全基因组关联研究大规模分析鉴定出参与复杂疾病的五个关键多效性基因

《Genes》：Large-Scale Analyses of GWAS Identify Five Key Pleiotropic Genes Involved in Complex Diseases

　　

背景：PURA相关神经发育障碍（PURA-NDD；OMIM #616158）是一种罕见的常染色体显性遗传病，由PURA基因的致病变异引起，该基因编码Purα（Purα），这是一种参与DNA复制、转录调控和RNA转运的多功能蛋白。自2014年首次描述以来，PURA-NDD日益被认为是一种具有早发性和广泛表型谱的独特临床实体。其临床表现主要包括新生儿肌张力低下、全面发育迟缓、智力障碍、喂养困难和癫痫，此外还可伴有呼吸功能不全、运动障碍、嗜睡和可变度的畸形特征。尽管其核心表型相对可识别，但显著的个体间变异常常限制了仅凭表型建立确定性临床诊断的能力，这凸显了分子遗传检测在罕见神经发育障碍鉴别诊断中的重要作用。患者与方法：研究人员报告了一组8例（4男4女，年龄17个月至15.5岁）PURA相关神经发育障碍（PURA-NDD）患者，采用以基因型为先导的诊断策略，辅以全面的基因组检测，包括下一代测序（NGS）panel和全基因组测序（WGS）。这些患者因出现非特异性神经发育特征，包括新生儿肌张力低下、呼吸窘迫和癫痫，且缺乏确定性临床诊断而被转诊。结果：分子分析在PURA中鉴定出8个杂合变异，其中4个（50%）为新型变异：c.311T>G p.(Met104Arg)、c.406_407del p.(Gln136Glyfs⁶⁴)、c.515A>C p.(Gln172Pro)和c.885delinsGC p.(His296Profs²¹)。其余变异包括既往报道过的与PURA-NDD相关的错义和移码变异，以及一个曾在ClinVar中报道的变异。结论：研究人员的发现不仅证实了PURA相关神经发育障碍的核心临床特征，还有助于更全面地界定其表型谱。该队列的详细特征描述拓宽了已识别临床表现的范围，并进一步凸显了PURA-NDD显著的表型异质性。此外，新型和既往报道的致病变异的鉴定扩展了PURA的突变谱，并强调了整合临床、分子和生物信息学数据进行准确变异解读的重要性。尽管基因型-表型相关性尚不完全清楚，但新兴证据提示变异类型或位置与临床严重程度之间可能存在关联，有待在更大队列中进一步研究。对特征性新生儿表现的识别可能有助于更早的诊断和实施支持性多学科管理。总体而言，该研究说明了基因组技术不仅提高了罕见疾病的诊断率，还 refine了疾病定义，增进了对潜在致病机制的理解，并支持了更精确的基因型-表型相关性的发展。需要更大队列和长期随访的进一步研究来更好地确定PURA-NDD的完整临床和分子谱。

PURA相关神经发育障碍（PURA-related neurodevelopmental disorder, PURA-NDD；OMIM #616158）是一种罕见的常染色体显性遗传病，由PURA基因致病变异引起。该基因编码的Purα（Pur-rich element-binding protein A，Purα）是一种高度保守的多功能蛋白，参与DNA复制（DNA replication）、转录调控（transcriptional regulation）和RNA转运（RNA transport）。自2014年首次报道以来，随着下一代测序（next-generation sequencing, NGS）技术的发展，PURA-NDD日益被识别为一种独特的临床实体，估计患病率约为1/100万，但可能因地区间基因检测可及性差异而被低估。

