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神经发育障碍性疾病(neurodevelopmental disabilities,NDDs)通常是指由于异常的神经发育基础而导致的精神、心理、行为发育障碍,包括发育落后/智力障碍(developmental delay/intellectual disability, DD/ID)、学习障碍、自闭症症候群(autism spectrum disorders, ASD)等,影响超过15%的儿童[1]。DD/ID是指发育成熟以前(18岁以前)出现的认知和适应行为障碍,是儿科门诊较为常见的疾病之一,国外报道DD/ID的患病率为1%~3%[2],ASD是一组严重影响儿童健康、具有显著临床和病因异质性的常见的NDDs。
NDDs发病机制复杂,与环境、遗传等因素关系密切[3],其中遗传因素是主要因素之一。以ASD为例,一半以上的致病危险因素可归因于遗传学的变异;DD/ID的患儿中,有一半以上可以找到遗传学病因[4]。遗传性因素包括染色体数目和结构异常、单基因病、线粒体病、多基因和/或表观遗传异常等。据统计,染色体数目和结构异常占整个遗传因素的25%~30%[5]。拷贝数变异(copy number variations,CNVs)是由基因组发生重排而导致的,一般指长度为1 kb至数Mb的基因组大片段的拷贝数增加或者减少,主要表现为亚显微水平的缺失和重复。CNVs是导致DD/ID和ASD发生的重要病因,可以引起基因组与分子表型的异质性,导致疾病的发生。
近年来,随着基因组学技术的快速发展,NDDs遗传分子机制及诊断方法的研究取得了很大的进展[6]。染色体微阵列芯片分析(chromosomal microarray analysis, CMA)又称染色体基因芯片分析技术,能够检测出>100 kb的CNVs[7],在西方国家DD/ID、ASD等疾病的临床诊断中得到广泛应用[8-9]。相比于传统的染色体核型分析,CMA能够显著提高具有临床意义的CNVs的检出率,已成为DD/ID、ASD及多发畸形等疾病的一线实验诊断方法[10-11]。文献[12-13]报道显示,CMA在“原发性”智力障碍或者无法解释的发育迟缓、自闭症和先天性结构畸形病例中体现出了重大应用价值。但CMA技术应用于我国NDDs儿童诊断的临床实践起步较晚,目前我国CMA在NDDs儿童的临床分子诊断中的检测性能等信息不够完善,因此本研究对100例NDDs患儿进行CMA检测,针对检测结果进行分析,该研究将有助于扩充临床数据,为CMA在儿科疾病诊断中的广泛应用和遗传咨询提供参考。
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利用750K芯片对100例DD/ID及ASD患儿进行了检测,结果显示22例(22.00%,22/100)患儿检测到染色体拷贝数变异,携带病理性及可能致病CNVs患儿14例(14/100, 14.00%),共涉及17个致病性及可能致病性CNVs,包括14个微缺失(1q21.1q21.2、6p22.3、7q11.23、7q11.23、7q31.1、8p23.3p23.1、9q34.3、10q26.13q26.3、15q11.2q13.2、15q11.2q13.1、15q11.2q13.1、Xp22.32p22.31、Xp22.33p11.23、Xq21.1q28);3个微重复(2q36.3q37.3、9q34.12q34.3、8q24.23q24.3)(见表 1),检出率达14.00%。携带临床意义未知CNVs的患儿有8例(8/100, 8.00%)。78例患儿染色体未见明显异常,所有样本的检测成功率为100%。
分类 n 病理性或可能致病的变异 临床意义未知的变异 未见明显异常 男 72 4(5.56) 7(9.72) 61(84.72) 女 28 10(35.71) 1(3.57) 17(60.71) ASD 55 2(3.64) 7(12.73) 46(83.63) DD/ID 45 12(26.67) 1(2.22) 32(71.11) 总 100 14(14.00) 8(8.00) 78(78.00) 对45例DD/ID患儿进行CMA检测发现12例病理性或可能致病性CNVs,检出率为26.67%,其中男3例,女9例。12例DD/ID患儿中检测出的14个病理性及可能致病性CNVs,其中12个染色体微缺失,2个染色体微重复(见表 2)。同时在对55例ASD患儿CMA检测中发现2例病理性及可能致病性CNVs,检出率为3.64%,其中男1例,女1例。在2例ASD患儿中检测出的3个病理性CNVs包含2个染色体微缺失,1个微重复(见表 3);病理性及可能致病性CNVs中发现与神经发育相关的OMIM基因有MCPH1、CLN8、TRAPPC9、GPAA1、PUF60等。
序号 染色体区段 染色体位置 类型 大小/Mb OMIM基因数 与神经发育相关基因 数据库表型 临床表型 case1 1q21.1q21.2 chr1:146, 023, 922-147, 856, 007 缺失 1.83 13 GJA8、GJA5 发育迟缓、智力障碍、面部轻度畸形等 DD case2 2q36.3q37.3 chr2:226, 837, 969-240, 349, 740 重复 13.51 76 ARMC9, ECEL1, HDAC4 发育迟缓等特征,面容异常等表型 DD case3 6p22.3 chr6:16, 050, 207-22, 133, 155 缺失 6.08 14 ATXN1、NHLRC1 发育迟缓、智力低下、面部异常等表型 DD case4 7q11.23 chr7:72, 650, 120-74, 154, 209 缺失 1.50 10 ELN 威廉姆斯综合征:发育迟缓等 DD case5 7q11.23 chr7:72, 650, 120-74, 136, 633 缺失 1.49 23 ELN 威廉姆斯综合征:发育迟缓、面部异常等 DD case6 7q31.1 chr7:110, 900, 501-111, 209, 005 缺失 0.31 1 IMMP2L 发育迟缓,面部异常等 