《Translational Neurodegeneration》：Large-scale genetic profiling of hereditary ataxias in China: implications for a stepwise molecular diagnostic strategy
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摘要专业翻译
背景 遗传性共济失调（Hereditary ataxias, HAs）在临床和遗传学上具有高度异质性，这使临床管理、遗传咨询和科学研究复杂化。高效的分子诊断至关重要，但由于不同地区和人群的遗传背景差异，分子诊断策略的制定必须基于分子流行病学考量。
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背景 遗传性共济失调（Hereditary ataxias, HAs）在临床和遗传学上具有高度异质性，这使临床管理、遗传咨询和科学研究复杂化。高效的分子诊断至关重要，但由于不同地区和人群的遗传背景差异，分子诊断策略的制定必须基于分子流行病学考量。在中国，尽管脊髓小脑性共济失调3型（Spinocerebellar ataxia type 3, SCA3）的主导地位已确立，但遗传性共济失调遗传图谱的综合数据仍然有限且日益过时，尚不足以支撑基于流行病学证据的分子诊断策略及其作为诊断流程的临床实施。
方法 研究人员回顾性建立了一个大型、真实世界、综合性的遗传性共济失调队列（HARMONY队列），该队列招募自中国长三角地区两家医疗中心（2008–2024年），用于遗传图谱分析。通过整合既往已鉴定的致病变异与对病因未明先证者进行系统性基因检测的结果，将分子诊断分为四个层级（“确诊”、“可能”、“不明确”、“未诊断”），并将相关变异映射至遗传图谱。
结果 HARMONY队列共纳入2096例先证者，分子诊断率为84.9%，其中1715例（81.8%）为“确诊”阳性诊断，65例（3.1%）为“可能”阳性诊断，另有87例（4.2%）为“不明确”和229例（10.9%）为“未诊断”。遗传图谱以SCA3相关变异为主导（1249例；59.6%），SCA2（150例；7.2%）、SCA1（139例；6.6%）、SCA6（51例；2.4%）、推定SCA36（36例；1.7%）和SCA12（35例；1.7%）构成主要亚型，同时遗传图谱分析揭示了大量罕见基因型的长尾分布。研究人员对先证者数≥5的基因型进行了发病年龄分布特征分析。未发现携带ZFHX3、BEAN1、DAB1、THAP11或FXN基因扩增的先证者。
结论 HARMONY队列的遗传图谱分析揭示了以少数常见重复扩增亚型为主导、伴随显著异质性罕见病因长尾分布的偏态遗传格局。整体图谱支持阶梯式分子诊断策略，据此研究人员提出了面向长三角（Yangtze River Delta, YRD）的候选诊断流程。该研究为遗传性共济失调的早期分子诊断、治疗开发优先级排序及诊断工具的适应性设计提供了证据基础。
论文解读
一、研究背景与问题
遗传性共济失调（HAs）是一组以进行性运动协调障碍为核心特征的遗传性神经退行性疾病，主要临床表现包括步态不稳、辨距不良、构音障碍和眼球运动异常。该疾病组在临床和遗传学上均呈现高度异质性，涵盖常染色体显性（AD）、常染色体隐性（AR）、X连锁及线粒体遗传模式，涉及包括串联重复扩增（TREs）、常规变异和拷贝数变异（CNVs）在内的多种变异类型，相关致病基因逾百个。由于缺乏高灵敏度且特异性的表型标志物来指向特定致病基因，这种复杂性给临床实践带来了巨大挑战，阻碍了患者的有效临床管理、家系遗传咨询及科学研究。
为应对这一困境，阶梯式或分层式分子诊断策略已被广泛采用：在缺乏额外提示性临床线索或家族史信息的情况下，首先根据推测的遗传模式通过PCR方法检测常见TREs，对于初始检测阴性的患者再行罕见TRE筛查和二代测序（NGS）。该策略本质上是基于分子流行病学考量的成本效益折中方案：利用HAs偏态的遗传图谱，优先检测高频病因以实现患者的高效分诊。然而，该策略的实施需要根据不同地区和人群进行适应性调整，因为HAs的遗传图谱在亚型分布上存在差异，反映了遗传背景、奠基者效应等因素的影响。
