全外显子组测序揭示牙齿发育不全伴神经发育障碍患者的遗传变异：一项描述性病例系列研究

《International Journal of Molecular Sciences》：Whole-Exome Sequencing in Patients with Tooth Agenesis and Neurodevelopmental Disorders: A Descriptive Case Series

　　

牙齿发育不全（Tooth Agenesis, TA）是一种常见的发育异常，可表现为孤立性状或作为多系统疾病的一部分。其遗传结构仍未完全阐明，尤其是在伴有神经发育障碍（Neurodevelopmental Disorders, NDDs）的个体中。本项描述性病例系列研究旨在通过全外显子组测序（Whole-Exome Sequencing, WES）调查一组经临床选择的TA患者中潜在的相关遗传变异。研究人员于2024年1月至2026年7月期间，在IRCCS Oasi研究所招募了10名伴有神经系统或神经发育状况的TA患者。该队列包括8名男性和2名女性（年龄范围：5–50岁）。相关的临床谱系包括自闭症谱系障碍（Autism Spectrum Disorder, ASD）、智力残疾（Intellectual Disability, ID）、语言障碍、行为异常和唐氏综合征（Down Syndrome, DS）。研究人员对受检队列进行了WES，并根据人群频率、预测的功能影响、遗传模式和表型一致性对变异进行了优先级排序。该队列包括9名牙齿发育不全（hypodontia）患者和1名多数牙缺失（oligodontia）患者。共鉴定出涉及28个基因的30个变异。在一名患有ASD、全面发育迟缓和牙齿发育不全的8岁男孩中检测到一个纯合的GLI3 p.Gly727Arg变异，该变异遗传自两名杂合父母。在两名患有ID和牙齿发育不全的女孩中鉴定出BCL11B致病性或可能致病性的功能丧失变异。在一名患有牙齿发育不全的15岁男孩中鉴定出一个可能致病的NIPBL剪接位点变异。其同样受累的父亲携带一个新的FGFR1 p.Asn185His变异，该变异在儿子中不存在，因此排除了它作为家族性牙齿表型的唯一解释。一名患有DS和多数牙缺失的50岁男性以杂合状态携带复发性致病性BBS1 p.Met390Arg等位基因，同时携带意义不明确的PTH1R和STAT3变异。然而，这些变异均不能独立解释其牙齿表型。其余变异主要与相关的神经系统表型相关或属于次要发现。本项描述性病例系列研究阐明了NDDs患者中TA的临床和遗传异质性。尽管研究结果未建立与TA的因果关系，但它们强调了区分变异的普遍临床意义与其对牙齿发育的特异性相关性的重要性。需要在更大规模队列中进行重复验证和功能验证，以阐明所鉴定候选变异的贡献。

研究解读：全外显子组测序揭示牙齿发育不全伴神经发育障碍患者的遗传变异

一、研究背景与目的

牙齿发育不全（Tooth Agenesis, TA）是一种常见的先天性发育异常，表现为一颗或多颗恒牙因牙胚形成失败而缺失。TA不仅影响美观，还会损害咀嚼、言语、咬合及颅面发育，通常需要多学科长期管理。TA可作为孤立性状发生，也可作为综合征的一部分，伴随其他外胚层、颅面、骨骼或系统性异常。然而，综合征型与非综合征型之间的界限并不总是清晰，同一基因的不同变异可能导致可变表现度和广泛的表型谱。TA的遗传结构高度异质，涉及常染色体显性、常染色体隐性及X连锁遗传模式。已知致病基因主要参与WNT/β-catenin、TGF-β/BMP、EDA/EDAR/NF-κB和SHH等关键发育通路。尽管如此，仍有大量TA病例的遗传病因未明，尤其在伴有神经发育障碍（Neurodevelopmental Disorders, NDDs）的患者中，其遗传特征更是不完全清楚。此外，由于不完全外显率、可变表现度及可能的寡基因贡献，基因型-表型关联的建立面临挑战。传统的单基因顺序检测效率有限，而下一代测序技术如全外显子组测序（Whole-Exome Sequencing, WES）能够同时评估多个已知和候选基因，尤其基于三人组（trio）的WES有助于识别新生、隐性和X连锁变异。本研究正是在此背景下，针对伴有TA和NDDs的特定患者群体，应用WES技术进行遗传学表征，旨在描述其遗传发现，评估这些发现与TA的潜在相关性，并对优先化基因涉及的生物学过程进行注释。

