《PLOS Genetics》：Genomic ascertainment refines the population prevalence and phenotype associations of germline TERT variants
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背景：端粒酶（由TERT编码）胚系致病变异携带者具有肺纤维化（PF）、肝病（LD）、骨髓衰竭、头颈部鳞状细胞癌（HNSCC）及其他并发症的高风险。临床确诊队列存在受累个体及早发复杂疾病家系的 ascertainment 偏倚。本研究采用基因组筛查（genomi
背景：端粒酶（由TERT编码）胚系致病变异携带者具有肺纤维化（PF）、肝病（LD）、骨髓衰竭、头颈部鳞状细胞癌（HNSCC）及其他并发症的高风险。临床确诊队列存在受累个体及早发复杂疾病家系的 ascertainment 偏倚。本研究采用基因组筛查（genomic ascertainment）方法确定致病变异TERT的人群患病率及端粒生物学疾病（TBD）表型的相关风险。方法：研究人员从英国生物银行（UKB，469,377例外显子组）和Geisinger-Regeneron DiscovEHR协作项目（DiscovEHR，170,503例外显子组）的外显子组测序数据中提取TERT变异。病例为携带按修订版ACMG/AMP标准分类的杂合致病变异TERT的个体。对照排除罕见、外显子及剪接位点TERT变异。评估电子健康记录中TBD相关ICD10编码。病例对照比较在UKB和DiscovEHR中分别进行，校正吸烟、饮酒、BMI、性别、遗传祖先和出生年份。结果：UKB中203名参与者携带64种致病变异TERT，DiscovEHR中138名参与者携带32种。患病率估计分别为UKB 1:2,312和DiscovEHR 1:1,235。与对照相比，TERT杂合子PF风险显著增加（UKB：比值比[OR] 10.9，95%置信区间[CI]：6.11-19.45，p < 0.001；DiscovEHR：OR 6.64，95% CI：3.31-13.3，p < 0.001）。致病变异TERT还与UKB中LD风险升高（OR 2.4，95% CI：1.25-4.59，p = 0.038）和HNSCC风险升高（OR 5.75，95% CI：2.36-14.02，p = 0.001）相关，但DiscovEHR中未观察到。结论：罕见致病变异TERT在所研究人群中检出率为0.04%至0.08%。基因组筛查显示以肺部表型为主，两个队列中PF均与致病变异TERT相关。LD和HNSCC的关联仅在UKB中观察到，可能反映包括健康志愿者偏倚在内的队列差异。这些发现阐明了遗传诊断的临床重要性及TBD特异性临床试验的必要性。
研究背景：端粒是染色体末端由（TTAGGG）n核苷酸重复序列及蛋白复合物组成的长结构，对基因组稳定性至关重要，因DNA聚合酶无法完全复制DNA末端而随细胞分裂逐渐缩短。端粒酶逆转录酶（由TERT编码）在生殖细胞和干细胞中延伸端粒核苷酸重复序列，但在分化细胞中TERT被抑制。TERT胚系致病性或可能致病变异（P/LP）与端粒缩短、肺纤维化（PF）、骨髓衰竭（BMF）、癌症及其他并发症风险增加相关。TERT是至少15个与端粒生物学疾病（TBDs）相关的端粒维护基因之一，其罕见胚系P/LP变异与TBDs相关。基因型-表型研究表明，杂合TINF2、X连锁隐性（DKC1）或常染色体隐性（如TERT、CTC1、PARN、RTEL1、WRAP53）P/LP变异更可能与儿童期发病的TBDs（包括先天性角化不良）相关。TERT、TERC、RTEL1、PARN或ZCCHC8的杂合P/LP变异更常见于成年期发病的孤立性BMF、PF、肝病和/或癌症，通常呈常染色体显性遗传模式。值得注意的是，杂合P/LP TERT变异存在于10-20%的PF家系中，使其成为家族性PF最常见的原因之一。TERT相关表现的发病人年龄高度可变，即使在家族内也因不完全外显和表现度变异而不同。迄今为止，TBDs研究主要集中于临床确诊的个体和家系，因此常偏向于重症和/或早发病例。