【佳學基因檢測】貝倫綜合征基因檢測Beuren syndrome

遺傳病、罕見病及出生缺陷基因檢測導讀

貝倫綜合征基因檢測是一個由佳學基因提供的旨在 查找病因、阻斷遺傳、減少出生缺陷的臨床醫(yī)學檢驗項目。貝倫綜合征基因檢測如果檢測目的明確而限定，是檢測受檢者體內(nèi)是否存在可以導致國際命名Beuren syndrom疾病的基因突變序列。由于這一疾病賊初由國外發(fā)現(xiàn)并命名，而且多數(shù)兒科醫(yī)生并不知道貝倫綜合征，因此貝倫綜合征基因檢測又被以伯倫綜合征基因篩查，小精靈面容綜合癥致病基因鑒定，患有高鈣血癥的小精靈臉患者基因測試，高鈣血癥-主動脈瓣上狹窄基因分析，WBS基因檢測,威廉姆斯-伯倫綜合征分子診斷。盡管在基因檢測領域，這些基因檢測 項目名稱涵義相近，但具體到不同的個體或機構，所測序的范圍和解讀的內(nèi)容可能有不小的差距?？傮w而言基于基因解碼技術的檢測要優(yōu)于基于少數(shù)位點且通過數(shù)據(jù) 庫比對而進行的基因檢測。

貝倫綜合征基因檢測科普介紹

貝倫綜合征（也被稱為 Williams-Beuren 綜合征，簡寫為WS；OMIM 194050）是一種獨特的多系統(tǒng)疾病。因為基因突變而受到影響的器官主要包括心血管、中樞神經(jīng)、胃腸道和內(nèi)分泌系統(tǒng)，盡管任何器官系統(tǒng)都可能受到影響。 將貝倫綜合征但獨做為具有特征明確的疾病始于 20 世紀中葉，并且在隨后的約 60 年里，對該表型的了解穩(wěn)步擴展。

在對采用貝倫綜合征基因檢測并進行確診的串者，大多數(shù)受檢者具有心血管疾病，賊常見的心血管異常是中型和大型動脈的血管狹窄（稱為彈性蛋白動脈?。?。 根據(jù)發(fā)病的位置、嚴重程度和時間，血管病變的診斷和治療包括非侵入性或手術干預，輔之以終身監(jiān)測。 其他心血管特征包括高血壓。心血管猝死的風險雖小但是在貝倫綜合征患者明顯增加。 神經(jīng)發(fā)育表型是獨特且多方面的。 輕度至中度智力障礙很常見，但并不普遍，并且與相對優(yōu)勢和劣勢的獨特認知特征相結合。 此外，貝倫綜合征還有一種典型的人格特征，包括過度友好、注意力持續(xù)時間縮短和/或注意力分散、非社交特定恐懼癥和焦慮。

貝倫綜合征的基因原因于 1993 年新穎確定，當時采用熒光原位雜交 (FISH) 基因檢測顯示染色體 7q17 上的彈性蛋白等位基因 (ELN) 缺失。 貝倫綜合征的基因解碼知道貝倫綜合征是由染色體 7q11.23 上 < 200 萬個堿基對 (Mb) 微缺失引起的，并且局部基因組結構傾向于這種缺失的反反復生。 因此，患有貝倫綜合征的個體通過基因檢測會發(fā)現(xiàn)區(qū)間的 25-27 個基因是半合子的，并且?guī)讉€關鍵基因的基因產(chǎn)物的減少是貝倫綜合征特定臨床表征發(fā)生的基因原因。

自從賊初記錄貝倫綜合征以來，貝倫綜合征的基因解碼開始理解貝倫綜合征表型的復雜性和不斷變化的性質、貝倫綜合征的遺傳基礎、導致特定表型的機制和某些干預措施的好處方面取得了進展。
 

貝倫綜合征基因檢測和科學依據(jù)——基因解碼

在 1990 年代，出現(xiàn)了令人信服的證據(jù)，表明貝倫綜合征是一種具有常染色體顯性遺傳模式的遺傳性疾病。 不知道非遺傳風險因素會導致貝倫綜合征的發(fā)生。

