傅婉玉,莊建龍,王元白,江矞穎,肖珊珊,李燕青
(泉州市婦幼保健院·兒童醫(yī)院產(chǎn)前診斷中心,泉州 362000)
基因組拷貝數(shù)變異(copy number variants,CNVs)是遺傳上常見的染色體畸變類型,與某些疾病發(fā)生緊密相關(guān)[1]。在一些復(fù)雜性遺傳疾病中,CNVs決定了不同個體對于相同外界刺激的差異反應(yīng)以及對于相同疾病的差異易感性。研究顯示,1q21.1微缺失/微重復(fù)是發(fā)生在1號染色體長臂上的CNVs[2],1q21.1微缺失/微重復(fù)的個體具有廣泛的臨床表現(xiàn),包括頭面部異常、發(fā)育遲緩、智力殘疾、行為異常(包括自閉癥和注意缺陷多動障礙等)、先天性心臟畸形和其他畸形特征[3-5],但也有一些1q21.1微缺失/微重復(fù)的攜帶個體并無明顯的臨床癥狀,目前相關(guān)機制尚不清楚[5]。1q21.1微缺失/微重復(fù)導(dǎo)致的體征和癥狀可能與該區(qū)域幾個基因的CNVs有關(guān)。然而,目前仍缺乏對于1q21.1發(fā)生微缺失/微重復(fù)區(qū)段的基因CNVs與臨床癥狀之間關(guān)系的系統(tǒng)研究,且1q21.1微缺失/微重復(fù)產(chǎn)前診斷的病例報道有限。本研究納入8例1q21.1拷貝數(shù)異常的胎兒,分析其產(chǎn)前超聲特征和遺傳病表型,探討1q21.1微缺失/微重復(fù)在胎兒期的臨床表型。
1.1 研究對象 回顧分析于泉州市婦幼保健行染色體核型分析及單核苷酸多態(tài)性微陣列(single nucleotide polymorphism array,SNP-array)檢測的產(chǎn)前診斷病例3748例,其中8例產(chǎn)前診斷確認為1q21.1微缺失/微重復(fù)胎兒。孕婦行介入性產(chǎn)前診斷和SNP-array檢測前均充分知情并簽署知情同意書。8例中病例1~7行羊膜腔穿刺術(shù)取羊水樣本(各30mL),病例8行經(jīng)腹臍靜脈穿刺術(shù)取臍血樣本(各2mL)。8例孕婦均有產(chǎn)前診斷指征(血清學(xué)篩查高風(fēng)險、胎兒超聲結(jié)構(gòu)異常、胎兒超聲軟指標(biāo)異常、孕婦高齡等)。
1.2 染色體核型分析 將10mL羊水和1mL臍血進行體外細胞培養(yǎng),待細胞增殖后收獲適量培養(yǎng)細胞進行染色體制備并進行核型分析,各樣本均分析了5個核型。染色體的命名依據(jù)人類細胞遺傳學(xué)國際命名體制(ISCN 2020)的標(biāo)準(zhǔn)。
1.3 SNP-array檢測 取10mL羊水/1mL臍血樣本及夫妻雙方外周血各3mL送至第三方檢測公司(北京貝康醫(yī)學(xué)檢驗所)檢測,離心收集沉淀,按Affymetrix Cytoscan 750K基因芯片試劑盒(賽默飛世爾,美國)說明書進行操作,提取羊水細胞基因組DNA,經(jīng)稀釋消化、擴增、純化,將芯片上的探針與用生物素進行標(biāo)記后的相應(yīng)待測片段進行雜交、洗滌、結(jié)合染色,放入GeneChip?掃描儀(Affymetrix,美國)掃描,采用Chromosome Analysis Suite(ChAS) v4.0軟件對掃描檢測的熒光信號進行分析。根據(jù)美國醫(yī)學(xué)遺傳學(xué)會指南,通過查詢DGV、OMIM、Pubmed、DECIPHER以及UCSC數(shù)據(jù)庫對CNVs的臨床意義進行分析。
