novel GNB4 基因变异及其在 Charcot-Marie-Tooth 疾病患者中的分布

《Neurology Genetics》：Novel GNB4 Gene Variant and the Spectrum of GNB4 Variants in Patients With Charcot-Marie-Tooth Disease

Charcot-Marie-Tooth (CMT) 疾病与 GNB4 基因突变相关，本研究发现一例新型杂合突变 c.239T>C (p.Ile80Thr)，并通过系统分析重新分类了8个已报道的 GNB4 变异，发现其位于 WD1 结构域且显著聚类，提示可能通过干扰 Gα-Gβγ 复合体信号传导致病。临床谱系涵盖 CMT1至 CMTDIF，表现为混合轴索与脱髓鞘特征，并验证了蛋白三维结构对致病机制的解释。

　　### 解读：GNB4基因变异与遗传性神经病的关系

#### 研究背景与目标

遗传性神经病是一类由基因突变引发的神经系统疾病，其中最常见的是查尔科-马里-图（Charcot-Marie-Tooth，简称CMT）病。CMT病主要表现为远端肌肉无力、萎缩以及感觉功能障碍，常伴有足部畸形和腱反射减弱。该疾病通常在儿童或青少年时期开始显现症状，是周围神经最常见的遗传性疾病之一。目前，已知CMT病的致病基因超过100种，其中一部分基因突变具有明确的遗传模式和临床特征。

近年来，随着基因测序技术的发展，越来越多的CMT相关基因被发现，同时发现不同基因之间存在一定的表型重叠，以及遗传模式的相似性。基于这些发现，2018年提出了一种新的基于基因的分类方法，将CMT病分为不同的亚型，以更精确地描述其遗传和临床表现。GNB4基因作为其中一种与CMT病相关的基因，其功能和突变的临床意义仍需进一步研究。

#### 研究方法

本研究采用了一系列系统的分析方法，包括详细的神经学检查、电生理评估以及家族性遗传分析。首先，通过全外显子组测序技术，研究人员在单个家族中发现了一个新的GNB4基因变异，并通过Sanger测序技术验证了该变异在家族中的遗传模式。此外，研究团队还进行了文献回顾，筛选出与GNB4基因变异相关的病例，并依据最新的美国医学遗传学与基因组学学会（ACMG）指南和数据库信息对这些变异进行了重新分类和评估。

在文献筛选过程中，研究人员使用了Mastermind和LitVar2两个数据库，这些数据库利用人工智能技术扫描了大量文献，最终获得了1,302篇相关文章。随后，通过关键词搜索（如“Charcot”、“neuropath*”、“sequencing”、“gene”等），进一步筛选出133篇文章。为了确保数据的准确性，研究团队对这些文章进行了人工审核，排除了不符合条件的内容，如非英文文献、仅在基因列表中提及GNB4的文献、评论文章、动物实验研究等。

在变异分类方面，研究团队使用了AlphaMissense和REVEL等计算工具，对变异的功能影响进行了预测。此外，还使用了SpliceAI来评估这些变异是否会影响基因的剪接过程。为了判断变异是否具有致病性，研究团队参考了gnomAD V4.1数据库，比较了变异的群体频率与已知致病性基因（如PMP22重复）的频率。同时，MetaDome工具用于评估基因对变异的耐受程度，以判断变异是否可能导致疾病。

为了进一步分析变异的空间分布，研究团队使用了SpatialClustering工具，对线性蛋白结构上的变异聚集情况进行评估。通过与随机排列的变异进行比较，研究团队确认了这些变异在蛋白质结构上的显著聚集性。此外，还通过3D蛋白结构分析工具YASARA Structure，对变异在蛋白质三维结构上的分布进行了可视化，以理解其可能的病理机制。

#### 研究结果

本研究共发现了一个新的GNB4基因变异（NM_021629.4:c.239T>C p.(Ile80Thr)），并将其归类为可能致病的变异（likely pathogenic）。此外，研究团队还汇总了10个不同家族中报道的8个GNB4基因变异，并结合最新的临床和分子数据进行了系统分析。这些变异涵盖了15名受影响的个体，其中包括本研究中的变异和之前文献中报道的变异。

