【佳學(xué)基因檢測(cè)】小腦共濟(jì)失調(diào)基因檢測(cè)
小腦共濟(jì)失調(diào)基因檢測(cè)導(dǎo)讀:
小腦性共濟(jì)失調(diào)(小腦共濟(jì)失調(diào)(CA))是一組神經(jīng)系統(tǒng)疾病,其特點(diǎn)是肢體和眼球運(yùn)動(dòng)協(xié)調(diào)受損以及言語(yǔ)困難。小腦共濟(jì)失調(diào)(CA)的主要病理特征是進(jìn)行性小腦萎縮。然而,在大多數(shù)情況下,其表型復(fù)雜,涉及多種神經(jīng)系統(tǒng)缺陷。由于表型和遺傳異質(zhì)性顯著,小腦共濟(jì)失調(diào)(CA)的診斷仍然具有挑戰(zhàn)性。在病因?qū)W上,小腦共濟(jì)失調(diào)(CA)分為獲得性、散發(fā)性和遺傳性共濟(jì)失調(diào)。遺傳性共濟(jì)失調(diào)進(jìn)一步分為常染色體顯性小腦性共濟(jì)失調(diào)(AD小腦共濟(jì)失調(diào)(CA),也稱(chēng)為脊髓小腦性共濟(jì)失調(diào),SCAs)、常染色體隱性小腦性共濟(jì)失調(diào)(ARCA)和X連鎖共濟(jì)失調(diào)。根據(jù)類(lèi)似的臨床特征,還區(qū)分發(fā)作性共濟(jì)失調(diào)(EA)和痙攣性共濟(jì)失調(diào)(SPAX)。散發(fā)性共濟(jì)失調(diào),以前稱(chēng)為特發(fā)性共濟(jì)失調(diào),是一種病因不明的小腦進(jìn)行性疾病,既非獲得性也非單基因遺傳。
小腦共濟(jì)失調(diào)基因檢測(cè)可以幫助我們了解哪些?
小腦性共濟(jì)失調(diào)(小腦共濟(jì)失調(diào)(CA))是一組神經(jīng)系統(tǒng)疾病,其主要特征是肢體和眼球運(yùn)動(dòng)協(xié)調(diào)受損以及言語(yǔ)障礙。小腦共濟(jì)失調(diào)(CA)的核心病理機(jī)制是進(jìn)行性小腦萎縮;然而,在大多數(shù)情況下,其表型復(fù)雜,涉及多種神經(jīng)系統(tǒng)缺陷。由于其表型和遺傳異質(zhì)性顯著,小腦共濟(jì)失調(diào)(CA)的確診仍然具有挑戰(zhàn)性。在病因?qū)W方面,我們將小腦共濟(jì)失調(diào)(CA)分為獲得性、散發(fā)性和遺傳性共濟(jì)失調(diào)。遺傳性共濟(jì)失調(diào)可以進(jìn)一步分為常染色體顯性小腦性共濟(jì)失調(diào)(AD小腦共濟(jì)失調(diào)(CA),也稱(chēng)為脊髓小腦性共濟(jì)失調(diào),SCAs)、常染色體隱性小腦性共濟(jì)失調(diào)(ARCA)和X連鎖共濟(jì)失調(diào)?;谙嗨频呐R床特征,我們還區(qū)分發(fā)作性共濟(jì)失調(diào)(EA)和痙攣性共濟(jì)失調(diào)(SPAX)。散發(fā)性共濟(jì)失調(diào),以前被稱(chēng)為特發(fā)性,是一種病因不明的小腦進(jìn)行性疾病,既非獲得性的也非單基因的。
串聯(lián)重復(fù)擴(kuò)增引起的小腦共濟(jì)失調(diào)
1991年,基因解碼的先期使用者在脆性X綜合征和脊髓延髓肌萎縮癥中發(fā)現(xiàn)了三核苷酸重復(fù)擴(kuò)增,從而開(kāi)啟了串聯(lián)重復(fù)疾?。═RD)的識(shí)別時(shí)代。人類(lèi)大多數(shù)TRD是由短串聯(lián)重復(fù)序列(STR,也稱(chēng)為微衛(wèi)星DNA)的擴(kuò)增引起的,這些STR由1-6 bp的重復(fù)DNA單位組成。由三核苷酸小腦共濟(jì)失調(diào)CAG重復(fù)擴(kuò)增引起的多聚谷氨酰胺疾病占據(jù)了TRD的大部分。在顯性遺傳的小腦共濟(jì)失調(diào)(CA)中,小腦共濟(jì)失調(diào)CAG重復(fù)擴(kuò)增于1993年由神經(jīng)系統(tǒng)疾病的致病基因鑒定基因解碼在SCA1中被描述,隨后在齒狀核紅核蒼白球路易體萎縮(DRPLA)、SCA3、SCA2、SCA6、SCA7、SCA12和SCA17中也被發(fā)現(xiàn)。在隱性共濟(jì)失調(diào)中,1996年在Friedreich共濟(jì)失調(diào)(FRDA)中發(fā)現(xiàn)了一種GAA內(nèi)含子重復(fù)突變。迄今為止,由基因解碼發(fā)現(xiàn)的重復(fù)擴(kuò)增共濟(jì)失調(diào)至少有16種,它們被收錄了基因檢測(cè)數(shù)據(jù)庫(kù)中,加速了基因檢測(cè)結(jié)果的判讀。這些致病性擴(kuò)增位于編碼或非編碼DNA序列中,包含3至6 bp的重復(fù)基序?;蚪獯a基因檢測(cè)的進(jìn)一步研究進(jìn)展顯示,2019年在小腦性共濟(jì)失調(diào)、神經(jīng)病變和前庭無(wú)反射綜合征(CANVAS)中發(fā)現(xiàn)了RFC1基因中的雙等位基因內(nèi)含子AAGGG重復(fù)擴(kuò)增。
表1:串聯(lián)重復(fù)擴(kuò)增性共濟(jì)失調(diào)
串聯(lián)重復(fù)擴(kuò)增性共濟(jì)失調(diào) |
基因 | 重復(fù)基序 | 地區(qū) | 臨床特征* |
