《European Journal of Human Genetics》：Whole-exome sequencing reveals novel and previously reported variants in genes linked to white matter pathology in neurodevelopmental disorders
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功能性神经元网络对大脑生长发育至关重要，髓鞘（即"白质"）不仅在神经传导中发挥关键作用，还对轴突提供支持、维持及修复功能。因遗传变异导致上述网络被破坏，可引发包括原发性遗传性白质病(Inherited white matter disorders, IWMDs
功能性神经元网络对大脑生长发育至关重要，髓鞘（即"白质"）不仅在神经传导中发挥关键作用，还对轴突提供支持、维持及修复功能。因遗传变异导致上述网络被破坏，可引发包括原发性遗传性白质病(Inherited white matter disorders, IWMDs)及日益增多的继发性脑白质营养不良或脑白质病(Leukoencephalopathies)在内的多种神经发育障碍(Neurodevelopmental disorders, NDDs)。传统上通过磁共振成像(Magnetic Resonance Imaging, MRI)等神经影像学技术识别，但由于临床–影像异质性大，仅靠MRI极少能确诊，需结合基因组技术及专家医学评估。本研究在医疗资源匮乏地区纳入78个患有未诊断NDDs的近亲婚配家系，采用先基因检测(Exome-first)策略，旨在证明即使缺乏MRI影像，仍有潜力提高诊断准确率与检出率。研究人员在6个家系中获得阳性发现，包括MLC1、AIMP1、ASPA及DEGS1中已知致病变异，以及XPA和POLR3B中新型变异。本研究强调了全外显子组测序作为异质性神经系统疾病诊断工具的有效性，并为白质病变相关疾病–基因关联提供了进一步证据。
论文解读：全外显子组测序揭示巴基斯坦近亲婚配家系神经发育障碍伴白质病变的致病基因变异
该论文发表于《European Journal of Human Genetics》。
一、研究背景与目的
大脑中逾半数体积为有髓鞘轴突组成的白质(White matter)，其发育异常或退变与广泛的神经发育及神经退行性疾病相关，包括原发性遗传性白质病（Leukodystrophies / Leukoencephalopathies, LDs）及伴有白质信号改变的继发性脑白质病。尽管磁共振成像(MRI)可发现白质T2高信号、囊腔或钙化等特征并初步分类为低髓鞘形成(Hypomyelinating)、髓鞘形成不良(Dysmyelinating)或囊腔型LDs，但常不足以确立特定分子诊断。新一代测序技术特别是全外显子组测序(Whole-exome sequencing, WES)已变革此类疾病的诊断格局。然而既往研究多聚焦于高收入国家经典型队列，巴基斯坦等南亚地区近亲婚配(Consanguineous marriage)率高，常染色体隐性(Autosomal Recessive, AR)致病变异检出概率大，但当地农村专科神经科与高级影像可及性差，大量患者缺乏精确临床及分子诊断。本研究在78个来自巴基斯坦不同地区、患未诊断NDDs的近亲婚配家系中应用WES先行策略，从遗传学角度筛选与白质病变相关基因之致病变异，评估WES在资源受限环境下对异质性神经疾病诊断的价值，并对6个有明确阳性发现的家系做详细报告。
二、主要关键技术方法
研究人员招募巴基斯坦多地78个近亲婚配、表型为未诊断神经发育障碍的家系，选取其中发现白质病变相关基因罕见变异者纳入报告。采集先证者及可用父母、健康同胞外周血EDTA抗凝血，用GeneJET全血基因组DNA提取试剂盒提取基因组DNA(Genomic DNA, gDNA)并质检。对先证者行WES，使用Twist Human Core Exome kit建库、Illumina NovaSeq 6000平台双端150 bp测序（平均深度68–84×）。原始数据经FastQC质控、fastp去接头及质量修剪，BWA-MEM比对至GRCh38参考基因组，GATK4 HaplotypeCaller进行变异检测(Variant Calling)，wANNOVAR及Variant Effect Predictor注释。优先保留外显子及剪接区、次要等位基因频率(Minor Allele Frequency, MAF)＜0.01、符合家系遗传模式的变异，并进一步过滤至PanelApp"Childhood onset leukodystrophy–V30.1 (R190)"基因集。候选变异经Sanger测序验证及家系共分离分析，依据ACMG指南在Franklin平台进行变异分类。
三、研究结果
Family 1（XPA——着色性干皮病A组，Xeroderma Pigmentosum Complementation Group A, OMIM #278700）
