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，其共同特點是主動脈瘤發(fā)生破裂的風險高，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)方案的選擇及預后判斷也有一定的指導作用。

關(guān)鍵詞綜述；主動脈疾??；基因

自20世紀90年代起，隨著人類基因組計劃的開展，生物醫(yī)學領(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用。近年來，測序平臺與技術(shù)的不斷進步和完善,極大地推動了分子診斷的應用進程?；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用。目前臨床上應用比較多的是基因組合檢測,對相關(guān)疾病的一組基因進行檢測，旨在篩查已知致病基因是否存在突變。隨著測序費用的降低、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用于復雜疾病或新致病基因的探索研究，并逐步應用于臨床診斷。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)已成為推動當代醫(yī)學發(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。它們的共同特點是主動脈瘤發(fā)生破裂的風險高，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，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)時機的選擇。通常情況下，當患者主動脈直徑達到5.0～5.5 cm時，醫(yī)生會建議進行預防性手術(shù)干預[3]。然而研究結(jié)果顯示，多達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示著患者主動脈直徑<5.0 cm時即有發(fā)生破裂的風險，以及患者預后情況[5,6]。下面就以基因檢測在遺傳性主動脈疾病診斷和預后評估中的應用為例，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，是導致MFS患者死亡的最主要原因。若無干預，患者平均壽命約為32歲。若得到適當干預和治療，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的診斷標準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標準[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，該診斷標準首次將分子診斷（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（基因多態(tài)性位點）可增加普通人群患胸主動脈瘤的風險[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險較高。

美國心臟病協(xié)會建議，LDS患者主動脈直徑達到4.2 cm時，即可進行預防性手術(shù)[3]。然而許多歐洲國家對MFS和LDS進行類似處理，待患者主動脈直徑達到5.0 cm時才進行手術(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準，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，它們均可導致轉(zhuǎn)化生長因子β（TGFβ）信號通路增強[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）的風險較高。有數(shù)據(jù)顯示，患有vEDS的妊娠婦女約有12%的風險發(fā)生圍產(chǎn)期動脈破裂或子宮破裂而導致死亡[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致的疾病。針對這些FTAAD家系進行分析，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、動脈導管未閉和其它血管疾?。ㄈ顼B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，當主動脈直徑達到4.5 cm時，即可考慮進行預防性手術(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)翼序列進行檢測，查找致病性點突變或較小的插入/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)院實驗診斷中心已對近200例主動脈瘤患者進行了基因組合檢測，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，未檢測到點突變或小片段插入/缺失的MFS患者中，高達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，這就為預防性干預和及時的監(jiān)測及治療提供了時機。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標準[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準的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，可以得到準確診斷。如LDS因疾病罕見，再加上國內(nèi)醫(yī)生對此疾病認識不足，往往會誤診成MFS。通過基因檢測，不僅患者得到準確診斷，臨床醫(yī)生也加深了對相關(guān)疾病的認識。第四，針對某些特定疾病的基因檢測，還可能指導治療方案，更好地對患者預后進行評估。如LDS，手術(shù)指征（主動脈直徑>4.2 cm）要嚴于MFS（主動脈直徑>5.0 cm）[3]；再如vEDS，妊娠期發(fā)生子宮破裂的風險高于其它主動脈瘤患者[19]，應予以重視。此外，單基因疾病的基因檢測結(jié)果，還可指導患者進行生殖選擇，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)濟和精神的雙重負擔。

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)方案的選擇及預后判斷也有一定的指導作用。隨著基因檢測技術(shù)的廣泛應用，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)合其它組學技術(shù)，如全外顯子組、轉(zhuǎn)錄組、microRNA組學分析等[31]，進一步剖析遺傳性主動脈疾病的發(fā)病機理，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。

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（編輯：梅平）

綜述

(收稿日期：2015-10-13)

中圖分類號：R541.4

文獻標識碼：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 實習研究員 博士 主要從事心血管疾病分子診斷和病理機制研究 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)學科學院 北京協(xié)和醫(yī)學院 國家心血管病中心 阜外醫(yī)院 實驗診斷中心 心血管疾病分子診斷北京市重點實驗室心血管疾病國家重點實驗室 （楊航、殷昆侖、 陳前龍、周洲），血管外科中心（羅明堯、常謙）