2.1 染色體核型分析結(jié)果 羊水染色體核型分析結(jié)果顯示,病例1胎兒染色體核型為46,XN,inv(9)(p11;q13),7例胎兒染色體核型均正常。
2.2 SNP-array檢測結(jié)果 檢出1q21.1微缺失/微重復(fù)各4例。微缺失分別為病例2~5,片段大小分別為503.5Kb、1.9Mb、1.9Mb和2.0Mb;微重復(fù)分別為病例1和病例6~8,片段大小為393.8Kb、1.3Mb、2.1Mb和3.8Mb。8例1q21.1微缺失/微重復(fù)區(qū)段涉及的全部蛋白編碼基因共19個,其中包括已報道的致病基因PRKAB2(*602741),CHD1L(*613039),GJA5(*121013)和GJA8(*600897)(圖1)。病例2~3和病例5進行了父母溯源家系驗證,其中病例2~3為父源遺傳,病例5為新發(fā)變異,其余病例未進行溯源驗證(表1)。
表1 8例1q21.1微缺失/微重復(fù)胎兒的臨床數(shù)據(jù)
圖1 8例1q21.1微缺失/微重復(fù)位置
2.3 各病例的其他情況
2.3.1 微重復(fù)病例 (1)病例1,孕23+周,超聲顯示胎兒心臟強回聲,頸部皺褶增厚,后顱窩增寬。經(jīng)充分遺傳咨詢后選擇繼續(xù)妊娠,于2018年9月15日剖宮產(chǎn)一男嬰,出生體重4.5kg,新生兒篩查提示左耳聽力異常,2019年1月24日行腦干誘發(fā)電位檢測左耳聽力仍未通過,后續(xù)失訪。(2)病例6,孕23周,超聲顯示胎兒右腎重復(fù)腎并下組輸尿管全程迂曲擴張,經(jīng)充分遺傳咨詢后選擇終止妊娠,引產(chǎn)胎兒外觀無異常。(3)病例7,孕25周,超聲顯示胎兒心臟室間隔缺損0.38cm,左心室點狀強回聲,經(jīng)充分遺傳咨詢后選擇終止妊娠,引產(chǎn)胎兒外觀無異常。(4)病例8,孕28周,超聲顯示胎兒鼻骨發(fā)育不良、部分腸管強回聲,經(jīng)充分遺傳咨詢后選擇繼續(xù)妊娠,于2021年12月8日剖宮產(chǎn)一女嬰,目前出生后4+月會翻身,體格發(fā)育正常。
2.3.2 微缺失病例 (1)病例2,孕21周,血清學(xué)篩查高風(fēng)險,產(chǎn)前超聲未提示明顯異常,經(jīng)充分遺傳咨詢后選擇繼續(xù)妊娠,于2019年1月足月經(jīng)陰分娩一女,目前生后3+歲,體格、語言、智力、運動發(fā)育均正常。(2)病例3,孕18周,高齡孕婦,產(chǎn)前超聲未提示明顯異常,經(jīng)充分遺傳咨詢后選擇繼續(xù)妊娠,于2021年3月31日足月經(jīng)陰分娩一男,9個月會喊媽媽爸爸,目前1歲會爬,可扶走,身高76cm,體重8.78kg。(3)病例4,孕20周,血清學(xué)篩查高風(fēng)險,有不良孕產(chǎn)史(既往于2016年經(jīng)陰分娩一子,患有先天性心臟病:室間隔缺損、房間隔缺損、卵圓孔未閉、肺動脈流速增快、左上腔靜脈殘存,患兒生后1+歲行心臟手術(shù),術(shù)后恢復(fù)良好,未行染色體檢查)。本次產(chǎn)前超聲未提示明顯異常,經(jīng)充分遺傳咨詢后選擇終止妊娠,引產(chǎn)胎兒外觀左手軸后多指。(4)病例5,孕24周,超聲顯示胎兒心臟強回聲、主動脈峽部偏窄、主動脈瓣內(nèi)徑偏窄、肺動脈返流、透明隔腔偏窄。經(jīng)充分遺傳咨詢后選擇終止妊娠,引產(chǎn)胎兒外觀無異常。