一般人群中P/LP TERT变异所致TBDs的患病率目前未知。将基因组数据库与临床数据关联提供了识别携带P/LP变异个体并客观评估其相关表型的机会。这种基因组筛查或"基因组优先"方法最小化了因以临床表现定义遗传病所致的 ascertainment 偏倚，可提供人群外显率和变异相关疾病风险的估计。该方法在癌症易感综合征的表型特征描述和量化中已极具信息量。本研究首次利用英国生物银行（UKB）和Geisinger-Regeneron DiscovEHR协作项目（DiscovEHR）数据确定罕见胚系TERT变异的人群患病率并探索其TBD相关表型，为TERT相关TBDs的公共卫生影响提供了关键见解。
研究人员开展的研究及结论：本研究采用基因组优先方法，从UKB（469,377例外显子组）和DiscovEHR（170,503例外显子组）中提取TERT变异，按修订版ACMG/AMP标准独立于临床信息进行变异分类，随后评估相关表型。研究鉴定出UKB中203名参与者携带64种致病变异，DiscovEHR中138名参与者携带32种致病变异，共80种不同的致病变异TERT分布于TERT蛋白所有结构域。总体患病率分别为UKB 1:2,312和DiscovEHR 1:1,235；去除三级以内亲属后分别为1:2,198和1:1,029；去除Ashkenazi Jewish founder变异c.3150G > C后分别为1:2,698和1:1,282；同时校正亲缘关系和founder变异后的保守估计分别为1:2,542和1:1,078。与对照相比，TERT杂合子肺部疾病（PD，包括PF）风险显著增加（UKB：OR 3.41，95% CI：2.1-5.53，p < 0.001；DiscovEHR：OR 1.95，95% CI：1.26-3.02，p = 0.025），排除呼吸衰竭后风险进一步升高（UKB：OR 5.52，95% CI：3.31-9.21，p < 0.001；DiscovEHR：OR 2.97，95% CI：1.83-4.8，p < 0.001）。PF作为独立表型分析显示杂合子风险极高（UKB：OR 10.9，95% CI：6.11-19.45，p < 0.001；DiscovEHR：OR 6.64，95% CI：3.31-13.3，p < 0.001），TERT携带者PF诊断比例显著高于对照（UKB：6.4% vs 0.7%；DiscovEHR：6.5% vs 1.0%）。UKB中TERT致病变异携带者LD风险增加（OR 2.4，95% CI：1.25-4.59，p = 0.038），但DiscovEHR中未重现。两个队列中均未观察到再生障碍性贫血/BMF或其他血细胞减少、实体瘤、血液系统恶性肿瘤、MDS及非黑色素瘤皮肤癌风险增加。癌症亚组分析显示UKB中TERT杂合子HNSCC风险增加（OR 5.75，95% CI：2.36-14.02，p = 0.001），DiscovEHR中未观察到，但chart review发现DiscovEHR中2例HNSCC杂合子之一在26岁即被诊断。总体而言，UKB中58/203（28.6%）和DiscovEHR中56/138（40.6%）杂合子被诊断至少一种四大TBD相关表型（PD、LD、BMF和/或癌症）；UKB中7例（3.4%）和DiscovEHR中20例（14.5%）个体具有两个或以上上述类别ICD10诊断。UKB杂合子全因死亡率较对照升高（HR 1.77，95% CI：1.21-2.58，log-rank p = 0.003），但死亡年龄无显著差异（70.1 ± 8.3 vs 71.0 ± 7.6岁，p = 0.54）；27例已故TERT杂合子中12例死因为PD，包括8例PF。DiscovEHR杂合子死亡率呈相同趋势但未达统计学显著性（HR 1.5，95% CI：0.9-2.3，log-rank p = 0.097），25例已故杂合子中PD相关死因占28%，癌症占16%。UKB中194例TERT杂合子的qPCR端粒长度（TL）主要位于同龄第1至第50百分位之间；7例具有≥2种TBD表型的个体中5例TL低于同龄第10百分位，其表型包括肺气肿合并膀胱癌（n=1）、PF合并皮肤鳞状细胞癌（SCC；n=2）、间质性肺病合并食管静脉曲张（n=1）及肝硬化合并肺癌（n=1）；另2例具有≥2种TBD表型但TL>第10百分位，分别为肺气肿合并胆管癌和PF合并皮肤SCC。值得注意的是，1例携带移码TERT变异的携带者TL>第95百分位，无肺、血液或肝脏TBD相关表现史。
