146 家医院，30 个省市 | WES助力中国遗传性心肌病与心律失常的遗传图谱构建

146 家医院，30 个省市 | WES助力中国遗传性心肌病与心律失常的遗传图谱构建

  • 5:04 下午

 

摘要

        遗传性心肌病和心律失常是心血管疾病发病率和死亡率的重要组成部分。随着下一代测序（NGS）技术的发展，基因检测的可及性大大提高，这对精准诊断和靶向治疗策略至关重要。本研究旨在探索中国人群遗传变异图谱、特定变异与临床表型之间的关系，以及遗传检测对临床决策的影响。

  • 方法

        共纳入来自中国30个省市的146家医院共1,536例疑诊遗传性心肌病或心律失常的先证者（中位年龄37岁；1,025例男性[66.7%]），覆盖15种临床表型。

  • 结果

        1,536例先证者中390例获得阳性结果，诊断阳性率为25.4%。42.3%（n=169）的家庭成员携带与阳性先证者相同的变异。肥厚型心肌病（HCM）和扩张型心肌病（DCM）是主要表型，MYBPC3 变异在HCM中频率最高，TTN 变异在DCM中频率最高。在76.9%的阳性先证者中，所发现的变异有助于临床管理、家系筛查和生育决策。

  • 结论

        这项大规模研究为中国人群遗传性心肌病和心律失常的遗传图谱提供了重要见解。

 

引言

        遗传性心肌病和心律失常是心血管疾病的重要组成部分。近年来，随着基因组学的进展，研究者越来越多地认识到这些疾病与特定遗传变异之间的关联。遗传性心肌病包括多种表型，如肥厚型心肌病（HCM）、扩张型心肌病（DCM）、致心律失常性右心室心肌病（ARVC）和左心室心肌致密化不全（LVNC）。遗传性心律失常包括长QT综合征（LQTS）、Brugada综合征（BrS）、儿茶酚胺敏感性多形性室性心动过速（CPVT）等。这些疾病病因复杂，涉及多个遗传变异与环境因素的相互作用。心律失常常为这些心肌病的首发症状，甚至可导致猝死。

        基因检测的应用不仅有助于准确诊断，还可为患者制定个体化治疗方案。例如，识别遗传变异有助于评估患者的遗传风险，从而制定相应的监测和干预策略。NGS技术的出现使得在短时间内测序大量基因成为可能，显著提高了检测效率和准确性。目前，基因检测主要依赖NGS多基因panel测序和全外显子组测序（WES）。此外，随着全基因组测序（WGS）的日益普及，全基因组关联研究（GWAS）越来越多地用于识别与遗传性心血管疾病易感性相关的变异。

        尽管中国已有多个单中心队列探索了这些疾病的遗传检测，但缺乏覆盖整个中国人群的大规模多中心队列研究。在本研究中，我们在中国进行了一项大规模调查，对来自中国几乎所有地区的疑诊遗传性心肌病或心律失常先证者进行遗传检测。我们旨在揭示中国人群中与遗传性心肌病和心律失常相关的遗传变异图谱。本研究进一步探讨了这些变异与临床表型之间的关系及其对临床决策的影响，突出展示了先证者的地理分布模式，并呈报了一级亲属的遗传筛查结果。

 

结果

先证者人口学特征和基因检测方法

        经筛选，1,536例疑诊遗传性心肌病或心律失常的先证者纳入本研究，这是中国针对遗传性心肌病和心律失常的大规模遗传检测研究。这些先证者来自中国30个省市的146家医院。

        大多数先证者为男性（66.7%），中位年龄（四分位距）为37（21, 57）岁，范围0至87岁。纳入的先证者覆盖了中国几乎所有地区。地理上，32.2%的先证者来自华东地区。所有先证者均接受了WES或WGS，89.1%的先证者接受了WES，其余接受了WGS。