基因組結構和重排

貝倫綜合征是由威廉姆斯綜合征關鍵區(qū) (WSCR) 的病理性缺失引起的，威廉姆斯綜合征關鍵區(qū) (WSCR)是一個 1.55-1.83Mb 的區(qū)域，包含染色體 7q11.23 上的 25-27 個獨特的蛋白質編碼基因。 由于存在稱為低拷貝重復 (LCR) 的大型復雜片段重復，威廉姆斯綜合征關鍵區(qū) (WSCR)經(jīng)常進行重排，它們彼此高度相似并位于威廉姆斯綜合征關鍵區(qū) (WSCR)的側翼。 LCR 延伸數(shù)百個堿基，由組織成不同塊（指定為 A、B 和 C）的基因和假基因組成，并包含大于 99% 的核苷酸同一性的廣泛延伸。 它們被認為是在靈長類動物進化過程中出現(xiàn)的——首先是通過復制較小的片段，然后是通過轉座因子（例如，Alu 介導的）改組，以產(chǎn)生當今人類存在的復雜排列。

LCR 介導減數(shù)分裂過程中高度相似的 DNA 序列之間的非等位基因同源重組 (NAHR) 事件，導致該區(qū)域內(nèi)從頭拷貝數(shù)變異 (CNV) 事件的發(fā)生率增加。 貝倫綜合征缺失通常通過 NAHR 發(fā)生在 B 塊序列之間，彼此直接定向，具體的斷點取決于 NAHR 的正確位點。 相互事件（即相同基因組區(qū)域的重復）產(chǎn)生稱為 7q11.23 重復綜合征的情況，導致每個威廉姆斯綜合征關鍵區(qū) (WSCR)基因有 3 個拷貝。 B 區(qū)段（具有賊高核苷酸同一性的 LCR）之間的重組不是直接的，而是反向的，導致中間染色體片段的倒置。 這種反轉存在于 6-7% 的普通人群中，不會引起癥狀，但似乎會增加隨后減數(shù)分裂重排的發(fā)生率。 在貝倫綜合征患兒的傳播父母中也觀察到其他 LCR 特異性重排頻率更高。
 

非典型缺失

雖然大多數(shù)缺失跨越 7q11.23 處典型的 1.55–1.83 Mb 間隔，但也有罕見缺失的個體包含 WSCR 的較小或較大片段，通常具有一個常見斷點和一個獨特斷點。 超出威廉姆斯綜合征關鍵區(qū) (WSCR)的較大刪除通常會導致附加功能。 當這些缺失延伸至端粒并跨越 YWHAG 和/或 MAGI2 基因時，癲癇發(fā)作很常見，盡管有報道稱具有典型缺失的個體會出現(xiàn)癲癇。 在著絲粒側包含 AUTS2 基因可能導致頭部尺寸小于通常在貝倫綜合征中看到的尺寸，并且較大的缺失也可以改變特征性貝倫綜合征行為特征。 特別是 HIP1（以前稱為 HSP27）的缺失與更嚴重的智力障礙有關。

較小的刪除會導致經(jīng)典 WS 中出現(xiàn)的表型特征的子集，但刪除大小與特定表型特征之間的明確相關性具有挑戰(zhàn)性，ELN 除外。 這可能是由于小缺失的缺乏和多樣性、表型評估的不同方法以及基因缺失組合效應的高可能性。 下一節(jié)將討論幾種特定的基因型-表型關系。
 

基因組分析

通過將體細胞重新編程為誘導性多能干細胞 (iPSC) 并將它們引導至特定細胞譜系，使得對更多相關細胞類型的轉錄組分析成為可能。 例如，來自患有貝倫綜合征的個體的 iPSC 衍生皮質神經(jīng)元顯示參與神經(jīng)遞質受體活性、突觸組裝和鉀通道復合物的基因表達減少。 將貝倫綜合征iPSC 中的基因表達與來自 7q11.23 重復綜合征個體的基因表達進行比較表明，許多差異表達的基因具有對稱相反的表達模式。 在 WS 患者（7q11.23 缺失）和 7q11.23 重復綜合征患者的血液 DNA 的 DNA 甲基化分析中發(fā)現(xiàn)了類似的對稱基因劑量依賴性模式，表明該區(qū)域的 CNV 影響基因組的表觀遺傳調控 .
 

分子機制

威廉姆斯綜合征關鍵區(qū) (WSCR)包含 25-27 個基因和幾個非編碼 RNA。 關于這些基因中的每一個如何促成貝倫綜合征表型的知識仍在增長。 幾種小鼠模型為這些努力提供了信息，包括單基因敲除，以及整個威廉姆斯綜合征關鍵區(qū) (WSCR) (CD) 的刪除和兩個半刪除（PD 和 DD）。 為了完善基因型-表型相關性，佳學基因檢測在這次研究中只關注選定的單基因敲除模型。

