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为解决 ATXN2 基因 CAG 重复扩增与 ALS、SCA2 关系的争议问题，乌得勒支大学研究人员开展相关研究。结果发现其与家族性和散发性 ALS 均有关。该研究重塑认知，对临床诊断和遗传咨询意义重大，强烈推荐科研读者阅读。
乌得勒支大学（Utrecht University）的研究人员 Koen C. Demaegd、Aoife Kernan、Johnathan Cooper-Knock 等人在《European Journal of Human Genetics》期刊上发表了名为 “An observational study of pleiotropy and penetrance of amyotrophic lateral sclerosis associated with CAG-repeat expansion of ATXN2” 的论文。这篇论文在神经退行性疾病研究领域意义重大，为肌萎缩侧索硬化症（Amyotrophic Lateral Sclerosis，ALS）和脊髓小脑性共济失调 2 型（Spinocerebellar Ataxia Type 2，SCA2）等疾病的研究开辟了新方向，有助于人们更深入地理解相关疾病的发病机制、遗传模式，也为临床诊断和遗传咨询提供了重要依据 。
研究背景
ALS 和 SCA2 都与 ATXN2 基因中的 CAG 重复序列扩增以及 TDP - 43 阳性神经元胞质包涵体的形成有关。以往的研究认为，中间长度（31 - 33 个 CAG 重复）的扩增与散发性 ALS 相关，而全长（≥34 个 CAG 重复）的扩增与 SCA2 相关。不过，CAG 重复长度为 29 和 30 的情况在 ALS 患者中比在普通人群中更常见，但这种差异在统计学上并不显著。而且，31 - 33 个重复的 ALS 通常是散发性的，在健康对照组中也有一小部分人存在类似长度的扩增，所以中间长度的 ATXN2 扩增被认为是 ALS 的低外显率风险因素。虽然有少数报道指出全长≥34 个 CAG 重复的 ATXN2 扩增与家族性 ALS 或额颞叶痴呆（Frontotemporal Dementia，FTD）有关，但目前的共识是，ATXN2 CAG 重复扩增通常与家族性 ALS 无关，全长扩增一般也与 ALS 无关。基于这些争议点，研究人员开展了此项研究，旨在重新审视 ATXN2 基因 CAG 重复扩增与相关疾病的关系。
研究方法
研究人员采用了多种先进的基因检测技术。除了 Project MinE 队列研究中使用全基因组测序外，其他大部分研究通过外显子测序进行基因分型。外显子测序时，捕获外显子及其两侧约 10 个碱基的非编码 DNA，在 NovaSeq 6000 平台上使用 2×150 bp 双端测序。超过 97% 的目标碱基覆盖度大于 20x，平均覆盖度大于 100x。变异检测由 GATK Haplotype caller 完成，ATXN2 CAG 重复长度用 ExpansionHunter 5.0.0 测量，基序中断用 REViewer 分析。而谢菲尔德家系（Sheffield pedigree）中 ATXN2 基因 CAG 重复序列的大小测定则采用了内部荧光 PCR，之后在 ABI 3730 DNA 分析仪上用 Genemapper 软件 v4.0 进行分析。
研究结果
- 全长扩增案例
- 乌得勒支 A：一位 70 多岁的白人女性，患有 2 型糖尿病，出现延髓无力和肢体无力症状，被诊断为临床确诊的 ALS，最终因呼吸衰竭去世。基因分型显示其 ATXN2 基因存在杂合的 36 个 CAG 重复扩增，她的哥哥也患有 ALS。
- 乌得勒支 B：一名 60 多岁的白人男性，有房颤、阻塞性睡眠呼吸暂停和原发性甲状旁腺功能亢进病史，因上肢无力被诊断为临床可能的 ALS。他携带 37 个 CAG 重复的 ATXN2 扩增，包含两个 CAA 中断，他的母系表亲先患帕金森病，后又患上延髓起病的 ALS。
- 乌得勒支 C：一位 70 多岁的白人男性，表现为痉挛性步态、假性延髓情感以及四肢无力和肌束震颤，被诊断为可能的 ALS。他的 ATXN2 基因有 39 个 CAG 重复扩增，包含四个 CAA 中断，其父亲有类似症状，祖母被诊断为帕金森病。