常染色體顯性 | ||||
SCA1 | ATXN1 | CAG | 編碼 | 痙攣、周?chē)窠?jīng)病變、認(rèn)知能力下降 |
SCA2 | ATXN2 | CAG | 編碼 | 緩慢掃視眼球運(yùn)動(dòng)、周?chē)窠?jīng)病變、認(rèn)知能力下降、多巴胺反應(yīng)性帕金森病、肌張力障礙、舞蹈病 |
SCA3 | ATXN3 | CAG | 編碼 | 面部-舌側(cè)肌束震顫、錐體束征、帕金森病、周?chē)窠?jīng)病變、遠(yuǎn)端肌肉萎縮、眼球突出、自主神經(jīng)癥狀 |
SCA6 | CACNA1A | CAG | 編碼 | 晚發(fā)病,進(jìn)展緩慢,復(fù)視,前庭眼反射異常 |
SCA7 | ATXN7 | CAG | 編碼 | 視錐細(xì)胞-視桿細(xì)胞視網(wǎng)膜營(yíng)養(yǎng)不良,視力喪失,發(fā)病年齡和進(jìn)展速度差異很大 |
SCA8 | ATXN8OS and ATXN8 | CTG and CAG | 非編碼(CTG)、編碼(CAG) | 掃描性構(gòu)音障礙,特征性言語(yǔ)緩慢,軀干蹣跚,進(jìn)展緩慢 |
SCA10 | ATXN10 | ATTCT | 非編碼 | 反復(fù)發(fā)作,進(jìn)展緩慢 |
SCA12 | PPP2R2B | CAG | 非編碼 | 上肢動(dòng)作性震顫、頭部震顫、細(xì)微帕金森癥、認(rèn)知和精神表現(xiàn) |
SCA17 | TBP | CAG and CAA | 編碼 | 癡呆、精神癥狀、舞蹈癥、肌張力障礙 |
SCA31 | BEAN1 | TAAAA, TAGAA, and TGGAA | 非編碼 | 成人晚期發(fā)病,進(jìn)展緩慢,感覺(jué)正常 |
SCA36 | NOP56 | GGCCTG | 非編碼 | 神經(jīng)性聽(tīng)力損失、舌肌顫動(dòng)和萎縮、上、下運(yùn)動(dòng)神經(jīng)元受累 |
SCA37 | DAB1 | ATTTC | 非編碼 | 疾病早期出現(xiàn)構(gòu)音障礙和異常垂直眼球運(yùn)動(dòng) |
DRPLA | ATN1 | CAG | 編碼 | 舞蹈手足徐動(dòng)癥、癡呆、癲癇、肌陣攣、精神癥狀 |
常染色體隱性 | ||||
Friedreich ataxia | FXN | GAA | 非編碼 | 感覺(jué)軸索性神經(jīng)病、下肢腱反射消失、脊柱側(cè)凸、肥厚性心肌病、高弓足、糖尿病 |
CANVAS | RFC1 | AAGGG and AAAGG | 非編碼 | 感覺(jué)神經(jīng)病或神經(jīng)元病、雙側(cè)前庭反射消失、慢性咳嗽、自主神經(jīng)功能紊亂 |
X連鎖 | ||||
FXTAS | FMR1 | CGG | 非編碼 | 晚發(fā)性成人,意向性震顫,認(rèn)知能力下降 |
SCA脊髓小腦性共濟(jì)失調(diào)、DRPLA齒狀核紅核蒼白球路易體萎縮、CANVAS小腦性共濟(jì)失調(diào)、神經(jīng)病變、前庭反射消失綜合征;FXTAS脆性 X 相關(guān)震顫/共濟(jì)失調(diào)綜合征;*均患有小腦性共濟(jì)失調(diào)
TRD的流行病學(xué)研究顯示,它們是全球小腦性共濟(jì)失調(diào)(CA))的常見(jiàn)原因。Friedreich共濟(jì)失調(diào)(FRDA)是歐洲最常見(jiàn)的遺傳性共濟(jì)失調(diào),患病率為每100,000人中2-4人。脆性X綜合征相關(guān)震顫/共濟(jì)失調(diào)綜合征(FXTAS)是由FMR1基因中的三核苷酸CGG擴(kuò)增引起的,占成年發(fā)病且無(wú)家族史男性小腦共濟(jì)失調(diào)(CA)患者的2%-4%。在初期基因解碼基因檢測(cè)中,發(fā)現(xiàn)22%的晚發(fā)型共濟(jì)失調(diào)病例帶有純合的RFC1五核苷酸擴(kuò)增,這不僅可表現(xiàn)為CANVAS,還可導(dǎo)致有限的周?chē)⑶巴セ蛐∧X功能障礙。促腎上腺皮質(zhì)激素受體(SCAs)的總體患病率估計(jì)為1-3:100,000。全球最常見(jiàn)的SCAs是SCA3,其次是SCA1、SCA2、SCA6和SCA7。多聚谷氨酰胺促腎上腺皮質(zhì)激素受體(SCAs)可能占AD小腦共濟(jì)失調(diào)(CA)約一半,但不同地理區(qū)域的發(fā)病率差異顯著。陽(yáng)性家族史在研究中檢出擴(kuò)增的百分比顯著影響。盡管對(duì)小腦共濟(jì)失調(diào)(CA)患者常規(guī)進(jìn)行最常見(jiàn)的SCAs重復(fù)擴(kuò)增篩查,但在有或無(wú)豐富家族史的個(gè)體中,檢出率范圍廣泛,從0%至18.9%不等。然而,在某些非家族性病例中,特別應(yīng)考慮檢測(cè)特定SCAs的重復(fù)擴(kuò)增,例如早發(fā)性共濟(jì)失調(diào)和視網(wǎng)膜營(yíng)養(yǎng)不良中的SCA7,晚發(fā)性共濟(jì)失調(diào)中的SCA6,以及緩慢進(jìn)展性共濟(jì)失調(diào)中的SCA8。
常規(guī)變異引起的小腦共濟(jì)失調(diào)
