遺傳性主動脈疾病基因檢測的應(yīng)用

楊航、羅明堯、殷昆侖、陳前龍綜述，常謙、周洲審校

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遺傳性主動脈疾病基因檢測的應(yīng)用

楊航、羅明堯、殷昆侖、陳前龍綜述，常謙、周洲審校

摘要遺傳性主動脈疾病以主動脈擴(kuò)張、主動脈瘤/夾層為特征，可發(fā)生于馬凡綜合征、Loeys-Dietz綜合征、血管型Ehlers-Danlos綜合征、家族性胸主動脈瘤/夾層等多種疾病，其共同特點(diǎn)是主動脈瘤發(fā)生破裂的風(fēng)險高，必須通過手術(shù)置換損傷部位動脈而避免發(fā)生致命性動脈瘤破裂。這些疾病有著不同程度的臨床表型重合，僅靠臨床癥狀往往難以區(qū)分確診。這種情況下，基因檢測在患者癥狀完全表現(xiàn)之前即可明確診斷，顯示出無可比擬的優(yōu)勢。針對遺傳性主動脈疾病基因檢測，主要采用基因組合測序的方法，其檢測結(jié)果對于患者的早期、明確診斷和家屬篩查具有重要意義，對于患者手術(shù)方案的選擇及預(yù)后判斷也有一定的指導(dǎo)作用。

關(guān)鍵詞綜述；主動脈疾??；基因

自20世紀(jì)90年代起，隨著人類基因組計劃的開展，生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域涌現(xiàn)出許多新的理論與技術(shù)，疾病的分子診斷作為一個新興的臨床診斷方向逐漸得到廣泛應(yīng)用。近年來，測序平臺與技術(shù)的不斷進(jìn)步和完善,極大地推動了分子診斷的應(yīng)用進(jìn)程?；赟anger雙脫氧鏈終止法的一代測序，對于致病基因單一且外顯子數(shù)較少的疾病篩查，仍不失為一個好的方法。相比一代測序技術(shù)，二代測序技術(shù)以其高通量、低成本的優(yōu)勢很快得到了廣泛應(yīng)用。目前臨床上應(yīng)用比較多的是基因組合檢測,對相關(guān)疾病的一組基因進(jìn)行檢測，旨在篩查已知致病基因是否存在突變。隨著測序費(fèi)用的降低、數(shù)據(jù)庫的積累以及研究者對數(shù)據(jù)結(jié)果解讀經(jīng)驗的加深，全外顯子組測序的方法已越來越多地應(yīng)用于復(fù)雜疾病或新致病基因的探索研究，并逐步應(yīng)用于臨床診斷。越來越多的遺傳異質(zhì)性疾病的相關(guān)致病基因被檢出，2010年～2015年間，利用全外顯子測序技術(shù)已經(jīng)檢測出550多個疾病相關(guān)致病基因[1]。經(jīng)過近二十年的快速發(fā)展與積累，分子診斷技術(shù)已成為推動當(dāng)代醫(yī)學(xué)發(fā)展的重要前沿領(lǐng)域之一。本文所述的遺傳性主動脈疾病分子診斷的成功應(yīng)用就是基因檢測使臨床獲益的一個很好案例。

遺傳性主動脈疾病以主動脈擴(kuò)張、主動脈瘤/夾層為特征，可發(fā)生于馬凡綜合征（MFS）、Loeys-Dietz綜合征（LDS）、血管型Ehlers-Danlos綜合征（vEDS）、家族性胸主動脈瘤/夾層（FTAAD）等多種疾病。這些疾病有著不同程度的臨床表型重合，又有著各自的疾病特征，早期時候僅依靠臨床癥狀加以區(qū)分和診斷。它們的共同特點(diǎn)是主動脈瘤發(fā)生破裂的風(fēng)險高，必須通過手術(shù)置換損傷部位動脈而避免發(fā)生致命性動脈瘤破裂[2]。這些綜合征臨床異質(zhì)性很強(qiáng)，患者往往難以具有非常典型的疾病特征，診斷相對困難。因此，基因檢測可在患者癥狀完全表現(xiàn)之前明確診斷，顯示出無可比擬的優(yōu)勢。此外，還可能影響患者手術(shù)時機(jī)的選擇。通常情況下，當(dāng)患者主動脈直徑達(dá)到5.0～5.5 cm時，醫(yī)生會建議進(jìn)行預(yù)防性手術(shù)干預(yù)[3]。然而研究結(jié)果顯示，多達(dá)60%的急性A型主動脈夾層在直徑<5.5 cm時即發(fā)生了破裂[4]。在過去十年對MFS及相關(guān)疾病的研究中，人們已經(jīng)積累了一定的經(jīng)驗，了解到特定基因的突變可預(yù)示著患者主動脈直徑<5.0 cm時即有發(fā)生破裂的風(fēng)險，以及患者預(yù)后情況[5,6]。下面就以基因檢測在遺傳性主動脈疾病診斷和預(yù)后評估中的應(yīng)用為例，闡述基因檢測在臨床中的重要作用。

