全外显子组测序揭示中国肌张力障碍队列的遗传景观与基因型-表型谱

《CNS Neuroscience & Therapeutics》：Whole-Exome Sequencing Reveals the Genetic Landscape and Genotype–Phenotype Spectrum of Dystonia in a Chinese Cohort

目的：系统刻画中国大陆肌张力障碍队列的遗传景观，目前由于大规模基因组研究有限，超过60%的患者缺乏分子诊断。

方法：研究人员对147例临床诊断的肌张力障碍患者进行全外显子组测序（whole-exome sequencing, WES），根据人群频率、CADD/REVEL评分和ACMG标准对变异进行优先级排序；同时进行重复扩增筛查，以评估潜在的重复扩增表型模拟（repeat-expansion phenocopy）。

结果：总体诊断率为33.3%，在全身型和儿童期发病型肌张力障碍患者中显著更高。研究人员扩展了已知肌张力障碍基因（包括ATP1A3、KMT2B、GCH1和TOR1A）的突变谱和表型谱。重复扩增筛查识别出ATXN8OS和TBP扩增，但临床意义不确定。值得注意的是，两个杂合FIG4变异（c.1038_1039del和c.2181-2A>G）被确定为需要进一步验证的候选发现。探索性HEK-293T细胞分析显示，移码变异产生截短蛋白，并与溶酶体相关细胞改变和细胞活力降低相关。

结论：本研究描绘了中国肌张力障碍队列的遗传结构和基因型-表型谱，为肌张力障碍的分子分类和遗传评估提供了人群特异性证据。

肌张力障碍是一种临床和遗传高度异质的运动障碍，表现为持续或间歇性异常运动、姿势或两者兼有，表型涵盖局灶至全身型。目前已发现超过30个相关基因，但相当一部分患者仍缺乏分子诊断。全外显子组测序（whole-exome sequencing, WES）已被证实有助于识别肌张力障碍相关变异，然而针对中国大陆人群的大规模WES研究仍十分有限，人群特异性遗传背景的知识缺口亟待填补。为此，研究人员对147例来自中南大学湘雅医院神经内科的肌张力障碍患者进行了WES和重复扩增筛查，旨在系统刻画中国队列的遗传结构、精炼基因型-表型关联，并为分子分类和遗传评估提供人群特异性证据。

该研究最终获得33.3%的总体分子诊断率，儿童期发病和全身型患者诊断率显著更高。研究扩展了TOR1A、ATP1A3、GCH1、KMT2B等已知肌张力障碍基因的突变谱和表型谱，并发现两个FIG4杂合变异为候选致病性发现。此外，重复扩增筛查检出的ATXN8OS和TBP扩增被判断为临床意义不确定。这些结果为肌张力障碍的遗传咨询和精准诊断提供了重要参考。

研究人员采用的主要关键技术方法包括：对147例临床确诊患者（2020年1月至2026年1月连续招募）进行WES；利用BWA-MEM比对至GRCh37，GATK Best Practices进行变异calling；采用人群频率（ExAC、1000 Genomes、gnomAD）、功能预测（CADD≥20、REVEL≥0.65）及ACMG 2015标准进行三级过滤；Sanger测序验证候选变异及家系共分离分析；AlphaFold3与PyMOL进行蛋白结构建模；ExpansionHunter和REViewer对9种重复扩增疾病进行筛查，并用毛细管电泳验证；read-depth法分析拷贝数变异并以多重连接探针扩增（multiplex ligation-dependent probe amplification, MLPA）验证；针对FIG4变异在HEK-293T细胞中开展minigene剪接报告、免疫印迹、LysoTracker染色、流式细胞术和透射电镜等功能实验。统计采用卡方检验。

### 3.1 中国队列中肌张力障碍的遗传结构

147例患者中，75例为男性，72例为女性，平均年龄34.2±17.1岁，平均发病年龄30.3±19.9岁。儿童期发病（2–12岁）48例（32.7%），青少年期发病（13–18岁）22例（15.0%），早成年期发病（19–40岁）44例（29.9%），晚成年期（>40岁）33例（22.4%）。按解剖分布，全身型33例（22.4%）、多灶型35例（23.8%）、局灶型62例（42.2%）、节段型17例（11.6%），19例（12.9%）有阳性家族史。共鉴定83个罕见变异，包括47个错义、5个无义、11个移码、9个小插入缺失、4个剪接位点变异和7个拷贝数变异；其中38个被归类为致病/可能致病（pathogenic/likely pathogenic, P/LP），45个为意义不明确变异（variants of uncertain significance, VUS）。通过WES获得分子诊断者49例，总体诊断率为33.3%。儿童期发病患者诊断率显著高于成人（39.6% vs. 18.2%，p<0.05）；全身型患者诊断率显著高于局灶、节段和多灶型（57.6% vs. 22.9%、11.8%、25.8%，p<0.01）。TOR1A、GCH1、ATP1A3、KMT2B为最常涉及的致病基因。网络分析提示TOR1A、GCH1、ATP1A3、PRRT2和GNAL处于肌张力障碍基因互作网络的核心位置。