先证者的基因检测结果和表型

        在1,536例先证者中，390例获得阳性结果，诊断阳性率为25.4%（图1A）。其余结果为不确定47.8%（n=734）和阴性26.8%（n=412）。图1B展示了阳性和不确定结果先证者的变异数量分布。大多数先证者（73.0%）仅检出一个变异，20.3%检出两个变异，仅0.3%的先证者检出最多五个变异。图1C显示，在所有变异中，错义变异比例最高（76.8%），其次为内含子替换（7.2%）、移码变异（5.7%）和无义变异（5.0%）。其余突变类型比例极小。

        根据基因检测申请中提供的临床信息，所有先证者被分为15种临床表型（图2A）。所有遗传性心肌病和心律失常的常见表型均纳入本研究。最常见表型为HCM（n=598 [38.9%]），其次为DCM（n=472 [30.7%]）、LQTS（n=111 [7.2%]）、ARVC（n=77 [5.0%]）和BrS（n=73 [4.8%]）。其余10种表型每种占总队列的不到2.5%。最少的表型为短QT综合征（SQTS），仅包括5例先证者。

        如图2B所示，Danon病、Fabry病、Noonan综合征和转甲状腺素蛋白淀粉样变性心肌病（ATTR-CM）的诊断阳性率较高（分别为90.9%、90.0%、86.2%和83.3%），这些表型无阴性结果报告。限制型心肌病（RCM）次之，诊断阳性率为50%。HCM、DCM、LQTS和CPVT的诊断阳性率与总队列相似，各约25%。ARVC、BrS、LVNC和心脏传导系统疾病（CCD）的诊断阳性率相当（分别为13.0%、8.2%、7.9%和6.7%）。房颤（AF）和SQTS先证者中未发现阳性结果。

一级亲属的基因检测结果

        在所有遗传检测结果阳性的先证者中，194名先证者的一级亲属也接受了遗传检测。除AF和SQTS因未检出阳性结果外，其余13种表型阳性先证者的一级亲属均接受了遗传检测（图S5A）。图S5B详细展示了400名家庭成员的遗传检测结果，其中169人被发现携带与其各自先证者相同的遗传变异。此外，54.3%的家庭成员为父母（图S5C）。

HCM和DCM的致病性/可能致病性（P/LP）变异

        在598例HCM先证者中，152例携带13个P/LP变异呈阳性（图3A）。P/LP变异最高频的基因为MYBPC3，其次为MYH7。共121例先证者携带MYBPC3 或 MYH7 P/LP变异，占阳性HCM先证者的79.6%。MYBPC3 基因中最常见的突变类型为移码突变，而MYH7 中则为错义突变。

        在DCM中，472例先证者中有112例检测为阳性，共发现19个P/LP变异（图3B）。P/LP变异频率最高的基因为TTN，其次为DMD。TTN 变异的突变类型全部为截断型（移码和无义），而DMD 变异最常见的突变类型为拷贝数变异（CNV）缺失。我们将本研究中检出的HCM和DCM P/LP变异基因与指南推荐的检测基因进行了比较（Wilde et al., 2022; Arbelo et al., 2023; Ommen et al., 2024）（表S2）。如表S3所示，HCM阳性先证者中检出的两个基因（ ALPK3 和 FHOD3 ）未被纳入HCM指南推荐基因。仅一个基因RRAGD 在DCM阳性先证者中发现但未被纳入DCM指南推荐基因。

其他表型的P/LP变异

        Fabry病、ATTR-CM和Danon病均为由单一基因变异引起的遗传性心肌病。

        对于Fabry病，频率最高的变异为GLA c.640-801G>A（内含子替换），在12例阳性先证者中的7例中发现。ATTR-CM中频率最高的变异为TTR p.Val50Met和TTR p.Glu81Lys。

        对于Danon病，在10例阳性先证者中均检出LAMP2 基因变异，且每位个体的变异均不相同。

        图4A展示了其余8种表型中检出的P/LP变异分布，图4B展示了变异的突变类型。在LVNC和RCM中，阳性先证者呈现肌节编码基因（TTN、MYBPC3、TNNT2 和TNNI3）的变异。值得注意的是，所有TTN 变异均为截断型。

