【佳學基因檢測】小腦共濟失調基因檢測

小腦共濟失調基因檢測導讀：

小腦性共濟失調（小腦共濟失調（CA））是一組神經(jīng)系統(tǒng)疾病，其特點是肢體和眼球運動協(xié)調受損以及言語困難。小腦共濟失調（CA）的主要病理特征是進行性小腦萎縮。然而，在大多數(shù)情況下，其表型復雜，涉及多種神經(jīng)系統(tǒng)缺陷。由于表型和遺傳異質性顯著，小腦共濟失調（CA）的診斷仍然具有挑戰(zhàn)性。在病因學上，小腦共濟失調（CA）分為獲得性、散發(fā)性和遺傳性共濟失調。遺傳性共濟失調進一步分為常染色體顯性小腦性共濟失調（AD小腦共濟失調（CA），也稱為脊髓小腦性共濟失調，SCAs）、常染色體隱性小腦性共濟失調（ARCA）和X連鎖共濟失調。根據(jù)類似的臨床特征，還區(qū)分發(fā)作性共濟失調（EA）和痙攣性共濟失調（SPAX）。散發(fā)性共濟失調，以前稱為特發(fā)性共濟失調，是一種病因不明的小腦進行性疾病，既非獲得性也非單基因遺傳。

小腦共濟失調基因檢測可以幫助我們了解哪些？

小腦性共濟失調（小腦共濟失調（CA））是一組神經(jīng)系統(tǒng)疾病，其主要特征是肢體和眼球運動協(xié)調受損以及言語障礙。小腦共濟失調（CA）的核心病理機制是進行性小腦萎縮；然而，在大多數(shù)情況下，其表型復雜，涉及多種神經(jīng)系統(tǒng)缺陷。由于其表型和遺傳異質性顯著，小腦共濟失調（CA）的確診仍然具有挑戰(zhàn)性。在病因學方面，我們將小腦共濟失調（CA）分為獲得性、散發(fā)性和遺傳性共濟失調。遺傳性共濟失調可以進一步分為常染色體顯性小腦性共濟失調（AD小腦共濟失調（CA），也稱為脊髓小腦性共濟失調，SCAs）、常染色體隱性小腦性共濟失調（ARCA）和X連鎖共濟失調?；谙嗨频呐R床特征，我們還區(qū)分發(fā)作性共濟失調（EA）和痙攣性共濟失調（SPAX）。散發(fā)性共濟失調，以前被稱為特發(fā)性，是一種病因不明的小腦進行性疾病，既非獲得性的也非單基因的。

串聯(lián)重復擴增引起的小腦共濟失調

1991年，基因解碼的先期使用者在脆性X綜合征和脊髓延髓肌萎縮癥中發(fā)現(xiàn)了三核苷酸重復擴增，從而開啟了串聯(lián)重復疾?。═RD）的識別時代。人類大多數(shù)TRD是由短串聯(lián)重復序列（STR，也稱為微衛(wèi)星DNA）的擴增引起的，這些STR由1-6 bp的重復DNA單位組成。由三核苷酸小腦共濟失調CAG重復擴增引起的多聚谷氨酰胺疾病占據(jù)了TRD的大部分。在顯性遺傳的小腦共濟失調（CA）中，小腦共濟失調CAG重復擴增于1993年由神經(jīng)系統(tǒng)疾病的致病基因鑒定基因解碼在SCA1中被描述，隨后在齒狀核紅核蒼白球路易體萎縮（DRPLA）、SCA3、SCA2、SCA6、SCA7、SCA12和SCA17中也被發(fā)現(xiàn)。在隱性共濟失調中，1996年在Friedreich共濟失調（FRDA）中發(fā)現(xiàn)了一種GAA內含子重復突變。迄今為止，由基因解碼發(fā)現(xiàn)的重復擴增共濟失調至少有16種，它們被收錄了基因檢測數(shù)據(jù)庫中，加速了基因檢測結果的判讀。這些致病性擴增位于編碼或非編碼DNA序列中，包含3至6 bp的重復基序?；蚪獯a基因檢測的進一步研究進展顯示，2019年在小腦性共濟失調、神經(jīng)病變和前庭無反射綜合征（CANVAS）中發(fā)現(xiàn)了RFC1基因中的雙等位基因內含子AAGGG重復擴增。

