对中国一个患有非综合征性牙齿缺失家族的遗传分析可能揭示其潜在的多基因位点致病机制

《Gene》：Genetic analysis of a Chinese family with non-syndromic tooth agenesis may reveal a potential multi-locus etiology

牙齿缺失（TA）的复杂遗传机制研究中，基于全外显子测序（WES）和Sanger测序，发现一中国家族中存在8个潜在致病变异，涉及EDAR、GHR、COL17A1等基因，其中GHR、CCDC154、FRAS1和NBAS为新型候选基因，提示多基因协同作用可能主导此类遗传性牙齿发育异常的复杂遗传模式。

　　

Youmei Wu|Xinzhu Li|Junyang Chen|Bo Yang|Xiaojun Yang|Jin Hou

南方医科大学南方医院口腔科，中国广州510515

摘要

牙齿缺失（TA）是最常见的颅面发育异常之一，其特征是一个或多个牙齿的先天性缺失。尽管许多基因与非综合征性牙齿缺失（NSTA）有关，但其遗传机制通常仍然复杂。在这项研究中，我们利用全外显子测序（WES）结合Sanger测序技术，调查了一个中国两代家庭中NSTA的遗传基础。分析显示了多种变异的复杂分离模式。经过基于致病性预测和次要等位基因频率（MAF）的系统筛选后，我们确定了八个潜在的致病变异。这些变异包括：EDAR（c.1109 T > C）、GHR（c.1630A > C）和COL17A1（c.629C > T）的纯合错义变异，CEP152（c.161C > T）的杂合错义变异，以及DSP（c.5213G > A）的变异，还有CCDC154（c.925C > T）、FRAS1（c.9628G > A）和NBAS（c.5095G > A）的三个罕见杂合错义变异。值得注意的是，GHR、CCDC154、FRAS1和NBAS中的变异代表了NSTA的新候选基因，从而扩展了与该疾病相关的变异谱系。这些多基因位点变异的共同分离表明，其遗传方式可能较为复杂，可能涉及寡基因机制。这提示牙齿发育过程中存在复杂的遗传相互作用，为家族性NSTA的分子基础提供了新的线索。

引言

牙齿缺失（TA）是一种常见的颅面发育畸形，影响全球3%至10%的人口（De Coster等人，2009年）。这种病症的特点是一个或多个牙齿的先天性缺失，是由于牙板在发育过程中未能形成或未能启动牙蕾所致（Nunn等人，2003年）。作为人类牙齿中最常见的异常之一（Khalaf等人，2014年），TA通常通过放射学检查确认牙齿缺失来临床诊断（Nunn等人，2003年；Khalaf等人，2014年）。TA可能导致严重的临床后果，包括咀嚼功能障碍、发音困难、美观问题以及错颌（Gill和Barker，2015年；Jepson等人，2003年；Johal等人，2022年；Laing等人，2010年）。TA的发病率在不同地理区域和种族群体中存在差异（Zhang等人，2009年），部分研究显示女性略有更高的发病率，但差异不具有统计学意义（Tallon-Walton等人，2010年）。TA可以以综合征形式出现，伴随其他器官系统的异常，也可以作为孤立的、非综合征性特征（NSTA）出现（Vastardis，2000年）。家族聚集现象较为常见，遗传模式包括常染色体显性、常染色体隐性和X连锁方式。TA的病因是多因素的，涉及环境和遗传因素，其中遗传因素起主导作用（Ye和Attaie，2016年）。 历史上，TA常被认为是一种单基因疾病，这一观点受到传统遗传方法（如候选基因测序）的影响。然而，最近的技术进步，特别是下一代测序（NGS）的应用，揭示了更为复杂的遗传图谱（Arte等人，2013年；Biedziak等人，2022年；Dinckan等人，2018年；He等人，2013年；Keskin等人，2022年）。全外显子测序（WES）提供了多基因位点变异和寡基因遗传的有力证据。例如，Dinckan等人报告在一个家庭中发现了DKK1（OMIM # 605189）、LAMA3（OMIM # 600805）和COL17A1（OMIM # 113811）的罕见杂合变异的共同分离，以及在另一个家庭中发现了WNT10A（OMIM # 606268）和LAMA3的变异，这些变异都与TA相关（Dinckan等人，2018年）。 在这项研究中，我们使用WES技术调查了一个患有NSTA的中国家庭。分析确定了八个潜在的致病变异，涉及八个不同的基因（EDAR（OMIM # 604095）、GHR（OMIM # 600946）、DSP（OMIM # 125647）、CEP152（OMIM # 613529）、COL17A1、CCDC154（OMIM # 618740）、FRAS1（OMIM # 607830）和NBAS（OMIM # 608025），这些变异共同参与了NSTA表型的形成。我们的发现强调了GHR、CCDC154、FRAS1和NBAS作为新候选基因的潜在作用，进一步阐明了这种疾病的复杂遗传机制。

研究对象和临床评估

本研究获得了南方医科大学南方医院伦理委员会的批准（NFEC-2024–462）。研究对象是一个中国家庭，包括一名患者和三名家庭成员（I:1、I:2、II:1和II:2），如图2所示。所有参与研究的家庭成员或其法定监护人均签署了书面知情同意书。

由一名牙髓病专家进行了全面的口腔检查。

临床表型和家系图

患者是一名19岁的女性，表现为九颗恒牙的先天性缺失（FDI编码：15、14、12、22、25、35、34、44、45），符合少牙症的诊断（图1a-e）。临床检查发现上颌右侧犬齿和侧切牙为滞留的乳牙，且下颌第二磨牙也为滞留状态。未观察到任何综合征特征，如毛发、皮肤、指甲或汗腺的异常。

讨论

牙齿发生是一个高度调控的过程，由涉及数百个基因的复杂信号网络协调（Thesleff，2006年；Yu和Klein，2020年）。虽然单基因变异可导致NSTA，但越来越多的证据表明存在更复杂的遗传模型，如寡基因遗传，即多个基因的变异协同作用（Arte等人，2013年；Biedziak等人，2022年；Dinckan等人，2018年；He等人，2013年；Keskin等人，2022年）。我们对一个患有NSTA的中国家庭的研究支持了这一观点。

结论

综上所述，我们对一个NSTA家庭的全面遗传分析确定了八个候选变异，提示可能存在复杂的、多基因位点的病因。我们假设NBAS、FRAS1和CCDC154中的罕见杂合变异可能参与了该表型的形成，使其成为NSTA的新候选基因。这些罕见变异与EDAR、GHR和COL17A1中的其他纯合功能变异的共同存在可能调节了临床严重程度。

<未引用参考文献>

CRediT作者贡献声明

Youmei Wu：撰写初稿、软件使用、方法设计、数据分析、数据整理。 Xinzhu Li：撰写初稿、资源获取、数据分析、概念构思。 Junyang Chen：结果验证、软件使用、数据分析、数据整理。 Bo Yang：结果验证、软件使用。 Xiaojun Yang：撰写与编辑、概念构思。 Jin Hou：撰写与编辑、监督、资金争取、概念构思。

资助

本研究得到了国家自然科学基金（项目编号：81971902）和南方医科大学南方医院校长基金（项目编号：2023A046）的支持。

利益冲突声明

作者声明没有已知的利益冲突或个人关系可能影响本文的研究结果。

致谢

作者衷心感谢所有患者及其家属参与本研究。特别感谢南方医科大学南方医院口腔科的医务人员提供的临床支持。