全外显子组测序揭示脑瘫患儿高度遗传异质性和临床可干预性

脑瘫（Cerebral palsy, CP）是儿童中最常见的运动功能障碍性疾病，其患病率约为0.15%~0.40%，除伴有运动和姿势发育障碍外，CP患儿还常伴有感觉、认知、沟通和行为障碍等问题，因此，常合并有癫痫、智力障碍和自闭症谱系障碍等症状，也导致CP在临床上具有高度的异质性^[1]。

目前，CP尚无法治愈，CP的诊断多基于临床症状的评估，但是CP的临床表现伴随着病情发展而逐渐突出，这就使得CP的早期诊断成为困难。如果能明确CP的致病因素就能实现早发现，早诊断，早干预。CP的病因学高度复杂，以往研究多认为CP与宫内感染、早产和围产期窒息等因素有关，但许多患有CP的儿童没有这些风险因素，且许多具有一个或多个此类风险因素的儿童也没有导致CP。因此除上述因素外，遗传因素也可能与脑瘫的发生有关。但是，目前在中国人群中还没有大样本CP病例的遗传学研究。

为了明确遗传因素在CP病因中的作用，近日复旦大学生物医学研究院邢清和教授等团队合作在《Nature Medicine》（IF=82.9）杂志上发表了题为“Exome sequencing reveals genetic heterogeneity and clinically actionable findings in children with cerebral palsy”的研究论文，通过对1578例脑瘫儿童进行全外显子组测序（whole exome sequencing，WES），系统揭示了CP患儿的遗传异质性和临床可干预的致病性变异，表明了WES在CP病因学诊断、特别是早期诊断和临床治疗干预的可行性。

研究设计与方法

为了评估WES在识别儿童CP遗传方面因素的有效性，本研究纳入了1578名临床确诊的CP患儿，其平均年龄为24.5个月（年龄范围为5～216个月）。其中，1536例患儿接受了WES，42例患儿接受了全基因组测序（whole genome sequencing，WGS）。根据 ACMG/AMP相关指南和共识，研究人员严格评估了OMIM数据库中列出的2293个与神经发育障碍（Neurodevelopmental Disorders，NDDs）相关基因变异的致病性。

图1. 项目研究实施路线图

研究结果

       WES揭示了CP患儿中NDDs基因的P/LP SNVs和CNVs的携带情况

       该研究同时对单核苷酸变异（SNVs）和拷贝数变异（CNVs）进行分析，在1578例CP患儿中有387例患儿中存在明确的致病性遗传变异，总体诊断率达到24.5%。其中，携带P/LP SNVs的有327人；携带P/LP CNVs的有57人；1例携带有同一基因的P/LP SNV和CNV；2例携带有不同基因的P/LP SNVs和CNVs。尽管CP在男性患儿中更常见，但研究并未发现男性和女性患儿群体间在诊断率上有显著差异。

经分析，共在219个NDDs基因中确定了412个P/LP SNVs。在这219个NDDs基因中，有66个基因被重复检出(图2B，C)。其中，KDM5C是最常见的基因，其次是ATP1A3、CACNA1G、CTNNB1、MECP2和TCF4等基因(图2B)。

经分析发现，1578个CP患儿中有59人携带P/LP CNVs，通过对WES检出的CNVs进行分析共鉴定出93个P/LP CNVs，其中54个CNVs通过CMA、CNV-seq和qPCR这三种技术之一进行了确认（58.1%，54/93）。从结果来看WES对CNVs的诊断率要低于CNV-seq或CMA，因为基于WES的方法可能无法准确地检测WES实验中捕获较差的基因中的CNVs。

图2.在已知的神经发育障碍（NDDs）相关基因中P/LP变异发生情况

a，所有结果的总结；329名患儿被鉴定携带412个 P/LP SNVs。b，有31个基因的P/LP SNVs，在两个以上的病例中检测到。y轴是病例的数量。c，387 名CP患儿中检出P/LP变异的219个NDDs基因列表。根据不同的CP类型对基因进行分类：238例痉挛型脑瘫（绿色）关联基因最多（n = 171），1例共济失调型脑瘫（粉红色）关联基因最少（n = 1）。此外，54例运动障碍型脑瘫（蓝色）有50个基因，40例混合型脑瘫（灰色）有37个基因。

CP风险因素评估

围产期窒息被认为是导致CP的主要因素之一。在CP风险因素的分析中，临床标记为围产期窒息的CP患儿（共370例）的诊断率为30.3%（112/370），显著高于非围产期窒息的个体22.8%（P = 0.0033；OR，1.473；95%CI，1.136~1.909)。这一结果表明：至少有一部分CP患儿的围产期窒息事件很可能与潜在的遗传变异导致的大脑发育不良有关，即部分有围产期窒史的CP患儿其致病原因可能不是由窒息导致，而是由遗传变异导致的直接或继发性结果。相比之下，合并颅内出血的脑瘫患儿的遗传诊断率最低，显著低于无颅内出血的个体。有早产史（<37周）的CP患儿的遗传诊断率也低于足月儿。该结果表明：早产和颅内出血与CP有关，在有早产和颅内出血的CP患儿中遗传变异可能较少发生，而对于此类情况提前干预可能会预防CP的发生。

CP患儿遗传诊断的临床可行性

在387名有临床表现的患儿中，33名(8.5%)可从疾病早期经遗传检测明确病因，并通过基因组药物治疗或饮食改变而受益。例如，病例NN291、NN634和NN812在MMACHC中存在P/LP变异，因此被诊断为钴胺素缺乏症，可通过补充维生素B12、甜菜碱和叶酸来纠正这种情况下的代谢异常。还有诸多CP病例在疾病早期可以通过遗传检测明确诊断，然后通过精准治疗而改善病情。这些病例也表明早期遗传检测是至关重要的。

研究意义

      通过该研究不仅揭示了遗传变异是CP的致病因素之一，而且部分遗传检测诊断为阳性的脑瘫患儿能够通过早期用药或饮食补充改善预后和长期神经系统结果，表明了遗传检测对CP的诊断和治疗的重要性。本文还对CP的风险因素进行了分析，对CP相关的风险因素进行提前干预可能会预防CP的发生。除此之外，通过本研究还发现了CP相关的致病基因及其P/LP SNPs和CNVs，完善了CP的相关基因谱和突变谱，为后续脑瘫的临床诊疗和科学研究提供了参考依据。

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参考文献

1.中华医学会儿科学分会康复学组.脑性瘫痪的病因学诊断策略专家共识[J].中华儿科杂志,2019,57(10):746-751.

DOI:10.3760/cma.j.issn.0578-1310.2019.10.004.

2.Wang Y, Xu Y, Zhou C, et al. Exome sequencing reveals genetic heterogeneity and clinically actionable findings in children with cerebral palsy [J]. Nature Medicine, 2024.DOI: 10.1038/s41591-024-02912-z.