该病的核心临床特征包括新生儿肌张力低下（neonatal hypotonia）、全面发育迟缓（global developmental delay）、智力障碍（intellectual disability）、喂养困难（feeding difficulties）和癫痫（epilepsy），还可伴有呼吸功能不全、运动障碍、嗜睡及可变的畸形特征。尽管存在相对可识别的核心表型，但显著的个体间变异给仅凭临床表型建立确定性诊断带来挑战，因此分子遗传检测在鉴别诊断中具有关键作用。目前，多数致病变异为新发（de novo）变异，类型包括错义、无义、移码和剪接位点变异，分布于整个编码区。已有研究尝试探索基因型-表型相关性，如蛋白质截短变异较错义或框内变异更易导致言语障碍，累及整个PURA基因或多个PUR结构域缺失的变异与更高频率的呼吸问题、行走障碍或言语缺陷相关，但因样本量小、数据收集异质性等因素，这些发现尚不充分。在此背景下，研究人员开展了这项研究，旨在进一步界定PURA-NDD的表型谱、探索潜在的基因型-表型相关性，并为该新兴障碍的临床和分子特征描述做出贡献。该论文发表于《Genes》杂志。

研究人员采用的主要关键技术方法包括：样本来源于8例无亲缘关系的PURA-NDD患者（4男4女，17个月至15.5岁），其中7例来自波兰华沙儿童纪念健康研究所（Children's Memorial Health Institute, CMHI），1例来自阿尔巴尼亚地拉那大学医学中心"Mother Teresa"医院；遗传分析采用靶向NGS panel（覆盖>1000个临床相关基因的编码区及剪接位点，含线粒体全基因组）和全基因组测序（WGS），变异检测使用GATK HaplotypeCaller、MuTect2、FreeBayes、DeepVariant等算法，拷贝数变异（CNV）分析采用CNVkit和Decon，变异注释使用Ensembl Variant Effect Predictor（VEP），结合gnomAD、ClinVar、HGMD等数据库及多种in silico预测工具，依据ACMG/AMP和ACGS标准进行变异分类， parental样本可用时采用NGS trio或Sanger测序验证新发状态。

在临床特征方面，该研究得出以下主要结果。新生儿期表现：所有患者（8/8）均出现新生儿肌张力低下，3/8有呼吸功能不全（其中2例为先天性肺炎），3/8有先天性呼吸暂停，6/8有喂养困难（1例需肠外营养），2/8有低体温，5/8有嗜睡。发育结局：所有患者均存在全面发育迟缓和运动发育延迟，5/8确诊智力障碍（2例重度、2例中度），所有患者均有言语延迟（3例无言语），独立坐位年龄10个月至4岁不等，部分患者未能获得独立行走能力。癫痫与神经系统：5/7患者诊断癫痫，4例在1岁内发作，1例13岁首发，脑电图（EEG）显示局灶性尖波和尖慢波复合波，脑部MRI多无特异性，仅2/8见侧脑室扩大、1/8见髓鞘化延迟。其他系统表现：便秘（4/8）、胃食管反流（1/8）、流涎（2/8）、喉软骨松弛（1/8）；视力异常（4/8）包括斜视、视神经萎缩、眼球震颤及视觉诱发电位异常；面部畸形（5/8）多表现为肌病面容，2/8有眼裂上斜，1/8有下颌后缩；小头畸形仅见于1例；心血管异常1例（卵圆孔未闭+室间隔缺损）；骨骼异常包括脊柱侧凸（2/8）、高腭弓（2/8）、错颌畸形（1/8）和髋关节发育不良（1/8）；2/8患者诊断甲状腺功能减退症。

在分子发现方面，研究结果显示：所有8个变异均位于PURA基因外显子1（该基因仅含单个外显子），包括5个错义变异和3个移码变异（2个缺失、1个插入缺失）。其中4个（50%）为新型变异：c.311T>G p.(Met104Arg)、c.406_407del p.(Gln136Glyfs^*64)、c.515A>C p.(Gln172Pro)和c.885delinsGC p.(His296Profs^*21)；4个为已知变异，包括文献报道的p.(Ala89Pro)、p.(Phe231Cys)和p.(Val226Glyfs^*67)，以及ClinVar收录的p.(Asn152Ile)。仅2例确认新发变异，6例因缺乏双亲DNA无法确定遗传方式。错义变异均位于保守的PUR结构域（PUR I-III），3个移码变异均引入提前终止密码子，预测导致功能丧失（loss-of-function, LoF）。