        对于Noonan综合征，P/LP变异频率最高的基因为PTPN11，其次为RAF1。这两个基因的所有变异均被归类为错义突变。

        在ARVC中，PKP2 是P/LP变异的主要基因，最常见的突变类型为移码和内含子替换。

        对于LQTS，P/LP变异频率最高的基因为KCNH2，其次为KCNQ1，两者均呈现错义、移码和无义变异的混合类型。

        在BrS先证者中，仅6例为阳性；5例在SCN5A 基因中携带P/LP变异，1例在较罕见的KCND3 基因中携带P/LP变异。值得注意的是，SCN5A 变异表现出表型重叠，SCN5A 中的P/LP变异可导致LQTS、BrS或CCD表型。SCN5A 变异的突变类型包括错义、移码和无义。除SCN5A 外，我们还发现1例CCD先证者在TRPM4 基因中携带P/LP变异。

        在10例阳性CPVT先证者中，9例呈现RYR2 基因的P/LP变异，余下1例先证者在CASQ2 基因中呈现2个变异，两者均被归类为P（1个移码和1个同义变异）。

与临床决策相关的P/LP变异基因

        在390例获得阳性结果的先证者中，300例（76.9%）的P/LP变异基因可指导临床决策（表2）。对于ATTR-CM或Danon病患者，检出TTR 或LAMP2 基因的P/LP变异不仅有助于确诊，还提供了治疗的可能性。对于携带GLA 基因P/LP变异的患者，早期开始酶替代治疗可显著改善预后。

        除指导治疗外，这些遗传检测结果还可用于评估患者预后。例如，携带MYBPC3、MYH7 和TTN 等基因P/LP变异的患者预后较差。携带LMNA 基因P/LP变异的患者传导系统疾病风险增加。LMNA 基因P/LP变异的存在表明这些患者可能经历快速心衰进展，需要早期评估心脏移植。

病例报告

        在此，我们呈报一例由较为罕见的RRAGD 基因致病变异引起的DCM合并低钾血症和低镁血症病例。先证者为14岁男性，因DCM合并低钾血症和低镁血症的临床特征就诊于我院。超声心动图显示LVEF为19%，LVEDD为62 mm，室间隔厚度为7 mm，左心室后壁厚度为8 mm，左心房前后径为49 mm。CMR显示室间隔插入部位的LGE。Holter监测未发现房颤证据。实验室检查显示NT-proBNP水平为6,267 pg/mL，最低血清钾为2.3 mmol/L，最低血清镁为0.43 mmol/L，尿钾为49.1 mmol/L，尿镁为2.83 mmol/L，肾功能正常。考虑到Gitelman综合征的临床疑诊，进行了基因并发现了一个致病性RRAGD 变异p.Pro119Arg。诊断为RRAGD 相关性扩张型心肌病。经过9个月的心衰指南指导药物治疗（GDMT）联合电解质补充，随访超声心动图显示LVEF为36%，LVEDD为56 mm。NT-proBNP降至2,638 pg/mL，血清钾和镁水平维持正常范围。

 

讨论

        本研究是一项聚焦疑诊遗传性心肌病或心律失常患者的中国大规模遗传检测研究。本研究不仅因其样本量而引人注目，还因其广泛覆盖了中国几乎所有地区。本研究由项目资助，对先证者及其家庭不造成经济负担，从而能更准确地反映来自所有经济背景患者的遗传变异情况。最终诊断阳性率为25.4%，与既往类似研究结果一致。考虑到我们的队列仅纳入了疑诊病例，这可能降低了诊断阳性率。76.9%的阳性先证者结果与临床决策相关，进一步强调了遗传检测的重要价值。

        我们还发现WES与WGS之间的诊断阳性率无统计学显著差异，这与最近发表的研究结果一致。在该研究中，Wojcik et al.（2024）报告仅有8.2%的家庭携带仅能通过WGS识别的变异。大多数变异可通过WES结合再分析识别。

        本研究纳入了几乎所有年龄范围的先证者，以青壮年为主。在65岁以上先证者中，诊断阳性率为18.1%，HCM表型更为常见。针对老年人群的研究报告HCM患病率为0.23%，与一般成人患病率0.2%相似。本研究中65岁以上先证者的诊断阳性率低于其他年龄范围。然而，不确定结果的比例为53.4%，为所有年龄范围中最高。这些变异有可能通过再分析或其他方法被重新分类为P/LP变异，从而支持临床决策。因此，即使在老年患者中，也需积极考虑基因检测。