两名受累同胞表现为光敏感（生后2月起反复严重晒伤）、色素沉着斑、全面发育迟缓、智力损害及异常步态。脑MRI示大脑及小脑萎缩、脑室轻度扩大，未见明确白质T2异常信号。WES发现XPA基因新型纯合无义变异ENST00000375128.5:c.306T>A; p.(Tyr102Ter)，预计引起无义介导mRNA降解(Nonsense-Mediated Decay, NMD)，ACMG判为致病(Pathogenic)。证实XP-A诊断，强调居住于高紫外线暴露地区之临床警示意义。
Family 2（MLC1——巨脑性白质脑病伴皮质下囊肿1型，Megalencephalic Leukoencephalopathy with Subcortical Cysts type 1, MLC1, OMIM #604004）
先证者巨头（头围+4.0 SD）、下肢挛缩僵硬、6岁起癫痫发作并进行性步态障碍至无法行走；MRI示弥漫性双侧对称白质T2高信号、小脑白质肿胀外观及颞前叶/额高位皮质下囊肿伴巨脑。WES检出MLC1已知纯合错义变异ENST00000311597.10:c.833A>G; p.(Tyr278Cys)（ClinVar记录Likely Pathogenic），ACMG判为可能致病(Likely Pathogenic)。确诊MLC1相关MLC。
Family 3（AIMP1——低髓鞘形成性脑白质营养不良3型，Hypomyelinating Leukodystrophy 3, HLD3, OMIM #260600）
两例成年同胞严重智力残疾(ID)、攻击行为、进行性下肢痉挛致丧失行走能力、癫痫及小头（-2.1～-2.2 SD），未行MRI。WES发现AIMP1纯合错义变异ENST00000672341.1:c.895G>A; p.(Gly299Arg)，保守区域且多工具预测有害，ACMG判为可能致病。结合临床支持HLD3诊断，提示同一AIMP1 p.Gly299Arg变异可呈现比文献更重之运动及癫痫表型。
Family 4（POLR3B——低髓鞘形成性脑白质营养不良8型/4H综合征，Hypomyelinating Leukodystrophy 8 / 4H syndrome, HLD8, OMIM #614381）
两姐妹发育迟缓、智力障碍、不能独走及言语、全身肌张力高伴下肢为主挛缩、先天性白内障及斜视；MRI示小脑及大脑萎缩伴侧脑室旁及半卵圆中心双侧对称T2高信号。WES发现POLR3B新型双碱基替换ENST00000228347.9:c.2941_2942delinsAT; p.(Tyr981Ile)，位于蛋白保守区且预测有害，ACMG判为致病。确诊POLR3B相关HLD8，提示虽未表现典型缺牙及性腺功能减退仍需随访。
Family 5（ASPA——Canavan病/海绵状脑白质营养不良，Canavan Disease / Aspartoacylase Deficiency, OMIM #271900）
2岁男婴不能独坐独站、头围50.5 cm（第91百分位）、8月龄起药物难治性癫痫。MRI示不符合年龄之异常髓鞘化模式伴小脑及大脑萎缩。WES检出ASPA已知纯合无义变异ENST00000263080.3:c.654C>A; p.(Cys218Ter)，预计引起NMD，ACMG判为致病。确诊Canavan病。
Family 6（DEGS1——低髓鞘形成性脑白质营养不良18型，Hypomyelinating Leukodystrophy 18, HLD18, OMIM #618404）
三名男性患儿均表现为先天性重度运动障碍（不能独坐独走）、进展性全身挛缩、构音障碍但无认知明显受累感、无畸形面容及癫痫。WES检出DEGS1已报道致病纯合错义变异ENST00000323699.9:c.764A>G; p.(Asn255Ser)，ACMG判为可能致病。支持HLD18诊断，本家系表型较文献更重且先天起病，无癫痫。
四、讨论与结论
研究人员指出白质异常可出现在＞270个单基因疾病中，经典IWMDs与伴白质改变之异质性疾病鉴别困难，MRI不足以确定分子病因，整合WES是关键。本研究在资源有限、近亲婚配高发之巴基斯坦人群中采用基因型优先(Genotype-first)策略，于6个NDD家系鉴定到白质病变相关基因致病变异（2个新变异：XPA p.Tyr102Ter与POLR3B p.Tyr981Ile；4个已知/已报道变异：MLC1 p.Tyr278Cys、AIMP1 p.Gly299Arg、ASPA p.Cys218Ter、DEGS1 p.Asn255Ser），均获分子确诊。新发XPA无义变异致XP-A伴相对严重神经征候及典型光敏皮肤表现；同一AIMP1与DEGS1变异在不同家系呈现表型异质性。研究局限含报告家系数少、部分家系缺MRI、基因型优先入组致表型描述不均，但仍为南亚低估人群提供基因–疾病关联新证据。结论：WES可作为临床及影像资料不完整时异质性神经发育障碍之有效一线诊断工具，尤适用于近亲婚配人群罕见白质病变相关NDDs之分子确诊、遗传咨询及家系再发风险指导。