在微重復(fù)病例和微缺失病例中,患兒產(chǎn)前指標(biāo)和產(chǎn)后臨床癥狀并無明顯相關(guān)性,表明1q21.1區(qū)段的重復(fù)或缺失并不能作為某種臨床癥狀的直接證據(jù)。本研究初步發(fā)現(xiàn),重復(fù)/缺失片段大小與臨床表現(xiàn)之間不能建立聯(lián)系,即不能依據(jù)變異片段大小推測臨床表現(xiàn)。本結(jié)果進一步佐證了1q21.1微重復(fù)/微缺失變異的多變性和致病機制的復(fù)雜性[6]。本研究中,4例1q21.1微重復(fù)病例和4例1q21.1微缺失病例,各有2例成功妊娠分娩,其余由家屬自行選擇終止妊娠。
1q21.1是一個復(fù)雜的區(qū)域,具有多個低拷貝重復(fù)系列,這些低拷貝重復(fù)序列聚集在一起,形成4個片段重復(fù)區(qū)域,大小范圍為270kb~2.2Mb,使該亞染色體區(qū)域成為非等位基因同源重組(non-allelic homologous recombination,NAHR)的熱點,從而使該區(qū)域易于反復(fù)缺失和反復(fù)重復(fù)。1q21.1微缺失/微重復(fù)的染色體斷點(BPs)被專門定位到這4個片段重復(fù)區(qū)域,從著絲粒到端粒的定位分別定為BP1-BP4(圖1)[3-4]。發(fā)生在近端BP2和BP3之間的微缺失被認為是TAR(Thrombocytopenia-absent Radius)綜合征的誘發(fā)因素[7-8]。TAR綜合征的特征是雙側(cè)前臂橈骨缺失和血小板減少。除了雙側(cè)橈骨缺失外,尺骨發(fā)育不全、肱骨和肩帶缺失,其他骨骼異常(包括肋骨和椎體受累)、心臟和泌尿生殖系統(tǒng)畸形也可能出現(xiàn)[9]。本文中2例涉及TAR區(qū)域的近端微缺失/微重復(fù)(分別各1例),病例1超聲顯示心臟強回聲、頸部皺褶增厚、后顱窩增寬,沒有表現(xiàn)出橈骨不全和尺骨發(fā)育異常等骨骼發(fā)育障礙;病例2超聲正常,新生兒沒有任何發(fā)育異常的表型。2例病例均未體現(xiàn)TAR綜合征的典型癥狀,且2例病例臨床表現(xiàn)也有差異,這種差異現(xiàn)象可能與1q21.1微重復(fù)/微缺失表型的異質(zhì)性或不全外顯性有關(guān)。值得注意的是,病例1出生后伴有先天性聽力障礙,但由于本文只關(guān)注了1q21.1區(qū)段的微重復(fù)/微缺失,因此不排除其他基因突變或環(huán)境因素導(dǎo)致先天性聽力障礙的可能性。
涉及遠端BP4的1q21.1微缺失/微重復(fù)包含兩類,Ⅰ類是只包含遠端BP3-BP4的1q21.1區(qū)域,約1.35Mb大小,Ⅱ類為發(fā)生在BP2-BP4的1q21.1區(qū)域,范圍較大,從3.0Mb~3.9Mb[3]。