七個基因（BAZ1B、VPS37D、STX1A、LIMK1、CLIP2、GTF2IRD1 和 GTF2I）的功能喪失耐受性 (pLI) 得分概率為 0.9 或更高，這表明威廉姆斯綜合征關鍵區(qū) (WSCR)中只有一部分基因直接有助于 表型。 pLI 分數(shù)是通過檢查人群中功能變異丟失的頻率來計算的； 比預期更少的變異與更高的分數(shù)相關，并意味著致病性的可能性更大。 重要的是要指出，賊支持在貝倫綜合征的表型后果中發(fā)揮作用的基因是 ELN，其 pLI 為 0。同樣，大量證據(jù)表明 MLXIPL (pLI = 0.05) 在貝倫綜合征的代謝方面的缺失 . 這兩個例子突出了 pLI 等預測因子在識別所有致病基因方面的不足。 下面提供了威廉姆斯綜合征關鍵區(qū) (WSCR)基因的賊佳特征基因型 - 表型相關性的概述。 

彈性蛋白。 ELN 基因在可伸展和回縮的組織中轉錄，例如肺、皮膚和彈性動脈（包括主動脈，其中彈性蛋白占血管干重的 50%）。 該蛋白質由重復的疏水和交聯(lián)結構域組成。 交聯(lián)允許單體在高度交織的聚合物中相互結合，從而允許力的分布，而疏水域在暴露于具有組織膨脹（拉伸）的水性環(huán)境時通過熵驅動反沖過程。 該聚合物壽命長，沉積窗口短，計算半衰期為 74 年。 有趣的是，盡管強大的彈性生成僅發(fā)生在早期生長和發(fā)育期間，但 ELN 被認為在整個生命周期中不斷轉錄。 在這個緊迫的發(fā)育窗口之外，ELN 的成績單很快就會被翻過來。 因此，轉錄、翻譯和組裝之間的這種聯(lián)系已經(jīng)成熟，可以進行研究了。

在 ELN 中具有功能喪失點突變或基因內(nèi)缺失的個體具有 ELN 相關的家族性 SVAS，并發(fā)展出與 WS 中發(fā)現(xiàn)的心血管表現(xiàn)無法區(qū)分的表現(xiàn)。 常見特征包括在整體狹窄和厚壁脈管系統(tǒng)的情況下大彈性動脈的局灶性或長段狹窄（變窄）。 主動脈瓣上動脈和肺動脈瓣上動脈狹窄賊常見，嚴重程度差異很大。 雖然肺動脈狹窄通常會隨著年齡的增長而改善，但主動脈側的狹窄可能會隨著時間的推移保持不變、改善或惡化。 其他血管，如降主動脈、腎動脈、腸系膜動脈和冠狀動脈也可能表現(xiàn)出狹窄，癥狀表明相關終末器官灌注不足（高血壓、腹痛和心臟灌注不足伴 ST 段抬高或猝死）。 即使在沒有狹窄的情況下，患有 WS 或家族性 SVAS 的個體也有很高的高血壓和血管僵硬率，這些在嬰兒期和兒童期就可以檢測到。 據(jù)報道，有和沒有麻醉的猝死相對風險增加； 發(fā)生這種情況的確切機制目前尚不清楚，但預計它是多因素的，反映了復雜的血管病理生理學。 

雜合 Eln 敲除 (Eln+/-) 小鼠概括了 WS 的相關心血管特征，包括主動脈壁增厚、高血壓和心臟肥大 7，但是，很難復制 WS 或家族性 SVAS 患者常見的沙漏型瓣上狹窄。 表達人類 ELN 基因的 Eln+/- 和轉基因 Eln-/- 小鼠（Eln-/-；ELN+ 小鼠，具有正常彈性蛋白水平的 30%）都不會出現(xiàn)明顯的狹窄，盡管 Eln-/-； 與 ELN+/- 小鼠相比，ELN+ 小鼠表現(xiàn)出更嚴重的動脈壁增厚、管腔狹窄、高血壓和心臟肥大。 主動脈弓的離散狹窄或縮窄（先天性狹窄）以及新內(nèi)膜的發(fā)展（WS 中節(jié)段性主動脈狹窄的內(nèi)膜增厚特征）已經(jīng)在具有僅限于血管平滑肌細胞的純合 Eln 缺失的小鼠中被描述。 不幸的是，這些小鼠中的大多數(shù)都活不過產(chǎn)后第 18 天。 

