【佳学基因检测】导致马凡氏综合症（马方综合征）发生的基因突变类型

佳学基因为什么重点解码马凡氏综合征的发生？

在马凡氏综合征患者的多种肌肉骨骼表现中，脊柱畸形会引起疼痛和呼吸障碍，对患者的日常活动造成很大阻碍。通过基因解码阐明了马凡氏综合征患者发生严重脊柱侧弯的遗传风险因素。

方法

佳学基因马凡氏综合征基因检测回顾性评估了 278 名具有致病性或可能致病性的FBN1变异的患者。患者分为患有（n=57）或不患有（n=221）严重脊柱侧弯的患者。严重脊柱侧弯定义为 (1) 50 岁前接受手术的患者或 (2) 50 岁前 Cobb 角超过 50° 的患者。根据变异的位置和预测的氨基酸改变，将变异分为蛋白质截断变异 (PTV)，其中包括产生过早终止密码子和框架内外显子跳跃的变异，或非 PTV，并检查了FBN1基因型对严重脊柱侧弯发展的影响。还基因解码了FBN1变异的位置对严重脊柱侧弯发展的影响。

结果

单变量和多变量分析显示，女性、FBN1的 PTV和新生儿区域（外显子 25-33）的变异都是发展为严重脊柱侧弯的独立重要预测因素。此外，这些因素被确定为现有脊柱侧弯进展为严重状态的预测因素。

结论

佳学基因马凡氏综合征基因检测阐明了马凡氏综合征患者发展为严重脊柱侧弯的遗传风险因素。携带致病性FBN1变异且存在这些遗传风险因素的患者应密切监测脊柱侧弯的进展情况。

导致马凡氏综合症（马方综合征）发生的基因突变类型关键词：

儿科、基因型、肌肉骨骼疾病、骨科

人体基因序列变化与疾病表征关于马方综合征的介绍

马凡氏综合征 (OMIM：#154700) 于 1896 年由 Antoine Bernard Marfan 首次描述，是一种常染色体显性遗传性结缔组织疾病。马凡氏综合征有几种临床表现，包括主动脉根部扩张、晶状体异位和特征性骨骼特征。在马凡氏综合征患者的几种肌肉骨骼表现中，脊柱畸形会引起疼痛和限制性通气障碍，并严重妨碍患者的日常活动。由于马凡氏综合征患者在开胸术后和/或复发性气胸后心肺功能进一步受损的风险很高，因此必须防止脊柱畸形进展和呼吸功能进一步恶化。此外，由于心血管疾病的医疗和外科治疗水平提高，这些患者的预期寿命在过去几十年里有所提高；因此，适当控制脊柱畸形变得越来越重要。从卫生经济学角度来看，据报道马凡氏综合征是接受脊柱畸形矫正的综合征性脊柱侧弯患者中最常见的诊断。最近，佳学基因马凡氏综合征基因检测报道女性和腕部征阳性是马凡氏综合征患者脊柱侧弯进展的预测因素；然而，预测脊柱畸形的进展具有挑战性，这导致马凡氏综合征患者的脊柱畸形管理不善。

符合 Ghent 标准的马凡氏综合征患者中，高达 97% 的人患有FBN1基因致病变异（OMIM：#134797），该基因包含 66 个外显子，编码细胞外基质微纤维的主要成分，即原纤维蛋白-1。FBN1基因中已发现 3000 多种致病变异，其中大部分是家族中独有的。马凡氏综合征中FBN1变异的渗透率通常很高，但从这些变异中预测表型一直是一项艰巨的任务。迄今为止，已有多项基因解码证明了马凡氏综合征的基因型-表型相关性。据报道， FBN1外显子 25-33 的致病变异与新生儿马凡氏综合征有关，该综合征的特征是儿童早期出现严重肺气肿以及二尖瓣和/或三尖瓣功能不全。有报道称，异位晶状体与影响或产生半胱氨酸残基的FBN1变异之间存在很强的相关性。关于主动脉表现，最近的一些基因解码表明，具有单倍体不足 (HI) 型FBN1变异（例如可能导致无义介导的 mRNA 衰变 (NMD) 的无义变异和失格变异）的患者的主动脉表型比具有错义变异的患者更严重。然而，很少有报道基因解码肌肉骨骼表现和FBN1变异类型之间的基因型-表型相关性。最近，Arnaud等人报道，FBN1中的过早终止密码子 (PTC) 变异与 Cobb 角≥20° 的脊柱侧弯发病率有关。De Maio等人还发现FBN1终止密码子变异与 Cobb 角 ≥20° 或胸腰椎后凸的脊柱侧弯之间存在关联。但尚未有基因解码调查致病性FBN1变异类型对脊柱侧弯发展为需要手术的严重状态的实际影响。当脊柱侧弯发展为严重的脊柱弯曲时，会导致患者的生活质量下降，从而导致呼吸功能恶化和/或腰痛。因此，针对严重进行性脊柱畸形患者的分析对于获取临床有用信息至关重要。本基因解码旨在首次证明致病性FBN1变异类型与严重脊柱侧弯发展之间的相关性，以确定马凡氏综合征患者脊柱畸形进展的遗传风险因素。