自20世紀(jì)90年代以來(lái),佳學(xué)基因解碼基因檢測(cè)觀察到越來(lái)越多由各種基因序列和拷貝數(shù)變異(CNV)引起的新型小腦性共濟(jì)失調(diào)(CA)。最常見(jiàn)的遺傳性小腦共濟(jì)失調(diào)(ARCA)表型包括伴有眼球運(yùn)動(dòng)不能癥的共濟(jì)失調(diào)(AOA)和毛細(xì)血管擴(kuò)張性共濟(jì)失調(diào)(AT),這些表型在20世紀(jì)70年代和80年代有所區(qū)分。1995年,致病基因定位克隆技術(shù)確認(rèn)了AT的致病基因。同年,基因解碼基因檢測(cè)報(bào)道了維生素E缺乏癥伴有共濟(jì)失調(diào)(AVED)是由TTPA基因中的雙等位基因變異引起的。APTX和SETX基因的變異分別在2001年和2004年被發(fā)現(xiàn)與AOA相關(guān)。然而,直到新一代測(cè)序(NGS)技術(shù)的應(yīng)用,基因解碼基因檢測(cè)才能夠識(shí)別出許多新型遺傳性小腦共濟(jì)失調(diào),其中大多數(shù)非常罕見(jiàn)。NGS技術(shù)在臨床實(shí)踐中的應(yīng)用表明,該方法在診斷多樣性神經(jīng)系統(tǒng)疾病方面極為有效。從21世紀(jì)第二個(gè)十年開(kāi)始,許多研究開(kāi)始利用NGS技術(shù)對(duì)表現(xiàn)為各種共濟(jì)失調(diào)相關(guān)表型的患者進(jìn)行分子診斷和亞型致病基因鑒定診斷。主要采用了三種方法:靶向測(cè)序面板(分析有限數(shù)量的基因編碼外顯子和側(cè)翼內(nèi)含子)、全外顯子組測(cè)序(WES)和最近的全基因組測(cè)序(WGS)。在NGS技術(shù)推廣之前,患者通常需要接受大量標(biāo)準(zhǔn)化診斷測(cè)試。一般而言,常見(jiàn)的重復(fù)擴(kuò)增型小腦共濟(jì)失調(diào)必須通過(guò)靶向技術(shù)排除,因?yàn)镹GS技術(shù)無(wú)法可靠地檢測(cè)到這些變異。在一項(xiàng)探索性基因解碼分析,致病基因鑒定基因解碼分析了50名先證患者的118個(gè)已知和候選共濟(jì)失調(diào)基因,總體檢出率為18%,在青少年早發(fā)病且有陽(yáng)性家族史的患者亞組中,檢出率高達(dá)75%。WES技術(shù)在兒童共濟(jì)失調(diào)患者中的應(yīng)用顯示成功率為46%。后續(xù)研究證實(shí),在早發(fā)型小腦共濟(jì)失調(diào)、近親家庭和有陽(yáng)性家族史的患者中,可以達(dá)到比較來(lái)說(shuō)更高比例的診斷率。然而,這類(lèi)病例僅占小腦性共濟(jì)失調(diào)的少數(shù)?;谌驕y(cè)序和基因解碼技術(shù)的基因檢測(cè)可以將診斷率提高一倍。
下一代測(cè)序在兒童期小腦共濟(jì)失調(diào)中的應(yīng)用
關(guān)于下一代測(cè)序在兒童期小腦共濟(jì)失調(diào)中的應(yīng)用,研究表明NGS在小腦共濟(jì)失調(diào)(CA)兒童和青少年群體中的實(shí)用性。盡管兒童期共濟(jì)失調(diào)的總體患病率相對(duì)較高,估計(jì)為每100,000名兒童中有26例,但其中相當(dāng)一部分可歸因于獲得性和混合病因,例如共濟(jì)失調(diào)性腦癱(CP)。關(guān)于所謂的CP病例是否由非進(jìn)行性腦損傷引起,是佳學(xué)基因解碼進(jìn)一步專(zhuān)注的領(lǐng)域。
兒童遺傳性共濟(jì)失調(diào)具有廣泛的表型和遺傳異質(zhì)性,通常是復(fù)雜表型的一部分,伴隨多種并發(fā)癥。共濟(jì)失調(diào)可能表現(xiàn)為先天性后腦異常(如Joubert綜合征、Dandy Walker畸形和小腦橋腦發(fā)育不全)、復(fù)雜的神經(jīng)發(fā)育障礙(如MECP2障礙),或是各種代謝和線粒體疾病的征兆。特定的非共濟(jì)失調(diào)癥狀以及影像學(xué)和實(shí)驗(yàn)室檢查的異常通常可以指導(dǎo)診斷,并實(shí)施有針對(duì)性的基因檢測(cè)。
在兒童共濟(jì)失調(diào)隊(duì)列中,NGS的診斷率(DR)從25%到80%以上不等,具體取決于研究組的選擇和NGS方法的類(lèi)型(如面板測(cè)序與全外顯子組測(cè)序)。致病基因鑒定基因解碼分析了WES在兒童期發(fā)病的小腦共濟(jì)失調(diào)(CA)中的效用,在28個(gè)家族中的13個(gè)家族獲得了分子診斷(DR = 46%)。其他采用基因解碼技術(shù)的檢測(cè)分析機(jī)構(gòu)報(bào)道了類(lèi)似的結(jié)果,他們對(duì)小腦萎縮兒童進(jìn)行了評(píng)估,并報(bào)告了39%的成功率(28個(gè)家族中的9個(gè))。在84名兒科患者中應(yīng)用靶向共濟(jì)失調(diào)基因面板,25%的患者獲得了基因診斷。在近親家庭中,全外顯子組測(cè)序可以為高達(dá)80%的病例提供分子診斷,鑒定出發(fā)病的原因,以幫助阻斷遺傳。在一些系列研究中,已經(jīng)發(fā)現(xiàn)數(shù)個(gè)基因重復(fù)與伴有認(rèn)知障礙的先天性或嬰兒期發(fā)病的小腦共濟(jì)失調(diào)(CA)有關(guān)。這些基因主要涉及離子通道編碼基因,如小腦共濟(jì)失調(diào)CACNA1A、小腦共濟(jì)失調(diào)CACNA1G、KCNC3和ITPR1,以及β-III血影蛋白基因SPTBN2,后者參與膜蛋白的運(yùn)輸和穩(wěn)定。所有這些基因與各種退行性和發(fā)育性神經(jīng)系統(tǒng)疾病有關(guān),包括非進(jìn)行性或緩慢進(jìn)行性小腦共濟(jì)失調(diào),其發(fā)病可從嬰兒期延續(xù)至成年期。
