嚴(yán)重程度不同的SHANK2 相關(guān)神經(jīng)發(fā)育障礙一家系4 例基因型-表型關(guān)系研究

田茂強(qiáng) 束曉梅 李 娟 雷文婷 陳 靜 余小華 彭龍英

遵義醫(yī)科大學(xué)附屬醫(yī)院小兒內(nèi)科（貴州遵義 563003）

神經(jīng)發(fā)育障礙（neurodevelopmental disorders，NDDs）是一組表現(xiàn)為運(yùn)動(dòng)、智力、語(yǔ)言、社交及興趣異常的神經(jīng)系統(tǒng)發(fā)育障礙譜系病，包括自閉癥譜系障礙（autism spectrum disorder，ASD）[1]。此組疾病臨床異質(zhì)性強(qiáng)，雖多數(shù)患者與遺傳相關(guān)，但其基因型-表型關(guān)系復(fù)雜[2]。目前報(bào)道NDDs相關(guān)基因變異多數(shù)因涉及突觸轉(zhuǎn)錄調(diào)控、影響突觸傳遞功能而致病[3-5]。SHANK2基因（OMIM* 603290）編碼SH3和多個(gè)錨蛋白重復(fù)結(jié)構(gòu)蛋白2（SHANK 2），是一種興奮性突觸后支架蛋白，參與神經(jīng)興奮的傳導(dǎo)過(guò)程，研究發(fā)現(xiàn)SHANK2與NDDs 相關(guān)[1,5-6]。SHANK2相關(guān)NDDs臨床表型差異較大，其基因型-表型關(guān)系及遺傳模式復(fù)雜，發(fā)病率及病例數(shù)不詳，亟待進(jìn)一步研究明確。本研究對(duì)父母分別攜帶SHANK2單位點(diǎn)變異、而下一代攜帶雙等位變異的家系患者的臨床表型及遺傳學(xué)進(jìn)行分析，以提高臨床醫(yī)師對(duì)SHANK 2相關(guān)譜系病基因型-表型關(guān)系的認(rèn)識(shí)。

1 病例資料

先證者（II.3）為2歲患兒，女，因發(fā)育落后就診。表現(xiàn)為全面發(fā)育落后，1歲6個(gè)月可抬頭，2歲仍不會(huì)獨(dú)坐，不會(huì)講話，可認(rèn)識(shí)親人。圍生期無(wú)異常，父母非近親結(jié)婚。家系中共4 例患者表現(xiàn)為不同程度的智力、運(yùn)動(dòng)及社會(huì)功能障礙。系譜圖及相應(yīng)的臨床表型見(jiàn)圖1。父親（I.1）表現(xiàn)為輕度智力障礙，伴社交功能障礙，但生活自理能力正常，能完成日常農(nóng)活；母親（I.2）表現(xiàn)為中度智力障礙，伴嚴(yán)重語(yǔ)言及社交障礙，但可完成日常家務(wù)活動(dòng)；大姐（II.1）智力運(yùn)動(dòng)發(fā)育正常；二姐（II.2）4.5歲就診，表現(xiàn)為自幼嚴(yán)重的智力運(yùn)動(dòng)發(fā)育障礙，隨訪到5歲，僅可認(rèn)識(shí)親人，不會(huì)走路，不會(huì)說(shuō)話。體格檢查（先證者2歲時(shí)）：身長(zhǎng) 83 cm，體重 11 kg，無(wú)特殊外觀，反應(yīng)遲鈍，追聲、物好，無(wú)語(yǔ)言表達(dá)，心肺腹部無(wú)異常，四肢肌張力高，病理征陰性。輔助檢查：血常規(guī)、血生化、血氨、乳酸、丙酮酸正常，葉酸、維生素B12均正常；血、尿串聯(lián)質(zhì)譜篩查無(wú)異常。II.2及II.3Gessel發(fā)育量表評(píng)估均提示重度全面發(fā)育落后。2 例患兒頭顱磁共振成像（MRI）無(wú)異常。因經(jīng)濟(jì)原因父母未進(jìn)行發(fā)育量表及頭顱MRI 檢查。因家系中有多例類(lèi)似患者，考慮遺傳性病因可能性大。經(jīng)醫(yī)院醫(yī)學(xué)倫理委員會(huì)批準(zhǔn)、患兒監(jiān)護(hù)人簽署知情同意書(shū)后，采集家系先證者及父母外周血送至北京貝瑞和康醫(yī)學(xué)檢驗(yàn)實(shí)驗(yàn)室有限公司進(jìn)行全外顯子測(cè)序（WES）。WES檢測(cè)到SHANK 2基因2 種變異。①SHANK 2剪切位點(diǎn)變異（NM_012309.4，c.2309-2A＞C），經(jīng)Sanger驗(yàn)證顯示母親（I.2）、二姐（II.2）及先證者（II.3）均攜帶該變異，父親及大姐該位點(diǎn)為野生型（圖2A），該變異在數(shù)據(jù)庫(kù)中均未被收錄；根據(jù)ACMG 評(píng)級(jí)[7]，該位點(diǎn)變異為致病變異（PVS1+PM2+PP1）。②檢測(cè)到父親及先證者SHANK2基因11-16號(hào)外顯子雜合缺失（圖3A），經(jīng)qPCR驗(yàn)證顯示父親（I.1）、二姐（II.2）及先證者（II.3）均攜帶該缺失，見(jiàn)圖3 B 及表1。該家系診斷為SHANK2相關(guān)NDDs，診治時(shí)間軸見(jiàn)圖4。2例患兒不規(guī)則康復(fù)治療中，智力及運(yùn)動(dòng)功能緩慢進(jìn)步中。

