靶向外显子组测序阐明中国儿童肺动脉高压的亚型特异性遗传架构及 BMPR2 相关预后

《Gene》：Targeted exome sequencing Delineates Subtype-Specific genetic Architecture and BMPR2-Associated Prognosis in Chinese paediatric pulmonary arterial hypertension

　　

# 摘要

肺动脉高压（PAH）在儿童中的遗传富集程度高于成人；然而，中国儿童PAH的基因型-表型相关性仍缺乏明确界定。我们在2010年至2023年期间于北京安贞医院对154例PAH患儿进行了16个PAH相关基因的目标外显子组测序，并采用校准的基于分值的ACMG/AMP框架解读变异。在38例患者（24.7%）中鉴定到致病或可能致病（P/LP）变异：23例为BMPR2（60.5%），7例为TBX4（18.4%），5例为ACVRL1（13.2%），2例为SOX17（5.3%），1例为GDF2（2.6%）。共有30个变异从基线自动InterVar分类中被升级，其中包括通过PP2标准重新分类的5个BMPR2错义变异。另有42例患者（27.3%）仅携带意义不明确变异（VUS）。与良性或可能良性（B/LB）携带者相比，P/LP携带者基线血流动力学更为严重，肺血管阻力指数更高，心指数更低。在43例有随访数据的患者中，P/LP携带者的无事件生存期显著差于B/LB携带者及非携带者（10年估计值47.7% vs. 78.5%；HR 3.70，95% CI 1.04–13.20；log-rank p = 0.0309），这一效应主要由BMPR2变异驱动（HR 4.83，95% CI 1.29–18.04）。相反，VUS携带者与B/LB携带者及非携带者相似（HR 0.84，p = 0.8436）。因此，经校准的变异分类框架大幅提高了中国儿童PAH的诊断检出率，揭示了BMPR2错义变异被低估的贡献，并实现了三级致病性谱系下的预后分层。

# 引言

肺动脉高压（PAH）是一种严重的进行性血管病变，其特征为远端肺动脉闭塞性重塑，导致肺血管阻力（PVR）持续升高、右心室压力超负荷，最终发展为右心衰竭（Thenappan等，2018）。2022年欧洲心脏病学会（ESC）/欧洲呼吸学会（ERS）指南将PAH定义为静息状态下平均肺动脉压（mPAP）> 20 mmHg、肺动脉楔压≤ 15 mmHg且PVR ≥ 2 Wood单位（Humbert等，2023）。临床上，PAH被分为原发性PAH（IPAH）、遗传性PAH（HPAH）以及与先天性心脏病等基础疾病相关的PAH（PAH-CHD）（Kovacs等，2024）。尽管罕见，但儿童PAH的流行病学和临床特征与成人疾病明显不同，IPAH的年发病率估计为每百万儿童0.7例，PAH-CHD为每百万儿童2.2例（van Loon等，2011）。国际TOPP注册研究数据表明，先天性心脏病是主要的合并疾病，中位诊断年龄为7岁（Berger等，2012）。儿童PAH更广泛的病因谱、更大的血流动力学异质性以及独特的管理挑战，凸显了在这一人群中开展专项研究的必要性（Rosenzweig等，2019）。

过去二十年间，PAH的遗传基础已被广泛阐明。BMPR2（编码骨形态发生蛋白受体2型，是TGF-β/BMP信号通路的中心介质）是首个被鉴定到的HPAH致病基因（Lane等，2000）。BMPR2杂合功能缺失变异破坏受体介导的信号传导，促进内皮功能障碍、异常平滑肌增殖和进行性血管重塑（Lane等，2000；Machado等，2001）。致病性BMPR2变异在约70–80%的HPAH病例和10–25%的散发性IPAH病例中可被检出，表现出不完全且性别偏倚的外显性，据报道男性无症状携带者的年PAH发病率为0.99%，而女性为3.5%（Humbert等，2023；Montani等，2021）。中国队列的基因型-表型分析表明，虽然女性更常受累，但男性BMPR2携带者的死亡风险显著更高（HR = 3.702）（Liu等，2012）。临床上，BMPR2携带者发病年龄较非携带者提前约十年，血流动力学损害更严重，且急性血管扩张反应显著降低（4% vs. 33%；p < 0.003）（Sztrymf等，2008；Rosenzweig等，2008）。Meta分析已确认BMPR2状态是死亡的独立预测因子，截断变异较错义变异预后更差（Evans等，2016）。遗传因素在儿童疾病中的作用尤为突出：罕见变异约占儿童发病PAH的42%，而成人发病疾病仅占12.5%；新发变异至少贡献了15%的儿童病例，且TBX4变异在儿童中显著富集（Welch和Chung，2020；Zhu等，2018）。

除BMPR2外，其他TGF-β/BMP通路基因中也已发现致病性变异，进一步证实了该通路在肺血管稳态中的核心作用。ACVRL1（编码ALK1）和ENG变异经典地与遗传性出血性毛细血管扩张症相关PAH有关；ACVRL1携带者通常发病更早，病情更具侵袭性（Trembath等，2001；Harrison等，2003；Zhang等，2021）。HPAH的其他较少见原因包括SMAD9及其他下游BMP介质（Gr?f等，2018；Shintani等，2009）。遗传学图谱进一步涵盖离子转运和血管发育相关基因，包括KCNK3（编码TASK-1）（Ma等，2013）和TBX4（一种对肺发育至关重要的转录因子，与儿童发病PAH不成比例地相关）（Zhu等，2018；Thoré等，2020）。高通量测序技术将该谱系扩展至GDF2、ATP13A3、AQP1和SOX17等基因（Gr?f等，2018）。SOX17是一种内皮转录因子，在PAH-CHD中显著富集，并具有全基因组显著性易感位点（Montani等，2022；Gallego-Zazo等，2023；Rhodes等，2019）。鉴于上述复杂性，2023年ClinGen PAH变异分类专家小组建立了标准化的变异解读框架（Welch等，2023），当前共识声明建议将遗传咨询和级联筛查纳入常规管理（Eichstaedt等，2023）。随着至少30个基因已被证实相关（Garcia-Rivas等，2017），全面的基因panel或外显子组检测策略对于准确的遗传诊断至关重要。