在中国，HAs呈现出与全球队列不同的独特遗传图谱，以SCA3在显性共济失调中占主导地位，其次为SCA2和SCA1。尽管SCA3的主导地位已获公认，但中国人群HAs分子流行病学的综合数据仍局限于少数队列研究和大量针对特定亚型的病例报告，且日益过时。现有中国队列研究要么聚焦于特定遗传模式，要么样本量有限，不足以全面深入地描绘中国更广泛人群的遗传图谱，也无法为基于分子流行病学的诊断策略及其高效流程转化提供合理依据。此外，HAs的遗传基础正在迅速扩展，RFC1、GAA-FGF14、THAP11和ZFHX3等新基因或致病机制通过生物信息学创新和长读长测序被不断发现，但这些新兴遗传病因在中国人群中的患病率仍不明确，凸显了更新数据的必要性。
二、研究内容与结论概述
针对上述问题，研究人员建立了HARMONY（Hereditary Ataxia Research on Multi-Omics and Neuroclinical Insights in the Yangtze Delta）队列，这是目前中国最大的真实世界综合性HAs疾病队列。该队列纳入2096例先证者，主要来自中国长三角地区，涵盖2008年至2024年间复旦大学附属华山医院（HSFU）和浙江大学医学院附属第二医院（SAHZU）两家医疗中心。研究未对入组设置发病年龄、家族史、特定症状或既往检测等方面的限制，也未限定于特定亚型筛查。通过系统性的基因检测框架和分子诊断分级管理，研究实现了84.9%的分子诊断率，描绘了以少数常见重复扩增亚型为主导、伴随大量罕见基因型长尾分布的偏态遗传格局。基于这一遗传图谱，研究人员提出了面向长三角地区的候选分子诊断流程，为阶梯式诊断策略的临床实施提供了操作化方案。该研究发表在《Translational Neurodegeneration》期刊。
三、主要关键技术方法
研究人员采用多层级、系统性的基因检测工作流程。队列中既往已明确致病变异的先证者直接纳入；病因未明的先证者首先根据高度提示性临床特征进行靶向检测，随后依次进行三个短串联重复（STR）筛查Panel：Panel A覆盖常见CAG TREs（ATXN1、ATXN2、ATXN3、CACNA1A、ATXN7、PPP2R2B、TBP、ATN1），Panel B针对晚发或特定遗传模式患者检测ATXN8、ATXN10、NOP56、FGF14及RFC1等位点，Panel C为研究导向性筛查（ZFHX3、BEAN1、DAB1、THAP11、FXN）。PCR检测采用荧光片段分析和荧光锚定重复引物PCR（repeat-primed PCR）。Panel A/B阴性或结果不明确的患者进一步接受全外显子测序（WES）及基于ExomeDepth的CNV分析，部分患者接受靶向基因Panel测序。变异致病性依据ACMG指南分类，并通过Sanger测序、MLPA或PCR-free全基因组测序（WGS）验证。
四、研究结果
HARMONY队列概览：共纳入2096例先证者（SAHZU 997例，HSFU 1099例），性别比例均衡（男性51.4%），家系病例占81.9%，散发占15.1%。发病年龄中位数38岁（范围0–77岁），28.7%为早发（<30岁），69.2%为晚发（≥30岁）。患者地理分布覆盖中国29个省级区域，75.9%集中于长三角地区。
分子遗传结果：分子诊断率为84.9%（1780例），其中“确诊”1715例（81.8%）、“可能”65例（3.1%）、“不明确”87例（4.2%）、“未诊断”229例（10.9%）。遗传图谱以SCA3为主导（1249例；59.6%），SCA2（7.2%）、SCA1（6.6%）、SCA6（2.4%）、推定SCA36（1.7%）和SCA12（1.7%）为主要亚型，54种基因型中48种（88.9%）各占队列比例不足1%，呈现显著长尾分布。PCR单独可检测的遗传发现占82.8%，NGS进一步贡献6.2%。基因型频率在长三角内外及两家医疗中心间总体高度一致（BCSI=0.886和0.859）。
