1 例2p11.1-q21.1 片段重復(fù)導(dǎo)致智力障礙患兒的遺傳學(xué)及表型分析

劉楠，王萍，徐曉薇，王學(xué)韜，武晉英，李佳慈，舒劍波

（天津市兒童醫(yī)院（天津大學(xué)兒童醫(yī)院）；天津市兒科研究所；天津市兒童出生缺陷防治重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，天津300134）

智力障礙以往被稱為智力落后（MR），是一種不健全的智力發(fā)育，導(dǎo)致患者與相同年齡、性別和社會(huì)文化背景的個(gè)體相比，在一般心智能力、智力功能、適應(yīng)性行為和功能技能方面存在明顯缺陷。遺傳學(xué)病因是導(dǎo)致智力障礙的重要因素，目前已發(fā)現(xiàn)1 700 多種基因與智力障礙相關(guān)[1]。智力障礙可以是多種遺傳綜合征的共同特征，也可能是孤立的發(fā)現(xiàn)，其相關(guān)的表型和遺傳異質(zhì)性明顯。因而采用包括染色體核型分析、WES 等多種細(xì)胞及分子遺傳學(xué)檢測(cè)方法相結(jié)合，可以在早期識(shí)別智力障礙患兒的發(fā)病原因，幫助臨床醫(yī)生確認(rèn)或建立臨床診斷，為臨床診療方案的選擇及遺傳咨詢提供客觀依據(jù)[2-3]。本文應(yīng)用G 顯帶染色體核型分析和WES 診斷1 例由于2p11.1-q21.1 片段重復(fù)導(dǎo)致臨床表現(xiàn)以智力障礙為主、伴發(fā)多系統(tǒng)發(fā)育畸形的患兒，現(xiàn)報(bào)告如下。

1 病例資料

1.1 一般情況 患兒，女性，14 周歲，因?qū)W習(xí)成績(jī)落后于2019 年7 月11 日就診于天津市兒童醫(yī)院門診。第1 胎第1 產(chǎn)，母親孕期體健，足月剖宮產(chǎn)，否認(rèn)生后窒息史。患兒14 個(gè)月可獨(dú)立行走，幼兒期及學(xué)齡前期無特殊異常表現(xiàn)，自學(xué)齡期開始出現(xiàn)學(xué)習(xí)成績(jī)落后，課上小動(dòng)作多，社會(huì)交往能力欠佳，喜歡模仿他人言行，情緒易激動(dòng)。11 歲月經(jīng)初潮，周期規(guī)律。家族史無異常。

1.2 查體 身高146 cm，低于平均值2 SD，頭圍51 cm，提示生長(zhǎng)遲緩、小頭畸形；發(fā)際低，頸蹼，短耳畸形，雙手食指尺側(cè)偏斜（圖1）。心、肺、腹部查體未見異常，第二性征已開始發(fā)育。

圖1 患兒頭面部及雙手照片

1.3 特殊檢查 骨齡X 線：左手掌指骨骨骺與干骺端均已閉合，左腕關(guān)節(jié)見8 枚腕骨，左側(cè)拇指內(nèi)收肌籽骨出現(xiàn)，左側(cè)肘關(guān)節(jié)骨骺出齊并閉合，提示骨齡提前。韋氏兒童智力量表全式（C-WISC）：IQ=61，診斷智力障礙；感覺統(tǒng)合能力：輕度失調(diào)；兒科患者心理社會(huì)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估（psychosocial risk assessment in pediatrics，PRAP）量表：提示中度風(fēng)險(xiǎn)（11 分）；異常行為量表（aberrant behavior checklist，ABC）：17分；視聽整合連續(xù)測(cè)試（IVA-CPT）：綜合注意力商數(shù)=40。