讨论部分，研究人员首先确认了PURA-NDD的核心临床特征与既往报道一致，即新生儿肌张力低下、全面发育迟缓、言语损害和运动里程碑延迟，支持该病为早发性严重神经发育障碍的观点。研究人员特别指出，新生儿期表现具有高度特征性：所有患者均有新生儿期肌张力低下，呼吸并发症和喂养困难也十分常见，嗜睡和低体温的共存支持自主神经和中枢神经系统调节紊乱的假说。发育损害普遍存在于该队列，言语和运动功能受损尤为严重，独立坐位年龄跨度大（10个月至4年）体现了显著的表型变异性，且早期运动发育延迟可能预示后期功能结局不良。癫痫在多数患者中确诊，发作年龄和脑电表现各异，值得注意的是1例患者13岁才首次发作，提示癫痫发作延迟的可能性。脑部MRI多无特异性，与文献报道一致。

研究人员进一步讨论了多系统表现的临床意义：胃肠道问题（特别是便秘）相对常见，可能与广泛性肌张力低下和自主神经功能障碍有关；所有评估患者均发现眼科异常，强调常规眼科评估的重要性；面部畸形多为肌病面容，缺乏特异性综合征样特征；系统性受累相对有限，但先天性心脏病、骨骼异常等可增加长期发病率；甲状腺功能减退在2例中诊断，可能为未被充分认识的表型组分，值得进一步研究。尽管样本量小（反映该病罕见性），该研究增加了详细的表型数据，并提出了延迟性癫痫发作和可能内分泌受累等临床相关观察。

在分子机制方面，研究人员讨论了变异特征与致病机理的关系。所有变异位于外显子1，与PURA单外显子结构一致。错义变异集中于保守的PUR结构域（PUR-bd_fam I-III），对核酸结合至关重要；新型错义变异p.(Met104Arg)和p.(Gln172Pro)依据ACMG标准评为可能致病，限于缺乏分离和功能研究。3/8的变异为典型LoF改变，引入提前终止密码子，评分符合致病性（PVS1）。目前无证据支持功能获得（gain-of-function, GoF）机制，截短和错义变异的表型谱似乎统一于部分或完全蛋白功能丧失。从方法学角度，靶向NGS panel与WGS互为补充：panel作为一线诊断工具具有成本低、周期短、数据解读简便的优势（该机构儿科队列诊断率约50%），而WGS可检测panel设计区域外的变异；panel的局限性在于无法识别深部内含子区和调控元件变异，可能遗漏部分致病性改变。广泛的基因组学方法促进了以基因型为先导的诊断策略，因临床表现不足以指导针对性鉴别诊断，PURA基因的分子发现对确立最终诊断至关重要。该队列未识别出清晰的基因型-表型相关性，与既往报道一致，可能反映样本量有限和临床异质性。

研究结论部分翻译如下：总之，研究人员的队列证实PURA相关神经发育障碍的特征为早发性肌张力低下、严重发育损害和常见癫痫，伴有可变的呼吸、胃肠道、眼科和骨骼表现。对特征性新生儿表现的识别可能促进更早诊断和实施支持性多学科管理。需要更大队列和长期随访的进一步研究来更好地确定基因型-表型相关性和这种罕见疾病的完整临床谱。研究人员的结果还通过报道影响关键功能域的新型和已知致病变异扩展了PURA的分子谱。这些发现强化了单倍剂量不足作为核心致病机制，并强调整合临床、生物信息学和遗传学证据进行变异分类的重要性。进一步的功能研究和基因型-表型相关性的持续积累对于完善错义变异的解读和提高PURA相关神经发育障碍的诊断准确性至关重要。