遗传性主动脉疾病基因检测的应用

杨航、罗明尧、殷昆仑、陈前龙综述，常谦、周洲审校



遗传性主动脉疾病基因检测的应用

杨航、罗明尧、殷昆仑、陈前龙综述，常谦、周洲审校

摘要遗传性主动脉疾病以主动脉扩张、主动脉瘤/夹层为特征，可发生于马凡综合征、Loeys-Dietz综合征、血管型Ehlers-Danlos综合征、家族性胸主动脉瘤/夹层等多种疾病，其共同特点是主动脉瘤发生破裂的风险高，必须通过手术置换损伤部位动脉而避免发生致命性动脉瘤破裂。这些疾病有着不同程度的临床表型重合，仅靠临床症状往往难以区分确诊。这种情况下，基因检测在患者症状完全表现之前即可明确诊断，显示出无可比拟的优势。针对遗传性主动脉疾病基因检测，主要采用基因组合测序的方法，其检测结果对于患者的早期、明确诊断和家属筛查具有重要意义，对于患者手术方案的选择及预后判断也有一定的指导作用。

关键词综述；主动脉疾病；基因

自20世纪90年代起，随着人类基因组计划的开展，生物医学领域涌现出许多新的理论与技术，疾病的分子诊断作为一个新兴的临床诊断方向逐渐得到广泛应用。近年来，测序平台与技术的不断进步和完善,极大地推动了分子诊断的应用进程。基于Sanger双脱氧链终止法的一代测序，对于致病基因单一且外显子数较少的疾病筛查，仍不失为一个好的方法。相比一代测序技术，二代测序技术以其高通量、低成本的优势很快得到了广泛应用。目前临床上应用比较多的是基因组合检测,对相关疾病的一组基因进行检测，旨在筛查已知致病基因是否存在突变。随着测序费用的降低、数据库的积累以及研究者对数据结果解读经验的加深，全外显子组测序的方法已越来越多地应用于复杂疾病或新致病基因的探索研究，并逐步应用于临床诊断。越来越多的遗传异质性疾病的相关致病基因被检出，2010年～2015年间，利用全外显子测序技术已经检测出550多个疾病相关致病基因[1]。经过近二十年的快速发展与积累，分子诊断技术已成为推动当代医学发展的重要前沿领域之一。本文所述的遗传性主动脉疾病分子诊断的成功应用就是基因检测使临床获益的一个很好案例。

遗传性主动脉疾病以主动脉扩张、主动脉瘤/夹层为特征，可发生于马凡综合征（MFS）、Loeys-Dietz综合征（LDS）、血管型Ehlers-Danlos综合征（vEDS）、家族性胸主动脉瘤/夹层（FTAAD）等多种疾病。这些疾病有着不同程度的临床表型重合，又有着各自的疾病特征，早期时候仅依靠临床症状加以区分和诊断。它们的共同特点是主动脉瘤发生破裂的风险高，必须通过手术置换损伤部位动脉而避免发生致命性动脉瘤破裂[2]。这些综合征临床异质性很强，患者往往难以具有非常典型的疾病特征，诊断相对困难。因此，基因检测可在患者症状完全表现之前明确诊断，显示出无可比拟的优势。此外，还可能影响患者手术时机的选择。通常情况下，当患者主动脉直径达到5.0～5.5 cm时，医生会建议进行预防性手术干预[3]。然而研究结果显示，多达60%的急性A型主动脉夹层在直径<5.5 cm时即发生了破裂[4]。在过去十年对MFS及相关疾病的研究中，人们已经积累了一定的经验，了解到特定基因的突变可预示着患者主动脉直径<5.0 cm时即有发生破裂的风险，以及患者预后情况[5,6]。下面就以基因检测在遗传性主动脉疾病诊断和预后评估中的应用为例，阐述基因检测在临床中的重要作用。

1　 主动脉疾病的遗传学研究

1.1MFS

MFS是一种常染色体显性遗传的结缔组织疾病，发病率约为1:3 000～1:5 000[7]。病变累及多个器官系统，主要涉及心血管、骨骼和眼睛。其中，心血管系统异常包括主动脉瘤/夹层，是导致MFS患者死亡的最主要原因。若无干预，患者平均寿命约为32岁。若得到适当干预和治疗，其平均寿命可接近于正常人[8]。

鉴于MFS临床表现的高度异质性，国际上对于MFS的诊断标准也在不断修改和完善。目前国际上普遍采用的是2010年修订版Ghent标准[9]，它更加重视主动脉根部瘤/夹层和晶体异位这两大表现。同时，该诊断标准首次将分子诊断（致病性基因突变筛查）纳入主要诊断条件，并赋予其重要意义。FBN1是MFS唯一致病基因，编码原纤维蛋白（fibrillin）-1，是细胞外微纤维的重要组成部分[10]。