尽管取得上述进展，儿童及亚洲人群PAH的遗传架构仍未被完全阐明。现有数据主要来源于成人欧洲队列，其中在已报道的PAH基因中，未筛选的初诊病例中约19.9%可检出罕见有害变异（Gr?f等，2018）。儿童PAH表现出独特的特征谱，ACVRL1和TBX4变异富集更为突出（Zhu等，2018；Levy等，2016）。值得注意的是，一项法国儿童队列研究显示，尽管IPAH和HPAH的检出率很高，但在PAH-CHD患者中未鉴定到致病性变异，提示不同亚型间存在不同的遗传机制（Levy等，2016）。一项纳入247例中国儿童的国家注册研究报告，PAH-CHD占总病例的61.5%，中位诊断延迟为24个月（Qian等，2023）。然而，涵盖儿童PAH全临床谱系的基因型-表型相关性，尤其是在PAH-CHD亚型中，仍存在缺乏，且通过全外显子组测序（WES）定义的更广泛突变图谱在中国儿童人群中也尚未得到充分表征。

本研究旨在利用16个已确立PAH相关基因的目标外显子组测序，表征中国队列中儿童PAH的遗传架构。具体而言，我们调查了主要临床亚型（IPAH、HPAH和PAH-CHD）中致病和可能致病（P/LP）变异的患病率及谱系，评估了P/LP变异携带状态与基线临床及血流动力学参数之间的基因型-表型关系，并进行了纵向分析以通过无事件生存期评估预后意义。通过整合遗传、临床、血流动力学和随访数据，本研究全面概述了中国儿童PAH中特定亚型的遗传架构，从而为这一高危人群的風險分层和精准医疗提供信息支持。

## 研究人群与临床数据收集

本单中心回顾性研究在首都医科大学附属北京安贞医院开展，连续纳入儿科心脏科就诊且经确诊的PAH患者。PAH通过右心导管检查依据2022年ESC/ERS指南进行诊断（Humbert等，2023）。若患者缺乏足够的基因组DNA进行测序或诊断记录不完整，则予以排除。已获得书面知情同意或同意。

## 研究队列与致病性变异鉴定

本研究在2010年至2023年期间连续纳入北京安贞医院154例确诊PAH患者。所有患者均接受TargetSeq?液相捕获系统的目标外显子组测序，随后在Illumina NovaSeq 6000平台（PE150）上进行双端测序，实现了平均859.88×的高目标区域覆盖深度。对齐至GRCh38/hg38参考基因组后，变异优先级排序聚焦于16个已确立或已建立相关性的PAH相关基因，并……

# 讨论

儿童PAH日益被认为是一种遗传富集性疾病，其可遗传贡献远高于成人发病疾病。大规模基因组研究，包括对纳入2,572例患者的PAH生物样本库队列的分析，已证明罕见遗传风险因素约占儿童发病病例的42%，而成人发病病例仅占12.5%（Zhu等，2018）。尽管遗传因素的重要性已确立……

# 结论

本研究对单中心中国队列中儿童PAH的遗传图谱进行了全面表征，在16基因panel中采用校准的ACMG/AMP框架下，P/LP变异携带率为24.7%（38/154）。BMPR2仍是主要的致病基因，占P/LP变异的60.5%，其次为TBX4（18.4%）、ACVRL1（13.2%）、SOX17（5.3%）和GDF2（2.6%）。与基线自动解读结果（5.2%）的对比说明……

## CRediT作者贡献声明

苏太全：论文撰写–初稿、研究、形式分析、数据整理。赵雨馨：论文撰写–初稿、研究、形式分析、数据整理。刘倩：论文撰写–初稿、研究、形式分析、数据整理。赵万桂：研究、数据整理。张文梅：研究、数据整理。刘婷婷：形式分析。顾洪：研究、数据整理。杜杰：研究、数据整理。苗春梅：论文撰写–审阅与编辑……

## 伦理声明

已获得所有参与者或其法定代表的书面知情同意，同意参与本研究并发表文章。已遵守参与者的隐私权。本研究遵循研究开展地的相关法律法规、监管框架和指导方针。本研究经北京安贞医院机构审查委员会批准（批准号：2014004X）。

## 资金支持

本研究获得北京市自然科学基金（项目编号：Z220019）、国家自然科学基金（项目编号：82170409）和北京安贞医院高水平研究基金（项目编号：PYZ24137）支持。作者感谢患者及其家属参与本研究。

## 未引用参考文献

Cingolani等（2012）。

## 利益冲突声明

作者声明不存在任何可能影响本文报告工作的已知竞争性经济利益或个人关系。

## 致谢

作者感谢患者及其家属参与本研究。

苏太全 | 赵雨馨 | 刘倩 | 赵万桂 | 张文梅 | 刘婷婷 | 顾洪 | 杜杰 | 苗春梅 | 王艳