表1：串聯(lián)重復擴增性共濟失調

SCA脊髓小腦性共濟失調、DRPLA齒狀核紅核蒼白球路易體萎縮、CANVAS小腦性共濟失調、神經(jīng)病變、前庭反射消失綜合征；FXTAS脆性 X 相關震顫/共濟失調綜合征；*均患有小腦性共濟失調

TRD的流行病學研究顯示，它們是全球小腦性共濟失調（CA））的常見原因。Friedreich共濟失調（FRDA）是歐洲最常見的遺傳性共濟失調，患病率為每100,000人中2-4人。脆性X綜合征相關震顫/共濟失調綜合征（FXTAS）是由FMR1基因中的三核苷酸CGG擴增引起的，占成年發(fā)病且無家族史男性小腦共濟失調（CA）患者的2%-4%。在初期基因解碼基因檢測中，發(fā)現(xiàn)22%的晚發(fā)型共濟失調病例帶有純合的RFC1五核苷酸擴增，這不僅可表現(xiàn)為CANVAS，還可導致有限的周圍、前庭或小腦功能障礙。促腎上腺皮質激素受體（SCAs）的總體患病率估計為1-3:100,000。全球最常見的SCAs是SCA3，其次是SCA1、SCA2、SCA6和SCA7。多聚谷氨酰胺促腎上腺皮質激素受體（SCAs）可能占AD小腦共濟失調（CA）約一半，但不同地理區(qū)域的發(fā)病率差異顯著。陽性家族史在研究中檢出擴增的百分比顯著影響。盡管對小腦共濟失調（CA）患者常規(guī)進行最常見的SCAs重復擴增篩查，但在有或無豐富家族史的個體中，檢出率范圍廣泛，從0%至18.9%不等。然而，在某些非家族性病例中，特別應考慮檢測特定SCAs的重復擴增，例如早發(fā)性共濟失調和視網(wǎng)膜營養(yǎng)不良中的SCA7，晚發(fā)性共濟失調中的SCA6，以及緩慢進展性共濟失調中的SCA8。

常規(guī)變異引起的小腦共濟失調

自20世紀90年代以來，佳學基因解碼基因檢測觀察到越來越多由各種基因序列和拷貝數(shù)變異（CNV）引起的新型小腦性共濟失調（CA）。最常見的遺傳性小腦共濟失調（ARCA）表型包括伴有眼球運動不能癥的共濟失調（AOA）和毛細血管擴張性共濟失調（AT），這些表型在20世紀70年代和80年代有所區(qū)分。1995年，致病基因定位克隆技術確認了AT的致病基因。同年，基因解碼基因檢測報道了維生素E缺乏癥伴有共濟失調（AVED）是由TTPA基因中的雙等位基因變異引起的。APTX和SETX基因的變異分別在2001年和2004年被發(fā)現(xiàn)與AOA相關。然而，直到新一代測序（NGS）技術的應用，基因解碼基因檢測才能夠識別出許多新型遺傳性小腦共濟失調，其中大多數(shù)非常罕見。NGS技術在臨床實踐中的應用表明，該方法在診斷多樣性神經(jīng)系統(tǒng)疾病方面極為有效。從21世紀第二個十年開始，許多研究開始利用NGS技術對表現(xiàn)為各種共濟失調相關表型的患者進行分子診斷和亞型致病基因鑒定診斷。主要采用了三種方法：靶向測序面板（分析有限數(shù)量的基因編碼外顯子和側翼內含子）、全外顯子組測序（WES）和最近的全基因組測序（WGS）。在NGS技術推廣之前，患者通常需要接受大量標準化診斷測試。一般而言，常見的重復擴增型小腦共濟失調必須通過靶向技術排除，因為NGS技術無法可靠地檢測到這些變異。在一項探索性基因解碼分析，致病基因鑒定基因解碼分析了50名先證患者的118個已知和候選共濟失調基因，總體檢出率為18%，在青少年早發(fā)病且有陽性家族史的患者亞組中，檢出率高達75%。WES技術在兒童共濟失調患者中的應用顯示成功率為46%。后續(xù)研究證實，在早發(fā)型小腦共濟失調、近親家庭和有陽性家族史的患者中，可以達到比較來說更高比例的診斷率。然而，這類病例僅占小腦性共濟失調的少數(shù)?；谌驕y序和基因解碼技術的基因檢測可以將診斷率提高一倍。