二、研究方法概述

研究人员于2024年1月至2026年7月在意大利Troina的IRCCS Oasi研究所招募了10名伴有TA和神经发育或神经退行性疾病的患者。所有患者均由该研究所的牙医在常规临床评估中发现先天性牙齿异常后转诊。纳入标准包括临床诊断为TA，分为牙齿发育不全（hypodontia，缺1-5颗恒牙，不含第三磨牙）、多数牙缺失（oligodontia，缺≥6颗恒牙，不含第三磨牙）或无牙畸形（anodontia）。所有入组者均伴有潜在的神经发育或神经退行性疾病。研究人员提取外周血白细胞基因组DNA，使用Agilent SureSelect Human All Exon V7富集试剂盒制备文库，并在Illumina HiSeq 3000平台进行测序，目标区域97%达到至少20×覆盖度。原始序列比对至GRCh38/hg38参考基因组，使用GATK HaplotypeCaller进行变异检出。变异根据人群频率（<1%）、预测功能影响、遗传模式及与患者表型的一致性进行优先级排序，并通过Franklin平台进行注释和分类，依据ACMG/AMP指南判定致病性。剪接区变异效应通过SpliceAI和Pangolin评估，无义介导的mRNA衰变（NMD）通过NMDEscPredictor和Ensembl VEP插件预测。

三、研究结果

2.1 研究队列的临床与牙科特征：研究纳入10名患者，其中男性8名，女性2名，年龄范围5-50岁。牙科评估显示9名患者为牙齿发育不全，1名为多数牙缺失。最常见的缺失牙位是上颌侧切牙（尤其是12和22号牙）。

2.2 遗传发现：WES在所有10名患者中鉴定出涉及28个基因的30个优先化变异。其中4个变异被归类为附加或次要发现，分别与原发性肉碱缺乏症、遗传性听力损失、致心律失常性心肌病和脂蛋白(a)相关性状有关，但与牙齿表型分析分开考虑。四个剪接区变异经计算机预测显示可能破坏剪接，但未通过RNA分析确认。

2.3 可能与牙齿发育不全相关的基因：在28个基因中，FGFR1和GLI3此前已被直接与人类TA相关联。BCL11B、NIPBL和BBS1因其相关综合征可能包含牙齿发育不全而被认为具有潜在相关性。PTH1R和STAT3主要与牙齿萌出障碍而非牙胚发育缺失相关。BPTF和FGFR3被视为初步候选基因，因其在颅面发育中的作用，但尚无直接证据支持其与TA的关联。

2.4 候选基因的描述性功能注释：对预设的与牙发生有确定或潜在相关性的基因子集进行功能注释，发现共享的生物学过程包括骨骼系统发育、器官形态发生、头部发育、软骨和结缔组织发育、软骨细胞分化和软骨内骨化。FGFR1、FGFR3、GLI3和PTH1R共同注释到软骨发育等过程，而BBS1、BCL11B、BPTF、NIPBL和STAT3则主要与器官形态发生、头部发育和中枢神经系统发育等更广泛的过程相关。

四、讨论与结论

讨论部分强调，本研究通过WES在一个临床异质性队列中描述了遗传变异，结果揭示了TA在复杂发育表型个体中的显著遗传和临床异质性。最引人注目的发现是在两名无关的伴有智力残疾和牙齿发育不全的女孩中鉴定出两个不同的BCL11B功能丧失变异，这为牙齿发育不全作为BCL11B相关疾病的一个组成部分提供了额外临床证据，但由于样本量小，无法建立特定的基因型-牙齿表型关联。另一个关键案例是一个家庭（P7和P8）的分析，P7携带新的FGFR1变异，但其同样受累的儿子P8未携带该变异，排除了它作为家族性牙齿发育不全唯一解释的可能性，而P8携带的NIPBL剪接位点变异也无法解释父子二人的复发情况，这凸显了多基因座架构的可能性。此外，一名携带纯合GLI3变异的患者并未表现出典型的GLI3相关多指畸形，表明仅凭基因功能归因风险可能导致错误结论。对于一名患有唐氏综合征和多数牙缺失的患者，其在BBS1、PTH1R和STAT3上的杂合变异均不能独立解释其牙齿表型。研究还指出，WES在提供超越原发牙齿表型的信息方面具有价值，可为患者更广泛的表型提供解释或识别需临床再评估的发现。

研究结论翻译：本项描述性WES病例系列研究阐明了牙齿发育不全在伴有神经发育障碍患者中的临床和遗传异质性。尽管在多个涉及颅面、骨骼和牙齿发育的基因中鉴定出了若干优先化变异，但现有的遗传和临床证据并未将这些变异确立为牙齿发育不全的因果贡献因素。在两名无关的牙齿发育不全患者中鉴定出两个不同的致病性或可能致病性BCL11B功能丧失变异，是本研究中最为引人注目的发现。这一发现与先前报道的BCL11B相关疾病中的牙齿异常一致，并支持对该基因相关牙齿表型的进一步研究。然而，有限的队列规模和缺乏功能验证阻碍了关于其对牙齿发育不全贡献的确切结论。其余发现，包括FGFR1、GPR101、NIPBL、GLI3、BBS1、PTH1R和STAT3中的变异，应被视为候选或临床相关观察，需要通过额外的分离研究、功能分析和更大的独立队列进行确认。总体而言，该研究突显了WES在临床复杂患者综合遗传表征中的价值，同时强调了区分变异的普遍临床意义与其对牙齿发育特异性相关性的必要性。