表观遗传机制、DNA甲基化特征与诊断进展在歌舞伎综合征中的应用

《International Journal of Molecular Sciences》：Kabuki Syndrome: Epigenetic Mechanisms, DNA Methylation Signatures, and Diagnostic Advances

： 歌舞伎综合征（Kabuki syndrome, KS）是一种罕见的多系统发育障碍性疾病，以特征性面部外观、发育迟缓、肌张力低下及多种先天性异常为主要临床表现。大多数经分子确诊的病例与KMT2D（KS 1型）或KDM6A（KS 2型）的致病性变异相关，这两个基因编码参与染色质修饰和基因表达调控的关键因子。然而，部分具有KS临床诊断的个体仍存在分子层面未明确的情况，而意义未明变异（variants of uncertain significance, VUS）亦可能使诊断解读复杂化。DNA甲基化表观遗传特征（episignatures）已作为一种补充性分子生物标志物出现，可支持对不确定遗传发现的解读，并有助于澄清部分经选择且分子诊断未明确的病例。本综述探讨了KS的分子及表观遗传机制，总结了与KS相关的DNA甲基化表观遗传特征的证据，并讨论了其在临床诊断中的潜在应用。特别关注表观遗传特征分类器结果的解读、诊断性能的现有证据以及方法学局限性，包括不同变异类别的代表性以及阴性或不确定结果的解读。本综述还结合当前诊断方法，考虑了基因型-表型相关性、遗传咨询和临床管理。尽管表观遗传特征分析可能提供与遗传检测互补的有价值功能证据，但其结果应结合临床发现和分子数据综合解读。需要在充分表征的队列中进行进一步验证，以明确其在KS相关遗传变异全谱系中的诊断效用。

论文主体内容总结：

1. 1.
   引言

歌舞伎综合征（Kabuki syndrome, KS；OMIM #147920和#300867）是一种罕见的、遗传异质性的发育障碍性疾病，以特征性面部外观、出生后生长迟缓、发育迟缓和/或智力障碍以及影响多器官系统的多种先天性异常为特征。该病于1981年由Niikawa等人和Kuroki等人分别独立描述，因其特征性面部表现与日本传统歌舞伎剧场表演者妆容的相似性而得名。临床谱系包括心脏和肾脏畸形、骨骼和牙齿异常、肌张力低下、喂养困难、听力损害以及免疫和内分泌功能障碍。KMT2D和KDM6A的致病性变异分别对应KS的两种主要分子形式，即KS 1型和KS 2型。KMT2D编码参与组蛋白H3赖氨酸4甲基化调控的组蛋白甲基转移酶，而KDM6A编码去除抑制性H3K27甲基化标记的组蛋白去甲基化酶。尽管分子遗传检测取得进展，部分临床表型提示KS的个体仍存在诊断不确定性，包括意义未明变异（VUS）、嵌合变异、结构或非编码变异以及未检出致病性变异的病例。DNA甲基化分析提供了一种补充性方法，因为染色质调节因子的扰动可能与DNA甲基化模式的可重复性改变相关。疾病相关模式通常称为表观遗传特征（episignatures），可通过分子分类方法进行评估，并为特定遗传变异的解读提供功能证据。