關(guān)于NGS在早發(fā)性小腦性共濟(jì)失調(diào)(EOCA)中的應(yīng)用,更多信息來(lái)自對(duì)成人的大型系列研究,這些患者的癥狀在40歲之前開(kāi)始出現(xiàn)??傮w而言,這些研究顯示NGS的診斷率從21%到50%以上不等,具有與孟德?tīng)栠z傳相符的陽(yáng)性家族史的患者分子診斷百分比更高。NGS研究結(jié)果總結(jié)了不同人群中EO小腦共濟(jì)失調(diào)(CA)的最常見(jiàn)病因。根據(jù)基因解碼基因檢測(cè)的大數(shù)據(jù)分析,西方國(guó)家最常見(jiàn)的隱性共濟(jì)失調(diào)包括FRDA、痙攣性截癱7型(SPG7)、夏洛瓦-薩格奈常染色體隱性痙攣性共濟(jì)失調(diào)(ARSACS)、AOA2、SYNE1相關(guān)共濟(jì)失調(diào)、AT、AOA1和POLG相關(guān)共濟(jì)失調(diào)。此外,無(wú)論種族如何,Marinesco-Sjögren綜合征和AVED的發(fā)病率相對(duì)較高,后者在北非和地中海地區(qū)尤為常見(jiàn)。總體而言,這些疾病構(gòu)成了已知的100多種AR小腦共濟(jì)失調(diào)(CA)病因中的大多數(shù)。雖然大多數(shù)病例發(fā)生在兒童和青少年時(shí)期,但成年期發(fā)病的情況也時(shí)有報(bào)道,特別是SPG7和SYNE1共濟(jì)失調(diào),它們通常表現(xiàn)為成人期發(fā)病。2019年,國(guó)際帕金森和運(yùn)動(dòng)障礙協(xié)會(huì)遺傳性運(yùn)動(dòng)障礙分類(lèi)和命名工作組提出了一種修訂的AR小腦共濟(jì)失調(diào)(CA)命名系統(tǒng),該系統(tǒng)基于表型前綴和基因名稱(chēng)??傮w而言,62種以小腦共濟(jì)失調(diào)(CA)為突出特征的疾病在命名時(shí)采用ATX做為前綴,而30種以小腦共濟(jì)失調(diào)(CA)和共存的其他主要運(yùn)動(dòng)障礙為特征的疾病在命名時(shí)采用雙前綴命名法。同年,小腦和共濟(jì)失調(diào)研究協(xié)會(huì)工作組的共識(shí)聲明提出了59種原發(fā)性AR小腦共濟(jì)失調(diào)(CA)的列表。這兩個(gè)分類(lèi)都列出了許多其他可能以共濟(jì)失調(diào)為附加特征的疾病。成為更新的《人體基因序列變化與疾病表征》中的規(guī)范命名法。
下一代測(cè)序在成人小腦共濟(jì)失調(diào)中的應(yīng)用
在下一代測(cè)序(NGS)時(shí)代之前,SCA的基因診斷主要依賴(lài)于排除常見(jiàn)的小腦共濟(jì)失調(diào)CAG三核苷酸擴(kuò)增,這種方法可以診斷出大約一半的自發(fā)性遺傳性小腦性共濟(jì)失調(diào)(AD小腦共濟(jì)失調(diào)(CA))。隨著分子技術(shù)的進(jìn)步,已經(jīng)鑒定出多種新型SCA亞型和36種致病基因?;蚪獯a基因檢測(cè)通過(guò)結(jié)合面板測(cè)序和TaqMan聚合酶鏈反應(yīng)檢測(cè),研究了412例顯性遺傳小腦共濟(jì)失調(diào)(CA)的先證者病例,這些病例的多聚谷氨酰胺SCA檢測(cè)結(jié)果為陰性,并報(bào)告了高發(fā)病率的通道病。發(fā)現(xiàn)小腦共濟(jì)失調(diào)CACNA1A基因的致病變異在這類(lèi)患者中是最常見(jiàn)的SCA遺傳原因,其次是其他離子通道編碼基因,如KCND3、KCNC3和KCNA1。然而,盡管有陽(yáng)性的一級(jí)家族史,仍有15%的病例檢測(cè)到相關(guān)的遺傳變異。同樣,另一位基因解碼分析顯示,在中國(guó)描述的最大樣本中,小腦共濟(jì)失調(diào)CAG重復(fù)擴(kuò)增陰性的顯性小腦共濟(jì)失調(diào)(CA)的診斷率較低(9.8%)。在這項(xiàng)研究中,超過(guò)80%的480例無(wú)陰性家族史病例未能獲得基因診斷。這些結(jié)果表明,盡管有強(qiáng)烈的跡象表明遺傳因素在發(fā)病中起作用,但仍有相當(dāng)一部分小腦共濟(jì)失調(diào)(CA)無(wú)法通過(guò)數(shù)據(jù)庫(kù)比對(duì)找到發(fā)病原因,致病基因鑒定基因解碼增加了找出的比例,但在中國(guó)個(gè)人付費(fèi)的低價(jià)格習(xí)慣使得患者錯(cuò)失采用基因解碼基因檢測(cè)得到明確診斷的機(jī)會(huì)。因?yàn)閺膫€(gè)體意愿上講,個(gè)人付費(fèi)的受檢者在缺乏相關(guān)知識(shí)的情況下,極易選擇單一的突變類(lèi)型或更簡(jiǎn)單更便宜的分析方法。值得注意的是,盡管通道病在加拿大和大部分歐洲地區(qū)的小腦性共濟(jì)失調(diào)中比較常見(jiàn),但在中國(guó)和日本地區(qū)卻非常罕見(jiàn),這可能解釋中國(guó)數(shù)據(jù)中更多獲得陰性結(jié)果的群體遺傳學(xué)原因。
