基于蛋白质结构域的神经纤维瘤病1型基因型-表型关联研究揭示新见解

《Scientific Reports》：Protein domain-specific genotype–phenotype correlation study of neurofibromatosis type 1

本研究针对神经纤维瘤病1型（NF1）缺乏明确基因型-表型关联的临床难题，通过对1663例患者（含738例本地队列和925例文献病例）开展大规模关联分析，首次系统探究了NF1基因9个蛋白质结构域、两种变异类型（截短/非截短）与32种临床特征间的相关性。研究共发现121个显著关联（其中120个为新发现），首次揭示了CSRD结构域变异与Lisch结节、丛状神经纤维瘤等高发相关，GRD结构域非截短变异与先天性心脏病关联显著。该研究为NF1的精准预后评估和个体化临床管理提供了重要分子依据。

　　

神经纤维瘤病1型（Neurofibromatosis type 1, NF1）是一种相对常见的神经皮肤综合征，由NF1基因的致病性变异引起。该病几乎完全外显，可累及皮肤、骨骼、神经系统和心血管等多个系统，临床表现异质性极高。长期以来，除了少数几个特定的NF1基因变异（如c.5425C>T p.(Arg1809Cys)与努南综合征样面部特征相关，c.3826C>T p.(Arg1276*)与心血管异常相关）被明确报道外，NF1缺乏清晰的基因型-表型关联规律。这种关联的缺失使得临床医生难以根据患者的基因检测结果预测其疾病进程和并发症风险，从而无法为患者量身定制个性化的随访和干预方案，这是NF1临床管理中的核心挑战之一。

NF1基因编码的神经纤维蛋白（neurofibromin）是一种重要的肿瘤抑制蛋白，参与调控RAS/MAPK、PI3K/mTOR和cAMP等多个关键信号通路。该蛋白包含9个功能结构域，包括半胱氨酸/丝氨酸富集结构域（CSRD）、微管蛋白结合结构域（TBD）、GTP酶激活蛋白相关结构域（GRD）等。基因变异通常被分为截短变异和非截短变异，它们可能通过不同机制影响蛋白质功能。理论上，发生在同一蛋白质结构域、类型相同的变异，可能因其对蛋白质功能的相似影响而导致类似的临床表现。此前已有研究尝试探索NF1基因特定结构域（如GRD）与某些临床特征（如视路胶质瘤）的关联，但不同研究的结果存在矛盾，且多数研究规模有限或未全面考察所有结构域和变异类型。因此，利用更大规模的患者队列，系统性地分析NF1基因所有已知蛋白质结构域、不同变异类型与全面临床表型谱之间的关联，对于揭示NF1的疾病机制和指导临床实践具有迫切需求。

为了回答上述问题，由香港大学计算机科学系和香港儿童医院临床遗传科等单位的研究人员领衔的合作团队，在《Scientific Reports》上发表了题为“Protein domain-specific genotype-phenotype correlation study of neurofibromatosis type 1”的研究论文。该研究整合了来自香港本地队列的738例分子确诊NF1患者数据，以及从25篇已发表文献中收集的925例患者数据，构建了一个包含1663例患者的大型数据集。研究人员基于NF1基因的参考转录本（NM_000267.3），将变异分类为截短变异和非截短变异，并参照最新研究定义了神经纤维蛋白的9个功能结构域。随后，他们利用统计学方法（如Fisher精确检验），深入分析了8个结构域（NLS和SBR结构域因变异数量过少未纳入主要关联分析）、两种变异类型与32种临床特征（包括NIH诊断标准相关特征、与努南综合征重叠的特征等）之间的关联。

本研究主要基于生物信息学分析和统计学检验。关键技术方法包括：1) 患者队列构建：整合了香港儿童医院临床遗传服务部（CGS）的738例本地前瞻性队列患者和从PubMed检索的25篇文献中符合标准的925例患者数据。2) 变异注释与分类：使用Ensembl VEP等工具，基于转录本NM_000267.3对变异进行后果预测，并严格区分为截短变异和非截短变异。3) 蛋白质结构域映射：采用bedtools等生物信息学工具将变异精确映射至最新的9个神经纤维蛋白结构域注释。4) 统计学关联分析：主要采用Fisher精确检验来评估临床特征在特定结构域或变异类型中的分布差异，显著性阈值设定为p < 0.001。

结果

Demographic data

研究共纳入1663名NF1患者。最常见的临床特征为牛奶咖啡斑（CALMs，94.58%）、雀斑样痣（freckling，71.04%）和皮肤神经纤维瘤（cutaneous neurofibromas，42.92%），这些均为NF1的NIH诊断标准所包含的特征。

Domain VS Clinical Features

在考察所有变异（不分类型）时，研究发现了34对结构域与临床特征之间存在统计学显著关联（p < 0.001），且均为新发现。这些关联呈现出一定的模式：例如，与努南综合征重叠的临床特征（包括面部特征、神经行为特征、心血管异常、生长与骨骼肌肉特征）的发生频率在NF1基因中段三分之一区域（包含TBD、GRD和PH结构域）的变异携带者中有所增加。

