1 例2p11.1-q21.1 片段重復導致智力障礙患兒的遺傳學及表型分析

劉楠，王萍，徐曉薇，王學韜，武晉英，李佳慈，舒劍波

（天津市兒童醫院（天津大學兒童醫院）；天津市兒科研究所；天津市兒童出生缺陷防治重點實驗室，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育，導致患者與相同年齡、性別和社會文化背景的個體相比，在一般心智能力、智力功能、適應性行為和功能技能方面存在明顯缺陷。遺傳學病因是導致智力障礙的重要因素，目前已發現1 700 多種基因與智力障礙相關[1]。智力障礙可以是多種遺傳綜合征的共同特征，也可能是孤立的發現，其相關的表型和遺傳異質性明顯。因而采用包括染色體核型分析、WES 等多種細胞及分子遺傳學檢測方法相結合，可以在早期識別智力障礙患兒的發病原因，幫助臨床醫生確認或建立臨床診斷，為臨床診療方案的選擇及遺傳咨詢提供客觀依據[2-3]。本文應用G 顯帶染色體核型分析和WES 診斷1 例由于2p11.1-q21.1 片段重復導致臨床表現以智力障礙為主、伴發多系統發育畸形的患兒，現報告如下。

1 病例資料

1.1 一般情況 患兒，女性，14 周歲，因學習成績落后于2019 年7 月11 日就診于天津市兒童醫院門診。第1 胎第1 產，母親孕期體健，足月剖宮產，否認生后窒息史。患兒14 個月可獨立行走，幼兒期及學齡前期無特殊異常表現，自學齡期開始出現學習成績落后，課上小動作多，社會交往能力欠佳，喜歡模仿他人言行，情緒易激動。11 歲月經初潮，周期規律。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，提示生長遲緩、小頭畸形；發際低，頸蹼，短耳畸形，雙手食指尺側偏斜（圖1）。心、肺、腹部查體未見異常，第二性征已開始發育。

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，左腕關節見8 枚腕骨，左側拇指內收肌籽骨出現，左側肘關節骨骺出齊并閉合，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；感覺統合能力：輕度失調；兒科患者心理社會風險評估（psychosocial risk assessment in pediatrics，PRAP）量表：提示中度風險（11 分）；異常行為量表（aberrant behavior checklist，ABC）：17分；視聽整合連續測試（IVA-CPT）：綜合注意力商數=40。

1.4 染色體G 顯帶核型分析 經患兒家屬知情同意，獲取患兒及其父母外周血標本。本研究經本院倫理委員會批準（2016021）。應用細胞遺傳學分析常規方法，對患兒血樣進行淋巴細胞培養及中期染色體標本制備并進行G 顯帶染色制片。于顯微鏡下分析至少10 個中期分裂相，計數30 個分裂相，按照人類細胞遺傳學國際命名體制（ISCN2016）標準進行染色體核型分析。結果顯示患兒存在一個衍生的2 號染色體，核型為46，XX，der（2）（pter→q11.1：：?：：q12→qter），即2 號染色體長臂出現形態異常，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 號染色體為新發突變。

圖2 染色體核型分析結果

1.5 拷貝數變異（CNVs）分析 采集患兒外周靜脈血2 mL，加入內置有EDTA 抗凝劑抗凝的試管，提取基因組DNA 并構建文庫。檢測合格的DNA 文庫利用Illumina 公司的Hiseq2500 二代測序儀進行測序，平均深度達到100～200 X。通過測序深度的對數轉換推算CNVs，參考以下國際數據庫：DECIPHER、OMIM、ISCA、UCSC、DGV、Clingen Dosage Sensitivity Map，利用生物信息學分析對WES 結果進行CNVs分析。結果為wes（hg19）2p11.1q21.1（91634679～131221727）×3（圖3），回顧分析2 號衍生染色體片段重復帶型特點，推斷2p11.1p11.0 出現倒位插入重復，2q11.1q21.1 出現正向重復，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 結果的CNVs 分析結果圖

2 討論

基于不同人種的群體研究均表明，智力障礙的發生與遺傳因素密切相關[4-5]，因此，筆者首先對本例患兒進行外周血的染色體核型分析。經過對中期染色體形態的觀察并計數，發現患兒其中1 條2 號染色體長臂上存在異常重復片段，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其大小以及深淺帶型特征區分的，且患兒父母染色體核型均為正常，因而對于孤立出現的2 號染色體上的異常片段無法確定其來源和基因組特征[6]。而應用全外顯子測序進行CNVs 分析的分子遺傳學檢測方法，彌補了細胞遺傳學核型分析的技術局限性，可提供異常片段的基因內涵背景數據，為依賴于基因功能及其缺失或重復變異致病性的臨床表型分析提供了客觀依據[7-9]。據此，筆者通過患兒WES 數據結果基礎上的CNVs 分析，確定重復片段的來源為2 號染色體p11.1-q21.1（91634679～131221727）。該片段大小約為39.59 Mb，區域內包含196 個編碼基因，其中與疾病有關聯的基因共41個。參照2020 年美國醫學遺傳學與基因組學學會（ACMG）聯合臨床基因組資源中心（ClinGen）發布的染色體CNVs 致病性評估標準，該變異符合3C（0.9 分，該區域包含大于50 個編碼基因）與4M（0.3分，與對照相比，在病例中的頻率顯著增加，表型不夠一致、特異），評分結果為1.2 分，判定為致病性變異[10]。