### 3.2 肌张力障碍遗传与表型谱的扩展

在两个DYT-TOR1A家系中，10例患者携带经典的TOR1A c.907_909delGAG（p.E303del）变异，发病年龄7–50岁，常以肢体或颈部起病，上肢最常受累，两例伴有偏执性精神病症状。在一个DYT/PARK-ATP1A3家系中，3例患者携带c.1838C>T（p.T613M）变异；另在两个散发患者中鉴定出ATP1A3新错义变异c.1103C>T（p.T368I）和c.2534G>C（p.G845A），结构建模显示其定位于核心功能域。在6例GCH1相关多巴反应性肌张力障碍患者中，发现了包括c.424G>A（p.E142K）、c.322G>T（p.G108C）、c.335C>T（p.T112I）、c.439C>T（p.P147S）和c.523T>G（p.Y175D）在内的多个错义突变，以及已知热点突变c.259del（p.Q87Sfs*31）和c.562C>T（p.Q188*）。在KMT2B相关肌张力障碍中鉴定出三个新变异（c.3611G>A p.C1204Y；c.889C>T p.R297X；c.3720T>G p.H1240Q），其中一例表现为阵发性肌张力障碍叠加全身型，扩展了KMT2B的表型谱。另在一例典型发作性运动诱发性运动障碍（paroxysmal kinesigenic dyskinesia, PKD）患者中检出已知PRRT2突变c.649dupC（p.R217Pfs*8）。此外，在ADCY5、VPS16、CIZ1、SGCE、TUBB4A、ANO3、SCN8A、TMEM151A、KCNMA1和TAF1等基因中检出VUS，其致病性尚需更多证据。

### 3.3 非传统肌张力障碍基因中的发现

三例肌张力障碍为主要表现的患者携带两个杂合FIG4变异：一例18岁女性（阵发性肌张力障碍）携带移码突变c.1038_1039del（p.L347Gfs*15）；另一例46岁女性（局灶性颈部肌张力障碍）携带剪接位点变异c.2181-2A>G，其患病姐妹同样携带该变异，但其无症状母亲也携带相同杂合变异，提示不完全共分离。Minigene分析显示c.2181-2A>G导致异常剪接并保留一个末端内含子G。HEK-293T细胞功能实验显示，表达FIG4突变蛋白的细胞出现溶酶体相关改变，包括LysoTracker阳性区室变化、溶酶体形态异常、自噬标志物改变以及细胞活力降低。重复扩增筛查发现一例患者携带ATXN8OS基因119次CTA·TAG重复（SCA8范围），另一例携带TBP基因42次CAG重复（SCA17不完全外显范围），但两者均无小脑功能障碍体征，被判定为临床意义不确定。此外，一例患者携带PRKN纯合缺失，表现为肌张力障碍为主的运动障碍；两例VPS13A纯合突变患者被重新分类为神经棘红细胞增多症。

讨论部分指出，本研究的WES总体诊断率与西方报道（20%–33%）相当，但致病基因分布存在人群差异：本队列以儿童期发病全身型为主，KMT2B、ATP1A3和TOR1A是最常见致病基因，提示东亚人群具有特征性遗传背景，需要族裔特异性的基因组数据库和诊断流程。KMT2B相关肌张力障碍表现出显著临床异质性，其中阵发性肌张力障碍伴全身型为首次记录。DYT-TOR1A和DYT/PARK-ATP1A3家系中观察到神经精神症状，后者神经精神表现属首次报道。FIG4编码磷酸肌醇磷酸酶，参与PI(3,5)P₂稳态和内涵体-溶酶体膜运输，已有研究将FIG4变异与多种神经系统疾病关联，但在本队列中仍属候选观察，需在神经元模型或患者来源细胞中进一步验证。研究方法存在一定局限性，包括队列规模中等、部分家系共分离分析不完整、WES无法覆盖非编码区、线粒体变异和复杂结构变异等，未来需结合全基因组测序和功能多组学方法进一步解决未诊断病例。

研究结论：本研究描绘了中国肌张力障碍队列的遗传结构和基因型-表型谱，为肌张力障碍的分子分类和遗传评估提供了人群特异性证据。