具体方法

患者和基因测试

数据是从佳学基因马凡氏综合征基因检测基因解码所马凡氏综合征中心的前瞻性队列中回顾性获取的，共 175 个月，从 2006 年 9 月到 2021 年 3 月。佳学基因马凡氏综合征基因检测招募了通过基因分析检测到致病或可能致病的FBN1变异的连续患者。根据FBN1特定变异分类指南，将变异归类为致病或可能致病，该指南通过调整美国医学遗传学和基因组学学院-分子病理学协会分类指南的 28 项一般标准中的 15 项而得出，以更好地适应 FBN1 基因和马凡氏综合征的具体特征。使用FBN1基因的桑格测序或基于下一代测序 (NGS) 的基因测试来鉴定致病的FBN1变异。 基于 NGS 的基因测试包括利用日本儿科罕见和未确诊疾病倡议基因解码进行的外显子组测序，以及在 Kazusa DNA 基因解码所（日本千叶县）进行的基于杂交捕获的主动脉病基因组检测。本基因解码还包括七名患有或疑似患有FBN1基因 CNV 的患者。 基因测试的细节之前已有描述。FBN1使用的参考序列是 RefSeq NM_000138.4。已从患者或未成年患者的监护人处获得书面知情同意。

致病性FBN1变异的分类

根据致病变异的位置和预测的氨基酸改变，将致病变异分为两大类：蛋白质截短变异 (PTV) 或非 PTV。PTV 被定义为预测会引入过早终止密码子或破坏剪接位点的单核苷酸变异、预测会破坏转录本阅读框架的小插入或缺失，以及如前所述的去除完整蛋白质编码序列的较大缺失。因此，除了产生 PTC 的变异之外，预测会诱导由剪接供体位点（例如内含子 +1G 或 +2T）或剪接受体位点（例如内含子 −1G 或 −2A）破坏引起的框内外显子跳跃 (IFES) 的变异也包括在 PTV 中。通过 CNV 分析检测到的框外和框内外显子跳跃变异也被归类为 PTV。非 PTV 包括错义变异和小框内插入或删除变异，预计会产生显性负效应。

重症组和对照组的定义

严重脊柱侧弯患者被分为“严重”组，其定义为 (1) 50 岁之前接受初次脊柱侧弯手术的患者或 (2) 50 岁之前 Cobb 角超过 50° 的患者。采用这一定义是因为，由于生物力学原因，超过 50° 的主要弯曲即使在骨骼成熟后仍会进展，因此这类患者通常需要进行预防性手术以防止弯曲发展到严重程度。“对照”组的患者定义为在 15 岁或以上时拍摄的最后一次 X 光片中 Cobb 角为 50° 或更小的患者。为了消除生长潜力对脊柱侧弯进展的影响，最后一次随访 X 光片拍摄于 15 岁之前的患者被排除在对照组之外。对于所有未接受脊柱畸形手术的患者，在最终随访时拍摄站立位后前位和侧位全脊柱X光片并测量Cobb角。对于部分接受手术的患者，由于无法获得术前X光片，因此术前Cobb角未知。