重复扩增的主导地位：重复扩增占阳性分子诊断的94.4%（1681/1780例）。ATXN3 CAG扩增单独解释全队列59.6%的遗传病因，联合SCA2、SCA1、SCA6和SCA12后累计达77.5%。推定SCA36（NOP56扩增）虽因PCR无法精确测定扩增大小而归类为“不明确”，但检出并不罕见（39例，含3例合并其他变异），其单基因基因型频率居第五位。
短读长测序的诊断贡献：测序检出的常规变异和结构变异仅占阳性分子诊断的5.6%（99例），但在排除五种最常见重复扩增疾病后其贡献跃升至63.5%。靶向基因Panel测序阳性诊断率19.7%（含“不明确”为22.5%），WES诊断率27.0%（含“不明确”为36.5%）。NGS对45个HA基因中28个（62.2%）的阳性诊断有贡献。非TRE变异最常涉及STUB1（19例）、SACS（17例）、SETX（14例）、SYNE1（11例）、CACNA1A（9例）和COX20（9例）。研究还发现5例携带致病性单核苷酸变异与等位基因致病性CNV复合杂合的患者（涉及MRE11、SETX、SPG7基因）。
遗传发现的共现：队列包含27例双基因共现先证者，最常见组合为STUB1;TBP-i（8例）和STUB1;ATXN8（6例）。19例携带候选STUB1变异的患者中，16例为单等位基因，其中50.0%合并TBP-i，37.5%合并ATXN8扩增，支持STUB1变异作为遗传修饰因子的假说。
临床分层与发病年龄分布：SCA3、SCA2和SCA1的发病年龄分布存在显著差异（Kruskal–Wallis H=20.97，P<0.001），SCA2发病早于SCA1和SCA3。SCA6、SCA12和推定SCA36倾向于晚发，SCA12和推定SCA36仅在30岁后发病。SETX相关患者发病年龄高度一致（约19岁），SACS、SYNE1和CACNA1A常规变异也通常早于30岁发病。阳性家族史与更高检出率相关（家系晚发93.8%、家系早发91.9%），散发晚发降至71.7%，散发早发进一步降至58.0%。
Panel C筛查：对75例“未诊断”先证者按遗传模式分层进行Panel C筛查，未在任何检测位点发现致病性扩增，提示SCA4、SCA31、SCA37、SCA51和弗里德赖希共济失调在中国人群中可能极为罕见。
五、讨论与结论
讨论部分指出，HARMONY队列84.9%的分子诊断率显著高于全球其他人群队列（意大利队列36.7%，爱尔兰队列65.3%）及既往中国队列（63.0%和77.2%），差异主要归因于人群特异性遗传背景以及严格的入组标准、扩展的TRE位点筛查、系统的分子诊断分级和全面的NGS分析。与既往中国队列的组成比较显示，长三角与华中地区的显性共济失调谱高度一致（BCSI=0.946），支持阶梯式策略在中国的更广泛适用性。研究强调，对于SCA1/2/3/6/12构成77.5%的HAs队列，经典PCR分析仍是简单、经济且实用的主流方法，高通量测序技术更适合捕获罕见亚型的长尾分布。研究还提出，靶向长读长测序（TLRS）在当前阶段更适合作为PCR排除常见亚型后的补充手段，而非一线检测方法。共现变异的发现为STUB1作为SCA8遗传修饰因子的假说提供了证据。Panel C筛查结果支持其作为研究导向性筛查而非常规临床诊断推荐。
研究结论：通过建立HARMONY队列——中国迄今最大的综合性HA队列（2096例先证者），研究人员描绘了以少数常见重复扩增亚型为主导、伴随高度异质性罕见基因型长尾分布的遗传图谱，实现了84.9%的分子诊断率。所得遗传图谱支持阶梯式分子诊断策略——优先筛查常见TREs，再行更广泛或更先进的基因检测——并提出了面向长三角的候选诊断流程作为其实践实施方案。该研究为中国HAs的早期分子诊断、亚型优先的治疗开发及本地化诊断工具设计提供了证据基础。未来需要在更多多中心队列中验证阶梯式策略的普适性并进一步校准其衍生诊断流程。