圖1 家系系譜圖及患者基因型-表型示意圖

表1 3例患者qPCR檢測(cè)結(jié)果

圖2 家系成員一代測(cè)序峰圖、SHANK2 結(jié)構(gòu)及其基因型-表型關(guān)系示意圖

圖3 SHANK2 缺失及qPCR 驗(yàn)證圖

圖4 家系患者診治時(shí)間軸

2 討論

在個(gè)體生命發(fā)育過(guò)程中，神經(jīng)元突觸的密度、大小、形狀等在相應(yīng)基因的調(diào)控下處于動(dòng)態(tài)變化中[8-9]。編碼這些突觸蛋白的基因如SHANK1～3變異均可導(dǎo)致突觸功能異常而引起NDDs。SHANK 2包含SH 3、PDZ 結(jié)合域及SAM 結(jié)構(gòu)域（圖2）[9]。SHANK2（NM_012309.4）含25個(gè)外顯子、1 849個(gè)氨基酸，是SHANK突觸蛋白家族（SHANK1～3）成員之一，在興奮性后突觸密度中起到分子支架的作用[10]。SHANK2在腦中高表達(dá)，出生前（胎兒期）及成人期高表達(dá)，基因敲除小鼠顯示產(chǎn)后致死、樹(shù)突形態(tài)異常及興奮性突觸后電位異常（https://gdap.org.cn/unigene.html?entrez=22941），提示SHANK2對(duì)維持中樞神經(jīng)系統(tǒng)的正常發(fā)育及功能起至關(guān)重要的作用。

SHANK 2基因型-表型關(guān)系復(fù)雜。在鼠的研究中發(fā)現(xiàn)，編碼SHANK家族蛋白（SHANK1～3）基因的變異導(dǎo)致與人類(lèi)NDDs 相似表型，包括重復(fù)刻板運(yùn)動(dòng)、社會(huì)行為改變及焦慮癥狀[11]。臨床研究發(fā)現(xiàn)，SHANK2與神經(jīng)發(fā)育障礙相關(guān)，包括ASD易感17型（OMIM# 613436），遺傳模式為常染色體顯性遺傳伴不完全外顯[5]。SHANK 2復(fù)雜的基因型-表型關(guān)系可能與單基因的變異類(lèi)型、修飾基因或多基因遺傳相關(guān)。本研究家系中，未攜帶SHANK 2變異的姐姐表型正常，攜帶缺失變異的父親表現(xiàn)為輕度社交障礙，攜帶內(nèi)含變異的母親表現(xiàn)為中度智力障礙及社交障礙，而攜帶雙等位基因變異的2 個(gè)女兒均表現(xiàn)為嚴(yán)重的運(yùn)動(dòng)、認(rèn)知發(fā)育障礙，提示SHANK 2不同變異導(dǎo)致SHANK 2 蛋白劑量的變化可能是該家系患者表型差異的主要原因，也提示SHANK 2譜系病臨床異質(zhì)性可能與變異導(dǎo)致SHANK 2 劑量變化相關(guān)。

