中国胎儿骨骼发育不良综合队列的深度解析与临床获益：基因型-表型关联及精准医学应用

本刊推荐：针对胎儿骨骼发育不良(FSD)产前诊断难题，研究人员整合深度表型分析(DP)与外显子组/基因组测序(ES/GS)，在中国152例FSD队列中实现57.9%的阳性诊断率，首次发现ANKRD11相关鼻骨发育不良等新表型，深化了FGFR3、COL1A1等热点基因的基因型-表型认知，为16个后续妊娠提供生殖决策依据，推动产前精准医疗发展。

　　

胎儿骨骼发育不良(Fetal Skeletal Dysplasia, FSD)是一类具有高度临床和遗传异质性的罕见疾病，虽然单个病种罕见，但总体影响着千分之五的妊娠。产前及时准确诊断FSD对于后续遗传咨询、生殖决策以及改善患儿和家庭的临床结局至关重要。然而，由于特定FSD的罕见性、不同疾病间显著的表型重叠，以及超声检测中可发现异常的变异性，仅凭影像学检查很少能获得明确诊断。大多数骨骼发育不良具有遗传病因，但传统的染色体微阵列分析(CMA)无法检测占单基因骨骼发育不良主要部分的单核苷酸变异(SNV)和小插入/缺失(INDEL)。新一代测序(NGS)技术，包括外显子组测序(ES)和基因组测序(GS)，已被越来越多地推荐用于出现超声异常的胎儿。但NGS的广泛应用也导致意义不明确变异(VUS)的检出增加，给遗传咨询和临床管理带来了巨大挑战，尤其在产前背景下。

在此背景下，北京协和医院的研究团队开展了此项回顾性研究，整合产前深度表型分析(Deep Phenotyping, DP)与ES/GS，旨在阐明中国FSD队列的综合基因型和表型谱、诊断结果、基因型-表型相关性以及产后随访发现，以优化遗传咨询和临床决策。该研究纳入了152例FSD胎儿，所有胎儿均接受了产前DP，随后进行了ES/GS分析。研究成果发表在《Journal of Genetics and Genomics》上。

研究主要采用了以下关键技术方法：对152例中国FSD胎儿队列进行回顾性分析，整合了产前超声和磁共振成像(MRI)的深度表型分析(DP)，将表型标准化为人类表型本体(HPO)术语；对经核型分析和CMA未获诊断结果的胎儿进行外显子组测序(ES)和/或基因组测序(GS)，并进行数据重分析；运用基因型和表型双驱动方法整合表型与基因数据；通过文献系统回顾验证新发现的基因型-表型关联；并进行了详细的产后随访和后续妊娠生殖决策的跟踪。

Cohort characteristics

研究共纳入152例先证者，阳性诊断率为57.9%（88例）；另有19.7%的胎儿结果为不确定（携带VUS）。在88例阳性结果中，85例通过初始ES获得诊断。对67例个体的ES数据进行了重分析，其中2例（PED048和PED058）的变异根据新增病例报告和新建立的基因-疾病关联从VUS重新分类为可能致病(LP)。对8例胎儿进行了进一步的GS，其中PED012在发现BBS9基因的第二个外显子水平拷贝数缺失（反式）后获得阳性结果。在所有阳性或不确定结果的胎儿中，35.0%的检测到的变异是先前未报道的（50/143）。在48个疾病相关基因的118例胎儿中，33个基因（68.8%）与遗传性骨骼发育不良相关，见于99例（83.9%）胎儿。其余15个基因（31.3%）主要与肌肉或神经系统疾病相关，见于19例（16.1%）胎儿。所有基因中，COL1A1、FGFR3、COL1A2和COL2A1被确定为热点基因。阳性结果最可能与新生变异(de novo)和常染色体显性遗传疾病相关。研究还观察到三个FSD检测增加的时间段，分别发生在孕12周、15-18周和20-24周。

Phenotypic and genetic findings and diagnostic outcomes

通过产前DP，研究者观察到了涉及骨骼和骨骼外系统的广泛异常谱。孤立性FSD组有82例（53.9%）胎儿，非孤立性FSD组有70例（46.1%）胎儿。肢体骨骼异常是最常见的骨骼异常，影响了72.4%（110/152）的胎儿。

Diagnostic rates by phenotypes

诊断率分析显示，孤立性FSD组和非孤立性FSD组的总诊断率无显著差异（P = 0.627）。但在骨骼异常亚组中，肋骨和胸骨（胸廓）受累的诊断率最高，为80%，其次是肢体骨骼受累（63.6%），关节受累的诊断率最低（36.4%）。此外，伴有肢体骨骼异常的孤立性颅骨/头颅异常胎儿的诊断率显著更高。仅伴有肢体骨骼受累的胎儿阳性率显著高于无此异常的胎儿（P = 0.02），而有关节受累的胎儿阳性率显著较低（P = 0.03）。在非孤立组中，涉及一个其他系统/器官的阳性率最高（67.6%）。