        结果还显示，尽管7至18岁先证者数量较少，但该组具有最高的诊断阳性率。这提示某些遗传变异可能导致部分患者发病更早。此外，由于HCM和DCM的常见致病基因在不同年龄范围间可能存在显著差异，在解读遗传检测结果时需将年龄作为关键因素考虑。

        当前指南推荐对一级亲属进行临床筛查和遗传检测。对于未携带P/LP变异且在初次评估中未表现心肌病或心律失常征象的家庭成员，可能无需进行长期纵向监测。在本研究中，42.3%的一级亲属携带与先证者相同的变异。这使这些家庭成员得以从更早的疾病识别和干预中获益。

        在阳性HCM先证者中，MYBPC3 和MYH7 变异最常见，这些变异也与预后相关。携带MYBPC3 或MYH7 P/LP变异的患者面临更大的心源性猝死风险。尽管HCM中携带P/LP变异的 ALPK3 和 FHOD3 基因较少见（各自频率低于1%），这些基因可能在HCM中具有重要的机制作用。

        在DCM队列中，我们识别了19个具有P/LP变异的基因，其中TTN 截断变异频率最高。携带LMNA和DES变异的DCM患者常表现为早发性心脏传导障碍，而FLNC、DES、DSP、PLN、LMNA 和 RBM20 的变异与猝死风险升高相关。RRAGD 是未被当前指南推荐用于DCM患者筛查的唯一基因。

        既往研究表明，携带RRAGD p.Pro119Arg和p.Ser76Leu变异（两者均在本研究中检出）的患者往往表现出更严重的心功能障碍，强调临床医生需关注这些变异。本研究中呈报的病例携带致病性RRAGD p.Pro119Arg变异，也表现为严重心力衰竭。值得注意的是，临床医生在初次诊断时未考虑RRAGD 基因的致病变异作为DCM合并电解质异常的病因。这突显了目前临床医生对RRAGD 基因认识的局限性，以及WES和WGS在检测罕见疾病遗传病因方面的优势。

        本文讨论的三个基因ALPK3、FHOD3 和 RRAGD 很少被纳入标准心肌病基因panel，且在临床指南中鲜有提及，导致临床医生对其认知有限。WES和WGS技术结合遗传学专家的解读，使这些患者能够获得确切诊断。

        对于涉及双等位基因变异的情况，其中一个为P/LP变异而另一个为VUS，我们仍将其归类为阳性结果进行分析。本研究中，一例先证者呈现了这种情况，遗传检测结果详见表S6。该先证者及其父母均接受了遗传检测，结果显示先证者携带双等位基因FKTN 变异。父源FKTN c.648-1243G>T（内含子替换）变异被归类为LP，而母源FKTN p.Leu166Pro变异被归类为VUS。根据ACMG/AMP指南（Tavtigian et al., 2020），FKTN p.Leu166Pro变异在gnomAD等大规模人群频率数据库中未见报道，提供中等致病证据（PM2: 2分）。此外，基于既往文献（Song et al., 2021），该变异位于热点区域，也被视为中等致病证据（PM1: 2分），总计4分。

        根据我们团队的评价，该VUS评分在其分类范围（0-5分）内处于高位。结合同一基因另一等位基因上存在LP变异，该结果可解读为潜在阳性并按阳性结果进行后续分析。

        该病例强调了临床实践中综合解读的重要性。解读应考虑致病性证据的强度，而非仅仅依赖最终的ACMG致病性分类。本文中所有孤立的LVNC病例具有较低的诊断阳性率，支持2023年ESC心肌病指南的观点，即LVNC并非典型心肌病，而是一种表型特征。

 

结论

        本研究呈现了中国人群遗传性心肌病和心律失常遗传检测的诊断阳性率为25.4%。应积极考虑对老年人群以及一级亲属进行遗传检测。鉴于大多数基因检测结果可指导治疗和预后评估，复杂结果应进行进一步的致病证据分析以得出可靠结论。这一方法可为临床决策提供更多见解。

参考文献：

1.Lu Y, Wang Z, Zhang S, Liu Y, Jin Y, Tian Z, Zhang S. Genetic landscape of hereditary cardiomyopathies and arrhythmias in China. Journal of Genetics and Genomics. 2026;53(2):246–255.