Zhang等[12]在關(guān)于先天性脊柱側(cè)彎2家系研究發(fā)現(xiàn)父親及2個(gè)兒子均攜帶TBX6缺失變異，但僅其中一個(gè)兒子表現(xiàn)為脊柱側(cè)彎，即攜帶變異的個(gè)體呈現(xiàn)不完全外顯現(xiàn)象。進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)，發(fā)病者還攜帶來(lái)自母親TBX6的多態(tài)性位點(diǎn)（T-C-A）。該研究認(rèn)為T(mén)BX 6缺失變異和多態(tài)性位點(diǎn)共同導(dǎo)致先天性脊柱側(cè)彎，呈非典型隱性遺傳模式[12]。該現(xiàn)象在RBM8A相關(guān)血小板減少癥的研究也曾被報(bào)道[13]。SHANK2是ASD的易感基因，大量研究發(fā)現(xiàn)某些攜帶變異者也表現(xiàn)為不完全外顯的現(xiàn)象[5]，提示可能個(gè)體對(duì)于該基因劑量依賴(lài)較低。當(dāng)變異導(dǎo)致SHANK2輕微下降時(shí)則不出現(xiàn)表型或出現(xiàn)較輕微表型，而嚴(yán)重變異或雙等位基因變異則導(dǎo)致SHANK2蛋白顯著下降而出現(xiàn)較重表型。推測(cè)本研究患者中差異性表型出現(xiàn)的原因可能為：①父親攜帶雜合外顯子缺失變異導(dǎo)致SHANK2截短，機(jī)體存在截短的SHANK2及50%功能正常的SHANK2，患者為輕表型（圖2）；②母親攜帶內(nèi)含子變異（c.2309-2A＞C），該變異導(dǎo)致可變剪切，可能導(dǎo)致外顯跳躍（缺失）、外顯子延長(zhǎng)及或外顯子部分缺失等，與缺失相比，母親剪切位點(diǎn)變異可能導(dǎo)致體內(nèi)存在大量無(wú)功能的變異型蛋白，由于顯性負(fù)效應(yīng)機(jī)制，大量變異型蛋白可能與野生型蛋白SHANK2競(jìng)爭(zhēng)性的結(jié)合靶蛋白，影響殘存正常蛋白功能，從而導(dǎo)致比父親較重的表型（圖2）；③2個(gè)女兒均攜帶雙等位基因變異，則體內(nèi)僅存在變異型SHANK 2，患兒則表現(xiàn)為重型NDDs（圖2）。本研究家系可能為進(jìn)一步關(guān)于SHANK2致病機(jī)制研究提供參考，但仍需在今后通過(guò)直接的功能實(shí)驗(yàn)或積累更多類(lèi)似病例進(jìn)行證實(shí)。

ASD 是一類(lèi)以廣泛的社交、言語(yǔ)交流障礙、刻板行為及興趣狹隘為核心癥狀的綜合征[14-15]。通過(guò)患病的一致率研究發(fā)現(xiàn)同卵雙生子為30%～99%，異卵雙生子為0～65%，說(shuō)明ASD病因與遺傳因素高度相關(guān)[2]。近來(lái)發(fā)表在Cell雜志的研究已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了三類(lèi)變異與ASD 相關(guān)，即在多基因變異的基礎(chǔ)上，罕見(jiàn)變異及新生變異是ASD 發(fā)生的主要因素[14]。Caumes 等[16]2020 年報(bào)道2 例ASD 患者，并總結(jié)了已報(bào)道的9 例SHANK 2基因變異的患兒，11 例患者均為De novo變異，其中10 例患者伴典型ASD 癥狀，提示De novo變異多見(jiàn)于對(duì)于SHANK2劑量影響較大的變異，常導(dǎo)致ASD，而遺傳性變異可能對(duì)SHANK2蛋白劑量影響相對(duì)較小而導(dǎo)致不同程度智力障礙。本研究中SHANK 2單等位基因和/或雙等位基因變異出現(xiàn)的表型異質(zhì)性現(xiàn)象可能為ASD或智力障礙的研究提供依據(jù)，對(duì)于表型差異較大的家系患者，除考慮表觀遺傳或多基因變異影響外，還應(yīng)該考慮雙等位基因特殊變異（拷貝數(shù)變異，多態(tài)性等）導(dǎo)致不典型隱性遺傳可能。

總之，SHANK 2相關(guān)NDDs 嚴(yán)重程度可能與SHANK 2 量依賴(lài)相關(guān)，此種量依賴(lài)現(xiàn)象也為理解SHANK 2相關(guān)NDDs 基因型-表型關(guān)系提供幫助。對(duì)于臨床表現(xiàn)差異大、不完全外顯的家族患者，需進(jìn)一步分析患者中可能存在該基因的其他類(lèi)型變異。