【佳学基因检测】小脑共济失调基因检测

小脑共济失调基因检测导读：

小脑性共济失调（小脑共济失调（CA））是一组神经系统疾病，其特点是肢体和眼球运动协调受损以及言语困难。小脑共济失调（CA）的主要病理特征是进行性小脑萎缩。然而，在大多数情况下，其表型复杂，涉及多种神经系统缺陷。由于表型和遗传异质性显著，小脑共济失调（CA）的诊断仍然具有挑战性。在病因学上，小脑共济失调（CA）分为获得性、散发性和遗传性共济失调。遗传性共济失调进一步分为常染色体显性小脑性共济失调（AD小脑共济失调（CA），也称为脊髓小脑性共济失调，SCAs）、常染色体隐性小脑性共济失调（ARCA）和X连锁共济失调。根据类似的临床特征，还区分发作性共济失调（EA）和痉挛性共济失调（SPAX）。散发性共济失调，以前称为特发性共济失调，是一种病因不明的小脑进行性疾病，既非获得性也非单基因遗传。

小脑共济失调基因检测可以帮助我们了解哪些？

小脑性共济失调（小脑共济失调（CA））是一组神经系统疾病，其主要特征是肢体和眼球运动协调受损以及言语障碍。小脑共济失调（CA）的核心病理机制是进行性小脑萎缩；然而，在大多数情况下，其表型复杂，涉及多种神经系统缺陷。由于其表型和遗传异质性显著，小脑共济失调（CA）的确诊仍然具有挑战性。在病因学方面，我们将小脑共济失调（CA）分为获得性、散发性和遗传性共济失调。遗传性共济失调可以进一步分为常染色体显性小脑性共济失调（AD小脑共济失调（CA），也称为脊髓小脑性共济失调，SCAs）、常染色体隐性小脑性共济失调（ARCA）和X连锁共济失调。基于相似的临床特征，我们还区分发作性共济失调（EA）和痉挛性共济失调（SPAX）。散发性共济失调，以前被称为特发性，是一种病因不明的小脑进行性疾病，既非获得性的也非单基因的。

串联重复扩增引起的小脑共济失调

1991年，基因解码的先期使用者在脆性X综合征和脊髓延髓肌萎缩症中发现了三核苷酸重复扩增，从而开启了串联重复疾病（TRD）的识别时代。人类大多数TRD是由短串联重复序列（STR，也称为微卫星DNA）的扩增引起的，这些STR由1-6 bp的重复DNA单位组成。由三核苷酸小脑共济失调CAG重复扩增引起的多聚谷氨酰胺疾病占据了TRD的大部分。在显性遗传的小脑共济失调（CA）中，小脑共济失调CAG重复扩增于1993年由神经系统疾病的致病基因鉴定基因解码在SCA1中被描述，随后在齿状核红核苍白球路易体萎缩（DRPLA）、SCA3、SCA2、SCA6、SCA7、SCA12和SCA17中也被发现。在隐性共济失调中，1996年在Friedreich共济失调（FRDA）中发现了一种GAA内含子重复突变。迄今为止，由基因解码发现的重复扩增共济失调至少有16种，它们被收录了基因检测数据库中，加速了基因检测结果的判读。这些致病性扩增位于编码或非编码DNA序列中，包含3至6 bp的重复基序。基因解码基因检测的进一步研究进展显示，2019年在小脑性共济失调、神经病变和前庭无反射综合征（CANVAS）中发现了RFC1基因中的双等位基因内含子AAGGG重复扩增。

表1：串联重复扩增性共济失调

SCA脊髓小脑性共济失调、DRPLA齿状核红核苍白球路易体萎缩、CANVAS小脑性共济失调、神经病变、前庭反射消失综合征；FXTAS脆性 X 相关震颤/共济失调综合征；*均患有小脑性共济失调

