对临床确诊为白质消融性白质脑病(VWM)的33例患儿进行遗传学分析,探讨中国VWM患儿基因型特点并为中国VWM患儿提供基因诊断策略。
以2006年9月至2013年7月临床诊断为VWM的33例患儿为研究对象,对其EIF2B1-5基因外显子及外显子与内含子交界区进行基因测序及拷贝数异常检测;采用等位基因特异性聚合酶链反应(PCR)方法验证患者中的常见突变EIF2B3 c.1037T>C(p.Ile346Thr)是否为创始者突变。
1.本组33例患儿基因突变阳性29例,阳性率与国外报道一致(88%比90%)。2.共发现EIF2B1-5突变32种,其中23种为国外未报道的新突变,以错义突变为主。3.患者突变谱与国外报道不同:29例基因突变阳性患儿中EIF2B5突变占38%(11/29例),EIF2B3突变占31%(9/29例),EIF2B4突变占17%(5/29例),EIF2B2突变占10%(3/29例),EIF2B1突变占3%(1/29例),其中EIF2B3突变患者所占比率明显高于国外报道(4%)。4.等位基因特异性PCR显示包含EIF2B3基因c.1037T>C突变位点的单倍体上下游各2 200 bp范围内有相同的单核苷酸多态性(SNPs)。
EIF2B3突变的患儿在中国VWM患儿中所占比例明显高于白种人群(31%比4%),提示中国患儿有自己独特的突变构成谱。EIF2B3的c.1037T>C为中国患者的创始者突变。
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白质消融性白质脑病(VWM)是一种多于儿童期的常染色体隐性遗传性白质脑病,是第一个已知由于真核细胞蛋白质翻译启动异常所致的人类遗传病,致病基因为真核细胞翻译启动因子2B(eIF2B)5个亚单位α-ε的相应编码基因EIF2B1-5,任一基因突变导致发病[1]。主要临床特点为进行性的运动智力倒退,以运动为主,可表现为小脑共济失调,肢体痉挛等,可伴视神经萎缩及癫发作[2]。本病临床表型差异很大,起病年龄可早至胎儿期或晚至成年期,根据起病年龄及病程特点可分为先天型、婴儿型、早期儿童型、青少年型及成年型[2]。其中以早期儿童型最为常见。2006年本课题组确诊了第1例中国患者[3],目前共临床诊断33例,初步发现了中国VWM患者的基因型特点。
病例收集参照Vander等[4]推荐的VWM临床诊断标准:早期认知运动发育基本正常或轻度落后;神经系统症状主要包括小脑共济失调,肢体痉挛等;儿童早期出现进行性加重的神经系统功能倒退,发热或轻微头部外伤常引起病情加重;头颅磁共振(MRI)表现为广泛对称性大脑白质病变,白质异常在T1、T2、Flair像上逐渐演变为与脑脊液相同的信号,见图1。本研究以北京大学第一医院儿科于2006年9月至2013年7月收集的符合上述临床诊断标准的33例患儿为研究对象。本研究方案经北京大学第一医院临床研究伦理委员会审批,患儿家属均签署知情同意书。
注:A、B、C分别为白质消融性白质脑病患儿(例2)T1、T2、Flair像,表现为弥散性广泛性大脑白质受累,累及中央区及皮质下白质,部分白质演变为与脑脊液相似的信号 A, B, C are the T1 weighted, T2 weighted and Flair images of patient 2. All show diffuse and symmetrical signal in cerebral white matter that looks similar to cerebrospinal fluid
提取患儿及其父母外周血DNA,聚合酶链反应(PCR)扩增EIF2B1-5基因外显子及外显子与内含子交界区,扩增产物应用ABI PRISM3100型XL DNA序列分析仪测序,序列结果应用DNASTAR软件分析仪进行分析。据序列分析结果查阅基因突变数据库,若为尚未报道过的新突变,通过分析氨基酸变化、保守性,已知基因多态性数据库检索及与50例健康成人序列对照,以确定所发现的突变为致病突变,排除基因多态性。若为已知致病突变或新突变已排除了基因多态性,则进一步对其父母进行基因扩增测序,确定突变来源。
若测序未发现突变,则采用Affymetrix SNP 5.0芯片技术分析其是否存在CNV,若发现阳性CNV,采用高密度寡核苷酸为基础的比较基因组杂交芯片(aCGH)技术进一步验证。
