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- boke
- 2024-05-17
- 2:10 下午
Nature Medicine | 近10%遗传检出的脑性瘫痪（CP）儿童或可及时干预，推荐WES尽早开展遗传诊断测试
脑性瘫痪（cerebral palsy，CP；简称脑瘫）是儿童中最常见的运动障碍类别，其在新生儿中的发生率约为1.5~3.6‰[1]。
CP临床表现高度异质，除了运动和姿势功能障碍外，患有CP的个体可能有感觉、行为、认知和沟通方面的重大障碍，其并发症包括癫痫、智力障碍和自闭症谱系障碍（ASD），这些并发症，加上不同类型和严重程度的CP，导致了CP的广泛临床异质性。
先前的研究将CP与各种临床风险因素联系起来，包括子宫内感染、早产和围产期窒息；然而，大多数个体病例的CP原因仍然未知。CP所表现出的家族性风险增加以及具有遗传归因的风险因素暗示遗传因素在CP的发病和发展中发挥着关键作用，推测CP的广泛临床特征至少可以部分归因于其潜在遗传病因的显著异质性。
CP的临床异质性、散发性以及缺乏热点突变基因等因素，导致CP致病机制研究成为一项巨大的挑战。目前，全外显子测序（WES）等全面的基因检测技术迅速成为遗传异质性疾病诊断工作流程的首选方法，包括CP。目前，CP的WES研究大多样本量较小，迄今为止报道的WES和全基因组测序（WGS）研究CP个体约有3,000人，落后于其他类似神经发育障碍（NDDs）的研究。由于CP的高遗传异质性，需要大型研究队列来揭示其全部遗传原因。
2024年5月1日，Nature Medicine 在线发表题为“Exome sequencing reveals genetic heterogeneity and clinically actionable findings in children with cerebral palsy”的研究论[1]，研究人员对具有CP临床表现的大规模队列（1,578名）进行了WES检测，并评估了单核苷酸变异（SNV）以及拷贝数变异（CNV）的遗传诊断率。该研究发现CP涉及到219个不同基因的广泛遗传异质性。值得注意的是，在这些遗传检出阳性的案例中，有8.5%的病例是可以在早期进行干预治疗的。因此，WES作为一种强大的遗传检测技术，应考虑作为对患有CP的儿童进行首选的诊断测试。
WES发现的SNV致病/疑似致病
通过同时分析SNV和CNV，总体诊断率为24.5%（1,578中的387例）。其中，仅SNV诊断占84.5%（387中的327例），仅CNV诊断占14.7%（387中的57例），一个SNV和一个CNV（在同一基因上）占0.3%（387中的1例），而0.5%（387中的2例）同时被诊断为具有CNV和SNV。尽管CP在男孩中更为常见，但性别分层分析未发现男孩（24.9%）和女孩（23.8%）之间的诊断率存在显著差异。
SNV分析显示，在219个已知NDD基因中鉴定到了412个致病/疑似致病 (P/LP) 变异，只有一个CP患儿是由于线粒体致病变异（MT-TL1，3243A>G）而获得了遗传诊断。所有通过WES结果确定的已知OMIM基因（https://omim.org/）的单基因疾病诊断的CP病例都是在这219个基因中得到鉴定。其中，有66个热点突变的基因，每个基因在两个或两个以上的不相关个体中被检测到。KDM5C是最常见的突变基因（6例），其次是ATP1A3、CACNA1G、CTNNB1、MECP2和TCF4（各5例）以及CACNA1A、KCNH1、SPAST和L1CAM（各4例）。值得注意的是，发现有4名儿童因两个不同基因中变异而具有混合表型。例如，案例NN949携带了CACNA1G（c.A5605T：p.S1869C）和SCN2A（c.C1728A：p.S576R）的P/LP变异。这些个体表现出与两个基因相关的严重复杂表型，导致了对其CP的诊断和治疗的艰难挑战。
CP热点致病基因以及具有严重复杂表型的NN949案例[2]
WES发现的CNV致病/疑似致病
对临床诊断相关的CNVs进行评估，发现59例（3.7%）具有P/LP CNVs。研究者对1,536名儿童进行了WES CNVs筛查，剩余的42名进行了WGS CNVs筛查。通过WES进行的CNV分析确定了总共93个P/LP候选CNVs，其中54个（93中的58.1%）由CMA、CNV测序和qPCR中的一种技术确认，大小从861 bp到34.7 Mb不等。此外，WGS分析检测到了5例患儿的五个P/LP CNVs（11.9%，42例中的5例），大小从2.9 kb到23 kb不等。
总的来说，与传统方法相比，基于ES数据的CNV检测似乎是一个更灵活的解决方案，它同时分析了基于ES数据的SNVs和CNVs，从而提供了更全面的变异鉴定，这对于CP的分子诊断是可取的。
遗传检出后的临床可操作病例
在有遗传诊断结果的387名表现为CP的患儿中，有33例（8.5％）可以从早期基因测试中受益，因为这些结果可以指导药物治疗或饮食调整。在这33例病例中，有21例患有可治疗的先天代谢异常病，表现为CP临床症状，可以通过针对潜在原因的治疗改善神经系统结果，另外12例被分类为ClinGen（https://clinicalgenome.org/）中的临床可行疾病。
最常见的基因变异是ARSA和MMACHC（3例），其次是GALC，PDHA1和TH（2例）。
例如，NN291、NN634和NN812患者具有MMACHC的P/LP变异，因此被诊断为患有维生素B12缺乏症。该疾病的代谢异常可以通过补充维生素B12、甜菜碱和叶酸来纠正。
总的来说，这些发现表明早期基因测试非常重要，因为它可能影响这些儿童的临床轨迹。
临床可操作基因及疾病[2]
CP是一种具有多种风险因素、原因和症状的疾病，其中许多与CP相关的基因尚未被发现，遗传学研究可以增进我们对导致CP的神经生物学途径的理解。通过基因负荷分析，研究者确定了与CP相关的25个基因，包括19个已知的NDD基因，表明这些发现的高度可靠性，并发现了6个潜在的CP候选致病基因。当然，需要进一步的功能证据来阐明它们在脑瘫发展中的作用。基于使用果蝇和线虫进行初步功能研究显示GPM6A和STXBP5与CP的功能相关性，这些新发现的基因将为脑瘫的发病机制提供新的见解。
CP的内在异质性给这种病症的精确诊断和有效治疗带来了巨大挑战。目前，对CP的管理通常遵循一种症状性的方法，而遗传发现则为精准医学方法奠定了基础。本研究结果表明，一些临床表现为CP的儿童实际上可以接受治疗，并且针对潜在原因可以改善他们的神经系统结果。具有临床表现为CP的儿童中，具有阳性遗传诊断的8.5%可以通过特定治疗方案进行治疗。对这些儿童的早期检测和及时干预对于降低脑瘫患者的神经功能残疾的发生率至关重要。提高诊断的准确性以及其病因学和遗传学基础的识别，对精准医学中量身定制的治疗策略的发展至关重要。
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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%。
参考资料
1. Beysen D, De Cordt C, Dielman C, et al. Genetic testing contributes to diagnosis in cerebral palsy: Aicardi-Goutieres Syndrome as an Example[J]. Frontiers in Neurology, 2021, 12: 617813.
2. Wang Y, Xu Y, Zhou C, et al. Exome sequencing reveals genetic heterogeneity and clinically actionable findings in children with cerebral palsy. Nat Med. Published online May 1, 2024.