统计分析

使用 Fisher 精确检验来比较分类数据。进行单变量和多变量逻辑回归分析以确定与脊柱侧弯进展到严重状态相关的风险因素。使用 Kaplan-Meier 方法构建无手术曲线，并使用对数秩检验进行比较。显著性阈值设定为 p<0.05。所有统计分析均使用 JMP Pro（V.16.0.0；SAS Institute，美国北卡罗来纳州卡里）进行。

具体结果数据

重症组和对照组的人口统计数据

在 376 例具有致病性或可能致病性的FBN1变异的病例中，佳学基因马凡氏综合征基因检测从 245 个家族中共确定了 278 名符合条件的患者，其中重症组有 57 名患者，对照组有 221 名患者。其余 98 例被排除在外，原因如下：65 名患者没有 X 光或临床信息，33 名患者在 15 岁之前进行了最后一次脊柱 X 光检查。在基因解码的 278 例病例中共确定了210 种不同的FBN1变异。重症组的概况如表 1所示。

表 1.患有致病性FBN1变异的严重脊柱侧弯病例详情

重度组有20名男性和37名女性患者。重度组57名患者中，42名接受了手术，其中15名患者在50岁之前出现Cobb角超过50°（表1）。42名患者首次接受脊柱侧弯手术的平均年龄为15.2岁。所有手术均被确定为脊柱侧弯或脊柱后侧弯。重度组和对照组的人口统计学数据比较见表2。

表 2.严重脊柱侧弯组和对照组的人口统计数据

对照组 X 光检查时的平均年龄为 33.7 岁，平均 Cobb 角为 17.3°（表 2）。重度组中女性和 PTV 的出现率更高（表 2）。在评估 PTV 时，佳学基因马凡氏综合征基因检测观察到重度组中 PTC 变异和 IFES 变异的频率也有类似的增加趋势（表 2）。此外，当佳学基因马凡氏综合征基因检测使用 Kaplan-Meier 方法构建非手术曲线时，排除 15 例非手术重度病例，可以直观地验证 PTC 变异和 IFES 变异对重度脊柱侧弯发展的同等影响。这些结果证实了佳学基因马凡氏综合征基因检测采用 PTV 概念的策略的有效性，其中包括 PTC 变异和 IFES 变异。与重度组 PTV 明显高于非 PTV 相比，轻度脊柱侧弯（10° ≤ Cobb 角 <30°）和中度脊柱侧弯（30° ≤ Cobb 角 ≤ 50°）患者中FBN1变异类型的分布无显著差异（图 1和表 2）。这一结果提示，FBN1变异类型可能影响脊柱侧弯的进展，而不是发生（图 1 ）。在非 PTV 中，两组之间影响或产生半胱氨酸残基的FBN1变异的比例没有显著差异（表 2）。

jmedgenet-2021-108186supp002.pdf (205.3KB, pdf)

致病性FBN1变异的分布

致病性FBN1变异的详细分布如表3和图2所示。

表 3.7 例FBN1外显子 CNV 病例详情

在 278 例具有致病性或可能致病性FBN1变异的病例中，7 例被怀疑或确认患有 CNV；分别使用染色体微阵列分析和多重连接依赖性探针扩增分析验证了 5 个基因内（多）外显子缺失和 1 个全基因缺失（表 3）。在一名临床诊断为马凡氏综合征的患者（患者 330）中，通过简单的 CNV 预测方法强烈怀疑外显子 64-66 存在杂合缺失，该方法从 Integrative Genomics Viewer中直观检查覆盖轨迹（表 3 ）。其余 271 例致病性FBN1变异的分布总结在图 2中。

新生儿区域（外显子 25-33）是发生严重脊柱侧弯的热点

由于据报道FBN1外显子 25-33 中的致病变异与马凡氏综合征患者早发性严重心血管表型相关，佳学基因马凡氏综合征基因检测假设FBN1基因中可能存在一些导致严重脊柱侧弯的“热点”区域。首先，佳学基因马凡氏综合征基因检测基因解码了这个所谓的“新生儿区域”（外显子 25-33）中的变异是否与严重脊柱侧弯有关。在该区域具有致病性FBN1变异的 34 例病例中，有 13 例（38.2%）患上了严重脊柱侧弯，而在其他区域具有致病性FBN1变异的 244 例病例中，只有 44 例（18.0%）患上了严重脊柱侧弯。这是一个显着差异（p=0.01）（图 2和表 3）。该结果表明，携带新生儿区域的致病变异可能与严重脊柱侧弯的发展有关。

