1q21.1微缺失/微重復(fù)胎兒的臨床表型和遺傳學(xué)分析

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(gè)體對(duì)于相同外界刺激的差異反應(yīng)以及對(duì)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(hào)染色體長(zhǎng)臂上的CNVs[2]，1q21.1微缺失/微重復(fù)的個(gè)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(dòng)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(gè)體并無明顯的臨床癥狀，目前相關(guān)機(jī)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(gè)基因的CNVs有關(guān)。然而，目前仍缺乏對(duì)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(bào)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 資料與方法

1.1 研究對(duì)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(cè)的產(chǎn)前診斷病例3748例，其中8例產(chǎn)前診斷確認(rèn)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(cè)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(xiǎn)、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(jìn)行體外細(xì)胞培養(yǎng)，待細(xì)胞增殖后收獲適量培養(yǎng)細(xì)胞進(jìn)行染色體制備并進(jìn)行核型分析，各樣本均分析了5個(gè)核型。染色體的命名依據(jù)人類細(xì)胞遺傳學(xué)國際命名體制(ISCN 2020)的標(biāo)準(zhǔn)。

1.3 SNP-array檢測(cè) 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(cè)公司(北京貝康醫(yī)學(xué)檢驗(yàn)所)檢測(cè)，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(jìn)行操作，提取羊水細(xì)胞基因組DNA，經(jīng)稀釋消化、擴(kuò)增、純化，將芯片上的探針與用生物素進(jìn)行標(biāo)記后的相應(yīng)待測(cè)片段進(jìn)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(duì)掃描檢測(cè)的熒光信號(hào)進(jìn)行分析。根據(jù)美國醫(yī)學(xué)遺傳學(xué)會(huì)指南，通過查詢DGV、OMIM、Pubmed、DECIPHER以及UCSC數(shù)據(jù)庫對(duì)CNVs的臨床意義進(jìn)行分析。

2 結(jié) 果

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(cè)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(gè)，其中包括已報(bào)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(jìn)行了父母溯源家系驗(yàn)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(jìn)行溯源驗(yàn)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(qiáng)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(cè)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(kuò)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(diǎn)狀強(qiáng)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(qiáng)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(huì)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(xiǎn)，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(yùn)動(dòng)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(gè)月會(huì)喊媽媽爸爸，目前1歲會(huì)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(xiǎn)，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?。菏议g隔缺損、房間隔缺損、卵圓孔未閉、肺動(dòng)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(qiáng)回聲、主動(dòng)脈峽部偏窄、主動(dòng)脈瓣內(nèi)徑偏窄、肺動(dòng)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。

3 討 論

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(cè)臨床表現(xiàn)。本結(jié)果進(jìn)一步佐證了1q21.1微重復(fù)/微缺失變異的多變性和致病機(jī)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(gè)復(fù)雜的區(qū)域，具有多個(gè)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(gè)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(diǎn)，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(diǎn)(BPs)被專門定位到這4個(gè)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(rèn)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(qiáng)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(yuǎn)端BP4的1q21.1微缺失/微重復(fù)包含兩類，Ⅰ類是只包含遠(yuǎn)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(yuǎn)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(dòng)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(yuǎn)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(yuǎn)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(qiáng)，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?yàn)椴蝗怙@性。病例4引產(chǎn)胎兒外觀左手軸后多指。文獻(xiàn)中曾報(bào)道1例涉及遠(yuǎn)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(shí)別以及進(jìn)一步的深入研究。病例6為只發(fā)生在遠(yuǎn)端(BP3-BP4)的微重復(fù)/微缺失，為I類遠(yuǎn)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(yuǎn)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(dòng)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(hào)中的一個(gè)功能基因[13])是精神分裂癥、自閉癥、孤獨(dú)癥及注意缺陷多動(dòng)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(píng)估發(fā)生精神疾病的風(fēng)險(xiǎn)。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(shí)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(kuò)張)，這與文獻(xiàn)報(bào)道[15]有一定的共同點(diǎn)，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(cuò)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(gè)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(xì)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(jìn)一步證實(shí)了該區(qū)段的微重復(fù)/微缺失作用機(jī)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(dòng)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(shí)未發(fā)生先天性眼疾或眼部功能障礙，有待進(jìn)一步隨訪。

綜上，盡管上述5種基因被認(rèn)為是1q21.1區(qū)段的重點(diǎn)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(diǎn)基因，1q21.1遠(yuǎn)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(yán)重程度、基因組外顯性和遺傳方面的變化[5]。一項(xiàng)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(jī)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(bào)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(shí)，更傾向于終止妊娠。不完全外顯率和表達(dá)度差異為產(chǎn)前診斷的咨詢帶來了挑戰(zhàn)，特別是對(duì)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(shí)往往不能依靠產(chǎn)前超聲進(jìn)行診斷。因此，產(chǎn)前篩查和檢測(cè)中，納入SNP-array檢測(cè)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(jī)制與臨床表型的對(duì)應(yīng)關(guān)系，對(duì)于早期發(fā)現(xiàn)、認(rèn)識(shí)和判斷其致病性也具有重要的參考意義，同時(shí)能為患者的妊娠結(jié)局、預(yù)后及治療提供重要的依據(jù)。