Clinical features in NIH criteria

在NIH诊断标准相关的8个临床特征中，一半（Lisch结节、丛状神经纤维瘤、皮肤神经纤维瘤）与特定结构域相关。研究发现，CSRD结构域的变异与Lisch结节（47.50% vs. 40.39%, OR=2.06）、丛状神经纤维瘤（35.52% vs. 16.63%, OR=2.76）和皮肤神经纤维瘤（70.62% vs. 48.83%, OR=2.62）的发生频率显著升高相关。

Clinical features overlapping with Noonan-syndrome

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  Noonan-syndrome facial features：GRD结构域变异与上睑下垂（ptosis, 36.52% vs. 15.23%, OR=3.20）相关，PH结构域变异与上睑下垂的关联更强（63.64% vs. 15.97%, OR=9.18）。TBD（45.83% vs. 19.67%, OR=3.45）和GRD（32.50% vs. 18.47%, OR=2.12）结构域变异与眼距过宽（hypertelorism）相关。
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  Neurological and behavioural features：PH结构域变异与认知发育迟缓（delayed cognitive development, 52.12% vs. 27.75%, OR=2.83）和言语迟缓（speech delay, 44.74% vs. 12.04%, OR=5.89）显著相关。TBD、GRD和PH结构域变异均与言语迟缓相关。PH结构域变异还与注意缺陷多动障碍（ADHD）发生率升高相关（37.84% vs. 14.34%, OR=3.63）。
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  Cardiovascular abnormalities：GRD结构域变异携带者的心血管异常总体发生率更高（18.30% vs. 6.92%, OR=3.01），提示对该类患者进行规律心脏随访的重要性。
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  Growth and musculoskeletal features：PH结构域变异与胸廓畸形（pectus deformity, OR=8.16）和身材矮小（short stature, OR=3.15）相关。GRD结构域变异也与身材矮小相关（29.31% vs. 12.18%, OR=2.98）。

Types of variants VS clinical features

当单独分析非截短变异时，发现了26对显著关联，其中25对为新发现，仅GRD结构域非截短变异与先天性心脏病的关联与既往研究一致。而单独分析截短变异时，未发现任何结构域与临床特征存在显著关联。

Variant consequences VS clinical features

对变异后果的分析发现，错义变异（missense variant）与28个临床特征显著相关，移码变异（frameshift variant）仅与言语迟缓相关，而无义变异（stop-gained variant）未发现显著关联。

Variants not in any domain

研究还发现，有446个变异不位于任何已知结构域内。与位于结构域内的变异相比，这些“无域”变异与18个临床特征的较高发生率相关，尤其是在截短变异中更为明显（29个特征）。

讨论与结论

本研究是迄今为止针对NF1基因型-表型关联最为全面和规模最大的分析之一。通过整合1663例患者数据，研究成功揭示了NF1基因不同蛋白质结构域变异与特定临床表现之间的复杂关联网络，共发现121个显著关联，其中120个为首次报道。这些发现极大地拓展了我们对NF1基因型-表型关联的理解。

研究结果揭示了不同类别临床特征与蛋白质结构域之间多样化的关联模式。例如，位于NF1蛋白中段的功能结构域（如GRD、PH）的变异，更倾向于导致与努南综合征重叠的表型，这可能反映了这些结构域在特定发育信号通路（如RAS/MAPK通路）中的关键作用。而CSRD结构域变异与多种NIH标准特征（如神经纤维瘤）的强关联，提示该区域对神经纤维蛋白的肿瘤抑制功能至关重要。

值得注意的是，此前已知与努南综合征样面容相关的特定变异c.5425C>T p.(Arg1809Cys)位于PH结构域，本研究在结构域水平证实了PH域与上睑下垂的关联，并将这一发现从单个变异推广至整个结构域。同样，既往报道与心血管异常相关的c.3826C>T p.(Arg1276*)位于GRD结构域，本研究进一步发现GRD域与非截短变异对心血管异常的驱动作用更为主要。

对截短变异的分析也提供了重要线索。尽管理论上截短变异可能导致mRNA被无义介导的降解（Nonsense-mediated decay, NMD）机制清除，但研究中观察到的截短变异患者表现出丰富的临床表现，提示有部分截短的转录本或蛋白质产物逃逸了NMD，并产生了功能效应（如显性负效应或功能获得），这为后续开展RNA和蛋白质水平的功能研究指明了方向。

本研究的局限性在于某些结构域（如NLS、SBR）和罕见临床特征的样本量仍不足，可能限制了检测其关联的统计效能。此外，队列人群的多样性仍有提升空间。

总之，这项大规模、系统性的基因型-表型关联研究为NF1的临床管理提供了宝贵的实践指导。医生未来或可依据患者的NF1基因变异所处的具体结构域和类型，更精准地预测其发生特定并发症（如心脏问题、学习困难、骨骼异常）的风险，从而实施更有针对性的监测和早期干预。该研究所采用的分析流程（整合多中心数据、结合蛋白质结构域与变异类型）也具有普适性，可推广至其他具有复杂表型的遗传病研究，随着全球多个大型基因组计划（如香港基因组计划）的推进，必将进一步推动精准医疗的发展。