EIF2B3基因突变的9例患儿中,有7例(78%)至少1个位点为EIF2B3 c.1037T>C。围绕c.1037位上下游各2 200 bp包括59个单核苷酸多态性(SNPs)位点的基因序列进行分析,其中有4个有信息的位点(rs185522、rs188710918、rs184361839和rs55893665)。上游引物以T或C结尾(rs185522),下游引物为通用引物,等位基因特异性PCR扩增片段包括rs188710918、rs184361839、rs55893665以及c.1037。扩增出野生型或突变型的单倍体,将突变型单倍体基因序列的SNPs位点进行对比,以判断该位点是否为创始者突变。
33例患儿中29例(88%)检测到EIF2B1-5基因突变,阳性率与国外报道(90%)一致。29例中除2例仅在一个等位基因上发现突变外,其余27例均为复合杂合或纯合突变。共发现EIF2B1-5的32种突变,包括错义突变28种、无义突变1种、缺失突变3种(其中移码突变2种)。共发现23种国外未报道的新突变。在仅发现一个等位基因突变的患者中未检测到CNV。结果见表1。
编号 | 临床分型 | 基因 | 外显子 | 核苷酸改变 | 氨基酸改变 | 突变来源 |
---|---|---|---|---|---|---|
1 | 婴儿型 | EIF2B5 | 7,7 | c.943C>T | p.Arg315Cys | 母 |
c.943C>T | p.Arg315Cys | 父 | ||||
2 | 婴儿型 | EIF2B5 | 7,9 | c.1126A>G | p.Asn376Asp | 母 |
c.1340C>T | p.Ser447Leu | 父 | ||||
3 | 早期儿童型 | EIF2B5 | 6,7 | c.805C>T | p.Arg269X | 母 |
c.1004G>C | p.Cys335Ser | - | ||||
4 | 青少年型 | EIF2B5 | 1,7 | c.185A>C | p.Asp62Val | 父 |
c.1016G>C | p.Arg339Pro | 母 | ||||
5 | 早期儿童型 | EIF2B5 | 8,13 | c.1157G>T | p.Gly386Val | 母 |
c.1827-1838del | p.S610-D613del | - | ||||
6 | 早期儿童型 | EIF2B5 | 6,7 | c.806G>A | p.Arg269Gln | 母 |
c.915G>A | p.Met305Ile | - | ||||
7 | 早期儿童型 | EIF2B5 | 3,6 | c.337C>A | p.Arg113Cys | 母 |
c.806G>A | p.Arg269Gln | 父 | ||||
8 | 早期儿童型 | EIF2B5 | 7,7 | c.943 C>T | p.Arg315Cys | 父 |
c.943 C>T | p.Arg315Cys | 母 | ||||
9 | 婴儿型 | EIF2B5 | 1,10 | c.185 A>T | p.Asp62Val | 母 |
c.1518delA | p.E506_fsX52 | 父 | ||||
10 | 婴儿型 | EIF2B5 | 9,9 | c.1340C>T | p.Ser447Leu | 父 |
c.1340 C>T | p.Ser447Leu | 母 | ||||
11 | 婴儿型 | EIF2B5 | 6,6 | c.806G>A | p.Arg269Gln | 父 |
c.806G>A | p.Arg269Gln | 母 | ||||
12 | 婴儿型 | EIF2B4 | 10,10 | c.1180C>T | p.Leu394Phe | - |
c.1180C>T | p.Leu394Phe | - | ||||
13 | 婴儿型 | EIF2B4 | 6,12 | c.691G>A | p.Gly231Ser | 父 |
c.1459C>T | p.Arg487Trp | 母 | ||||
14 | 早期儿童型 | EIF2B4 | 12,13 | c.1382A>G | P.Tyr461Cys | 母 |
c.1565C>T | p.Thr522Met | 父 | ||||
15 | 青少年型 | EIF2B4 | 12,12 | c.1243T>A | p.Ser415Thr | 父 |
c.1334G>A | p.Arg445His | - | ||||