ID case7 9q34.3 chr9:140, 434, 785-141, 018, 648 缺失 0.58 6 EHMT1 9q亚端粒缺失综合征:发育迟缓等 DD case8 9q34.12q34.3 chr9:133, 693, 477-141, 018, 648 重复 7.32 6 EHMT1 智力障碍,舌大,肌张力减退,痉挛 DD 10q26.13q26.3 chr10:127, 130, 217-135, 426, 386 缺失 8.3 36 EBF3、MMP21 神经系统的异常 case9 15q11.2q13.2 chr15:22, 770, 421-30, 370, 018 缺失 7.6 26 UBE3a、MAGEL2、 发育迟缓、智力低下、孤独内向、癫痫等 DD case10 15q11.2q13.1 chr15:22, 770, 421-28, 540, 345 缺失 5.77 23 UBE3A、MAGEL2 Prader-Willi/Angelman综合征,生长发育落后,智力低下,语言落后等 DD case11 15q11.2q13.1 chr15:23, 290, 787-28, 560, 664 缺失 5.27 19 UBE3A Prader-Willi/Angelman综合征,生长发育落后,智力低下等 DD case12 Xp22.33p11.23 chrX: 168, 551-46, 489, 686 缺失 46.3 156 BCOR、CASK、CDKL5 发育迟缓、身材矮小、癫痫等 DD Xq21.1q28 chrX: 82, 441, 085-155, 233, 098 缺失 72.79 304 ACSL4、AFF2、ALG13 发育迟缓、面部异常、癫痫等表型 序号 染色体区段 染色体位置 类型 大小/Mb OMIM基因数 与神经发育相关基因 数据库表型 临床表型 case14 8p23.3p23.1 chr8:158, 048-8, 540, 189 缺失 8.38 20 MCPH1、CLN8 发育迟缓、智力低下、畸形等特征 ASD 8q24.23q24.3 chr8:139, 127, 458-146, 295, 771 重复 7.17 69 TRAPPC9、GPAA1、PUF60 case16 Xp22.32p22.31 chrX: 5400001_6840000 缺失 1.44 2 NLGN4 智力障碍,小脑发育不良,身材矮小 ASD 对8例临床意义未知病例进行CMA检测发现10个临床意义未知CNVs,包括4个微缺失(3p22.2、5q33.3、7q34、22q13.2),6个微重复(2q21.3q22.1、16q24.3、19q13.42q13.43、Xq11.2q12、Xq26.2、Yq11.223q11.23)(见表 4)。在这些患儿中发现与神经发育相关的OMIM基因,分别是BRAF、ANKRD11,FANCA、AMER1、GPC3。
序号 染色体区段 染色体位置 类型 大小/Mb OMIM基因数 与神经发育相关基因 临床表型 Case18 3p22.2 chr3:37, 347, 149-38, 090, 973 缺失 0.74 6 无 DD 5q33.3 chr5:157, 926, 605-159, 192, 667 缺失 1.27 3 无 7q34 chr7:138, 531, 588-140, 810, 892 缺失 2.28 12 BRAF Case21 22q13.2 chr22:43, 214, 073-43, 805, 105 缺失 3.76 7 无 ASD Case17 2q21.3q22.1 chr2:136480001_136820000 重复 0.34 4 无 ASD Case19 16q24.3 chr16:89000001_90160000 重复 1.16 19 ANKRD11、FANCA ASD Case20 19q13.42q13.43 chr19:56220001_56500000 重复 0.28 7 无 ASD Case22 Xq11.2q12 chrX: 63300001_64640000 重复 1.34 3 AMER1 ASD Case23 Xq26.2 chrX: 132760001_133460000 重复 0.7 1 GPC3 ASD Case24 Yq11.223q11.23 chrY: 24, 660, 190-28, 420, 380 重复 0.59 6 无 ASD -
检测出2例ASD患儿的病理性CNVs, 分别分布在8号、X染色体上,其中1例患儿在8号染色体上同时发现缺失片段及重复片段。12例DD/ID患儿检测出的病理性及可能致病性CNVs分布在1号、2号、6号、7号、9号、10号、15号、X号染色体上。其中3例患儿病理性及可能致病性CNVs分布在15号染色体上,3例患儿病理性及可能致病性CNVs分布在7号染色体上。2例患儿病理性及可能致病性CNVs分布在9号染色体上,2例患儿病理性及可能致病性CNVs分布在X染色体上。1例患儿X染色体上发现2个缺失片段。在8例患儿检测出的临床意义未知的CNVs分布在2号、3号、5号、7号、16号、19号、22号、X、Y染色体上。其中1例患儿分别在3号、5号、7号染色体上发现缺失片段。2例患儿临床意义未知CNVs分布在X染色体(见图 1)。
1例诊断为DD的患儿,CMA技术检测的致病性CNVs分析图见图 2,该片段有两处缺失,分别是:arr[hg19]Xp22.33p11.23(168, 551 -46, 489, 686)x1,大小为46.3 Mb,包含OMIM基因数156个;arr[hg19]Xq21.1q28 (82, 441, 085-155, 233, 098)×1,大小为72.79Mb,包含OMIM基因数304个,患儿为女孩,7个月大,表现发育迟缓。
1例诊断为DD的9q34.3微缺失综合征患儿,CMA技术检测的致病性CNVs分析图见图 3,该片段有一处缺失:arr[hg19] 9q34.3(140, 434, 785-141, 018, 648)x1,大小为0.58 Mb,包含OMIM基因数6个。患儿为女孩,14个月大,表现发育迟缓。