1.4 染色體G 顯帶核型分析 經(jīng)患兒家屬知情同意，獲取患兒及其父母外周血標(biāo)本。本研究經(jīng)本院倫理委員會(huì)批準(zhǔn)（2016021）。應(yīng)用細(xì)胞遺傳學(xué)分析常規(guī)方法，對(duì)患兒血樣進(jìn)行淋巴細(xì)胞培養(yǎng)及中期染色體標(biāo)本制備并進(jìn)行G 顯帶染色制片。于顯微鏡下分析至少10 個(gè)中期分裂相，計(jì)數(shù)30 個(gè)分裂相，按照人類細(xì)胞遺傳學(xué)國(guó)際命名體制（ISCN2016）標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行染色體核型分析。結(jié)果顯示患兒存在一個(gè)衍生的2 號(hào)染色體，核型為46，XX，der（2）（pter→q11.1：：?：：q12→qter），即2 號(hào)染色體長(zhǎng)臂出現(xiàn)形態(tài)異常，但無法確定該片段的來源，患兒的父母核型均正常（圖2），提示其衍生的2 號(hào)染色體為新發(fā)突變。

圖2 染色體核型分析結(jié)果

1.5 拷貝數(shù)變異（CNVs）分析 采集患兒外周靜脈血2 mL，加入內(nèi)置有EDTA 抗凝劑抗凝的試管，提取基因組DNA 并構(gòu)建文庫。檢測(cè)合格的DNA 文庫利用Illumina 公司的Hiseq2500 二代測(cè)序儀進(jìn)行測(cè)序，平均深度達(dá)到100～200 X。通過測(cè)序深度的對(duì)數(shù)轉(zhuǎn)換推算CNVs，參考以下國(guó)際數(shù)據(jù)庫：DECIPHER、OMIM、ISCA、UCSC、DGV、Clingen Dosage Sensitivity Map，利用生物信息學(xué)分析對(duì)WES 結(jié)果進(jìn)行CNVs分析。結(jié)果為wes（hg19）2p11.1q21.1（91634679～131221727）×3（圖3），回顧分析2 號(hào)衍生染色體片段重復(fù)帶型特點(diǎn)，推斷2p11.1p11.0 出現(xiàn)倒位插入重復(fù)，2q11.1q21.1 出現(xiàn)正向重復(fù)，因此患兒的最終核型被確定為46，XX，dup（2）（pter→cen→p11.1：：q11.1→q21.1：：q11.1→qter）。

圖3 患兒基于WES 結(jié)果的CNVs 分析結(jié)果圖

2 討論

基于不同人種的群體研究均表明，智力障礙的發(fā)生與遺傳因素密切相關(guān)[4-5]，因此，筆者首先對(duì)本例患兒進(jìn)行外周血的染色體核型分析。經(jīng)過對(duì)中期染色體形態(tài)的觀察并計(jì)數(shù)，發(fā)現(xiàn)患兒其中1 條2 號(hào)染色體長(zhǎng)臂上存在異常重復(fù)片段，為單一核型46，XX，der（2）。但由于G 顯帶核型圖中每一條染色體是根據(jù)其大小以及深淺帶型特征區(qū)分的，且患兒父母染色體核型均為正常，因而對(duì)于孤立出現(xiàn)的2 號(hào)染色體上的異常片段無法確定其來源和基因組特征[6]。而應(yīng)用全外顯子測(cè)序進(jìn)行CNVs 分析的分子遺傳學(xué)檢測(cè)方法，彌補(bǔ)了細(xì)胞遺傳學(xué)核型分析的技術(shù)局限性，可提供異常片段的基因內(nèi)涵背景數(shù)據(jù)，為依賴于基因功能及其缺失或重復(fù)變異致病性的臨床表型分析提供了客觀依據(jù)[7-9]。據(jù)此，筆者通過患兒WES 數(shù)據(jù)結(jié)果基礎(chǔ)上的CNVs 分析，確定重復(fù)片段的來源為2 號(hào)染色體p11.1-q21.1（91634679～131221727）。該片段大小約為39.59 Mb，區(qū)域內(nèi)包含196 個(gè)編碼基因，其中與疾病有關(guān)聯(lián)的基因共41個(gè)。參照2020 年美國(guó)醫(yī)學(xué)遺傳學(xué)與基因組學(xué)學(xué)會(huì)（ACMG）聯(lián)合臨床基因組資源中心（ClinGen）發(fā)布的染色體CNVs 致病性評(píng)估標(biāo)準(zhǔn)，該變異符合3C（0.9 分，該區(qū)域包含大于50 個(gè)編碼基因）與4M（0.3分，與對(duì)照相比，在病例中的頻率顯著增加，表型不夠一致、特異），評(píng)分結(jié)果為1.2 分，判定為致病性變異[10]。