大多數(shù)到共濟(jì)失調(diào)門(mén)診就診的成人患者癥狀發(fā)作較晚,并且沒(méi)有家族史。排除獲得性和遺傳性原因后,這些患者被歸類(lèi)為散發(fā)性成人發(fā)病共濟(jì)失調(diào)(SAOA)。根據(jù)《神經(jīng)系統(tǒng)疾病的發(fā)病原因及基因檢測(cè)指南》,NGS方法可以在明顯SAOA患者中檢測(cè)到6%至33%的常規(guī)變異。共濟(jì)失調(diào)的基因解碼基因檢測(cè)對(duì)194例進(jìn)行性SAOA患者進(jìn)行了大規(guī)模篩查,查找201個(gè)共濟(jì)失調(diào)相關(guān)基因的致病變異,其中6%獲得了基因診斷。在致病基因鑒定基因解碼的深入分析中,對(duì)于40歲后發(fā)病的患者,外顯子組靶向捕獲測(cè)序的診斷率為6.4%。Klockgether和Giordano等人估計(jì),首先進(jìn)行常見(jiàn)串聯(lián)重復(fù)擴(kuò)增檢測(cè),然后進(jìn)行共濟(jì)失調(diào)特異性NGS組合檢測(cè),可對(duì)約20%的明顯SAOA患者進(jìn)行基因診斷。除了檢測(cè)極其罕見(jiàn)的單基因病因外,NGS基礎(chǔ)上的基因解碼基因檢測(cè)還總結(jié)了幾種與成人發(fā)病的小腦共濟(jì)失調(diào)(CA)有關(guān)的常見(jiàn)基因,例如SYNE1、SPG7和ANO10。重要的是,大量被歸類(lèi)為小腦共濟(jì)失調(diào)(CA)的患者攜帶傳統(tǒng)上與遺傳性痙攣性截癱(HSP)相關(guān)的致病變異。這表明共濟(jì)失調(diào)和HSP在途徑和機(jī)制上可能存在相似之處,并產(chǎn)生了連續(xù)共濟(jì)失調(diào)-痙攣疾病譜的概念。
表 2:基因反復(fù)出現(xiàn)在幾組共濟(jì)失調(diào)患者中,并通過(guò)下一代測(cè)序檢測(cè)到致病變異
基因 | 遺傳命名法* | 小腦共濟(jì)失調(diào)相關(guān)表型 (OMIM) | 遺傳方式 | 典型臨床特征** | 發(fā)病年齡 |
CACNA1A | - | 發(fā)作性共濟(jì)失調(diào) 2 型 | 常染色體顯性 | 功能喪失突變的表型異質(zhì)性高,包括:發(fā)作性和/或進(jìn)行性小腦共濟(jì)失調(diào)、認(rèn)知障礙、偏癱性偏頭痛、癲癇性腦病、自閉癥、陣發(fā)性非癲癇事件 | 從嬰兒到成年 |
伴有進(jìn)行性小腦共濟(jì)失調(diào)的家族性偏癱性偏頭痛 1 型 | |||||
脊髓小腦性共濟(jì)失調(diào) 6 型 | |||||
ITPR1 | - | 脊髓小腦性共濟(jì)失調(diào) 15 | 常染色體顯性 | 進(jìn)展緩慢,蹣跚行走,上肢姿勢(shì)性震顫 | 平均 35 歲(范圍 18-66 歲) |
脊髓小腦共濟(jì)失調(diào) 29,先天性非進(jìn)行性 | 進(jìn)展緩慢或無(wú)進(jìn)展,認(rèn)知缺陷 | 出生時(shí)發(fā)病 | |||
ATX-ITPR1 | 吉萊斯皮綜合征 | 常染色體顯性和常染色體隱性 | 部分無(wú)虹膜、肌張力低下、智力障礙 | 出生時(shí)發(fā)病 | |
SPTBN2 | - | 脊髓小腦性共濟(jì)失調(diào) 5 | 常染色體顯性 | 進(jìn)展緩慢,意向性震顫,輕度面部肌顫搐;雜合突變也可導(dǎo)致先天性非進(jìn)行性共濟(jì)失調(diào),伴有精神運(yùn)動(dòng)發(fā)育遲緩 | 可變(從出生到50歲) |
ATX-SPTBN2 | 脊髓小腦性共濟(jì)失調(diào),常染色體隱性遺傳 14 | 常染色體隱性 | 進(jìn)展緩慢、全面發(fā)育遲緩、認(rèn)知障礙 | 嬰兒期發(fā)病 | |
SPG7 | HSP/ATX-SPG7 | 痙攣性截癱 7 | 常染色體隱性遺傳(也有報(bào)道為常染色體顯性遺傳) | 痙攣性截癱、振動(dòng)覺(jué)受損、視神經(jīng)萎縮、眼肌麻痹 | 平均 30 歲(范圍 11-72 歲) |
ANO10 | ATX-ANO10 | 脊髓小腦性共濟(jì)失調(diào),常染色體隱性遺傳 10(常染色體隱性遺傳小腦性共濟(jì)失調(diào) 3 型) | 常染色體隱性 | 進(jìn)展緩慢、錐體束征、運(yùn)動(dòng)遲緩、高弓足、運(yùn)動(dòng)神經(jīng)元受累、癲癇、認(rèn)知能力下降 | 通常發(fā)生在成年期(從青少年到 27 至 53 歲之間) |
