋白下游靶点抑制剂的机制