1　 主動脈疾病的遺傳學(xué)研究

1.1MFS

MFS是一種常染色體顯性遺傳的結(jié)締組織疾病，發(fā)病率約為1:3 000～1:5 000[7]。病變累及多個器官系統(tǒng)，主要涉及心血管、骨骼和眼睛。其中，心血管系統(tǒng)異常包括主動脈瘤/夾層，是導(dǎo)致MFS患者死亡的最主要原因。若無干預(yù)，患者平均壽命約為32歲。若得到適當(dāng)干預(yù)和治療，其平均壽命可接近于正常人[8]。

鑒于MFS臨床表現(xiàn)的高度異質(zhì)性，國際上對于MFS的診斷標(biāo)準(zhǔn)也在不斷修改和完善。目前國際上普遍采用的是2010年修訂版Ghent標(biāo)準(zhǔn)[9]，它更加重視主動脈根部瘤/夾層和晶體異位這兩大表現(xiàn)。同時，該診斷標(biāo)準(zhǔn)首次將分子診斷（致病性基因突變篩查）納入主要診斷條件，并賦予其重要意義。FBN1是MFS唯一致病基因，編碼原纖維蛋白（fibrillin）-1，是細(xì)胞外微纖維的重要組成部分[10]。

目前已發(fā)現(xiàn)的FBN1突變已有上千個，多數(shù)是單個家庭特有的。其中，錯義突變是最常見類型，半胱氨酸的單堿基置換占絕大多數(shù)?，F(xiàn)有的FBN1基因型-表型關(guān)聯(lián)分析提示，F(xiàn)BN1基因半胱氨酸發(fā)生錯義突變的患者發(fā)生晶體異位的幾率高于其它突變類型[11]。此外，早發(fā)嚴(yán)重的MFS（新生兒MFS）患者，F(xiàn)BN1突變多發(fā)生在24～32號外顯子[12]，具體機(jī)制還有待深入研究。

越來越多的臨床數(shù)據(jù)顯示，MFS患者主動脈直徑<5.5 cm時發(fā)生急性破裂的風(fēng)險較小，其它動脈發(fā)生動脈瘤的幾率較低[13]。有趣的是，F(xiàn)BN1基因的常見變異位點(diǎn)（基因多態(tài)性位點(diǎn)）可增加普通人群患胸主動脈瘤的風(fēng)險[14]，有研究正在嘗試探索是否可以據(jù)此判斷哪些患者可以采用與MFS患者相似的方案進(jìn)行治療。

1.2LDS

LDS是一種常染色體顯性遺傳的結(jié)締組織疾病，很多心血管系統(tǒng)和骨骼異常與MFS有著相似表現(xiàn)，曾被定義為2型MFS。2005年，Loeys等[5]首次將其報道為一個獨(dú)立的疾病，患者平均死亡年齡只有26歲。除了表現(xiàn)出與MFS患者相似的心血管和骨骼異常外，此類患者還可能表現(xiàn)出一些特有的特征，如眼距過寬、懸雍垂/腭裂、顱縫早閉等。與MFS患者相比，LDS患者主動脈瘤/夾層臨床進(jìn)展更為迅猛，患者平均發(fā)病年齡和死亡年齡更早，除主動脈根部外，其它部位發(fā)生動脈瘤和動脈扭曲的風(fēng)險較高。

美國心臟病協(xié)會建議，LDS患者主動脈直徑達(dá)到4.2 cm時，即可進(jìn)行預(yù)防性手術(shù)[3]。然而許多歐洲國家對MFS和LDS進(jìn)行類似處理，待患者主動脈直徑達(dá)到5.0 cm時才進(jìn)行手術(shù)治療，卻并未發(fā)現(xiàn)LDS患者出現(xiàn)更早的動脈瘤/夾層破裂[15]。因此，LDS患者在主動脈直徑<5.0 cm時發(fā)生急性動脈瘤/夾層破裂的風(fēng)險，可能還需要更大樣本量的研究驗證。