對于彈性蛋白不足引起大血管動脈病的機制，已經(jīng)提出了幾種假設。 節(jié)段性狹窄被認為是由于彈性蛋白減少或缺乏導致血管平滑肌細胞增殖和遷移增加而形成的。 譜系追蹤表明，負責動脈壁向內(nèi)重塑的多余平滑肌細胞不是克隆性的，而是來自中層中多個現(xiàn)有的平滑肌細胞。 內(nèi)向重塑部分是由過量的整合素 β3 信號傳導引起的，因為該通路的遺傳或藥理學抑制可減少血管病變并延長 Eln–/– 小鼠的壽命。 其他研究表明，彈性蛋白不足不會增加增殖，而是會導致內(nèi)側纖維化、平滑肌細胞活動性改變和異常的環(huán)周生長，從而導致管腔變小和動脈壁變厚。 其他研究表明，高血壓在 Eln+/- 小鼠中出現(xiàn)，作為使血管壁壓力正?；陌l(fā)育適應的一部分，利用增加的壓力來支撐打開狹窄、僵硬的彈性蛋白不足的血管，盡管賊近的研究表明活性氧（ ROS) 的產(chǎn)生也可能起作用。 一些額外的分子和細胞機制影響彈性蛋白動脈病的發(fā)病機制，包括平滑肌機械傳感的雷帕霉素 (mTOR) 擾動的機械靶點和適應性免疫系統(tǒng)。 

除了血管疾病，彈性蛋白不足的患者（和小鼠）肺部和皮膚彈性纖維受損，導致組織力學受損。 WS 的其他常見結締組織特征也可能與彈性蛋白不足有關，例如臍周或腹股溝疝、聲音嘶啞、早發(fā)皮膚皺紋、非典型疤痕形成和泌尿生殖表型。 

NCF1 修飾彈性蛋白介導的高血壓。 中性粒細胞胞質因子 1 (NCF1) 位于 WSCR 的端粒末端。 兩個 NCF1 假基因 NCF1B 和 NCF1C 存在于典型缺失側翼的 LCR 區(qū)域。 NCF1 是幾種 NADPH 氧化酶 (NOX) 復合物的調節(jié)亞基，并在多種細胞類型中產(chǎn)生 ROS，包括內(nèi)皮細胞、平滑肌細胞和白細胞，承受各種壓力。 在約 50% 的 WS 患者中發(fā)現(xiàn)了去除 NCF1 的缺失。 在 WS 患者和動物模型中，NCF1 的缺失與高血壓和血管僵硬的相對保護有關。

GTF2I 和 GTF2IRD1。 一般轉錄因子 2-I (GTF2I) 和 GTF2I 重復結構域包含 1 (GTF2IRD1) 是位于 WSCR 端粒末端相鄰位點的旁系同源基因。 它們編碼轉錄因子并有助于典型的 WS 行為和發(fā)展。 在分子水平上，GTF2IRD1 和 GTF2I 分別編碼 BEN 和 GTFII-I，它們是具有廣泛功能活性的多功能蛋白質家族的成員。

GTFII-I 是一種高度保守且廣泛表達的多功能轉錄因子，通過與組織特異性轉錄因子和與染色質重塑相關的復合物相互作用來調節(jié)基因表達。 GTFII-I 響應各種細胞外信號而被激活，然后易位到細胞核。 GTFII-I 已被證明參與多個過程，包括調節(jié)胚胎發(fā)育、細胞周期、肌動蛋白細胞骨架動力學、軸突導向和表觀遺傳調節(jié)。事實上，一項基于 iPSC 的研究表明，GTF2I 改變占 10-20% WS 和 7q11.23 重復綜合征中疾病相關通路的轉錄失調，從多能狀態(tài)開始并在發(fā)育過程中進一步放大。 

從表型的角度來看，具有 WSCR14 經(jīng)典缺失的個體和具有導致 GTF2IRD1 和 GTF2I62 丟失的較短缺失的個體（圖 3）通常表現(xiàn)出智力障礙、對熟悉的人的高度社交方式和對陌生人的不分青紅皂白的社交方式（也稱為 如社交去抑制或過度社交），以及社交溝通困難（語用學）。 相比之下，缺失這兩個基因的個體通常既不表現(xiàn)出智力障礙，也不表現(xiàn)出這些社會特征。 有趣的是，具有較短 WS 缺失且保留 GTF2I 但移除 GTF2IRD1 的個體通常也不會表現(xiàn)出智力障礙或過度社交，但他們確實表現(xiàn)出對熟悉的人的社交方式增加以及社交語用學的困難。 GTF2I 基因劑量在智力中的作用的進一步證據(jù)來自一個具有非常短的重復影響 GTF2I 但不影響 GTF2IRD1 的家族； 所有 GTF2I 重復的家庭成員都有智力障礙，而那些通常有兩個 GTF2I 副本的人的智力水平一般。 