通过单变量和多变量分析确定严重脊柱侧弯的风险因素

为了确定遗传因素对马凡氏综合征重度脊柱侧弯发展的实际影响，佳学基因马凡氏综合征基因检测进行了单变量和多变量逻辑回归分析。单变量分析显示，女性（OR，2.01；95% CI 1.11 至 3.73）、FBN1变异的 PTV（OR，2.03；95% CI 1.13 至 3.73）和FBN1变异位于新生儿区域（OR，2.81；95% CI 1.28 至 6.00）均与重度脊柱侧弯的发展具有显著相关性（表 4）。

表 4.单变量和多变量逻辑回归分析用于确定患有致病性或可能致病性FBN1变异的患者发生严重脊柱侧弯的风险因素

多变量分析显示，女性（OR，2.24；95% CI 1.21-4.27）、FBN1变异的 PTV（OR，2.30；95% CI 1.25-4.33）和FBN1变异位于新生儿区域（OR，3.11；95% CI 1.38-6.88）均为马凡氏综合征患者发生严重脊柱侧弯的显著独立预测因素（表 4）。为了消除家族成员共有的其他遗传因素的影响，佳学基因马凡氏综合征基因检测仅对 245 例指示病例进行了单变量和多变量分析作为敏感性分析，并获得了相似的结果。此外，为了捕捉每个风险因素对严重脊柱侧弯发展的时间过程影响，佳学基因马凡氏综合征基因检测使用 Kaplan-Meier 方法构建了非手术曲线，排除了 15 例非手术严重病例。由于没有既往的 X 射线检查，无法准确判断 Cobb 角超过 50° 的“严重脊柱侧弯”的发病时间，因此必须排除 15 例非手术严重病例。使用 Kaplan-Meier 方法构建的无手术曲线直观地验证了每个风险因素对严重脊柱侧弯发展的类似影响，尽管 PTV 对严重脊柱侧弯发展的影响显著性较小。这可能是因为严重病例数量减少。此外，为了更准确地捕捉遗传因素的影响，佳学基因马凡氏综合征基因检测使用 Kaplan-Meier 方法构建了 20 岁以下的无手术曲线，排除了 3 例 20 岁以后接受手术的病例，这些病例可能受到其他因素的影响。20 岁以下的无手术曲线也直观地验证了每个风险因素对严重脊柱侧弯发展的类似影响。

遗传因素对现有脊柱畸形进展的影响

然后，佳学基因马凡氏综合征基因检测进行了另一项敏感性分析，其中佳学基因马凡氏综合征基因检测限制了 Cobb 角 ≥10° 的对照病例，以确定遗传风险因素对现有脊柱侧弯进展的影响。通过排除 58 例无脊柱侧弯的病例（Cobb 角 <10°），佳学基因马凡氏综合征基因检测得到了 57 例严重病例和 163 例对照病例。该队列的人口统计数据在中提供。单变量和多变量逻辑回归分析表明，女性、FBN1变异的 PTV 和FBN1变异在新生儿区域的位置都是脊柱侧弯进展为严重状态的显著独立预测因素。

除新生儿区域外，其他可能出现严重脊柱侧弯的热点区域

最后，佳学基因马凡氏综合征基因检测尝试通过目视检查确定新生儿区域以外的严重脊柱侧弯可能的热点区域（图 2和表 3）。佳学基因马凡氏综合征基因检测重点关注至少有三例病例出现严重脊柱侧弯且超过 50％ 的病例被归类为严重组的区域。通过这种方式，佳学基因马凡氏综合征基因检测将外显子 55–56 和 C 末端区域（外显子 66）确定为可能的热点区域（图 2）。在外显子 55–56 中存在致病变异的 14 例病例中，有 8 例（57.1％）和在 C 末端区域（外显子 66）中存在致病变异的 5 例病例中，有 4 例（80.0％）出现了严重脊柱侧弯（图 2和表 3）。