兒童遺傳性共濟失調具有廣泛的表型和遺傳異質性，通常是復雜表型的一部分，伴隨多種并發(fā)癥。共濟失調可能表現(xiàn)為先天性后腦異常（如Joubert綜合征、Dandy Walker畸形和小腦橋腦發(fā)育不全）、復雜的神經(jīng)發(fā)育障礙（如MECP2障礙），或是各種代謝和線粒體疾病的征兆。特定的非共濟失調癥狀以及影像學和實驗室檢查的異常通?？梢灾笇г\斷，并實施有針對性的基因檢測。

在兒童共濟失調隊列中，NGS的診斷率（DR）從25%到80%以上不等，具體取決于研究組的選擇和NGS方法的類型（如面板測序與全外顯子組測序）。致病基因鑒定基因解碼分析了WES在兒童期發(fā)病的小腦共濟失調（CA）中的效用，在28個家族中的13個家族獲得了分子診斷（DR = 46%）。其他采用基因解碼技術的檢測分析機構報道了類似的結果，他們對小腦萎縮兒童進行了評估，并報告了39%的成功率（28個家族中的9個）。在84名兒科患者中應用靶向共濟失調基因面板，25%的患者獲得了基因診斷。在近親家庭中，全外顯子組測序可以為高達80%的病例提供分子診斷，鑒定出發(fā)病的原因，以幫助阻斷遺傳。在一些系列研究中，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)數(shù)個基因重復與伴有認知障礙的先天性或嬰兒期發(fā)病的小腦共濟失調（CA）有關。這些基因主要涉及離子通道編碼基因，如小腦共濟失調CACNA1A、小腦共濟失調CACNA1G、KCNC3和ITPR1，以及β-III血影蛋白基因SPTBN2，后者參與膜蛋白的運輸和穩(wěn)定。所有這些基因與各種退行性和發(fā)育性神經(jīng)系統(tǒng)疾病有關，包括非進行性或緩慢進行性小腦共濟失調，其發(fā)病可從嬰兒期延續(xù)至成年期。

關于NGS在早發(fā)性小腦性共濟失調（EOCA）中的應用，更多信息來自對成人的大型系列研究，這些患者的癥狀在40歲之前開始出現(xiàn)。總體而言，這些研究顯示NGS的診斷率從21%到50%以上不等，具有與孟德爾遺傳相符的陽性家族史的患者分子診斷百分比更高。NGS研究結果總結了不同人群中EO小腦共濟失調（CA）的最常見病因。根據(jù)基因解碼基因檢測的大數(shù)據(jù)分析，西方國家最常見的隱性共濟失調包括FRDA、痙攣性截癱7型（SPG7）、夏洛瓦-薩格奈常染色體隱性痙攣性共濟失調（ARSACS）、AOA2、SYNE1相關共濟失調、AT、AOA1和POLG相關共濟失調。此外，無論種族如何，Marinesco-Sjögren綜合征和AVED的發(fā)病率相對較高，后者在北非和地中海地區(qū)尤為常見?？傮w而言，這些疾病構成了已知的100多種AR小腦共濟失調（CA）病因中的大多數(shù)。雖然大多數(shù)病例發(fā)生在兒童和青少年時期，但成年期發(fā)病的情況也時有報道，特別是SPG7和SYNE1共濟失調，它們通常表現(xiàn)為成人期發(fā)病。2019年，國際帕金森和運動障礙協(xié)會遺傳性運動障礙分類和命名工作組提出了一種修訂的AR小腦共濟失調（CA）命名系統(tǒng)，該系統(tǒng)基于表型前綴和基因名稱?？傮w而言，62種以小腦共濟失調（CA）為突出特征的疾病在命名時采用ATX做為前綴，而30種以小腦共濟失調（CA）和共存的其他主要運動障礙為特征的疾病在命名時采用雙前綴命名法。同年，小腦和共濟失調研究協(xié)會工作組的共識聲明提出了59種原發(fā)性AR小腦共濟失調（CA）的列表。這兩個分類都列出了許多其他可能以共濟失調為附加特征的疾病。成為更新的《人體基因序列變化與疾病表征》中的規(guī)范命名法。