目前，對(duì)于2 號(hào)染色體p11.1-q21.1（91634679～131221727）片段內(nèi)部分區(qū)域重復(fù)的病例多有報(bào)道。Wolfe 等[11]發(fā)現(xiàn)，2q13 片段重復(fù)患者的主要臨床表現(xiàn)為智力障礙（70%）、注意力缺陷多動(dòng)障礙（attention deficit hyperactivity disorder，ADHD，60%）、小頭畸形（29%）、孤獨(dú)癥譜系障礙（autism spectrum disorder，ASD，17%）。有學(xué)者在2 419 例發(fā)育障礙患者中觀察到，攜帶2q13 重復(fù)病例的CNVs 片段大小為1.4 ～2.1 Mb，且都有一個(gè)共同的1.3 Mb 區(qū)域（chr2：111449141～112746937，GRCh37，hg19），該變異在關(guān)于智力障礙、發(fā)育遲緩和神經(jīng)精神疾病的研究中多有報(bào)道[12]。而Dharmadhikari 等[13]在臨床表型為發(fā)育遲緩、ASD、癲癇及ADHD 的5 個(gè)家系中，發(fā)現(xiàn)了2q21.1 區(qū)域內(nèi)的片段重復(fù)。這些拷貝數(shù)重復(fù)片段皆在本文病例異常片段區(qū)域內(nèi)，只是本例患兒表現(xiàn)為智力發(fā)育遲緩、行為異常但沒有癲癇的表現(xiàn)。這種相同的CNVs 卻顯示出不同臨床表型的現(xiàn)象，與表觀遺傳學(xué)外顯率密切相關(guān)。外顯率是指一定環(huán)境條件下，群體中某一基因型個(gè)體表現(xiàn)出相應(yīng)表型的百分率。有學(xué)者對(duì)5 026 例產(chǎn)前診斷結(jié)果進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析后發(fā)現(xiàn)，人類常見的染色體重復(fù)/缺失的外顯率，僅少部分為100%[14]。因而，考慮患兒沒有出現(xiàn)癲癇表型可能與此密切相關(guān)。