1. 2.
   诊断标准

KS的临床诊断自1981年首次描述以来不断演变。1988年，Niikawa等人总结了五项特征性表现：特征性面部畸形、骨骼异常、持续性胎儿指尖垫、轻至中度智力障碍和出生后生长迟缓。特征性面部表现包括睑裂延长伴下眼睑外侧三分之一外翻、弓形眉毛伴外侧三分之一变薄或切迹、短鼻小柱伴鼻尖凹陷，以及大而突出或杯状耳。2010年KMT2D和2012年KDM6A致病性变异的鉴定分别确立了KS 1型和2型的分子基础。Makrythanasis等人提出了表型评分系统，旨在预测临床疑似病例中KMT2D相关KS的可能性。在86例个体队列中，携带KMT2D致病性变异患者的平均评分高于未检出KMT2D临床显著变异的患者。2019年，国际共识诊断标准被提出，用于区分确诊、很可能和可能的KS。根据共识框架，确诊诊断可在任何年龄的个体中确立，需具备婴儿期肌张力低下和发育迟缓，同时具备特征性面部表型或KMT2D或KDM6A中适当的致病性或可能致病性变异。可能的诊断考虑用于具有婴儿期肌张力低下、发育迟缓和/或智力障碍、睑裂延长伴下眼睑外侧三分之一外翻以及至少三项额外特征性临床特征的个体。临床诊断、分子诊断和变异分类是相关但不同的结果。表观遗传特征分析是补充性方法，而非临床评估或适当分子检测的替代。

1. 3.
   分子机制

KS是一种复杂的先天性疾病，主要由编码组蛋白H3赖氨酸4（H3K4）甲基转移酶的KMT2D和编码组蛋白H3赖氨酸27（H3K27）去甲基化酶的KDM6A基因突变引起。KMT2D催化H3K4的单甲基化和三甲基化（H3K4me1和H3K4me3），这些是活性增强子和启动子的表观遗传标记。KMT2D功能缺失突变损害甲基转移酶活性，导致增强子景观改变和转录失调。KS患者外周血单核细胞（PBMCs）的研究显示免疫相关基因位点增强子信号减少，与KS中常见的免疫缺陷表型相关，同时代谢基因转录增加。KDM6A去除抑制性H3K27me3标记，促进染色质可及性和基因激活。小鼠研究表明神经嵴（NC）中KDM6A缺失可模拟KS的颅面、心脏和生长缺陷，支持KS作为神经嵴病的分类。KDM6A的去甲基化酶非依赖功能也参与神经嵴基因调控。KMT2D单倍剂量不足损害神经嵴细胞（NCCs）的分化、迁移和基因调控，干扰关键发育通路。KMT2D缺陷导致神经干/祖细胞过早神经元分化和氧响应基因通路破坏。全基因组DNA甲基化表观遗传特征可辅助诊断，特别是在遗传检测不确定时。实验性干预靶向表观遗传失调，补充内源性酮代谢物β-羟基丁酸（βHB）作为组蛋白去乙酰化酶抑制剂，在KS小鼠模型中显示出恢复染色质状态和改善缺陷的潜力。KMT2D和KDM6A还作为替代染色质重塑复合物和转录调节因子的募集平台，介导基因组组织和转录状态建立。与KS相关的KMT2D和KDM6A致病性变异包括功能缺失变化，如无义、移码和经典剪接位点变异，以及错义变异。此外，HGMD专业数据库（2025.1版）中两个基因均报告了其他变异类别，包括深部内含子变异、拷贝数变化、复杂基因组重排和易位。尽管大多数病例为散发，遗传性变异和体细胞或性腺嵌合也已有报道。KMT2D变异相关的表型谱超出经典KS，外显子38和39编码的高度保守区域错义变异与一种以鼻后孔闭锁、无乳、甲状腺异常、性发育差异和身材矮小为特征的独特疾病相关。

1. 4.
   表观遗传特征

KS的分子诊断主要依赖下一代测序（NGS），包括靶向基因 panel 和全外显子组测序，而全基因组测序可在选定病例中考虑。由于KMT2D和KDM6A调节染色质和基因表达，这些基因的致病性变异可能产生DNA甲基化的下游改变。全基因组DNA甲基化分析可识别可重复的疾病相关模式，即表观遗传特征。首个与KMT2D致病性变异引起的KS1相关的DNA甲基化特征包含221个差异甲基化CpG位点。EpiSign分类框架使用监督机器学习分类器，将个体甲基化谱与参考疾病相关模式进行比较。甲基化变异致病性（MVP）评分范围从0到1，反映分类器对谱匹配特定表观遗传特征的置信度。在已发表的EpiSign框架中，MVP评分高于0.5通常与一致的层次聚类和多维缩放结果共同作为阳性分类的组成部分。最近，新一代KS1表观遗传特征在独立验证队列中进行了开发和评估，报告敏感性为97%，特异性为100%。分类器在解读KMT2D变异和评估嵌合病例方面也显示出潜在效用。重要局限性仍然存在：阴性结果不一定排除KS，特别是当患者的变异类别、嵌合比例、生物样本或甲基化谱未在参考数据中充分代表时。