Diagnostic rates by gestational age

不同妊娠期（ trimester）的阳性率存在显著差异。孕早期和孕中期的阳性率显著高于孕晚期（P < 0.05）。在孕18周及之前发现骨骼异常的胎儿累积阳性率达到80%（P < 0.001）。对于四个热点基因，携带FGFR3变异的胎儿首次发现异常多在孕15-17周，而与COL1A1、COL1A2和COL2A1疾病相关的胎儿，初始发现更多报道于孕18-30周。

Previously unreported genotype–prenatal phenotype associations

在与肌肉或神经系统疾病相关的基因中，ANKRD11、BRAF、KMT2D和TH中反复发现变异，每个基因各有2例胎儿携带变异。PED037和PED039携带ANKRD11功能丧失性变异，这两例胎儿均存在颅骨和头颅异常，并且DP进一步发现两者均存在鼻骨发育不良（定义为鼻骨长度低于孕龄的第5百分位数），此为先前在KBG综合征中未报道的产前特征。PED108和PED109（来自同一对夫妇的两次妊娠）均携带TH基因的复合杂合变异，并表现为股骨长度缩短。TH与常染色体隐性Segawa综合征相关，其股骨短缩可能是该病一个未被认识的产前特征。

Comparison between prenatal and postnatal cohort associated with hot genes

研究纳入了60个家庭的60例胎儿和48个家庭的48例产后个体，这些个体携带COL1A1、FGFR3、COL1A2和COL2A1的致病变异。基因型比较发现，产前队列中FGFR3的致病变异主要是p.Arg248Cys（7/18）和p.Gly380Arg（4/18），而产后队列中p.Gly380Arg（9/12）是唯一的热点，这支持了p.Arg248Cys变异与围产期致死性相关的公认基因型-表型相关性。在COL1A1、COL1A2和COL2A1的所有变异中，甘氨酸替换（Gly substitution）在产前队列中发生频率更高（53.72% vs. 43.2%），但差异无统计学意义（P = 0.358）。表型比较发现，在产前和产后队列中，FGFR3和COL1A1的异常范围（按HPO术语分类）比COL2A1和COL1A2更广。FGFR3和COL1A1的产前发现通常涉及骨骼和非骨骼系统，而与COL2A1和COL1A2相关的异常主要是骨骼性的。值得注意的是，对于COL1A2，三个个体临床未受影响，另外六个患者的唯一骨骼发现是无椎体发育不良的脊柱侧凸。

Clinical benefits: Genetic counseling, clinical decision-making, and follow-up visits

研究随访了7例具有阳性诊断结果的活产婴儿，均携带致病性和/或LP变异。其中6例未出现严重并发症，病情处于监测中，均无需立即医疗干预。本研究中，7例活产婴儿中有3例受成骨不全症(OI)影响。OI的产前诊断使得分娩过程得以谨慎管理。所有三名患者均接受了OI特异性管理。在PED030中观察到显著的骨骼异常，包括寰枢椎不稳、脊柱后侧凸和软骨发育不良，该患儿已被转诊至骨科和内分泌科进行专业评估和管理。

遗传检测结果还为15个家庭的16次后续妊娠提供了管理和决策信息。其中，4对父母选择了单基因疾病胚胎植入前遗传学检测(PGT-M)，11对选择了产前诊断。最终有15名未患病儿童出生，1次受累妊娠导致胚胎停育，2个未受累胚胎未能着床。

研究结论与讨论部分强调，本研究整合DP与NGS，在中国FSD队列中揭示了全面的基因型和表型图谱。诊断率与胎儿异常的严重程度或数量无直接相关性，但在孤立性FSD组中，伴有额外肢体骨骼异常的胎儿诊断率显著更高。研究者提出了鼻骨发育不良和股骨短缩可能分别是KBG综合征和Segawa综合征中被忽视的产前发现。对四个热点基因的产前产后基因型和表型比较表明，公认的甘氨酸替换并不总是导致严重表型。对活产婴儿的产后随访也揭示致病变异并不总是导致危及生命或致残的状况。研究结果显著增强了基因型-表型的相关性，有助于改进产前咨询、知情的临床决策和优化的围产期护理，并推进了针对FSD受累家庭的精准医学策略。研究的优势在于全面的产前诊断方案，但也存在回顾性研究、功能验证缺乏、可能存在转诊偏倚等局限性。总体而言，该研究为完善FSD产前诊断策略和推动产前精准医学领域发展做出了重要贡献。