盡管大多數(shù)CNVs 對(duì)患者臨床表型有明顯影響，但其致病機(jī)制仍不清楚。許多大型CNVs 包含數(shù)百萬個(gè)核苷酸和幾十個(gè)基因，混淆了它們的關(guān)鍵致病因素。甚至，具有相同CNVs 的患者可能出現(xiàn)“鏡像”表型，例如對(duì)2q13 片段重復(fù)患兒[11]的臨床表型統(tǒng)計(jì)發(fā)現(xiàn)，29%出現(xiàn)“小頭畸形”，14%表現(xiàn)為“巨頭畸形”，這些“鏡像”表型是由CNVs[15-16]中包含的一個(gè)或多個(gè)、具有不同劑量敏感（dosage sensitive，DS）性的基因或元素所導(dǎo)致的。美國(guó)國(guó)立衛(wèi)生研究院臨床基因組資源中心（ClinGen）開發(fā)了標(biāo)準(zhǔn)框架體系，用以評(píng)估基因和疾病之間的關(guān)聯(lián)性以及缺失（單倍劑量敏感）或重復(fù)（3 倍劑量敏感）的個(gè)體基因或基因組區(qū)域致病性證據(jù)的可信性強(qiáng)度[17]。本例患兒重復(fù)片段來源為2 號(hào)染色體p11.1-q21.1（91634679～131221727），該區(qū)域與疾病有關(guān)聯(lián)的基因?yàn)?1 個(gè)，各基因與疾病的劑量敏感特性不同，導(dǎo)致患兒具有以智力障礙為主伴有生長(zhǎng)遲緩、神經(jīng)精神缺陷、多發(fā)畸形的復(fù)雜臨床表型。其中，AFF3基因?yàn)锳TF 轉(zhuǎn)錄因子家族基因成員，是超級(jí)延伸復(fù)合體的組成部分。它調(diào)節(jié)神經(jīng)發(fā)生和發(fā)育相關(guān)基因的表達(dá)，是Wnt/β-連環(huán)蛋白通路的靶點(diǎn)之一，也是參與骨發(fā)育和穩(wěn)態(tài)通路的重要基因。OMIM 網(wǎng)站顯示該基因異?？蓪?dǎo)致KINSSHIP 綜合征，臨床表現(xiàn)中包括智力障礙、生長(zhǎng)發(fā)育遲緩、小頭畸形、縮頜及掌指關(guān)節(jié)異常均與本患兒表型相符合，呈常染色體顯性遺傳模式。經(jīng)ClinGen 網(wǎng)站檢索，目前無足夠證據(jù)證明其為三倍劑量敏感，但是已總結(jié)了11 例該基因缺失或重復(fù)病例，其中9 例確定為AFF3重復(fù)致病，兩例缺失致病，其中顯示3 倍劑量敏感病例的臨床表型與本文患兒基本相符[18-19]。此外，還包含POU3F3基因，其編碼的POU3F3 蛋白是真核轉(zhuǎn)錄因子，參與了大腦和腎臟的發(fā)育過程，致病性POU3F3變異導(dǎo)致Snijders Blok-Fisher 綜合征，為常染色體顯性遺傳。ClinGen 報(bào)道的10 例包含該基因CNVs 的病例中，有8 例為重復(fù)致病，出現(xiàn)Snijders Blok-Fisher 綜合征相關(guān)的智力障礙、全面發(fā)育遲緩、耳廓畸形、孤獨(dú)癥及其他精神行為異常等臨床表現(xiàn)[20]。CKAP2L基因的致病變異可引起一種罕見的常染色體隱性顱指綜合征，即Filippi 綜合征，其特征是小頭畸形、并指、身材矮小、智力殘疾和畸形面部特征。目前僅有4 例包含該基因CNVs 患者信息，其中3 例為重復(fù)致病[21]。目前沒有足夠的證據(jù)確定上述基因AFF3、POU3F3、CKAP2L為3 倍劑量敏感基因，但是它們的重復(fù)在相當(dāng)一部分病例中呈現(xiàn)3 倍劑量敏感導(dǎo)致的臨床表型，與本例患兒高度一致，這些基因作為主要驅(qū)動(dòng)因素，可導(dǎo)致患兒具有以智力障礙為主伴有生長(zhǎng)遲緩、神經(jīng)精神缺陷、多發(fā)畸形的復(fù)雜臨床表型。而位于患兒重復(fù)片段中的TMEM127基因[22]，為遺傳性嗜鉻細(xì)胞瘤的易感基因，目前已有足夠證據(jù)表明該基因?yàn)閱伪秳┝棵舾?，因此可以解釋為何患兒存在該基因的重?fù)卻無相關(guān)臨床表型。明確該基因的變異方式并結(jié)合其單倍劑量敏感的致病特性，醫(yī)生可以在遺傳咨詢和隨訪過程中，對(duì)患兒嗜鉻細(xì)胞瘤患病概率做出科學(xué)預(yù)判。

2 號(hào)染色體p11.1-q21.1 區(qū)域的大片段重復(fù)，是引起患兒以智力障礙為主的多系統(tǒng)發(fā)育異常臨床表型的遺傳學(xué)病因。由于染色體重復(fù)或缺失的外顯率不同，該區(qū)域包含的眾多基因與疾病的關(guān)聯(lián)程度、劑量敏感特性以及表型驅(qū)動(dòng)優(yōu)先級(jí)別不同，可能是導(dǎo)致患兒復(fù)雜特殊臨床表型的潛在發(fā)病機(jī)制[23-24]。因本例患兒父母外周血染色體核型均為正常，提示患兒是新發(fā)突變，但不能除外父母存在生殖細(xì)胞嵌合的可能性。因此，在遺傳咨詢過程中，醫(yī)生需要重視患兒父母的再生育訴求，建議對(duì)其進(jìn)行有針對(duì)性的產(chǎn)前檢查。