目前已发现的FBN1突变已有上千个，多数是单个家庭特有的。其中，错义突变是最常见类型，半胱氨酸的单碱基置换占绝大多数。现有的FBN1基因型-表型关联分析提示，FBN1基因半胱氨酸发生错义突变的患者发生晶体异位的几率高于其它突变类型[11]。此外，早发严重的MFS（新生儿MFS）患者，FBN1突变多发生在24～32号外显子[12]，具体机制还有待深入研究。

越来越多的临床数据显示，MFS患者主动脉直径<5.5 cm时发生急性破裂的风险较小，其它动脉发生动脉瘤的几率较低[13]。有趣的是，FBN1基因的常见变异位点（基因多态性位点）可增加普通人群患胸主动脉瘤的风险[14]，有研究正在尝试探索是否可以据此判断哪些患者可以采用与MFS患者相似的方案进行治疗。

1.2LDS

LDS是一种常染色体显性遗传的结缔组织疾病，很多心血管系统和骨骼异常与MFS有着相似表现，曾被定义为2型MFS。2005年，Loeys等[5]首次将其报道为一个独立的疾病，患者平均死亡年龄只有26岁。除了表现出与MFS患者相似的心血管和骨骼异常外，此类患者还可能表现出一些特有的特征，如眼距过宽、悬雍垂/腭裂、颅缝早闭等。与MFS患者相比，LDS患者主动脉瘤/夹层临床进展更为迅猛，患者平均发病年龄和死亡年龄更早，除主动脉根部外，其它部位发生动脉瘤和动脉扭曲的风险较高。

美国心脏病协会建议，LDS患者主动脉直径达到4.2 cm时，即可进行预防性手术[3]。然而许多欧洲国家对MFS和LDS进行类似处理，待患者主动脉直径达到5.0 cm时才进行手术治疗，却并未发现LDS患者出现更早的动脉瘤/夹层破裂[15]。因此，LDS患者在主动脉直径<5.0 cm时发生急性动脉瘤/夹层破裂的风险，可能还需要更大样本量的研究验证。

因为LDS的诊断不存在最小诊断标准，因此致病基因的检测在LDS诊断中起着重要作用。TGFBR1和TGFBR2是最早发现的LDS致病基因，两者引起的患者表型并无明显差别。随着研究的深入，人们发现SMAD3和TGFB2突变也可引发LDS，它们均可导致转化生长因子β（TGFβ）信号通路增强[16-18]。其中，SMAD3突变引发的LDS患者，发生骨关节炎的风险较高[16]。

1.3vEDS

vEDS是一种常染色体显性遗传疾病，主要表现为除主动脉根部外，全身中到大血管都容易发生动脉瘤/夹层。骨骼系统异常包括关节松弛（常局限于小关节），新生儿患者可能出现畸形足、髋关节脱位等。此类患者血管脆弱，发生器官破裂（脾、肠、妊娠子宫）的风险较高。有数据显示，患有vEDS的妊娠妇女约有12%的风险发生围产期动脉破裂或子宫破裂而导致死亡[19]。25%的vEDS 患者在20岁之前表现出明显的症状，80%以上在40岁以前表现出明显症状,患者中位死亡年龄为48岁[20]。COL3A1是目前已知的唯一致病基因[21]。

1.4Shprintzen-Goldberg综合征（SGS）

SGS与MFS和LDS均有表型重合，包括细长指、胸廓畸形、脊柱侧突等，最显著特征表现为颅缝早闭。患者少见主动脉膨大，另外可能出现发育迟缓、智力障碍等特征。SKI是目前已知的唯一致病基因[22]。

1.5FTAAD

20%的非综合征型胸主动脉瘤/夹层（TAAD）患者具有家族史，意味着是由遗传因素导致的疾病。针对这些FTAAD家系进行分析，发现FTAAD主要是常染色体显性遗传、外显度不高的单基因疾病。不同家系乃至同一家系不同患者间疾病表现程度可能有所不同，主要表现在发病年龄、直径<5.0 cm时升主动脉破裂的风险、病变累及主动脉根部或升主动脉或两者都累及等方面。另外，患者还可不同程度地具有心血管系统其它并发症状，如二叶主动脉瓣、动脉导管未闭和其它血管疾病（如颅内动脉瘤、闭塞性动脉疾病）等[23]。目前已发现11个基因与FTAAD有关：FBN1、TGFBR1、TGFBR2、SMAD3和TGFB2突变已在6%～8%的无MFS或LDS特征的FTAAD家系中发现[24-27]，提示这些综合征和FTAAD的主动脉瘤形成可能有着相似的病理机制。ACTA2、 MYH11、MYLK、PRKG1、SMAD4、NOTCH1等基因也被发现与FTAAD有关[28]，其中ACTA2是最为常见的FTAAD致病基因，约占患者人数的14%[29]。ACTA2突变除了引起TAAD外，还易引起小动脉闭塞性疾病，如早发性冠状动脉疾病、中风以及原发性肺动脉高压等。