SYNE1 | ATX-SYNE1 | 脊髓小腦性共濟(jì)失調(diào),常染色體隱性遺傳 8;(常染色體隱性小腦性共濟(jì)失調(diào) 1 型) | 常染色體隱性 | 純小腦綜合征,上、下運(yùn)動(dòng)神經(jīng)元特征,小腦認(rèn)知和情感綜合征,可能為早發(fā)性多系統(tǒng)疾病,伴有呼吸功能障礙和智力障礙 | 通常發(fā)生在成年期(6-45 歲) |
SACS | ATX/HSP-SACS | 痙攣性共濟(jì)失調(diào),Charlevoix-Saguenay 型 | 常染色體隱性 | 周?chē)杏X(jué)運(yùn)動(dòng)神經(jīng)病、下肢痙攣、髓鞘增生性視網(wǎng)膜纖維 | 通常發(fā)生在嬰兒期或幼兒期(范圍:0-40 歲) |
SETX | TX-SETX | 脊髓小腦性共濟(jì)失調(diào),常染色體隱性遺傳,伴有軸索性神經(jīng)病 2 型(伴有眼球運(yùn)動(dòng)不能癥的共濟(jì)失調(diào) 2 型) | 常染色體隱性 | 軸突感覺(jué)運(yùn)動(dòng)神經(jīng)病、眼球運(yùn)動(dòng)不能癥(約一半患者)、血清甲胎蛋白濃度升高 | 平均 14 年(范圍 3-30 年) |
小腦性共濟(jì)失調(diào)的未來(lái)基因檢測(cè)
盡管在異質(zhì)性神經(jīng)系統(tǒng)疾病的診斷中,NGS已得到廣泛應(yīng)用,但眾所周知,這些方法存在一些限制。多基因面板已被證明是一種有效的診斷工具,其相對(duì)較低的成本顯示出顯著的診斷效果。然而,它們分析的基因數(shù)量有限,這在復(fù)雜的共濟(jì)失調(diào)背景下可能引起重要問(wèn)題。臨床表現(xiàn)可能與其他神經(jīng)系統(tǒng)疾病重疊,如腦白質(zhì)營(yíng)養(yǎng)不良、代謝紊亂、痙攣性截癱和智力障礙,因此典型的共濟(jì)失調(diào)特異性基因組可能無(wú)法捕獲致病變異。在這方面,以全外顯子組測(cè)序(WES)為基礎(chǔ)的致病基因鑒定基因解碼具有分析幾乎所有(近95%)蛋白質(zhì)編碼區(qū)序列的優(yōu)勢(shì)。最近,隨著NGS和生物信息學(xué)數(shù)據(jù)分析的不斷改進(jìn),WES在臨床環(huán)境中得到了廣泛應(yīng)用。
就共濟(jì)失調(diào)而言,NGS的主要限制在于無(wú)法檢測(cè)到由串聯(lián)重復(fù)擴(kuò)增和線粒體DNA數(shù)量變化引起的疾病。WES被認(rèn)為不能有效檢測(cè)深內(nèi)含子變異、拷貝數(shù)變異(CNV,定義為單個(gè)或更大的外顯子缺失和重復(fù))、平衡易位或復(fù)雜倒位以及低水平插入。在外顯子組富含GC區(qū)域的良好覆蓋方面也可能存在問(wèn)題。然而,最近已經(jīng)有許多問(wèn)題得到了解決。而基因檢測(cè)機(jī)構(gòu)提供多基因面板和外顯子組測(cè)序,同時(shí)進(jìn)行mtDNA、CNV和選定深內(nèi)含子變異的分析,具有高效的捕獲和令人滿意的讀取深度。盡管CNV在進(jìn)行性共濟(jì)失調(diào)中只占少數(shù)變異,但它們的作用不容忽視。例如,致病基因鑒定基因解碼對(duì)260名共濟(jì)失調(diào)和/或痙攣性截癱患者進(jìn)行了WES,進(jìn)一步對(duì)代表性病例子集(n = 68)進(jìn)行了CNV和重復(fù)擴(kuò)增分析,發(fā)現(xiàn)了兩個(gè)致病性CNV和一個(gè)三核苷酸擴(kuò)增。在另一個(gè)基因解碼檢測(cè)分析中,他們使用微外顯子組結(jié)合基于讀取深度的CNV檢查了一組33名患者,發(fā)現(xiàn)SETX基因中有兩個(gè)致病性CNV。雖然在常染色體隱性遺傳疾病中,通??梢酝ㄟ^(guò)第二等位基因中同時(shí)存在的SNV來(lái)輔助診斷,但未檢測(cè)到的CNV可能是導(dǎo)致假陰性結(jié)果的潛在原因,尤其是在具有新生顯性變異的病例中。多種NGS方法的組合,如外顯子組測(cè)序、靶向檢測(cè)、CNV和重復(fù)擴(kuò)增分析,可以在各種異質(zhì)性共濟(jì)失調(diào)隊(duì)列中提供超過(guò)50%的高診斷率,而這咱分析方法是高價(jià)位致病基因鑒定基因解碼的特點(diǎn)。事實(shí)證明,這個(gè)對(duì)于以找發(fā)病原因?yàn)槟康牡氖軝z者來(lái)說(shuō),更具有時(shí)效比,經(jīng)濟(jì)效益比。
對(duì)于原因不明的共濟(jì)失調(diào)患者,全基因組測(cè)序(WGS)可能是一個(gè)有前途的選擇。WGS旨在分析核DNA的所有編碼和非編碼序列,覆蓋了高達(dá)98%的整個(gè)人類(lèi)基因組。相比之下,WES可以捕獲高達(dá)95%的外顯子組,而外顯子組僅占人類(lèi)基因組的1%到2%。此外,WGS的覆蓋深度更加均勻,在檢測(cè)WES目標(biāo)區(qū)域內(nèi)的SNV、小插入和缺失(indel)以及CNV方面比WES更為有效。事實(shí)上,數(shù)據(jù)表明,迄今為止,WGS相對(duì)于WES在診斷上的優(yōu)勢(shì)主要在于更好地檢測(cè)基因組編碼區(qū)域的變化。盡管如此,也已報(bào)道了由非編碼DNA序列變異引起的共濟(jì)失調(diào),例如與非編碼RNA RNU12相關(guān)的早發(fā)性小腦共濟(jì)失調(diào)。確定深內(nèi)含子變異的致病性仍然是一個(gè)挑戰(zhàn),但隨著功能研究和生物信息學(xué)工具的進(jìn)一步改進(jìn),這種情況在未來(lái)可能會(huì)發(fā)生改變。