1. 5.
   遗传咨询

KS 1型由KMT2D基因变异引起，呈常染色体显性遗传模式。大多数情况下，患者变异为新生变异（即父母中不存在），此时家庭复发风险接近一般人群风险（考虑到性腺嵌合的可能性，生育KS患儿风险估计约为1%）。在罕见情况下，KMT2D基因致病性变异遗传自父母一方，兄弟姐妹风险为50%。KS 2型由KDM6A基因变异引起，呈X连锁显性遗传模式。若母亲携带KDM6A基因临床显著变异，每次妊娠的传递概率为50%。计划妊娠时，建议咨询遗传学家以获得完整信息。

1. 6.
   患者管理

KS的管理需要个体化的多学科方法。产前发现多变且非特异性，包括颈项透明层增厚、心脏或肾脏异常、胎儿生长受限和羊水量异常。当产前怀疑KS时，应考虑遗传咨询和适当的分子检测。KS 1型（与KMT2D相关）和KS 2型（与KDM6A相关）共享许多临床特征，但某些表现的相对频率不同。KS1更常与特征性面部特征、喂养困难、腭部和肾脏异常、关节脱位和先天性心脏缺陷相关。KS2可能表现为较不明显的面部特征，并与高胰岛素性低血糖、身材矮小和牙齿异常相关。初始评估应识别先天性异常、发育需求和需要治疗或随访的并发症。后续监测应根据临床发现个体化。发育干预包括物理治疗、职业治疗、言语和语言治疗以及个体化教育支持。遗传咨询应涉及遗传方式、复发风险和亲属影响。过渡规划对于确保成年期护理连续性很重要。目前尚无确定的疾病修饰治疗，管理仍主要为支持性，旨在预防和治疗并发症。许多监测建议的证据来自观察性研究和专家共识。补充性干预如音乐治疗或马术治疗不应作为已确立的KS治疗呈现。靶向表观遗传失调的治疗策略仍处于研究阶段，实验模型中的发现不能假定为在人类中显示临床获益。

1. 7.
   结论

KS是一种遗传异质性的发育障碍性疾病，主要与KMT2D和KDM6A的致病性变异相关，这两个基因编码染色质修饰和基因表达的关键调节因子。尽管临床诊断标准和分子遗传检测已显著改善KS的识别，但具有提示性临床特征但遗传发现不确定的个体仍存在诊断不确定性。DNA甲基化表观遗传特征作为补充性诊断生物标志物，可能为选定意义未明变异（VUS）的解读提供额外功能证据，并有助于解决部分常规遗传检测未确立分子诊断的病例。表观遗传特征检测的临床解读需要考虑多种因素，包括变异类别、嵌合现象、参考队列中不同分子亚型的代表性以及阴性或不确定结果的可能性。阳性表观遗传特征可能支持候选变异的解读，但应结合患者表型、测序数据、分离发现和其他可用证据进行评估。相反，阴性结果不一定排除KS。需要在充分表征且独立验证的队列中进行进一步研究，以确定KS相关表观遗传特征在KS1和KS2、不同变异类别和嵌合表现中的敏感性、特异性和可重复性。实验室程序、分类器阈值和结果解读的标准化对于确保可重复发现并适当整合到临床诊断路径中非常重要。总体而言，整合临床评估、分子遗传检测和验证的DNA甲基化表观遗传特征分析为改善疑似KS个体的诊断评估提供了有前景的框架。