遠端1q21.1微缺失/微重復(fù)通常表現(xiàn)為輕微發(fā)育遲緩、顱面異常特征、精神行為異常和先天性發(fā)育異常[可能體現(xiàn)為先天性心臟病、眼睛異常(小眼癥、視網(wǎng)膜脈絡(luò)膜和虹膜缺損、斜視、各種類型的白內(nèi)障)、骨骼和泌尿生殖系統(tǒng)畸形];少數(shù)患者中表現(xiàn)出精神行為異常,如自閉癥譜系障礙,精神分裂癥和注意力缺陷多動障礙、在某些情況下,癲癇也有發(fā)作(15%)[3-4]。但這些表型中精神行為異常、發(fā)育遲緩、癲癇等表型具有年齡依賴性,無法在宮內(nèi)診斷。本文中病例3~8均為遠端微缺失/微重復(fù),其中病例3~5的微缺失和病例7~8的微重復(fù)發(fā)生在BP2-BP4之間,為Ⅱ類遠端微缺失/微重復(fù)。根據(jù)產(chǎn)前超聲結(jié)果看,病例7的胎兒心臟發(fā)育異常,病例8鼻骨發(fā)育不良和腸道回聲增強,2例患者的臨床表現(xiàn)都有典型的1q21.1微缺失/微重復(fù)的癥狀,但病例8的新生兒未見異常,可能與該疾病的不全外顯性有關(guān)[10]。病例3無明顯異常,其變異來源的父親也沒有明顯的臨床表型,也可能是因為不全外顯性。病例4引產(chǎn)胎兒外觀左手軸后多指。文獻中曾報道1例涉及遠端1q21.1微缺失胎兒出生后表現(xiàn)左足軸后多指畸形[11],遺傳自表型正常的父親,該表型是否與1q21.1微缺失有關(guān)還有待更多的病例被識別以及進一步的深入研究。病例6為只發(fā)生在遠端(BP3-BP4)的微重復(fù)/微缺失,為I類遠端微重復(fù),腎臟發(fā)育異常,屬于泌尿系統(tǒng)異常的典型案例。
遠端1q21.1區(qū)域內(nèi)存在許多關(guān)鍵基因,主要包括劑量敏感的PRKAB2、CHD1L、BCL9、GJA5和GJA8。PRKAB2和CHD1L基因的編碼產(chǎn)物分別參與AMP(一磷酸腺苷)和ATP(三磷酸腺苷)的活動過程,PRKAB2和CHD1L的單基因功能障礙導(dǎo)致患者在早期發(fā)育過程中更易發(fā)生發(fā)育障礙[12]。PRKAB2和BCL9(Wnt信號中的一個功能基因[13])是精神分裂癥、自閉癥、孤獨癥及注意缺陷多動障礙等精神疾病的易感基因[14],這可能也是部分1q21.1微重復(fù)/微缺失易患有精神疾病臨床表現(xiàn)的主要原因,但該類精神疾病的發(fā)生受到年齡和環(huán)境因素的影響,因此這兩種基因可作為精神分裂癥的候選基因以評估發(fā)生精神疾病的風(fēng)險。病例3和病例8分別為涉及PRKAB2和BCL9缺失和重復(fù)的變異的存活案例,有必要繼續(xù)隨訪以充實臨床數(shù)據(jù)。本研究中病例3~8均涉及CHD1L基因缺失/重復(fù)變異,僅有病例6表現(xiàn)出腎臟發(fā)育障礙(右腎重復(fù)腎并下組輸尿管全程迂曲擴張),這與文獻報道[15]有一定的共同點,即涉及CHD1L基因變異的1q21.1微重復(fù)/微缺失可能導(dǎo)致腎臟發(fā)育障礙,如雙腎發(fā)育不良、單側(cè)腎缺如伴巨輸尿管,且癥狀表現(xiàn)出家族遺傳性。但病例3~5和病例7~8并未發(fā)現(xiàn)腎臟發(fā)育障礙,表明CHD1L基因變異導(dǎo)致的腎臟發(fā)育障礙的臨床表型存在不完全顯性或可變表現(xiàn)度。此外,CHD1L基因雜合錯義變異的患者表現(xiàn)為先天性腎臟和泌尿系異常(Congenital anomalies of the kidney and urinary tract,CAKUT)[16-17],提示CHD1L可作為一個新的先天性腎臟發(fā)育障礙的候選基因。