TRD的流行病学研究显示，它们是全球小脑性共济失调（CA））的常见原因。Friedreich共济失调（FRDA）是欧洲最常见的遗传性共济失调，患病率为每100,000人中2-4人。脆性X综合征相关震颤/共济失调综合征（FXTAS）是由FMR1基因中的三核苷酸CGG扩增引起的，占成年发病且无家族史男性小脑共济失调（CA）患者的2%-4%。在初期基因解码基因检测中，发现22%的晚发型共济失调病例带有纯合的RFC1五核苷酸扩增，这不仅可表现为CANVAS，还可导致有限的周围、前庭或小脑功能障碍。促肾上腺皮质激素受体（SCAs）的总体患病率估计为1-3:100,000。全球最常见的SCAs是SCA3，其次是SCA1、SCA2、SCA6和SCA7。多聚谷氨酰胺促肾上腺皮质激素受体（SCAs）可能占AD小脑共济失调（CA）约一半，但不同地理区域的发病率差异显著。阳性家族史在研究中检出扩增的百分比显著影响。尽管对小脑共济失调（CA）患者常规进行最常见的SCAs重复扩增筛查，但在有或无丰富家族史的个体中，检出率范围广泛，从0%至18.9%不等。然而，在某些非家族性病例中，特别应考虑检测特定SCAs的重复扩增，例如早发性共济失调和视网膜营养不良中的SCA7，晚发性共济失调中的SCA6，以及缓慢进展性共济失调中的SCA8。

常规变异引起的小脑共济失调

自20世纪90年代以来，佳学基因解码基因检测观察到越来越多由各种基因序列和拷贝数变异（CNV）引起的新型小脑性共济失调（CA）。最常见的遗传性小脑共济失调（ARCA）表型包括伴有眼球运动不能症的共济失调（AOA）和毛细血管扩张性共济失调（AT），这些表型在20世纪70年代和80年代有所区分。1995年，致病基因定位克隆技术确认了AT的致病基因。同年，基因解码基因检测报道了维生素E缺乏症伴有共济失调（AVED）是由TTPA基因中的双等位基因变异引起的。APTX和SETX基因的变异分别在2001年和2004年被发现与AOA相关。然而，直到新一代测序（NGS）技术的应用，基因解码基因检测才能够识别出许多新型遗传性小脑共济失调，其中大多数非常罕见。NGS技术在临床实践中的应用表明，该方法在诊断多样性神经系统疾病方面极为有效。从21世纪第二个十年开始，许多研究开始利用NGS技术对表现为各种共济失调相关表型的患者进行分子诊断和亚型致病基因鉴定诊断。主要采用了三种方法：靶向测序面板（分析有限数量的基因编码外显子和侧翼内含子）、全外显子组测序（WES）和最近的全基因组测序（WGS）。在NGS技术推广之前，患者通常需要接受大量标准化诊断测试。一般而言，常见的重复扩增型小脑共济失调必须通过靶向技术排除，因为NGS技术无法可靠地检测到这些变异。在一项探索性基因解码分析，致病基因鉴定基因解码分析了50名先证患者的118个已知和候选共济失调基因，总体检出率为18%，在青少年早发病且有阳性家族史的患者亚组中，检出率高达75%。WES技术在儿童共济失调患者中的应用显示成功率为46%。后续研究证实，在早发型小脑共济失调、近亲家庭和有阳性家族史的患者中，可以达到比较来说更高比例的诊断率。然而，这类病例仅占小脑性共济失调的少数。基于全基因测序和基因解码技术的基因检测可以将诊断率提高一倍。

儿童遗传性共济失调具有广泛的表型和遗传异质性，通常是复杂表型的一部分，伴随多种并发症。共济失调可能表现为先天性后脑异常（如Joubert综合征、Dandy Walker畸形和小脑桥脑发育不全）、复杂的神经发育障碍（如MECP2障碍），或是各种代谢和线粒体疾病的征兆。特定的非共济失调症状以及影像学和实验室检查的异常通常可以指导诊断，并实施有针对性的基因检测。