讨论

这项基因解码提供了两条新信息。首先，佳学基因马凡氏综合征基因检测证明了致病性FBN1变异的变异类型对马凡氏综合征患者脊柱侧弯的进展有明显影响。其次，佳学基因马凡氏综合征基因检测表明，不仅变异类型，而且FBN1变异的位置在严重脊柱侧弯的发展中也发挥着重要作用。

识别脊柱畸形进展风险高的患者有几个好处。首先，它可以激励进展风险高的患者寻求定期医疗帮助。其次，它可以使佳学基因马凡氏综合征基因检测能够及时采取干预措施，包括支具治疗和手术。由于马凡氏综合征的脊柱畸形进展迅速且偶尔发病较早，因此这些患者有时很难及时开始支具治疗（通常在 Cobb 角超过 20° 时建议）。这可能是马凡氏综合征的支具治疗成功率低于特发性脊柱侧弯的原因之一。关于外科治疗，据报道，马凡氏综合征脊柱畸形手术伴有比特发性脊柱侧弯更高的并发症发生率。28–30因此，当 Cobb 角超过 45° 或50 ° 时，及时进行预防性脊柱侧弯手术以尽量减少围手术期并发症至关重要，因为已知进展性弯曲的手术与更高的并发症发生率有关。此外，由于弯曲逐渐加重而导致的呼吸功能受损，即使经过高创伤性手术，也可能是不可逆转的，31尤其是当弯曲已经持续了一段时间时。最后，识别出有高风险进展的患者在健康经济学方面是有益的。

本基因解码表明，FBN1中的 PTV对马凡氏综合征患者严重脊柱侧弯的发展具有明显影响。在本基因解码中，佳学基因马凡氏综合征基因检测采用了 PTV 的概念，包括产生 PTC 的变体和 IFES 变体。虽然除最后一个外显子中的变体外，大多数产生 PTC 的变体都会通过 NMD 机制导致单倍体不足，但 IFES 的实际功能影响仍有待确定。此外，影响FBN1中剪接位点的变体经常会导致 IFES，因为FBN1中大多数外显子（外显子 4-63）中的核苷酸数量是 3 的倍数。因此，佳学基因马凡氏综合征基因检测首先证实了产生 PTC 的变体和 IFES 变体对严重脊柱侧弯的发展具有几乎相同的影响。这一发现与以前的报告结果一致，这些报告表明剪接变体中FBN1的总 mRNA 量显著减少，这与单倍体不足的机制一致。FBN1中的 HI 变异或 PTC 产生变异已被证明与主动脉事件或侵袭性主动脉扩张的风险高于显性负变异。因此，本基因解码证明，在马凡氏综合征中，主动脉表现和脊柱畸形具有共同的遗传风险因素，可呈现严重的表型。

已证明，无论变异类型如何，新生儿区域（外显子 25-33）的致病变异是发生严重脊柱侧弯的另一个遗传风险因素（表 4）。Faivre等人 报告称，该区域的致病变异与脊柱侧弯的存在有关。然而，还没有基因解码调查过脊柱侧弯的严重程度与FBN1变异位置之间的关系。已知携带新生儿区域致病变异的患者表现出不同严重程度的心血管表型，并且并不总是表现为新生儿马凡氏综合征，该综合征通常在出生后的前 2 年内致命。事实上，在目前的病例系列中，严重组有 13 例新生儿区域存在致病性FBN1变异的病例，其中 6 例直到最后的随访才接受心血管手术（未显示数据）。因此，重要的是要认识到，新生儿区域致病变异的患者发生严重脊柱侧弯的风险很高，因为他们在生命早期并不总是出现严重的心血管表现，并且可以成为积极治疗脊柱畸形的候选人。