  

TargetCap® Core Exome Panel v3.0

       TargetCap@ Core Exome Panel v3.0基于伯科高品质DNA探针合成技术开发，全流程国产制造，由~40万条探针组成，以GRCh38/hg38人类参考基因组设计，参考Refseq、CCDS、ClinVar等数据库，覆盖19,524个基因，目标区域为33.9Mb。

捕获性能比较

伯科全外芯片v3.0性能优异与国外友商同类型产品v2相当，中靶率、覆盖率、覆盖均一性等参数均达到国际领先水平。

适配高通量流程平台

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使用不同批次TargetCap® Core Exome Panel v3.0芯片对NA12878 gDNA进行捕获测序，结果显示，不同批次芯片在不同测序平台上均显示出优异的稳定性，不同位点的相对深度相关性高，批次稳定。

变异检测准确

单核苷酸变异(SNV)和插入缺失 (INDEL)是基因组变异的常见形式，也是引起人类疾病的重要原因。

 

选取NA12878标准品，与预期SNV和INDEL变异进行比较。结果表明，在MGI与Illumina测序平台，SNP灵敏度为99.1%，INDEL灵敏度为91.6%。

添加线粒体模块临床样本表现

20例全血样本(S1#-S20#)，采用1-4 Plex方式使用TargetCap® Core Exome Panel v3.0添加线粒体模块进行过夜杂交捕获；其中，S1#-S10#在Illumina NovaSeq X Plus平台测序， S11#-S20#在MGI MGISEQ-T7平台测序，均采用150PE模式测序。得到测序数据后，抽取8Gb数据进行生信分析。

 

两种测序平台的数据表现相近，平均深度分别为111x/115x (Illumina/MGI)，中靶率优异均＞ 85%，覆盖均一性极佳(0.2X_MD≥99.3%)；仅使用8Gb数据，高达98.5%的捕获区域达到了30X以上，99.5%的捕获区域达到20X以上，为临床样本检测提供了可靠的捕获数据。

≥0.2X/0.5X_MD: Mean Depth，覆盖深度≥平均深度的0.2/0.5倍深度的区域占总区域的比例，用于表征覆盖均一性性能，越接近100%越好。

 

 

TargetCap® Core Exome Panel v7.0

        TargetCap® Core Exome Panel v7.0（下文简称BOKE v7.0），该WES Panel增强了基因组hg19传统研究区域的覆盖，兼顾 hg19 & hg38 双版本基因组，可以更好的保证临床科研与转化的延续性。目标区域和捕获区域大小分别为40Mb和49Mb，对 hg19 传统研究区域覆盖提升至99.7%（友商I-v1），hg38传统研究区域覆盖相近（友商A-v8）。同时，新添加数百个具有一定功能与表型的基因，总基因数量达到20000+。

BOKE Core Exome Panel v7.0目标区域大小以及对不同友商产品目标区域的覆盖情况

 

在捕获性能方面，TargetCap® Core Exome Panel v7.0依然表现优异，与TargetCap® Core Exome Panel v3.0表现相近。在测序9Gb条件下，平均深度达到110x左右，20x和30x以上区域占比分别为99.5%和98.5%，Fold 80为1.5-1.6之间，与国际领先产品数据表现相当。

        同时，TargetCap® Core Exome Panel v7.0也可灵活的与拓展模块组合使用，满足不同场景的临床研究的需求及转化应用，包括线粒体、遗传病非编码区变异位点、单基因全覆盖、病毒基因组、肿瘤全景变异检测、重大疾病多基因风险评估模块等。此外，伯科公司自研自造的寡核苷酸合成平台可以快速响应个性化定制的需求，为人类基因组分子遗传学的研究与转化，提供更加全面高效的解决方案。

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