GJA5和GJA8基因?qū)儆谶B接蛋白基因家族的成員,分別在心臟發(fā)育和眼睛晶狀體發(fā)育過程中發(fā)揮細胞間隙連接作用[18]。從功能方面講,1q21.1微重復(fù)/微缺失患者發(fā)生心臟發(fā)育障礙的原因可能與GJA5基因發(fā)生CNVs有關(guān)[6,18-20]。本研究中病例5、7,超聲均提示胎兒不同程度的心臟發(fā)育高危,可能與GJA5基因的CNVs有關(guān),但病例3、4、6、8沒有提示心臟異常,進一步證實了該區(qū)段的微重復(fù)/微缺失作用機制的復(fù)雜性。GJA8的CNVs與患者發(fā)生眼部發(fā)育障礙、白內(nèi)障或眼動障礙之間也不存在直接關(guān)系,如病例8,盡管GJA8基因拷貝數(shù)變異,但新生兒出生時未發(fā)生先天性眼疾或眼部功能障礙,有待進一步隨訪。
綜上,盡管上述5種基因被認為是1q21.1區(qū)段的重點基因,也作為變異致病性的重要參考,但由于1q21.1本身結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性和變異的多變形和復(fù)雜性,加上涉及基因不全外顯和可變表現(xiàn)度,這五種單基因CNVs作為致病性重要參考具有不全面性。除了上述的5種重點基因,1q21.1遠端還包括其他十余種蛋白編碼基因,這些基因的變異也可能是導(dǎo)致患者發(fā)育異常的關(guān)鍵因素。研究人員也正在積極開展相關(guān)研究,如挖掘1q21.1區(qū)域CNVs正相關(guān)的候選基因(GWASs)以及表型嚴重程度、基因組外顯性和遺傳方面的變化[5]。一項調(diào)查結(jié)果顯示,在小頭畸形的案例中,女性比男性更易患小頭畸形癥[21],但仍未能建立明確的變異與致病之間的關(guān)系。因此,在繼續(xù)篩找候選基因并系統(tǒng)研究這些基因的CNVs功能機制領(lǐng)域仍存在大量空白。
結(jié)合目前有關(guān)1q21.1微缺失/微重復(fù)胎兒的報道,患者在產(chǎn)前可出現(xiàn)各種不同生理系統(tǒng)超聲異常,較常見的宮內(nèi)表型為泌尿系畸形和心臟畸形[22-23],其他包括神經(jīng)管畸形[24]、小頭畸形[21]、多指/趾[11]、鼻骨發(fā)育不良[25]、NT增厚[26-27]等。產(chǎn)前超聲顯示胎兒存在較明確結(jié)構(gòu)畸形時,更傾向于終止妊娠。不完全外顯率和表達度差異為產(chǎn)前診斷的咨詢帶來了挑戰(zhàn),特別是對于產(chǎn)前無法確定的神經(jīng)發(fā)育表型(主要指自閉癥等精神疾病),胎兒在宮內(nèi)未出現(xiàn)明顯異常時往往不能依靠產(chǎn)前超聲進行診斷。因此,產(chǎn)前篩查和檢測中,納入SNP-array檢測可有效檢出1q21.1微缺失和微重復(fù),有助于提高1q21.1微重復(fù)/微缺失患者的檢出率,以及建立變異機制與臨床表型的對應(yīng)關(guān)系,對于早期發(fā)現(xiàn)、認識和判斷其致病性也具有重要的參考意義,同時能為患者的妊娠結(jié)局、預(yù)后及治療提供重要的依據(jù)。