关键技术方法：研究利用UKB（应用编号54389）和DiscovEHR（协议#2006-0258；NCI-Geisinger协作IRB #2021-0818，合同#75N91021C00006）两个大型人群队列的外显子组测序（WES）数据及关联电子健康记录（EHR）。变异注释使用ANNOVAR和snpEFF，参考转录本NM_198253.3及基因组构建GRCh38。变异分类采用修订版ACMG/AMP标准，结合ClinVar（2023年3月14日检索）、NCI遗传性骨髓衰竭综合征（IBMFS）队列及Telomerase Database文献报道。患病率估计采用R包ukbtools及Python network库去除三级以内亲缘关系。表型分析基于ICD-10编码，采用多变量逻辑回归计算OR（SAS Enterprise Guide v8.3用于DiscovEHR；statsmodels Python包v0.13.2用于UKB），校正性别、遗传祖先、吸烟、饮酒、BMI及出生年份，FDR-BH法校正多重比较。生存分析采用Kaplan-Meier法和Cox比例风险模型（R v4.1.2）。UKB端粒长度通过qPCR测定（数据字段22192，Z校正T/S log），以443,815名对照构建各年龄TL百分位。
研究结果：
人群致病变异TERT患病率：通过基因组筛查两个队列的外显子组数据，鉴定出341名杂合致病变异携带者（UKB 203例，DiscovEHR 138例），共80种不同致病变异（71种P/LP，9种VUS-P），包括41种功能丧失（LOF）变异（25种移码、13种终止获得及3种经典剪接变异）和39种错义变异，分布于TERT蛋白所有结构域。最常见变异为c.508G > A; p.V170M（n=44）、c.1589C > T; p.P530L（n=42）、c.3150G > C; p.K1050N（n=34）、c.2105C > T; p.P702L（n=20）和c.2329G > A; p.V777M（n=10）。未发现双等位基因致病变异个体。总体患病率UKB为1:2,312（95% CI 2,033-2,681），DiscovEHR为1:1,235（95% CI 1,059-1,483）；去除三级以内亲属后分别为1:2,198（95% CI 1,929-2,552）和1:1,029（95% CI 865-1,267）；去除Ashkenazi Jewish founder变异c.3150G > C后分别为1:2,698（95% CI 2,349-3,168）和1:1,282（95% CI 1,095-1,544）；同时校正亲缘关系和founder变异后的保守估计分别为1:2,542（95% CI 2,212-2,989）和1:1,078（95% CI 904-1,336）。
研究人群特征：UKB中203名个体携带64种不同致病变异（招募时平均年龄56.0 ± 7.9岁，女性54.2%）；DiscovEHR中138名个体携带32种不同致病变异（平均年龄40.6 ± 19.2岁，女性55.1%）。UKB病例与对照间遗传祖先存在统计学显著差异（p < 0.001），但去除"其他"类别中Ashkenazi祖先后差异不显著（p = 0.904）。DiscovEHR中所有TERT杂合子均为欧洲祖先。