因為LDS的診斷不存在最小診斷標(biāo)準(zhǔn)，因此致病基因的檢測在LDS診斷中起著重要作用。TGFBR1和TGFBR2是最早發(fā)現(xiàn)的LDS致病基因，兩者引起的患者表型并無明顯差別。隨著研究的深入，人們發(fā)現(xiàn)SMAD3和TGFB2突變也可引發(fā)LDS，它們均可導(dǎo)致轉(zhuǎn)化生長因子β（TGFβ）信號通路增強(qiáng)[16-18]。其中，SMAD3突變引發(fā)的LDS患者，發(fā)生骨關(guān)節(jié)炎的風(fēng)險較高[16]。

1.3vEDS

vEDS是一種常染色體顯性遺傳疾病，主要表現(xiàn)為除主動脈根部外，全身中到大血管都容易發(fā)生動脈瘤/夾層。骨骼系統(tǒng)異常包括關(guān)節(jié)松弛（常局限于小關(guān)節(jié)），新生兒患者可能出現(xiàn)畸形足、髖關(guān)節(jié)脫位等。此類患者血管脆弱，發(fā)生器官破裂（脾、腸、妊娠子宮）的風(fēng)險較高。有數(shù)據(jù)顯示，患有vEDS的妊娠婦女約有12%的風(fēng)險發(fā)生圍產(chǎn)期動脈破裂或子宮破裂而導(dǎo)致死亡[19]。25%的vEDS 患者在20歲之前表現(xiàn)出明顯的癥狀，80%以上在40歲以前表現(xiàn)出明顯癥狀,患者中位死亡年齡為48歲[20]。COL3A1是目前已知的唯一致病基因[21]。

1.4Shprintzen-Goldberg綜合征（SGS）

SGS與MFS和LDS均有表型重合，包括細(xì)長指、胸廓畸形、脊柱側(cè)突等，最顯著特征表現(xiàn)為顱縫早閉?；颊呱僖娭鲃用}膨大，另外可能出現(xiàn)發(fā)育遲緩、智力障礙等特征。SKI是目前已知的唯一致病基因[22]。

1.5FTAAD

20%的非綜合征型胸主動脈瘤/夾層（TAAD）患者具有家族史，意味著是由遺傳因素導(dǎo)致的疾病。針對這些FTAAD家系進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)FTAAD主要是常染色體顯性遺傳、外顯度不高的單基因疾病。不同家系乃至同一家系不同患者間疾病表現(xiàn)程度可能有所不同，主要表現(xiàn)在發(fā)病年齡、直徑<5.0 cm時升主動脈破裂的風(fēng)險、病變累及主動脈根部或升主動脈或兩者都累及等方面。另外，患者還可不同程度地具有心血管系統(tǒng)其它并發(fā)癥狀，如二葉主動脈瓣、動脈導(dǎo)管未閉和其它血管疾病（如顱內(nèi)動脈瘤、閉塞性動脈疾?。┑萚23]。目前已發(fā)現(xiàn)11個基因與FTAAD有關(guān)：FBN1、TGFBR1、TGFBR2、SMAD3和TGFB2突變已在6%～8%的無MFS或LDS特征的FTAAD家系中發(fā)現(xiàn)[24-27]，提示這些綜合征和FTAAD的主動脈瘤形成可能有著相似的病理機(jī)制。ACTA2、 MYH11、MYLK、PRKG1、SMAD4、NOTCH1等基因也被發(fā)現(xiàn)與FTAAD有關(guān)[28]，其中ACTA2是最為常見的FTAAD致病基因，約占患者人數(shù)的14%[29]。ACTA2突變除了引起TAAD外，還易引起小動脈閉塞性疾病，如早發(fā)性冠狀動脈疾病、中風(fēng)以及原發(fā)性肺動脈高壓等。

ACTA2突變患者主動脈瘤常常同時累及主動脈根部和升主動脈，與MFS患者相比，此類患者更容易發(fā)生急性動脈瘤破裂。1/3的患者主動脈直徑<5.0 cm時發(fā)生了動脈破裂[6]。因此對攜帶ACTA2突變的TAAD患者，當(dāng)主動脈直徑達(dá)到4.5 cm時，即可考慮進(jìn)行預(yù)防性手術(shù)。