就共濟失調而言，NGS的主要限制在于無法檢測到由串聯(lián)重復擴增和線粒體DNA數(shù)量變化引起的疾病。WES被認為不能有效檢測深內含子變異、拷貝數(shù)變異（CNV，定義為單個或更大的外顯子缺失和重復）、平衡易位或復雜倒位以及低水平插入。在外顯子組富含GC區(qū)域的良好覆蓋方面也可能存在問題。然而，最近已經(jīng)有許多問題得到了解決。而基因檢測機構提供多基因面板和外顯子組測序，同時進行mtDNA、CNV和選定深內含子變異的分析，具有高效的捕獲和令人滿意的讀取深度。盡管CNV在進行性共濟失調中只占少數(shù)變異，但它們的作用不容忽視。例如，致病基因鑒定基因解碼對260名共濟失調和/或痙攣性截癱患者進行了WES，進一步對代表性病例子集（n = 68）進行了CNV和重復擴增分析，發(fā)現(xiàn)了兩個致病性CNV和一個三核苷酸擴增。在另一個基因解碼檢測分析中，他們使用微外顯子組結合基于讀取深度的CNV檢查了一組33名患者，發(fā)現(xiàn)SETX基因中有兩個致病性CNV。雖然在常染色體隱性遺傳疾病中，通?？梢酝ㄟ^第二等位基因中同時存在的SNV來輔助診斷，但未檢測到的CNV可能是導致假陰性結果的潛在原因，尤其是在具有新生顯性變異的病例中。多種NGS方法的組合，如外顯子組測序、靶向檢測、CNV和重復擴增分析，可以在各種異質性共濟失調隊列中提供超過50%的高診斷率，而這咱分析方法是高價位致病基因鑒定基因解碼的特點。事實證明，這個對于以找發(fā)病原因為目的的受檢者來說，更具有時效比，經(jīng)濟效益比。

對于原因不明的共濟失調患者，全基因組測序（WGS）可能是一個有前途的選擇。WGS旨在分析核DNA的所有編碼和非編碼序列，覆蓋了高達98%的整個人類基因組。相比之下，WES可以捕獲高達95%的外顯子組，而外顯子組僅占人類基因組的1%到2%。此外，WGS的覆蓋深度更加均勻，在檢測WES目標區(qū)域內的SNV、小插入和缺失（indel）以及CNV方面比WES更為有效。事實上，數(shù)據(jù)表明，迄今為止，WGS相對于WES在診斷上的優(yōu)勢主要在于更好地檢測基因組編碼區(qū)域的變化。盡管如此，也已報道了由非編碼DNA序列變異引起的共濟失調，例如與非編碼RNA RNU12相關的早發(fā)性小腦共濟失調。確定深內含子變異的致病性仍然是一個挑戰(zhàn)，但隨著功能研究和生物信息學工具的進一步改進，這種情況在未來可能會發(fā)生改變。

到目前為止，基因檢測數(shù)據(jù)庫中只有少數(shù)研究評估了WGS在共濟失調中的效用。例如，Kang等人在對共濟失調患者進行了WGS后，發(fā)現(xiàn)三分之一的個體中存在致病變異，這些患者的重復擴增和多基因組合檢測結果為陰性。Kim等人研究了一組18例痙攣性截癱患者（伴或不伴共濟失調），報告診斷率為38.9%。然而，僅檢測到一個內含子變異，而WES可能會漏掉這種變異。需要對更大的患者群體進行進一步研究，以確定WGS在共濟失調中的潛在益處。