16 | 早期儿童型 | EIF2B4 | 10,10 | c.1180C>T | p.Leu394Phe | 父 |
c.1180C>T | p.Leu394Phe | 母 | ||||
17 | 早期儿童型 | EIF2B3 | 2,9 | c.140G>A | p.Gly47Glu | 父 |
c.1037T>C | p.IIe346Thr | 母 | ||||
18 | 早期儿童型 | EIF2B3 | 9,9 | c.1037T>C | p.IIe346Thr | 父 |
19 | 婴儿型 | EIF2B3 | 9,- | c.1037T>C | p.IIe346Thr | 母 |
c.1037T>C | p.IIe346Thr | - | ||||
20 | 早期儿童型 | EIF2B3 | 9,9 | c.1037T>C | p.IIe346Thr | 母 |
c.1037T>C | p.IIe346Thr | 父 | ||||
21 | 早期儿童型 | EIF2B3 | 8,9 | c.935G>A | p.Arg312Gln | 母 |
c.1037T>C | p.IIe346Thr | 父 | ||||
22 | 早期儿童型 | EIF2B3 | 9,10 | c.1037T>C | p.IIe346Thr | 父 |
c.1106-1113del | p.S369CfsX404 | 母 | ||||
23 | 早期儿童型 | EIF2B3 | 9,- | c.1037T>C | p.IIe346Thr | 母 |
- | - | - | ||||
24 | 早期儿童型 | EIF2B3 | 7,7 | c.674G>A | p.Arg225Gln | 母 |
c.674G>A | p.Arg225Gln | 父 | ||||
25 | 婴儿型 | EIF2B3 | 2,2 | c.32G>T | p.Gly11Val | 父 |
c.32G>T | P.Gly11Val | 母 | ||||
26 | 婴儿型 | EIF2B2 | 2,8 | c.254T>A | p.Val85Glu | 父 |
c.922G>A | p.Val308Met | 母 | ||||
27 | 青少年型 | EIF2B2 | 6,8 | c.818A>G | p.Lys273Arg | - |
c.922 G>A | p.Val308Met | 母 | ||||
28 | 早期儿童型 | EIF2B2 | 2,8 | c.254T>A | p.Val85Glu | 父 |
c.995C>T | p.Ala332Val | 母 | ||||
29 | 早期儿童型 | EIF2B1 | 4,4 | c.328A>G | p.Lys110Glu | - |
c.328A>G | p.Lys110Glu | 母 |
注:-:不详 -:unavailable
29例基因突变阳性的患者中11例为EIF2B5突变(38%,11/29例),9例为EIF2B3突变(31%,9/29例),5例为EIF2B4突变(17%,5/29例),3例为EIF2B2突变(10%,3/29例),1例为EIF2B1突变(3%,1/29例),见表2。
基因 | 不同基因突变的患儿构成比 | 突变的基因分布构成比 | ||
---|---|---|---|---|
国际报道(260例) | 中国患儿(29例) | 国际报道(150例) | 中国患儿(32例) | |
EIF2B1 | 1 | 3 | 4 | 3 |
EIF2B2 | 20 | 10 | 15 | 13 |
EIF2B3 | 4 | 31 | 7 | 19 |
EIF2B4 | 10 | 17 | 17 | 22 |
EIF2B5 | 65 | 38 | 57 | 44 |
发现的32种突变中,其中EIF2B5突变14种(44%,14/32种),EIF2B4突变7种(22%,7/32种),EIF2B3突变6种(19%,6/32种),EIF2B2突变4种(13%,4/32种),EIF2B1突变1种(3%,1/32种),见表2。
9例EIF2B3突变患者中7例(78%,7/9例)携带c.1037T>C(p.Ile346Thr)突变,通过等位基因特异性PCR方法,9例患者的突变型单倍体在上下游2 200 bp范围内有相同的SNPs位点,从而证实该位点为中国患者的创始者突变。