ACTA2突变患者主动脉瘤常常同时累及主动脉根部和升主动脉，与MFS患者相比，此类患者更容易发生急性动脉瘤破裂。1/3的患者主动脉直径<5.0 cm时发生了动脉破裂[6]。因此对携带ACTA2突变的TAAD患者，当主动脉直径达到4.5 cm时，即可考虑进行预防性手术。

2　遗传性主动脉疾病基因检测方法

针对遗传性主动脉疾病的基因检测，通常采用基因组合（gene panel）的方法，即用二代测序的方法对疾病相关的若干基因的外显子及其侧翼序列进行检测，查找致病性点突变或较小的插入/缺失。国内外市场已出现多个检测主动脉疾病gene panel试剂盒，包含的基因从数个到十几个不等。阜外医院实验诊断中心目前开展遗传性主动脉疾病基因检测项目，组合中包括了MFS、LDS、vEDS、SGS、FTAAD等相关的15个基因。到目前为止，阜外医院实验诊断中心已对近200例主动脉瘤患者进行了基因组合检测，其中症状较为典型的MFS患者诊断率高达90%。另外还对若干容易混淆、难以鉴别诊断的相似病例给予了明确诊断。未找到可能致病突变的MFS患者，若临床症状典型或有明显家族史，我们会进行大片段插入/缺失检测。对于此类型变异，二代测序方法本身存在局限性，难以检测到，而有报道表明，未检测到点突变或小片段插入/缺失的MFS患者中，高达7%的人存在FBN1大片段缺失。对于仍未找到致病突变的MFS患者以及其它有明显家族史但未找到致病突变的主动脉瘤患者，我们将进行全外显子组测序，尝试寻找新致病基因。

3　基因检测的意义

首先，基因检测使得症状前诊断成为可能，这就为预防性干预和及时的监测及治疗提供了时机。有研究表明，发生急性动脉破裂（AAD）的MFS患者，即便首次手术成功，主动脉其它节段需要再次干预的频率也大于未发生AAD的患者[30]。因此，疾病的早期诊断尤为重要，基因检测在此方面显示出了其特有优势。第二，因为2010年修订版Ghent标准[7]首次将分子诊断（致病性FBN1基因突变筛查）纳入主要诊断条件，所以结合基因检测结果，一些疑似但不满足诊断标准的MFS患者得以确诊。第三，通过基因检测，临床表型有重合、容易混淆的疾病，可以得到准确诊断。如LDS因疾病罕见，再加上国内医生对此疾病认识不足，往往会误诊成MFS。通过基因检测，不仅患者得到准确诊断，临床医生也加深了对相关疾病的认识。第四，针对某些特定疾病的基因检测，还可能指导治疗方案，更好地对患者预后进行评估。如LDS，手术指征（主动脉直径>4.2 cm）要严于MFS（主动脉直径>5.0 cm）[3]；再如vEDS，妊娠期发生子宫破裂的风险高于其它主动脉瘤患者[19]，应予以重视。此外，单基因疾病的基因检测结果，还可指导患者进行生殖选择，通过早期孕检或移植前胚胎诊断等方法，避免将疾病传给下一代，减轻社会和家庭经济和精神的双重负担。

总之，基因检测对于遗传性主动脉疾病患者的早期、明确诊断和家属筛查具有重要意义，对于患者手术方案的选择及预后判断也有一定的指导作用。随着基因检测技术的广泛应用，人们有望发现遗传性主动脉疾病新的致病基因，探索更多、更为确凿的基因型-表型关联，同时结合其它组学技术，如全外显子组、转录组、microRNA组学分析等[31]，进一步剖析遗传性主动脉疾病的发病机理，为患者临床治疗方案的选择提供更为可靠、有力的个性化指导。

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（编辑：梅平）

综述

(收稿日期：2015-10-13)

中图分类号：R541.4

文献标识码：A

文章编号：1000-3614（2016）03-0304-03

doi:10.3969/j.issn.1000-3614.2016.03.024

作者简介：杨航 实习研究员 博士 主要从事心血管疾病分子诊断和病理机制研究 Email：chrisyang_1999@163.com 通讯作者：周洲 Email：fwcomd@126.com

作者单位：100037北京市，中国医学科学院 北京协和医学院 国家心血管病中心 阜外医院 实验诊断中心 心血管疾病分子诊断北京市重点实验室心血管疾病国家重点实验室 （杨航、殷昆仑、 陈前龙、周洲），血管外科中心（罗明尧、常谦）