基因组筛查确定的致病变异TERT杂合子具有高肺部疾病风险：通过病例对照分析，两个队列中TERT变异杂合子肺部疾病（PD，包括PF）风险均显著高于对照（UKB：OR 3.41，95% CI：2.1-5.53，p < 0.001；DiscovEHR：OR 1.95，95% CI：1.26-3.02，p = 0.025）。排除呼吸衰竭后，UKB中PD风险升至OR 5.52（95% CI：3.31-9.21，p < 0.001），DiscovEHR升至OR 2.97（95% CI：1.83-4.8，p < 0.001）。PF独立分析显示杂合子风险极高（UKB：OR 10.9，95% CI：6.11-19.45，p < 0.001；DiscovEHR：OR 6.64，95% CI：3.31-13.3，p < 0.001），TERT携带者PF诊断比例显著高于对照（UKB：6.4% vs 0.7%；DiscovEHR：6.5% vs 1.0%）。
致病变异TERT与端粒长度：通过UKB中194例TERT致病变异携带者的qPCR端粒长度分析，TL主要位于同龄第1至第50百分位之间。7例具有≥2种TBD表型的个体中5例TL低于同龄第10百分位，其表型包括肺气肿合并膀胱癌（n=1）、PF合并皮肤SCC（n=2）、间质性肺病合并食管静脉曲张（n=1）及肝硬化合并肺癌（n=1）；另2例具有≥2种TBD表型但TL>第10百分位，分别为肺气肿合并胆管癌和PF合并皮肤SCC。1例携带移码TERT变异的携带者TL>第95百分位，无TBD相关表现史。
致病变异TERT与TBD表型关联：通过病例对照分析评估多系统TBD表型，UKB中TERT致病变异携带者LD风险增加（OR 2.4，95% CI：1.25-4.59，p = 0.038），但DiscovEHR中未重现。两个队列中均未观察到再生障碍性贫血/BMF或其他血细胞减少风险增加。实体瘤、血液系统恶性肿瘤、MDS及非黑色素瘤皮肤癌风险在两个队列中均未增加。癌症亚组分析显示UKB中TERT杂合子HNSCC风险增加（OR 5.75，95% CI：2.36-14.02，p = 0.001），DiscovEHR中未观察到，但chart review发现DiscovEHR中2例HNSCC杂合子之一在26岁即被诊断。总体而言，UKB中58/203（28.6%）和DiscovEHR中56/138（40.6%）杂合子被诊断至少一种四大TBD相关表型（PD、LD、BMF和/或癌症）；UKB中7例（3.4%）和DiscovEHR中20例（14.5%）个体具有两个或以上上述类别ICD10诊断。对胃肠道毛细血管扩张、肺动静脉畸形、股骨头坏死、免疫缺陷及骨折等其他TBD相关表现的探索性分析未发现统计学显著关联。
肺部疾病是致病变异TERT杂合子常见死因：通过生存分析，UKB杂合子全因死亡率较对照升高（HR 1.77，95% CI：1.21-2.58，log-rank p = 0.003），但死亡年龄无显著差异（70.1 ± 8.3 vs 71.0 ± 7.6岁，p = 0.54）；27例已故TERT杂合子中12例死因为PD，包括8例PF。DiscovEHR杂合子死亡率呈相同趋势但未达统计学显著性（HR 1.5，95% CI：0.9-2.3，log-rank p = 0.097），25例已故杂合子死亡年龄无显著差异（76.9 ± 12.9 vs 73.9 ± 13.5岁，p = 0.282），chart review显示PD相关死因占28%，癌症占16%；13/25例死因未知，但其中6例有严重PD病史，包括1例死亡前15年因PF接受肺移植。
讨论部分总结：TERT杂合变异所致TBDs个体通常成年发病且临床表现较经典先天性角化不良少。既往大多数TERT相关表型研究依赖临床确诊个体及家系评估，虽实用但易 ascertainment 早发复杂疾病个体和家系。本研究利用两个独立基因组筛查成年队列，首次提供致病变异TERT人群患病率估计及其相关临床后果。研究人员发现排除Ashkenazi Jewish founder变异c.3150G > C后，无关个体杂合致病变异TERT患病率范围为1:1,078至1:2,542（DiscovEHR和UKB）。迄今TBD总体患病率估计为1:1,000,000，基于专家意见并考虑TBD复杂多系统性质。与其他基因组筛查研究类似，此差异可能部分归因于轻症或单一TBD表现个体缺乏基因检测、家系级联检测有限和/或其他队列评估有限。