VWM是儿童期起病较常见的遗传性白质脑病,确切患病率尚不清楚。头颅MRI表现为广泛对称性大脑白质受累[1],白质异常在T1、T2、Flair像上逐渐演变为与脑脊液相同的信号,这是临床诊断VWM最具特征性的依据。临床表型不同,病程进展差异也很大。婴儿型运动与认知功能障碍进展相对较快,数年内死亡,而儿童型病程进展差异较大,多数几年内死亡,也可长达数10年,少年型及成年型临床症状一般较轻,病程进展相对缓慢[5,6,7],但也有严重临床症状的病例报道[8]。本组29例基因阳性患儿,其中婴儿型10例,早期儿童型16例,青少年型3例。目前VWM尚无有效治疗。
自2001年至2002年VWM的5个致病基因被确定以来[9],国际已报道260余例基因阳性患儿的150多种突变[10,11]。本课题组自2006年基因确诊第1例VWM患儿以来,现已临床诊断33例患儿,其中29例基因检测结果阳性,与国外报道阳性率一致[1]。共发现32种突变,以错义突变为主,无义突变、缺失突变较少见,与国外报道一致[1]。本研究中2例仅有1个等位基因突变的患者中未检测到拷贝数变异,但既往有CNV导致本病的文献报道[12]。本研究发现32种突变,其中23种(72%,23/32种)为国外未报道的新突变。33例临床确诊的患儿中4例基因阴性的患儿,考虑其致病突变位点在EIF2B1-5基因的非翻译区(UTR)区或存在其他目前人们尚未发现的VWM致病基因。
本研究发现,中国VWM患儿中EIF2B1-5基因突变患者的构成比与国外报道明显不同。29例基因突变阳性的患儿中,EIF2B3突变患儿占31%,远高于国外报道的4%;EIF2B5患儿占38%,所占比例远低于国外报道的65%[9],EIF2B1、EIF2B2、EIF2B4的突变率与国外报道无差异,提示中国VWM患儿有自己独特的突变构成谱。此发现为中国VWM患儿的基因检测提供了策略,即中国VWM患儿基因分析应首先进行EIF2B5和EIF2B3的检测。
32种突变中EIF2B3突变6种(19%,6/32种),高于国外报道(7%);EIF2B5突变14种(44%,14/32种),略低于国外(57%)。EIF2B4突变7种(22%,7/32种),EIF2B2突变4种(13%,4/32种),EIF2B1突变1种(3%,1/32种),与国外报道基本一致[9]。
创始者突变是一种特殊的基因突变,所有该突变的携带者在数百到数千年前有共同祖先,即第一个携带该突变的人,其被称为创始者,该突变即为创始者突变[13]。由于来自共同祖先,创始者突变的携带者在该突变上下游具有完全相同的长DNA片段。本组9例EIF2B3患儿中,有7例(78%,7/9例)至少1个突变位点为c.1037T>C(p.Ile346Thr),用等位基因特异性PCR方法证实了该位点为中国患者的创始者突变。7例患儿籍贯分布全国各地,姓氏各异,其中5例来自中国北方各省,2例来自中国南方,但提示至少数百年前,他们可能有共同的祖先。EIF2B5基因Thr91Ala已被证实为荷兰及北美人的创始者突变[14]。创始者突变是国内外基因构成谱差异的一个重要原因。很可能由于中国患者的此创始者突变,导致了中国患者EIF2B3的突变率远高于国外。既往来自白种患者的文献报道提示EIF2B5基因p.Arg113His为热点突变,40%的患者携带该突变[9],但在本组29例阳性患儿中,仅1例(例7)发现该位点突变。因此该位点是否为热点突变值得怀疑,为白种人创始者突变的可能性不能排除。
VWM的致病基因发现之初,人们认为基因型与表型并无联系。但随着病例数逐渐增多,发现基因型对表型的影响可能存在。携带p.Arg113His突变的患者表型相对较轻,而携带eIF2B-ε亚单位p.Arg195His突变的患者相对较重[14]。eIF2B-ε亚单位p.Arg113His与成年型VWM有关,多呈现相对缓慢进展病程[14],但是个体差异性仍然非常大,有携带该突变4岁即发病的报道。eIF2B-ε亚单位p.Arg195His与婴儿型VWM相关[4],该型多在1岁以内发病,2岁前死亡[15]。还有其他几种突变与严重型VWM相关。随着病例数不断增加,更多更明确的基因型表型关系会逐步建立。
本研究通过对33例临床诊断为VWM的患儿进行EIF2B1-5基因检测分析,明确了29例患儿的基因型,分析探讨了中国VWM患儿的突变构成比,证实了中国VWM患儿有自己独特的突变构成谱,为中国VWM患儿基因分析提供了检测策略。发现了23种国际未报道的突变,大大扩增了VWM突变构成谱。经过7年的病例收集及基因分析,本课题组已为29例基因阳性患儿中的7个家庭成功进行了产前诊断,有效减轻了家庭及社会负担。