纳米孔长读长测序揭示ACAN基因功能缺失导致家族性髌骨脱位伴身材矮小的分子机制

本研究通过PCR-free纳米孔长读长测序技术，首次发现15号染色体ACAN基因内含子1区断裂导致的功能缺失，是造成中国三代表亲家族中复发性髌骨脱位(PD)伴身材矮小的遗传学病因。研究人员利用低深度全基因组长读长测序(12.2-Gbp/48h)精确定位t(15;20)(q26.1;q13.33)易位断点，证实ACAN基因破坏通过常染色体显性遗传模式影响软骨基质蛋白聚糖合成，为这类复杂表型的精准诊疗提供了分子依据。

　　

复发性髌骨脱位(PD)作为一种困扰青少年患者的骨科常见病，其家族聚集现象长期引发学界关注。特别当合并身材矮小时，临床往往难以区分是独立病症还是某种遗传综合征的表现。传统核型分析虽能检测染色体易位，但5-10Mb的分辨率难以精确定位致病基因；而短读长测序技术对结构性变异检测存在明显局限。这些问题使得许多家族性病例的分子诊断陷入困境，直接影响治疗策略选择和遗传咨询。

香港某医疗机构的研究团队针对一个特殊的三代中国家族展开研究，该家族六名成员均表现出早发性PD（最早10岁发病）伴显著身材矮小（身高<3%百分位）。通过创新性应用Oxford Nanopore MinION系统的PCR-free长读长测序技术，研究人员成功破解了这个困扰家族二十余年的医学谜题。相关成果发表在《Journal of Rare Diseases》上，为骨科遗传病诊断提供了新技术范式。

研究采用同步淋巴细胞培养和G显带核型分析作为初筛，随后运用SQK-LSK108试剂盒构建PCR-free文库，在MinION R9.4芯片上完成48小时实时测序。通过Minimap2比对GRCh37/hg19参考基因组，结合Sanger测序验证家族成员样本。所有实验均通过医院伦理委员会审批（IRB-2025-528），患者签署知情同意书。

【核型分析结果】

传统G显带技术最初提示t(15;20)(q24;q13.1)平衡易位，但分辨率不足。长读长测序精确定位到ACAN基因内含子1区（chr15:89,349,779）与20q13.33基因荒漠区（chr20:60,530,778）的断裂，修订ISCN 2024命名为t(15;20)(q26.1;q13.33)。

【分子机制解析】

ACAN基因编码的聚集蛋白聚糖(aggrecan)是软骨基质核心成分，其G3结构域缺失会导致生长板细胞外基质紊乱。测序数据显示断裂点位于该基因非编码外显子1下游，可能引起转录本不稳定或蛋白截短。

800bp的跨断裂点读长'>

【临床特征关联】

家系调查显示该突变呈完全外显的常染色体显性遗传：最年长患者(I-2)66岁身高136cm伴双侧PD和髌股关节(PFJ)骨关节炎；最年轻成员(III-3)15岁已有轻度表现。所有患者均存在股骨滑车发育不良和膝外翻，其中4人需手术治疗（如内侧髌股韧带MPFL重建）。

这项研究具有多重突破意义：技术上，首次将纳米孔长读长测序成功应用于骨科遗传病诊断，其单分子实时测序特性克服了短读长技术检测结构变异的固有缺陷；临床上，明确了ACAN基因突变可同时导致PD和身材矮小这两种表型，解释了既往难以理解的共病现象；治疗上，为这类患者早期干预（如青春期前生长板调控）提供了分子靶点。研究还揭示染色体"平衡易位"未必真正平衡——即使断裂点位于基因荒漠区，远端调控元件的破坏仍可能导致致病效应。

该成果为遗传性骨关节疾病诊断树立了新标杆，提示临床对PD伴身材矮小患者应常规筛查ACAN变异。随着纳米孔设备成本降低和精度提升，这类快速（48小时）、便携（USB大小）的测序技术有望成为结构性变异诊断的首选方案。