为验证基因组筛查致病变异TERT杂合子较对照更易具有TBD表现的假设，研究人员将主要表型分析聚焦于四大成年发病TBD并发症（PD、LD、BMF和癌症）。TERT杂合子PD总体风险及PF特异性风险均显著高于对照（分别高2-3倍和6-10倍）。PF的OR高于PD总体，表明TERT变异与PD的关联主要由PF驱动，尽管非纤维化表现可能亦有贡献。既往家系研究估计10-20%家族性PF与TERT变异相关。TERT变异所致PF患者肺移植常因TBD潜在骨髓衰竭风险而并发 prolonged cytopenias。本研究数据证实TERT变异在PF病因学中的作用，并提供首个人群水平数据进一步支持PF个体和家系基因检测，可指导知情决策和优化患者管理。遗传诊断尤为重要，因TBD相关PF患者是否对 antifibrotic 治疗应答数据极为有限。本研究数据支持实施TBD特异性临床试验。TBD患者队列（包括TERT杂合子）常由早发重症个体组成并由特定专业团队研究（如BMF）。值得注意的是，本研究未发现TERT杂合子与严重BMF、白血病或MDS等造血表现之间的关联。基于EHR诊断的人群研究可能低估MDS和/或其他疾病。临床确诊队列数据显示严重BMF是早发TBDs的主要表现，而杂合TERT基因型个体倾向于晚年发病。体细胞TERTp和PPM1D突变与TBDs较差生存相关，提示对关键端粒缩短的代偿反应而非统一保护。UKB WGS数据分析中，体细胞TERTp突变被鉴定为年龄相关克隆性造血的新驱动因素，端粒维护相关克隆性造血在遗传预测端粒较短个体中富集。因此，体细胞事件可能在 underlying TERT胚系变异血液学表型的外显率和表现度中发挥作用。特发性肝纤维化/肝硬化已被报道为成年发病TBDs（包括TERT变异相关者）的首发表现。UKB中TERT杂合子LD风险较对照增加，但DiscovEHR中未重现。研究人员未在这些基因组筛查队列中观察到恶性肿瘤风险统计学显著增加。正如研究人员先前所示，TBD患者最高癌症风险可能为常染色体隐性或X连锁疾病个体。因此，基因组筛查TERT杂合子与一般人群相比可能无显著癌症风险增加。需注意UKB中TERT杂合子HNSCC风险增加，且DiscovEHR中1例杂合子26岁早发HNSCC。既往临床确诊TBDs（包括但不限于TERT杂合P/LP变异）研究显示癌症风险较一般人群增加2.56倍；该研究中22例TERT变异携带者中6例有癌症史（无HNSCC）。226例TBDs个体（包括99例TERT携带者）研究亦报道HNSCC风险增加。这些数据提示年轻个体（即<40岁）HNSCC应考虑TBD，杂合致病变异TERT个体应考虑癌症筛查。本研究还评估了TERT杂合子是否具有不同死因或较差总生存。两个队列死因均显著倾向于肺部原因，提示PD与TERT杂合子不良结局的关联。杂合子总生存较对照差但死亡年龄无显著差异。本研究优势包括通过仔细保守 curated 变异进行基因组筛查及详细表型数据分析。研究人员承认本研究受两个队列个体年龄较大限制，可能偏向成年发病TBD表现。临床确诊数据显示杂合TERT携带者通常晚年发病。本研究方法可能特别低估双等位基因TERT变异个体，其通常在儿童期发病，因此较少被成年人群队列捕获。基因组优先方法可能因UKB显著健康志愿者效应及UKB和DiscovEHR个体评估时年龄较大而低估表型外显率。基于ICD10编码的表型分析方法可能遗漏亚临床疾病或缺乏特异性。地理差异（包括环境暴露、医疗系统、诊断编码实践及招募/筛查策略差异）可能导致跨队列差异，如UKB中LD和HNSCC风险升高而DiscovEHR未观察到。UKB TL数据提供评估TERT杂合子与年龄匹配对照TL的机会。UKB TL数据由qPCR生成，诊断TBDs敏感性有限。本研究数据未发现TL与TERT变异状态之间的明确关联，但检测方法局限性和TERT相关TBDs变异性妨碍进一步评估。
研究结论翻译：基因组筛查发现两个人群队列中致病变异TERT患病率范围为1:1,078至1:2,542。肺部表型（包括PF）在杂合TERT P/LP变异个体中占主导，阐明遗传诊断的重要性及TBD特异性临床试验的必要性。需要大型纵向研究以进一步理解不同TBD基因的表型表现——这对该患者群体的个性化医疗方法至关重要。