到目前為止,基因檢測(cè)數(shù)據(jù)庫(kù)中只有少數(shù)研究評(píng)估了WGS在共濟(jì)失調(diào)中的效用。例如,Kang等人在對(duì)共濟(jì)失調(diào)患者進(jìn)行了WGS后,發(fā)現(xiàn)三分之一的個(gè)體中存在致病變異,這些患者的重復(fù)擴(kuò)增和多基因組合檢測(cè)結(jié)果為陰性。Kim等人研究了一組18例痙攣性截癱患者(伴或不伴共濟(jì)失調(diào)),報(bào)告診斷率為38.9%。然而,僅檢測(cè)到一個(gè)內(nèi)含子變異,而WES可能會(huì)漏掉這種變異。需要對(duì)更大的患者群體進(jìn)行進(jìn)一步研究,以確定WGS在共濟(jì)失調(diào)中的潛在益處。
對(duì)于共濟(jì)失調(diào)來(lái)說(shuō),使用WES和WGS檢測(cè)串聯(lián)重復(fù)擴(kuò)增的可能性特別高。傳統(tǒng)上,基于短讀測(cè)序的標(biāo)準(zhǔn)NGS技術(shù)無(wú)法檢測(cè)由最小擴(kuò)增引起的TRD,SCA6除外。近年來(lái),已開(kāi)發(fā)了多種算法來(lái)分析短讀NGS數(shù)據(jù)中的STR,并成功應(yīng)用于共濟(jì)失調(diào)患者?;仡櫺缘貞?yīng)用這些算法可以為NGS結(jié)果為陰性的個(gè)體提供診斷。此外,我們可以期待在未來(lái)發(fā)現(xiàn)新的導(dǎo)致共濟(jì)失調(diào)的擴(kuò)增。最近,結(jié)合非參數(shù)連鎖分析的WGS已經(jīng)鑒定出了CANVAS和晚發(fā)性共濟(jì)失調(diào)中的致病性重復(fù)擴(kuò)增。WGS還有助于發(fā)現(xiàn)幾種新的TRD,如良性成人家族性肌陣攣性癲癇、神經(jīng)元核內(nèi)包涵體疾病和眼咽遠(yuǎn)端肌病等。目前,SCA包括多種類(lèi)型,如SCA4、SCA25、SCA30和SCA32,它們的遺傳原因仍有待確定。隨著PacBio和Nanopore等新的分子技術(shù)的引入,可以對(duì)正常和擴(kuò)增的STR等位基因進(jìn)行更多的測(cè)序,未來(lái)可能會(huì)在重復(fù)擴(kuò)增障礙領(lǐng)域取得更多發(fā)現(xiàn)。
小腦共濟(jì)失調(diào)——采用單基因疾病檢測(cè)為什么存在嚴(yán)重不足
盡管先進(jìn)的基因技術(shù)應(yīng)用日益廣泛,但超過(guò)一半的小腦共濟(jì)失調(diào)(小腦共濟(jì)失調(diào)(CA))患者通過(guò)基于數(shù)所庫(kù)比對(duì)的基因檢測(cè)仍無(wú)法得到確診。對(duì)于癥狀晚發(fā)且沒(méi)有家族史的患者來(lái)說(shuō),確定疾病病因尤為重要,這類(lèi)患者占了大多數(shù)小腦共濟(jì)失調(diào)(CA)的病例。《腦病發(fā)生的原因及其基因檢測(cè)》中說(shuō)的“特發(fā)性晚發(fā)性小腦共濟(jì)失調(diào)(CA)”曾廣泛用于沒(méi)有明顯獲得性或遺傳病因的個(gè)體。進(jìn)一步的研究使我們能夠?qū)⑿∧X多系統(tǒng)萎縮(MSA-C)患者與這一類(lèi)病例區(qū)分開(kāi)來(lái),MSA-C是一種以神經(jīng)膠質(zhì)細(xì)胞質(zhì)內(nèi)含物為特征的獨(dú)立疾病實(shí)體。至于SAOA,其病因目前仍未明確。盡管SAOA患者表現(xiàn)出顯著的表型異質(zhì)性,但他們也具有一些共同的特征,例如神經(jīng)影像學(xué)上的孤立性小腦萎縮、錐體束征、踝反射缺失、振動(dòng)覺(jué)減弱和輕度泌尿系統(tǒng)癥狀。據(jù)基因解碼數(shù)據(jù),平均發(fā)病年齡為41歲至56歲,其病情進(jìn)展明顯慢于MSA-C。
據(jù)基因解碼的經(jīng)驗(yàn),一些散發(fā)性小腦共濟(jì)失調(diào)(CA)患者可能是未確診的獲得性、自身免疫性或遺傳性病因的患者。隨著全基因組測(cè)序(WGS)的引入,基因解碼基因檢測(cè)有望識(shí)別出新的單基因病因,尤其是在早發(fā)性和家族性病例中。然而,相當(dāng)一部分散發(fā)性共濟(jì)失調(diào)可能具有多因素或多基因背景。全基因組關(guān)聯(lián)研究(GWAS)通過(guò)比較患者與人群對(duì)照的變異頻率來(lái)識(shí)別基因組風(fēng)險(xiǎn)變異。迄今為止,尚未有關(guān)于散發(fā)性小腦共濟(jì)失調(diào)(CA)患者群體的GWAS發(fā)表。主要挑戰(zhàn)之一是GWAS需要大量的患者和對(duì)照,通常是數(shù)千個(gè)個(gè)體,在小腦共濟(jì)失調(diào)(CA)中難以實(shí)現(xiàn)。此外,另一個(gè)挑戰(zhàn)是區(qū)分表型同質(zhì)的病例。