- 蒙特利尔家系：一名 60 多岁的法裔加拿大男性，父母近亲结婚，因行走缓慢、不稳定伴跌倒被诊断为典型 ALS，基因分型显示其 ATXN2 基因有 37 个 CAG 重复扩增，生存时间较短。
- 谢菲尔德家系：一名 30 多岁的白人男性，因左腿无力就诊，被诊断为临床可能的 ALS。他和母亲的 ATXN2 基因都有 35 个 CAG 重复扩增，且包含五个 CAA 中断，其家族有 ALS 病史，遗传模式为常染色体显性遗传，但外显率可变。
- 中间长度扩增案例
- 乌得勒支 D：一位 70 多岁的白人女性，出现呼吸衰竭、四肢无力和吞咽困难，被诊断为混合起病型 ALS，基因分型显示其 ATXN2 基因有 31 个 CAG 重复扩增。
- 乌得勒支 E：一名 50 多岁的白人女性，双腿出现无力和肌束震颤，被诊断为进行性肌萎缩（Progressive Muscular Atrophy，PMA）型 ALS。她和父亲的 ATXN2 基因都有 33 个 CAG 重复扩增，她的基因中含有一个 CAA 中断。
- 乌得勒支 F：一名 60 多岁的白人男性，双腿和左臂出现无力、萎缩和肌束震颤，被诊断为临床确诊的 ALS，基因分型显示其 ATXN2 基因有 31 个 CAG 重复扩增。
- 散发性 ALS 案例：研究还发现了 15 例与全长 ATXN2 扩增相关的散发性 ALS 案例。通过两位神经放射科医生的独立评估，部分案例排除了小脑萎缩的可能。在一些案例中，还确认了 ATXN2 基因的 CAG 重复扩增长度和 CAA 中断情况。
- 队列研究：在 PreventionGenetics 队列中，2262 名进行 ALS 检测的样本中，有 57 例（2.5%）的 ATXN2 重复长度≥31，其中 10 例（0.4%）≥34 。在 Project MinE 队列的 5242 名患者中，108 例（2.1%）的 ATXN2 重复长度≥31，其中 10 例（0.2%）≥34 。而在 2425 名匹配的对照组中，只有 9 例（0.4%）的 ATXN2 重复长度≥31，仅 1 例（0.04%）≥34 。这表明 ALS 患者中 ATXN2 扩增的频率显著高于对照组。
研究结论与讨论
研究人员通过对多个家系和大样本队列的研究，发现 ATXN2 基因的 CAG 重复扩增，无论长度如何，都与家族性和散发性 ALS 相关。这一结果挑战了传统观点，即中间长度扩增与散发性 ALS 相关、全长扩增与 SCA2 相关的绝对划分。实际上，SCA2、ALS 和帕金森病应被视为 ATXN2 基因 CAG 重复扩增的多效性表现，而不是基于扩增长度区分的不同疾病实体。用 “ATXN2 相关神经退行性变” 来描述更为合适，它能涵盖患者或家系中 CAG 重复扩增可能出现的多种临床表现。
虽然 CAG 重复中断常与 ALS 表型相关，但研究中也发现了无 CAA 中断的 ALS 患者。这说明 ALS 既可能与中断的，也可能与未中断的 ATXN2 扩增有关，解开这些谜题的关键在于从分子层面理解 ATXN2 扩增的作用。研究还指出，ATXN2 CAG 重复扩增应被视为家族性和散发性 ALS 的风险因素，类似于 C9ORF72 基因中的 G4C2 重复扩增，但影响程度有所不同。
关于外显率，虽然研究中部分家系显示出常染色体显性遗传模式，但由于对患者的遗传和环境特征了解有限，无法确定其他影响外显率的因素。而且，研究中未发现明显的遗传早现现象（anticipation），这表明外显率和发病年龄由多种因素决定，CAG 重复长度只是其中一个可能的影响因素。
该研究也存在一定的局限性。部分 ALS 患者的共济失调评估临床记录不完整，可能导致已患 SCA2 的患者被误诊为 ALS。此外，研究主要使用 Illumina 短读测序和 ExpansionHunter 分析来测定 ATXN2 CAG 重复长度，这种方法在临界案例中可能会影响 ATXN2 扩增的识别。
总体而言，这项研究意义重大。它为临床医生和遗传学家在诊断和咨询 ALS 患者时提供了新的思路，提醒他们在考虑 ALS 病因时要关注 ATXN2 基因的 CAG 重复扩增情况。同时，也为后续深入研究 ATXN2 相关神经退行性疾病的发病机制和开发新的治疗方法奠定了基础，有望推动神经退行性疾病领域的进一步发展。