目前，對于2 號染色體p11.1-q21.1（91634679～131221727）片段內部分區域重復的病例多有報道。Wolfe 等[11]發現，2q13 片段重復患者的主要臨床表現為智力障礙（70%）、注意力缺陷多動障礙（attention deficit hyperactivity disorder，ADHD，60%）、小頭畸形（29%）、孤獨癥譜系障礙（autism spectrum disorder，ASD，17%）。有學者在2 419 例發育障礙患者中觀察到，攜帶2q13 重復病例的CNVs 片段大小為1.4 ～2.1 Mb，且都有一個共同的1.3 Mb 區域（chr2：111449141～112746937，GRCh37，hg19），該變異在關于智力障礙、發育遲緩和神經精神疾病的研究中多有報道[12]。而Dharmadhikari 等[13]在臨床表型為發育遲緩、ASD、癲癇及ADHD 的5 個家系中，發現了2q21.1 區域內的片段重復。這些拷貝數重復片段皆在本文病例異常片段區域內，只是本例患兒表現為智力發育遲緩、行為異常但沒有癲癇的表現。這種相同的CNVs 卻顯示出不同臨床表型的現象，與表觀遺傳學外顯率密切相關。外顯率是指一定環境條件下，群體中某一基因型個體表現出相應表型的百分率。有學者對5 026 例產前診斷結果進行統計分析后發現，人類常見的染色體重復/缺失的外顯率，僅少部分為100%[14]。因而，考慮患兒沒有出現癲癇表型可能與此密切相關。

盡管大多數CNVs 對患者臨床表型有明顯影響，但其致病機制仍不清楚。許多大型CNVs 包含數百萬個核苷酸和幾十個基因，混淆了它們的關鍵致病因素。甚至，具有相同CNVs 的患者可能出現“鏡像”表型，例如對2q13 片段重復患兒[11]的臨床表型統計發現，29%出現“小頭畸形”，14%表現為“巨頭畸形”，這些“鏡像”表型是由CNVs[15-16]中包含的一個或多個、具有不同劑量敏感（dosage sensitive，DS）性的基因或元素所導致的。美國國立衛生研究院臨床基因組資源中心（ClinGen）開發了標準框架體系，用以評估基因和疾病之間的關聯性以及缺失（單倍劑量敏感）或重復（3 倍劑量敏感）的個體基因或基因組區域致病性證據的可信性強度[17]。本例患兒重復片段來源為2 號染色體p11.1-q21.1（91634679～131221727），該區域與疾病有關聯的基因為41 個，各基因與疾病的劑量敏感特性不同，導致患兒具有以智力障礙為主伴有生長遲緩、神經精神缺陷、多發畸形的復雜臨床表型。其中，AFF3基因為ATF 轉錄因子家族基因成員，是超級延伸復合體的組成部分。它調節神經發生和發育相關基因的表達，是Wnt/β-連環蛋白通路的靶點之一，也是參與骨發育和穩態通路的重要基因。OMIM 網站顯示該基因異?？蓪е翶INSSHIP 綜合征，臨床表現中包括智力障礙、生長發育遲緩、小頭畸形、縮頜及掌指關節異常均與本患兒表型相符合，呈常染色體顯性遺傳模式。經ClinGen 網站檢索，目前無足夠證據證明其為三倍劑量敏感，但是已總結了11 例該基因缺失或重復病例，其中9 例確定為AFF3重復致病，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 蛋白是真核轉錄因子，參與了大腦和腎臟的發育過程，致病性POU3F3變異導致Snijders Blok-Fisher 綜合征，為常染色體顯性遺傳。ClinGen 報道的10 例包含該基因CNVs 的病例中，有8 例為重復致病，出現Snijders Blok-Fisher 綜合征相關的智力障礙、全面發育遲緩、耳廓畸形、孤獨癥及其他精神行為異常等臨床表現[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 例為重復致病[21]。目前沒有足夠的證據確定上述基因AFF3、POU3F3、CKAP2L為3 倍劑量敏感基因，但是它們的重復在相當一部分病例中呈現3 倍劑量敏感導致的臨床表型，與本例患兒高度一致，這些基因作為主要驅動因素，可導致患兒具有以智力障礙為主伴有生長遲緩、神經精神缺陷、多發畸形的復雜臨床表型。而位于患兒重復片段中的TMEM127基因[22]，為遺傳性嗜鉻細胞瘤的易感基因，目前已有足夠證據表明該基因為單倍劑量敏感，因此可以解釋為何患兒存在該基因的重復卻無相關臨床表型。明確該基因的變異方式并結合其單倍劑量敏感的致病特性，醫生可以在遺傳咨詢和隨訪過程中，對患兒嗜鉻細胞瘤患病概率做出科學預判。

2 號染色體p11.1-q21.1 區域的大片段重復，是引起患兒以智力障礙為主的多系統發育異常臨床表型的遺傳學病因。由于染色體重復或缺失的外顯率不同，該區域包含的眾多基因與疾病的關聯程度、劑量敏感特性以及表型驅動優先級別不同，可能是導致患兒復雜特殊臨床表型的潛在發病機制[23-24]。因本例患兒父母外周血染色體核型均為正常，提示患兒是新發突變，但不能除外父母存在生殖細胞嵌合的可能性。因此，在遺傳咨詢過程中，醫生需要重視患兒父母的再生育訴求，建議對其進行有針對性的產前檢查。