通过对这些变异的重新分类，研究团队发现，仅有5个变异被归类为可能致病或致病（LP/P），而另外3个变异则被归类为意义不明的变异（VUS）。这些变异的分布显示出一定的规律，其中LP/P变异主要集中在WD1结构域内，而VUS变异则分布在其他区域。研究团队还发现，LP/P变异在蛋白质表面具有显著聚集性，可能影响其与G蛋白α亚基的相互作用。相比之下，VUS变异则分布在对相互作用不重要的区域。

通过3D结构分析，研究团队发现这些LP/P变异可能干扰G蛋白β亚基与α亚基的结合，但不影响与γ亚基的结合。这种干扰可能导致整个受体信号传导通路的紊乱，从而影响神经信号的传递和维持。此外，研究团队还发现，这些变异在群体中的频率较低，尤其是在gnomAD V4.1数据库中未被记录，这进一步支持了其致病性。

#### 临床特征分析

本研究对15名携带GNB4基因变异的CMT病患者进行了系统的临床特征分析。这些患者涵盖了不同年龄段，从9岁到49岁，其中大多数患者的症状在10岁左右开始显现。初始症状包括下肢和上肢的肌肉无力、足部下垂、行走困难、运动耐受性差、脚跟和脚趾的麻木感以及足部畸形（如pes cavus）。

在临床特征方面，大多数患者表现出下肢和上肢的肌肉无力（12/13名患者），其中部分患者还伴有感觉功能障碍（4/13名患者）。上肢无力在6/13名患者中出现，而感觉障碍则在5/13名患者中被记录。足部畸形如pes cavus和锤状趾在6名患者中被观察到。此外，CMT神经病评分（CMTNS）在5名患者中被评估，平均得分为19.8。

在电生理评估方面，研究人员对12名患者的正中神经运动传导速度（MNCV）进行了测量，结果显示这些速度范围从3.9到45.7 m/second，平均为19.3 m/second。其中，2名患者的MNCV高于38 m/second，符合CMT2的特征；5名患者的MNCV在25到38 m/second之间，符合中间型CMT的特征；另外5名患者的MNCV低于25 m/second，符合CMT1的特征。此外，所有患者均表现出腱反射减弱，其中1名患者还表现出上肢腱反射减弱。

#### 讨论与结论

本研究不仅发现了一个新的GNB4基因变异，还系统地分析了之前文献中报道的变异，并对其临床意义进行了重新评估。研究团队发现，GNB4基因的可能致病变异主要集中在WD1结构域内，可能影响其与G蛋白α亚基的结合，从而导致神经信号传导的紊乱。这些变异不仅与CMT1、CMT2和中间型CMT相关，还可能表现出混合的轴索和脱髓鞘特征。

此外，研究团队发现，GNB4基因的变异在人群中具有一定的稀有性，这使得其临床和分子特征的研究相对困难。通过系统地收集和分析这些变异，研究团队不仅提高了对变异的分类准确性，还提供了关于疾病发病机制的重要线索。特别是，研究团队发现，这些变异在蛋白质表面具有显著的聚集性，可能影响其与其他蛋白质的相互作用，从而导致整个信号传导通路的紊乱。

研究团队还指出，GNB4基因的变异可能表现出一种跨显性负效应（trans-dominant-negative effect），即变异的Gβ4亚基可能干扰整个G蛋白异三聚体复合物的功能，影响神经信号的传递和维持。这种效应不同于单倍剂量不足（haploinsufficiency），后者通常是指基因功能的丧失导致疾病。因此，GNB4基因的变异更可能通过干扰信号传导通路引发疾病，而不是单纯影响Gβ4蛋白的结构。

通过本研究，研究人员不仅更新了对GNB4基因变异的认识，还为未来的临床诊断和基因分析提供了重要的参考。研究团队强调，系统地收集和分析这些变异对于理解疾病的发病机制至关重要。此外，研究团队还指出，随着新的数据库和计算工具的不断发展，变异的分类和评估将变得更加精确和高效。

综上所述，本研究通过系统的基因分析和临床评估，揭示了GNB4基因变异与CMT病之间的复杂关系。研究团队发现，这些变异不仅在蛋白质结构上有显著的聚集性，还可能通过干扰信号传导通路引发疾病。这些发现为未来的临床诊断和治疗提供了重要的理论基础，并有助于进一步研究遗传性神经病的发病机制。