2　遺傳性主動脈疾病基因檢測方法

針對遺傳性主動脈疾病的基因檢測，通常采用基因組合（gene panel）的方法，即用二代測序的方法對疾病相關(guān)的若干基因的外顯子及其側(cè)翼序列進(jìn)行檢測，查找致病性點(diǎn)突變或較小的插入/缺失。國內(nèi)外市場已出現(xiàn)多個檢測主動脈疾病gene panel試劑盒，包含的基因從數(shù)個到十幾個不等。阜外醫(yī)院實(shí)驗診斷中心目前開展遺傳性主動脈疾病基因檢測項目，組合中包括了MFS、LDS、vEDS、SGS、FTAAD等相關(guān)的15個基因。到目前為止，阜外醫(yī)院實(shí)驗診斷中心已對近200例主動脈瘤患者進(jìn)行了基因組合檢測，其中癥狀較為典型的MFS患者診斷率高達(dá)90%。另外還對若干容易混淆、難以鑒別診斷的相似病例給予了明確診斷。未找到可能致病突變的MFS患者，若臨床癥狀典型或有明顯家族史，我們會進(jìn)行大片段插入/缺失檢測。對于此類型變異，二代測序方法本身存在局限性，難以檢測到，而有報道表明，未檢測到點(diǎn)突變或小片段插入/缺失的MFS患者中，高達(dá)7%的人存在FBN1大片段缺失。對于仍未找到致病突變的MFS患者以及其它有明顯家族史但未找到致病突變的主動脈瘤患者，我們將進(jìn)行全外顯子組測序，嘗試尋找新致病基因。

3　基因檢測的意義

首先，基因檢測使得癥狀前診斷成為可能，這就為預(yù)防性干預(yù)和及時的監(jiān)測及治療提供了時機(jī)。有研究表明，發(fā)生急性動脈破裂（AAD）的MFS患者，即便首次手術(shù)成功，主動脈其它節(jié)段需要再次干預(yù)的頻率也大于未發(fā)生AAD的患者[30]。因此，疾病的早期診斷尤為重要，基因檢測在此方面顯示出了其特有優(yōu)勢。第二，因為2010年修訂版Ghent標(biāo)準(zhǔn)[7]首次將分子診斷（致病性FBN1基因突變篩查）納入主要診斷條件，所以結(jié)合基因檢測結(jié)果，一些疑似但不滿足診斷標(biāo)準(zhǔn)的MFS患者得以確診。第三，通過基因檢測，臨床表型有重合、容易混淆的疾病，可以得到準(zhǔn)確診斷。如LDS因疾病罕見，再加上國內(nèi)醫(yī)生對此疾病認(rèn)識不足，往往會誤診成MFS。通過基因檢測，不僅患者得到準(zhǔn)確診斷，臨床醫(yī)生也加深了對相關(guān)疾病的認(rèn)識。第四，針對某些特定疾病的基因檢測，還可能指導(dǎo)治療方案，更好地對患者預(yù)后進(jìn)行評估。如LDS，手術(shù)指征（主動脈直徑>4.2 cm）要嚴(yán)于MFS（主動脈直徑>5.0 cm）[3]；再如vEDS，妊娠期發(fā)生子宮破裂的風(fēng)險高于其它主動脈瘤患者[19]，應(yīng)予以重視。此外，單基因疾病的基因檢測結(jié)果，還可指導(dǎo)患者進(jìn)行生殖選擇，通過早期孕檢或移植前胚胎診斷等方法，避免將疾病傳給下一代，減輕社會和家庭經(jīng)濟(jì)和精神的雙重負(fù)擔(dān)。

總之，基因檢測對于遺傳性主動脈疾病患者的早期、明確診斷和家屬篩查具有重要意義，對于患者手術(shù)方案的選擇及預(yù)后判斷也有一定的指導(dǎo)作用。隨著基因檢測技術(shù)的廣泛應(yīng)用，人們有望發(fā)現(xiàn)遺傳性主動脈疾病新的致病基因，探索更多、更為確鑿的基因型-表型關(guān)聯(lián)，同時結(jié)合其它組學(xué)技術(shù)，如全外顯子組、轉(zhuǎn)錄組、microRNA組學(xué)分析等[31]，進(jìn)一步剖析遺傳性主動脈疾病的發(fā)病機(jī)理，為患者臨床治療方案的選擇提供更為可靠、有力的個性化指導(dǎo)。

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（編輯：梅平）

綜述

(收稿日期：2015-10-13)

中圖分類號：R541.4

文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

文章編號：1000-3614（2016）03-0304-03

doi:10.3969/j.issn.1000-3614.2016.03.024

作者簡介：楊航 實(shí)習(xí)研究員 博士 主要從事心血管疾病分子診斷和病理機(jī)制研究 Email：chrisyang_1999@163.com 通訊作者：周洲 Email：fwcomd@126.com

作者單位：100037北京市，中國醫(yī)學(xué)科學(xué)院 北京協(xié)和醫(yī)學(xué)院 國家心血管病中心 阜外醫(yī)院 實(shí)驗診斷中心 心血管疾病分子診斷北京市重點(diǎn)實(shí)驗室心血管疾病國家重點(diǎn)實(shí)驗室 （楊航、殷昆侖、 陳前龍、周洲），血管外科中心（羅明堯、常謙）