與人類一樣，包括 Gtf2i 在內(nèi)的小鼠 WSCR 的部分半合子缺失會導致社交能力增加，但也會損害突變小鼠的運動協(xié)調能力 71。 由于嚴重的發(fā)育異常，例如露腦畸形和神經(jīng)管暴露，小鼠中 Gtf2i 的純合缺失導致胚胎致死，而雜合小鼠對不熟悉的小鼠表現(xiàn)出受損的社會習慣。 選擇性刪除興奮性神經(jīng)元中的 Gtf2i 會導致髓鞘形成改變、運動障礙和過度社交，這會隨著髓鞘形成的藥理學恢復而正?；?。 CD（全 WS 缺失）小鼠模型的腦池內(nèi) Gtf2i 基因治療對與運動、社交和焦慮樣行為相關的行為缺陷產(chǎn)生了有益影響。 

綜上所述，這些發(fā)現(xiàn)表明 GTF2I 等位基因的缺失是導致 WS 患者智力障礙和社交去抑制的主要原因。 刪除 GTF2IRD1，即使不刪除 GTF2I，也可能導致社交溝通困難和社交方式普遍增加。 小鼠模型中劑量依賴性 Gtf2i 特異性社交和焦慮表型的發(fā)現(xiàn)與在人類半缺失和重復綜合征中觀察到的結果一致。 在一項關于 Gtf2i 拷貝數(shù)對皮質神經(jīng)元成熟和功能的影響的研究中，具有單個 Gtf2i 拷貝的小鼠顯示軸突生長增加，而具有三個 Gtf2i 拷貝的小鼠的軸突生長減少。 GTFII-I 的軸突生有效應可能通過調節(jié)同源框蛋白 DLX5 和 DLX6 的表達而發(fā)生，從而影響大腦中的興奮/抑制平衡。 這種平衡被認為是導致自閉癥譜系障礙 (ASD) 的可能機制。 在這方面，值得注意的是，WSCR 的刪除和重復都與 ASD 發(fā)生率升高有關。 

其他候選基因。 對于 WSCR 中的其他幾個基因，新出現(xiàn)的證據(jù)表明與 Williams 綜合征表型的組成部分有關。 與鋅指結構域 1B (BAZ1B) 相鄰的 Bromodomain 是 B-WICH 染色質重塑復合物的成員，對于體外和體內(nèi)正確的神經(jīng)嵴細胞遷移至關重要，并且已被提議作為人類顱面發(fā)育的主要調節(jié)因子。 由于腸神經(jīng)系統(tǒng)也源自神經(jīng)嵴，因此腸道的異常神經(jīng)支配可能導致 WS 胃腸道表型，例如運動障礙和慢性便秘。

LIM 結構域激酶 1 (LIMK1) 調節(jié)肌動蛋白細胞骨架的組裝和拆卸，并與 WS64 患者和一般人群的視覺空間認知能力有關。 Limk1–/– 小鼠表現(xiàn)出視覺空間缺陷、樹突棘形態(tài)改變和突觸可塑性降低，從而導致長期記憶力下降。 Limk1 表達可以被腦源性神經(jīng)營養(yǎng)因子和 cAMP 反應元件結合蛋白上調，表明潛在的治療途徑。 

Syntaxin 1A (STX1A) 是介導胞吐囊泡融合的蛋白質復合物的關鍵成員，從而允許神經(jīng)遞質釋放到突觸中。 在患有 WS 的個體中發(fā)現(xiàn)的神經(jīng)精神疾病與 STX1A 變異有關。 胰腺的胰島素分泌也依賴于胞吐作用，STX1A 水平在患有 2 型糖尿病的普通人群中確實降低了。 糖尿病在患有 WS 的成年人中很常見，表明與 STX1A 半合子性可能存在生理聯(lián)系。 由于編碼調節(jié)葡萄糖和脂質代謝的 ChREBP 轉錄因子的 MLXIPL 基因也位于 WSCR 內(nèi)，因此 ChREBP 和 STX1A 都可能有助于 WS 中的代謝表型。 

DNAJC30（DNAJ 熱休克蛋白 40 家族 (Hsp40)）成員 30 的雙等位基因錯義變異賊近與人類 Leber 遺傳性視神經(jīng)病變（一種線粒體疾病）有關。 迄今為止，WS 中尚未報告類似的功能。 小鼠中該基因的雙等位基因缺失也會導致線粒體功能障礙和行為改變。 需要做更多的工作來研究孤立的半缺失對人類的影響，但應該考慮該基因對神經(jīng)發(fā)育的潛在影響。