至今,針對(duì)阿爾茨海默病(AD)、帕金森病、肌萎縮側(cè)索硬化癥和額顳葉癡呆等常見(jiàn)和復(fù)雜神經(jīng)退行性疾病的GWAS已鑒定出多種易感性變異,但其中大多數(shù)對(duì)風(fēng)險(xiǎn)的影響很小。在MSA中,GWAS尚未發(fā)現(xiàn)顯著的基因位點(diǎn),但檢測(cè)到了幾種潛在的變異,需要在更大的樣本集中進(jìn)行驗(yàn)證?;蚪獯a的分析表明,AD具有顯著的多基因成分,可以用來(lái)計(jì)算罹患該疾病的遺傳風(fēng)險(xiǎn)。個(gè)體攜帶的風(fēng)險(xiǎn)等位基因總和稱(chēng)為多基因風(fēng)險(xiǎn)評(píng)分(PRS),其中每個(gè)單核苷酸多態(tài)性(SNP)根據(jù)先前GWAS的效應(yīng)大小進(jìn)行加權(quán),這種評(píng)分可能對(duì)多種常見(jiàn)疾病具有預(yù)測(cè)價(jià)值。已發(fā)表的關(guān)于AD和癲癇的GWAS有希望的結(jié)果指向PRS在未來(lái)的潛在臨床應(yīng)用。通過(guò)國(guó)際聯(lián)盟收集大量臨床上同質(zhì)的共濟(jì)失調(diào)患者,為進(jìn)行GWAS和識(shí)別小腦共濟(jì)失調(diào)(CA)富含的潛在變異帶來(lái)了希望。
基因解碼基因檢測(cè)指出表觀遺傳學(xué)變化可能是某些原因不明的小腦共濟(jì)失調(diào)(CA)病例的原因;然而,關(guān)于這個(gè)論點(diǎn)的基因測(cè)試結(jié)果很少。DNA甲基化、組蛋白修飾和微小RNA(miRNA)等表觀遺傳機(jī)制在不改變基因組序列的情況下調(diào)節(jié)基因表達(dá),并與各種神經(jīng)發(fā)育過(guò)程相關(guān)。對(duì)小腦共濟(jì)失調(diào)(CA)表觀遺傳學(xué)的研究表明,表觀遺傳失調(diào)與FRDA、FXTAS、共濟(jì)失調(diào)毛細(xì)血管擴(kuò)張癥和幾種SCA的發(fā)病機(jī)制有關(guān)。已確認(rèn)miRNA對(duì)浦肯野細(xì)胞的存活至關(guān)重要,其缺失可導(dǎo)致小腦退化和共濟(jì)失調(diào)的發(fā)展。在SCA1和SCA3中描述了特定miRNA水平的改變。由于miRNA在小腦共濟(jì)失調(diào)(CA)神經(jīng)病理學(xué)中的重要作用,有人推測(cè)miRNA結(jié)合位點(diǎn)或miRNA中的致病變異可能是一組原因不明的共濟(jì)失調(diào)的病因。在幾種三核苷酸擴(kuò)增障礙中發(fā)現(xiàn)了異常的DNA甲基化譜,并且與發(fā)病年齡和體細(xì)胞重復(fù)不穩(wěn)定性的突變等位基因有關(guān)。全基因組DNA甲基化譜顯示共濟(jì)失調(diào)毛細(xì)血管擴(kuò)張癥中存在甲基化位點(diǎn)的差異。需要進(jìn)一步的研究來(lái)確定表觀遺傳失調(diào)在原因不明的小腦共濟(jì)失調(diào)(CA)發(fā)病機(jī)制中可能的角色。
小腦共濟(jì)失調(diào)基因檢測(cè)的共識(shí)性知識(shí)
過(guò)去 30 年是發(fā)現(xiàn) 小腦共濟(jì)失調(diào)(CA) 的單基因病因的時(shí)代。在通過(guò)靶向技術(shù)確定了三核苷酸擴(kuò)增性共濟(jì)失調(diào)和幾種常規(guī)共濟(jì)失調(diào)之后,通過(guò)大規(guī)模平行測(cè)序檢測(cè)到的新型共濟(jì)失調(diào)致病變異數(shù)量迅速增加。NGS 引入臨床和實(shí)驗(yàn)神經(jīng)病學(xué)顯著改變了我們對(duì)小腦共濟(jì)失調(diào)遺傳學(xué)復(fù)雜格局的理解。目前,多基因面板和 WES 在臨床實(shí)踐中的廣泛使用允許對(duì)大量患者快速診斷 小腦共濟(jì)失調(diào)(CA) 病因。然而,對(duì)于大多數(shù)受影響的個(gè)體,尤其是成年人,基于數(shù)據(jù)庫(kù)比對(duì)的基因檢測(cè)目前無(wú)法為診斷或治療提供參考。事實(shí)上,盡管有強(qiáng)烈的跡象表明遺傳因素存在,但相當(dāng)一部分 小腦共濟(jì)失調(diào)(CA) 仍然無(wú)法基于數(shù)據(jù)庫(kù)比對(duì)的基因檢測(cè)結(jié)果找到發(fā)病原因。NGS 技術(shù)和生物信息學(xué)分析的進(jìn)一步發(fā)展以及 WGS 的廣泛使用為未來(lái)更好地檢測(cè)常規(guī)變異和重復(fù)擴(kuò)增帶來(lái)了希望。此外,為了確定導(dǎo)致小腦共濟(jì)失調(diào)的風(fēng)險(xiǎn)位點(diǎn),需要對(duì)大量共濟(jì)失調(diào)患者進(jìn)行 GWAS 研究。將 GWAS 結(jié)果與稀有變異負(fù)擔(dān)分析和全基因組測(cè)序的重復(fù)擴(kuò)增數(shù)據(jù)相結(jié)合,可能會(huì)揭示無(wú)法解釋的 小腦共濟(jì)失調(diào)(CA) 的遺傳結(jié)構(gòu)。
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