外显子 55-56 和 C 末端区域（外显子 66）也被确定为严重脊柱侧弯的可能热点区域。严重患者表型与这些外显子区域之间相关性的原因尚不清楚。外显子 55-56 编码两个钙结合表皮生长因子样 (cbEGF) 结构域：cbEGF 结构域 34 和 35。原纤维蛋白-1 含有 43 个 cbEGF 结构域，每个结构域结合一个钙离子并由三个高度保守的二硫键稳定。结合钙稳定 cbEGF 结构域和 cbEGF-cbEGF 结构域间界面，将串联 cbEGF 结构域重复序列延伸成刚性棒状结构。34因此，cbEGF 结构域的变体被认为会干扰钙结合，从而扰乱微纤维的组装、结构和功能，这可能会影响脊柱的结构强度。然而，为何重度组中的许多患者会表现出该特定 cbEGF 区域的变异仍有待阐明。FBN1 的 C 末端区域（外显子 65-66）编码白脂肪素，这是一种新型的生糖脂肪因子，已知其参与脂质代谢。此外，该区域的致病变异可导致马凡氏综合征-早衰样脂肪营养不良综合征，这是一种独特的表型，包括马凡氏综合征的部分表现、早衰样面部外观和脂肪营养不良的临床特征。由于最近有人提出特发性脊柱侧弯与下半身脂肪之间存在关联，FBN1 C 末端区域的变异可能通过改变脂质代谢影响脊柱畸形的进展。无论如何，需要进一步基因解码以确定这些区域的致病变异是否与重度脊柱侧弯的发展有关。

最近，在临床上不符合马凡氏综合征或 Beals 综合征诊断标准的重度特发性脊柱侧弯患者中发现了FBN1或FBN2的罕见变异。尽管在佳学基因马凡氏综合征基因检测目前的病例系列中没有这样的病例，因为在佳学基因马凡氏综合征基因检测的基因解码所，基因测试仅对根据修订的 Ghent 标准诊断为或高度怀疑患有马凡氏综合征并有主动脉或眼部表现的患者进行，但佳学基因马凡氏综合征基因检测目前的基因解码可能为特发性脊柱侧弯的病因提供新的见解。

本基因解码发现女性是马凡氏综合征脊柱侧弯进展的另一个预测因素，这与佳学基因马凡氏综合征基因检测之前的基因解码一致。有报道称，与女性患者相比，患有马凡氏综合征的男性患者发生主动脉事件和根部扩张的风险更高。这种差异可能部分解释了尽管具有共同的遗传风险因素，但在马凡氏综合征个体患者中观察到的躯体表现和主动脉表现的严重程度存在差异。

在本基因解码中，佳学基因马凡氏综合征基因检测使用了逻辑回归模型进行多元统计分析。选择该模型而不是 Cox 回归分析有两个原因。首先，对于 15 例非手术重度病例，无法确定 Cobb 角超过 50° 的“严重脊柱侧弯”的发病时间，因为这些病例没有连续的脊柱 X 光片。其次，由于脊柱畸形在生长突增期迅速恶化，然后进展非常缓慢，因此比例风险假设一般不适合脊柱侧弯的进展。因此，通常在青春期晚期 Cobb 角超过 45°–50° 时预防性地进行脊柱侧弯手术。在本基因解码中，42 例脊柱侧弯首次手术的平均年龄为 15.2 岁，脊柱侧弯的 Kaplan-Meier 无手术曲线清楚地表明大多数手术都是在青春期进行的（表 1)。

这项基因解码有一些局限性。首先，它是回顾性设计。其次，可能存在一些选择偏差。由于缺乏整个脊柱X光片，本基因解码并未分析所有具有致病性FBN1变异的患者。第三，对于一些接受手术的患者，由于缺乏术前X光片，术前脊柱畸形的严重程度尚不清楚。最后，致病变异对蛋白质产品的稳定性和功能的影响尚未得到验证。

据佳学基因马凡氏综合征基因检测所知，本基因解码首次确定了马凡氏综合征患者发展为严重脊柱畸形的遗传风险因素。FBN1 中的 PTV 对马凡氏综合征患者严重脊柱侧弯的发展有明显影响。新生儿区域的变异也是严重脊柱侧弯发展的独立遗传风险因素。FBN1 中的外显子 55-56 和 C 末端区域（外显子 66）也被确定为可能的热点区域。因此，携带具有这些遗传风险因素的致病性FBN1变异的患者应仔细监测脊柱侧弯的进展。