GRHL2单倍体不足导致人类口面裂：基于菲律宾人群的全基因组测序研究

《Human Molecular Genetics》：Haploinsufficiency of GRHL2 is associated with orofacial clefting in humans

本研究针对口面裂(OFC)这一高发先天畸形的遗传机制，通过对419例菲律宾患者家系进行全基因组测序，首次发现转录因子GRHL2的单倍体不足与OFC发病显著相关。研究人员在GRHL2基因上鉴定到4个新生功能缺失变异（包括终止增益、移码缺失和结构变异），并通过多队列验证和基因互作分析证实其致病性。该发现为理解OFC的分子通路提供了新视角，对高危人群的遗传咨询和靶向干预具有重要意义。

　　

在全球范围内，每500名新生儿中就有一名受到口面裂（orofacial clefts, OFCs）的影响，这种先天性疾病不仅影响患者的进食和语言功能，还需要经历多次外科手术和长期康复治疗。尤其值得注意的是，不同人群的OFC发病率存在显著差异——亚洲和美洲原住民人群的发病率高达1/500，而非洲人群仅1/2500。这种流行病学差异暗示了遗传背景与环境因素的复杂交互作用，但针对非欧洲人群的大规模遗传学研究仍十分有限。

菲律宾作为OFC发病率最高的地区之一（1/500活产儿），其独特的遗传背景为破解OFC遗传机制提供了宝贵资源。由埃默里大学Elizabeth J. Leslie教授领衔的国际研究团队，在《Human Molecular Genetics》发表了题为"Haploinsufficiency of GRHL2 is associated with orofacial clefting in humans"的重要研究。该研究通过对419个菲律宾OFC患者家系进行全基因组测序，并结合全球多中心队列（总计1254个 trio），系统揭示了转录因子GRHL2在人类颅面发育中的关键作用。

研究人员采用多层次技术策略：首先对菲律宾队列（419例 trio）和扩大队列（总计1254例 trio）进行全基因组测序，通过传输不平衡检验（TDT）分析常见变异；其次利用DenovolyzeR软件包检测新生变异（DNVs）的富集情况；进而结合结构变异分析、GeneMatcher平台病例匹配以及单细胞RNA测序数据验证；最后通过基因-基因互作分析（gene-by-gene interaction）探索GRHL2与已知OFC基因（NOG、ARHGAP29）的协同作用。

结果1：常见变异与新生变异的双重证据

在菲律宾队列中，染色体17p13区域（NTN1基因上游）显示出全基因组显著关联（rs7218002, P=5.78×10^-9）。扩大队列分析发现8个全基因组显著位点和44个提示性位点。更重要的是，新生变异分析显示功能缺失变异（LoF DNVs）在菲律宾队列中显著富集（富集度=1.69, P=8.34×10^-5），联合队列中富集度进一步提升至1.70（P=2.07×10^-11）。

结果2：GRHL2作为关键致病基因的发现

基因层面分析锁定GRHL2为最具显著性的候选基因（P=6.60×10^-6）。研究人员鉴定到4个新生LoF变异：一个终止增益（p.Arg75Ter）、一个移码缺失（p.Pro150ArgfsTer8），以及两个分别缺失exons 2-9（89 kb）和exons 10-16（>2.08 Mb）的结构变异。这些变异均位于GRHL2的DNA结合结构域，可能导致蛋白质功能丧失。

结果3：基因互作网络的生物学验证

单细胞表达谱显示GRHL2特异性地在人类胚胎颅面外胚层细胞中高表达。基因互作分析发现GRHL2与NOG（OR=0.74, P=0.0006）和ARHGAP29（OR=1.27, P=0.0003）存在显著相互作用。值得注意的是，风险等位基因的组合效应并非简单叠加，而是呈现复杂的非加性模式，提示GRHL2可能通过调控这些下游靶点参与颅面发育。

结果4：基因型-表型关联的复杂性

研究还发现10个罕见遗传性错义变异，其中Pro483Arg变异与ENU小鼠模型（Asp484Gly）的 cleft表型位置相邻。与既往认知不同，GRHL2截短变异在人类主要表现为OFC而非小鼠模型的全面部裂，这种物种差异可能与人类原发性腭发育的特殊性有关。此外，同一基因的不同变异类型导致迥异表型：截短变异引起OFC或进行性听力丧失，而DNA结合域错义变异导致外胚层发育不良。

本研究通过多组学整合分析，确立了GRHL2作为OFC的新致病基因，揭示了转录因子单倍体不足在复杂先天畸形中的作用机制。GRHL2与GRHL3（Van der Woude综合征致病基因）构成遗传通路，通过调控NOG、ARHGAP29等下游因子参与颅面形态发生。研究首次在人类群体中证实GRHL2-LoF变异的外显率受到遗传背景和基因互作网络调控，为理解OFC的表型异质性提供了分子基础。这些发现不仅拓展了OFC的遗传诊断图谱，更凸显了在不同人群中进行遗传学研究对发现群体特异性致病变异的重要性。