直接测量个体男性生殖系突变率：基于连续精子样本的高保真测序研究

《Nature Communications》：

男性生殖系突变是遗传多样性和遗传疾病的主要驱动因素，但个体水平的年龄相关突变率尚未直接测量。纽约大学医学院团队通过召回23名精子捐赠者（间隔10-33年）的连续样本，采用NanoSeq高保真双链测序和全基因组测序（WGS），首次实现个体特异性突变率测量。研究发现所有个体均显示年龄相关的突变负荷线性增长（5.74×10-10突变/碱基/年），克隆突变镶嵌水平长期稳定，为理解男性生殖衰老和遗传疾病风险提供新范式。

　　

男性生殖细胞中的突变积累是进化驱动力，也是遗传疾病的根源。尽管已知父亲年龄每增加1年，子代平均多继承1.3-1.5个新生突变，但个体水平的突变率差异及其机制仍是未解之谜。传统家系研究（trio设计）只能估算群体平均水平，而精子作为可长期冷冻保存的特殊组织，为直接测量个体突变动态提供了独特机会。

纽约大学医学院Gilad D. Evrony团队联合国际精子库，设计了一项突破性研究：召回23名曾捐赠精子的健康男性（21.5-67.3岁），获取其冷冻保存10-33年的历史样本（T1）与新鲜样本（T2）。通过高保真双链测序（NanoSeq）分析69个样本（每个个体的T1/T2精子及体细胞对照），产生8063 Gb数据，平均覆盖1.2个单倍体基因组。全基因组测序（WGS，平均318X）用于检测克隆突变，并通过靶向NanoSeq验证。

关键技术包括：1）精子库队列建立与纵向样本采集（Cryos/California Cryobank）；2）密度梯度离心纯化精子；3）NanoSeq双链测序（单分子精度）；4）深度WGS与靶向验证；5）COSMIC突变特征分析。

个体男性生殖系突变率的跨年代测量
研究发现所有个体均显示T2样本突变负荷显著高于T1（P<10^-15），首次直接证实年龄相关突变积累的普遍性。群体水平突变率为5.74×10^-10突变/碱基/年（95%CI:4.92-6.55×10^-10），与家系研究估算值（4.93×10^-10）高度一致。值得注意的是，一名隐睾病史个体（SPM-1536）突变率异常增高（1.48×10^-9，P=0.0005），提示特定病理状态可能加速生殖系突变。

突变特征谱
突变谱与家系研究高度相似（余弦相似度0.97）。COSMIC特征分析显示SBS1（氧化损伤）占19%，SBS5（时钟样突变）占81%，且年龄组间无显著差异，表明突变机制在成年期保持稳定。

克隆镶嵌现象
对两名个体（SPM-1047/1564）的深度WGS显示，克隆突变数量（46-99/样本）和镶嵌水平在22年间保持惊人稳定（R²=0.99）。SPM-1564携带的TSC2致病突变（p.Q90X）在精子中保持11-13%镶嵌率，提示早期发育起源的克隆结构不受年龄影响。仅GLI2基因出现两次突变（均无功能影响），未发现其他癌症相关基因富集。

这项研究建立了纵向精子测序的新范式，证实个体突变率可被直接测量，且与家系研究相互验证。发现克隆突变镶嵌的长期稳定性，为理解生殖干细胞群体动态提供新视角。技术层面，NanoSeq与WGS的互补应用展示了检测不同镶嵌水平突变的优势与局限。未来扩大队列和开发更高通量测序方法，将有助于揭示突变率个体差异的分子基础及其与不育症、遗传疾病的关联。该成果为临床评估男性生殖风险、探索环境诱变剂影响提供了潜在工具。