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【精选编译】颅内aSAH患者的外显子测序

2020-06-08 孙博文 陈晓霖

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临床上,颅内动脉瘤的患病率和动脉瘤性蛛网膜下腔出血的死亡率均高。

德国汉堡大学医学中心神经外科的Thomas Sauvigny等对未破裂颅内动脉瘤(UIA)或有SAH家族史的患者和无明确家族史的UIA或SAH的散发患者进行ES研究,以验证已知的IA/aSAH易感基因和确定新的易感基因。结果发表于2020年5月的《Journal of Neurology》在线。


——摘自文章章节


【Ref: Sauvigny T, et al. J Neurol. 2020 May 4. doi: 10.1007/s00415-020-09865-6. [Epub ahead of print]】


研究背景



临床上,颅内动脉瘤(IA)的患病率和动脉瘤性蛛网膜下腔出血(aSAH)的死亡率均高。除生活方式和医疗风险因素外,患者家庭成员患IA和aSAH的可能性较大。然而,对这类疾病的遗传背景知之甚少。全基因组或全外显子组关联研究(GWAS,EWAS)已确定几个风险位点,但疾病基因研究尚未开展。利用外显子组测序(exome sequencing,ES)可能有助于明确基因组区域与疾病之间的相关性。最近有研究将ES应用于有IA/aSAH史的家族,并确定ANGPTL6、RNF213、THSD1、ARHGEF17和PCNT的变异是IA/aSAH的遗传危险因素。另有家族性ES研究发现疾病多种候选变异体和基因,包括ADAMTS15、LOXL2和TMEM132B等。德国汉堡大学医学中心神经外科的Thomas Sauvigny等对未破裂颅内动脉瘤(UIA)或有SAH家族史的患者和无明确家族史的UIA或SAH的散发患者进行ES研究,以验证已知的IA/aSAH易感基因和确定新的易感基因。结果发表于2020年5月的《Journal of Neurology》在线。

研究方法



研究纳入75例有UIA或SAH家族史患者和1-2个UIA或SAH的散发患者,排除与IA相关疾病(如多囊肾病、Ehlers-Danlos综合征、Loeys-Dietz综合征和Marfan综合征)家族史或个人史的患者。评估UIA患者破裂的潜在风险,设计分期评分;以及分析以下亚组的临床特征,包括外显子组测序患者(ES-IND)、阳性家族史患者(FAM-IND)和散发患者(SPO-IND)。

ES是一种对基因组所有编码区进行外显子组(Exome)的测序技术,即在捕获编码蛋白质的DNA子集后,对外显子组进行高通量DNA测序。全基因组关联研究(GWAS)关注常见变异(次要等位基因频率,MAF>5%)的识别,揭示大量与IA/aSAH相关的风险基因位点,而该风险基因位点遗传率较低。IA的患病率平均5%。对于遗传性疾病,应使用显型患病率和外显率来定义等位基因频率的截止点。为验证已报道的UIA/SAH风险基因,研究者筛选其中低频(MAF>1-5%)、罕见(MAF>0.1-1%)、非常罕见(MAF≤0.1%)和未知变异(MAF=0)基因;从而包括具有强、中度效应和外显率的变异。为在患者家族中鉴定新的易感基因,研究者在涉及的家族成员中,搜索未知变异体(MAF=0;具有强、中度效应和外显率的变异)。对35例无家族史和3例有UIA或aSAH病史的家族成员进行外显子组测序。研究人员在已知的风险基因ADAMTS15、ANGPTL6、ARHGEF17、LOXL2、PCNT、RNF213、THSD1和TMEM132B中寻找等位基因频率(MAF)≤5%的序列变异和寻找三个亲属共有的未知变异(MAF=0)基因,以识别新假定的危险基因。
 
在75例患者中,48例(64.0%)aSAH,27例(36.0%)UIA。31例(41.3%)多发性IA(包括破裂和未破裂IA)。UIA组患者平均动脉瘤数2.3个,aSAH组患者平均动脉瘤数1.8个。在aSAH组中,5例(10.4%)患者曾有aSAH史。除UIA或aSAH外,3例(4.0%)有主动脉瘤。30例(40.0%)有IA或aSAH家族史。38例接受ES。对已知的风险基因ADAMTS15、ANGPTL6、ARHGEF17、LOXL2、PCNT、RNF213、THSD1和TMEM132B的外显子组数据进行分析时,发现6个基因,有20个MAF≤0.05(5%)的纯杂合子错义变体:即在9例患者中发现9个PCNT变体,3例患者中4个RNF213变体,6例患者中3个THSD1变体,3例患者中2个ANGPTL6变体, 2例患者中分别有1个ADAMTS15变体和1个TMEM132B变体。在ARHGEF17和LOXL2中未检测到任何变异。根据ACMG/AMP指南,确定17个不确定显著性变异(VUS)和3个可能良性变异(LBV)。共有18例无家族史散发患者携带风险基因变异。11例患者有1个变异,7例患者有伴随变异,变异数目对临床表现无影响。在患者IA78中检测到3种变体。在所有患者中,有4例未复发性VUS。
 
在一个有3例患者的家族中进行ES。3例患者的家庭成员在与血管/结缔组织疾病相关的已知基因中没有发现序列改变。通过对ES数据的生物信息学分层、生物过滤步骤和变异优先顺序提取潜在致病性序列变异,揭示这个家族中具有NEK4、EDIL3、EDNRB、DNAH9和GGA3共5个可能的UIA/aSAH风险变体。根据ACMG/AMP指南对上述变体进行分类,确定5个VUS,包括EDIL3 c.383G>A p.(Cys128Tyr)。
 
研究者基于致病性预测与EDIL3蛋白功能相关性,分析外显子组数据中EDIL3编码区。在2例无家族史的散发患者(IA10和IA13)中检测到一种非常罕见的变异,即EDIL3(c.1159A>C,p.(Lys387Gln))中分类为VUSPM2+PP3,携带MAF低于0.001(0.1%)的EDIL3错义变体与健康或对照个体相比显著增加。分别使用EDIL3-egf结构域和盘状蛋白结构域模型分析p.(Cys128Tyr)和p.(Lys387Gln)变化影响结构的结果表明,二者均可引起结构改变,并可能干扰EDIL3功能。综上,在一个家族的3例患者与2例无家族史散发患者中,分别鉴定两种不同的EDIL3错义变体,c.383G>A p.(Cys128Tyr)和c.1159A>C p.(Lys387Gln),发现数据库中没有p.(Cys128Tyr)变异,p.(Lys387Gln)变异非常罕见;因此支持2个变异可能参与疾病发病的假设。联合致病性预测因子和分子置换预测这2个改变具破坏性,而且EDIL3与血管生物学的功能有关。因此,EDIL3可能是UIA/aSAH的疾病易感基因。

结论



最后,作者指出,多个家族性的ES研究为UIA/aSAH提供疾病易感基因。为验证或排除假定的疾病基因,未来需要大量的UIA/aSAH家族和散发患者进行测序,因此具有大样本量研究组间的协作至关重要。在有重叠的病理生理学特点前提下,也可以包括患有胸/腹主动脉瘤等其它血管疾病患者的ES数据。确定遗传危险因素对临床上常规评估SAH风险至关重要。


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