《European Journal of Human Genetics》：5q31 duplications encompassing PURA are associated with a neurodevelopmental disorder
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PURA杂合微缺失及致病变异此前已被证实与神经发育障碍（neurodevelopmental disorders，NDDs）相关，该类疾病被归类为PURA相关神经发育障碍（PURA-NDDs），其临床特征包括新生儿期严重肌张力低下、喂养困难、发育迟缓、智力障碍
PURA杂合微缺失及致病变异此前已被证实与神经发育障碍（neurodevelopmental disorders，NDDs）相关，该类疾病被归类为PURA相关神经发育障碍（PURA-NDDs），其临床特征包括新生儿期严重肌张力低下、喂养困难、发育迟缓、智力障碍、癫痫及特殊面容。本研究报道了4例携带涵盖PURA基因的重叠性5q31重复的无关个体，并结合DECIPHER数据库中的5例病例及文献报道的1例既往病例进行分析。所有患者均表现出共同的临床特征，包括发育迟缓及轻至中度智力障碍。最小重叠区域跨度215 kb，仅包含PURA基因，提示PURA是该临床表现的候选致病基因。研究人员通过对1例患者培养淋巴细胞进行转录组学和生物化学分析，发现5q31重复分别导致PURA mRNA及PURA蛋白的显著上调。RNA测序（RNA Sequencing）还揭示了多种参与人类病理过程的基因表达失调，尤其涉及以智力障碍为特征的神经发育障碍相关基因。研究人员利用小鼠胚胎原代海马神经元培养实验证明，PURA过表达可损害体外神经元形态发生，表现为树突分支复杂性和树突棘密度显著降低。本研究结果支持涵盖PURA的5q31重复代表一种新型基因组疾病，其临床表型较相互对应的缺失综合征更为轻微，并提示PURA基因剂量失调是相关临床特征的关键致病因素。
神经发育障碍（neurodevelopmental disorders，NDDs）是一组起病于儿童期、具有高度临床和遗传异质性的疾病，涉及认知、交流、适应性行为、语言及社会运动能力等多方面脑功能的损害。遗传因素至少贡献约30%的NDD病例，目前已鉴定出2027个相关基因。同一基因组位点的缺失与重复有时可产生镜像表型，提示基因剂量对表型的反向调控作用。PURA基因（OMIM #600473）定位于5q31，编码嘌呤丰富元件结合蛋白A。此前研究已明确PURA单倍剂量不足导致PURA相关神经发育障碍，表现为严重新生儿肌张力低下、癫痫、喂养困难及智力障碍等。然而，涵盖PURA的5q31重复是否导致独立临床综合征尚缺乏系统研究，仅有一例3.36 Mb的de novo重复病例报道于文献。基于此，研究人员开展了本项研究。
研究人员通过全国性协作网络（Achro-puce）收集了4例携带5q31杂合重复的无关患者，结合DECIPHER数据库5例及文献1例共10例个体进行临床表型分析。所有患者共享发育迟缓及轻至中度智力障碍的核心表型，最小重叠区域为215 kb，仅含PURA基因。研究人员对1例患者（Patient 1）的培养淋巴细胞进行RNA测序，鉴定出PURA显著上调（Z-score：3.22；差异倍数：1.21；p：0.001）。以更宽松阈值筛选后发现246个转录本显著失调，其中49个为人类病理相关基因，尤其富集于常染色体显性、隐性及X连锁遗传的智力障碍相关基因。通路富集分析显示失调基因涉及血管生成、凋亡信号通路、CCKR信号图谱、促性腺激素释放激素受体通路、烟碱型乙酰胆碱受体信号通路、VEGF及Wnt信号通路。蛋白质印迹分析证实患者外周血单核细胞中PURA蛋白表达水平较父母升高2.1倍。功能实验采用小鼠胚胎原代海马神经元培养，在DIV3转染PURA过表达质粒，发现树突分支复杂性显著降低；在DIV11转染则导致树突棘密度显著下降，但树突棘成熟比例未受影响。
研究结果部分包含三个主要发现。第一，在“Identification of overlapping 5q31 duplications in individuals with a neurodevelopmental disorder”部分，研究人员通过阵列比较基因组杂交（array CGH）鉴定出4例新发5q31重复，大小从215 kb至3.5 Mb不等，均涵盖PURA基因；结合DECIPHER数据库及文献病例，共10例个体构成研究队列。荧光原位杂交（FISH）和长读段纳米孔测序证实Patient 1的重复位于同一染色体区域，Patient 4的重复为同向串联排列。临床表型分析显示，所有患者均表现为全面发育迟缓（以语言发育受累为主）、轻至中度智力障碍，多数患者存在超重或肥胖，但未见新生儿肌张力低下和喂养困难，与5q31微缺失综合征的临床表型形成对比。
第二，在“Molecular impact of 5q31 duplication using transcriptomic analyses”部分，基于Patient 1的淋巴细胞RNA测序分析，在严格阈值下PURA为唯一显著上调的5q31区域内基因。在更宽松的阈值下，22个位于重复区间内的额外转录本也呈上调趋势。失调基因中49个为人类病理相关基因，尤其在PanelApp和OMIM数据库中注释为NDD相关基因。通路富集分析提示凋亡和细胞存活相关信号通路显著富集。
第三，在“PURA overexpression impairs in vitro neuronal development”部分，小鼠胚胎原代海马神经元培养实验表明，PURA过表达在DIV3阶段显著降低树突分支复杂性和树突数量，在DIV11阶段显著降低树突棘密度但不影响棘成熟比例。这些结果提示PURA过表达干扰发育中神经元的正常形态发生，尤其是在早期神经元的树突形成和成熟神经元的突触密度方面。
讨论部分指出，5q31重复患者的临床表型较PURA单倍剂量不足患者更为轻微，呈现镜像表型：缺失患者常有低体重和喂养困难，而重复患者倾向超重和肥胖。研究人员推测PURA剂量改变可能通过影响下丘脑食欲调节和能量消耗的神经环路而导致体重异常。转录组分析显示凋亡信号通路相关基因（如BAG3、HSPA1A、NDFIP1）表达失调，可能参与神经保护或凋亡抵抗机制。与PURA敲低模型比较，ZDHHC8在两种模型中呈现相反的表达方向，提示PURA剂量可能调控该基因的表达。与Pura缺陷小鼠模型中观察到的树突异常相似，PURA过表达同样导致树突形态受损，说明PURA的精确剂量调控对正常神经发育至关重要。研究人员认为PURA是继MECP2和RAI1之后的另一个剂量敏感型神经发育基因，其单倍剂量不足和重复扩增分别导致严重程度不同的临床障碍。该研究的局限性包括转录组和蛋白分析仅基于1例患者、队列规模较小以及OUTRIDER分析样本量低于最佳推荐值。
研究结论：5q31重复扩增涵盖PURA代表一种新型基因组疾病，其临床表型较相互对应的缺失综合征更为轻微；PURA基因剂量失调是相关临床特征的关键致病因素，PURA表达的精确调控对正常脑发育和认知功能至关重要。