對于共濟失調來說，使用WES和WGS檢測串聯(lián)重復擴增的可能性特別高。傳統(tǒng)上，基于短讀測序的標準NGS技術無法檢測由最小擴增引起的TRD，SCA6除外。近年來，已開發(fā)了多種算法來分析短讀NGS數(shù)據(jù)中的STR，并成功應用于共濟失調患者?；仡櫺缘貞眠@些算法可以為NGS結果為陰性的個體提供診斷。此外，我們可以期待在未來發(fā)現(xiàn)新的導致共濟失調的擴增。最近，結合非參數(shù)連鎖分析的WGS已經(jīng)鑒定出了CANVAS和晚發(fā)性共濟失調中的致病性重復擴增。WGS還有助于發(fā)現(xiàn)幾種新的TRD，如良性成人家族性肌陣攣性癲癇、神經(jīng)元核內包涵體疾病和眼咽遠端肌病等。目前，SCA包括多種類型，如SCA4、SCA25、SCA30和SCA32，它們的遺傳原因仍有待確定。隨著PacBio和Nanopore等新的分子技術的引入，可以對正常和擴增的STR等位基因進行更多的測序，未來可能會在重復擴增障礙領域取得更多發(fā)現(xiàn)。

據(jù)基因解碼的經(jīng)驗，一些散發(fā)性小腦共濟失調（CA）患者可能是未確診的獲得性、自身免疫性或遺傳性病因的患者。隨著全基因組測序（WGS）的引入，基因解碼基因檢測有望識別出新的單基因病因，尤其是在早發(fā)性和家族性病例中。然而，相當一部分散發(fā)性共濟失調可能具有多因素或多基因背景。全基因組關聯(lián)研究（GWAS）通過比較患者與人群對照的變異頻率來識別基因組風險變異。迄今為止，尚未有關于散發(fā)性小腦共濟失調（CA）患者群體的GWAS發(fā)表。主要挑戰(zhàn)之一是GWAS需要大量的患者和對照，通常是數(shù)千個個體，在小腦共濟失調（CA）中難以實現(xiàn)。此外，另一個挑戰(zhàn)是區(qū)分表型同質的病例。至今，針對阿爾茨海默病（AD）、帕金森病、肌萎縮側索硬化癥和額顳葉癡呆等常見和復雜神經(jīng)退行性疾病的GWAS已鑒定出多種易感性變異，但其中大多數(shù)對風險的影響很小。在MSA中，GWAS尚未發(fā)現(xiàn)顯著的基因位點，但檢測到了幾種潛在的變異，需要在更大的樣本集中進行驗證?；蚪獯a的分析表明，AD具有顯著的多基因成分，可以用來計算罹患該疾病的遺傳風險。個體攜帶的風險等位基因總和稱為多基因風險評分（PRS），其中每個單核苷酸多態(tài)性（SNP）根據(jù)先前GWAS的效應大小進行加權，這種評分可能對多種常見疾病具有預測價值。已發(fā)表的關于AD和癲癇的GWAS有希望的結果指向PRS在未來的潛在臨床應用。通過國際聯(lián)盟收集大量臨床上同質的共濟失調患者，為進行GWAS和識別小腦共濟失調（CA）富含的潛在變異帶來了希望。

基因解碼基因檢測指出表觀遺傳學變化可能是某些原因不明的小腦共濟失調（CA）病例的原因；然而，關于這個論點的基因測試結果很少。DNA甲基化、組蛋白修飾和微小RNA（miRNA）等表觀遺傳機制在不改變基因組序列的情況下調節(jié)基因表達，并與各種神經(jīng)發(fā)育過程相關。對小腦共濟失調（CA）表觀遺傳學的研究表明，表觀遺傳失調與FRDA、FXTAS、共濟失調毛細血管擴張癥和幾種SCA的發(fā)病機制有關。已確認miRNA對浦肯野細胞的存活至關重要，其缺失可導致小腦退化和共濟失調的發(fā)展。在SCA1和SCA3中描述了特定miRNA水平的改變。由于miRNA在小腦共濟失調（CA）神經(jīng)病理學中的重要作用，有人推測miRNA結合位點或miRNA中的致病變異可能是一組原因不明的共濟失調的病因。在幾種三核苷酸擴增障礙中發(fā)現(xiàn)了異常的DNA甲基化譜，并且與發(fā)病年齡和體細胞重復不穩(wěn)定性的突變等位基因有關。全基因組DNA甲基化譜顯示共濟失調毛細血管擴張癥中存在甲基化位點的差異。需要進一步的研究來確定表觀遺傳失調在原因不明的小腦共濟失調（CA）發(fā)病機制中可能的角色。