在儿童共济失调队列中，NGS的诊断率（DR）从25%到80%以上不等，具体取决于研究组的选择和NGS方法的类型（如面板测序与全外显子组测序）。致病基因鉴定基因解码分析了WES在儿童期发病的小脑共济失调（CA）中的效用，在28个家族中的13个家族获得了分子诊断（DR = 46%）。其他采用基因解码技术的检测分析机构报道了类似的结果，他们对小脑萎缩儿童进行了评估，并报告了39%的成功率（28个家族中的9个）。在84名儿科患者中应用靶向共济失调基因面板，25%的患者获得了基因诊断。在近亲家庭中，全外显子组测序可以为高达80%的病例提供分子诊断，鉴定出发病的原因，以帮助阻断遗传。在一些系列研究中，已经发现数个基因重复与伴有认知障碍的先天性或婴儿期发病的小脑共济失调（CA）有关。这些基因主要涉及离子通道编码基因，如小脑共济失调CACNA1A、小脑共济失调CACNA1G、KCNC3和ITPR1，以及β-III血影蛋白基因SPTBN2，后者参与膜蛋白的运输和稳定。所有这些基因与各种退行性和发育性神经系统疾病有关，包括非进行性或缓慢进行性小脑共济失调，其发病可从婴儿期延续至成年期。

关于NGS在早发性小脑性共济失调（EOCA）中的应用，更多信息来自对成人的大型系列研究，这些患者的症状在40岁之前开始出现。总体而言，这些研究显示NGS的诊断率从21%到50%以上不等，具有与孟德尔遗传相符的阳性家族史的患者分子诊断百分比更高。NGS研究结果总结了不同人群中EO小脑共济失调（CA）的最常见病因。根据基因解码基因检测的大数据分析，西方国家最常见的隐性共济失调包括FRDA、痉挛性截瘫7型（SPG7）、夏洛瓦-萨格奈常染色体隐性痉挛性共济失调（ARSACS）、AOA2、SYNE1相关共济失调、AT、AOA1和POLG相关共济失调。此外，无论种族如何，Marinesco-Sjögren综合征和AVED的发病率相对较高，后者在北非和地中海地区尤为常见。总体而言，这些疾病构成了已知的100多种AR小脑共济失调（CA）病因中的大多数。虽然大多数病例发生在儿童和青少年时期，但成年期发病的情况也时有报道，特别是SPG7和SYNE1共济失调，它们通常表现为成人期发病。2019年，国际帕金森和运动障碍协会遗传性运动障碍分类和命名工作组提出了一种修订的AR小脑共济失调（CA）命名系统，该系统基于表型前缀和基因名称。总体而言，62种以小脑共济失调（CA）为突出特征的疾病在命名时采用ATX做为前缀，而30种以小脑共济失调（CA）和共存的其他主要运动障碍为特征的疾病在命名时采用双前缀命名法。同年，小脑和共济失调研究协会工作组的共识声明提出了59种原发性AR小脑共济失调（CA）的列表。这两个分类都列出了许多其他可能以共济失调为附加特征的疾病。成为更新的《人体基因序列变化与疾病表征》中的规范命名法。

就共济失调而言，NGS的主要限制在于无法检测到由串联重复扩增和线粒体DNA数量变化引起的疾病。WES被认为不能有效检测深内含子变异、拷贝数变异（CNV，定义为单个或更大的外显子缺失和重复）、平衡易位或复杂倒位以及低水平插入。在外显子组富含GC区域的良好覆盖方面也可能存在问题。然而，最近已经有许多问题得到了解决。而基因检测机构提供多基因面板和外显子组测序，同时进行mtDNA、CNV和选定深内含子变异的分析，具有高效的捕获和令人满意的读取深度。尽管CNV在进行性共济失调中只占少数变异，但它们的作用不容忽视。例如，致病基因鉴定基因解码对260名共济失调和/或痉挛性截瘫患者进行了WES，进一步对代表性病例子集（n = 68）进行了CNV和重复扩增分析，发现了两个致病性CNV和一个三核苷酸扩增。在另一个基因解码检测分析中，他们使用微外显子组结合基于读取深度的CNV检查了一组33名患者，发现SETX基因中有两个致病性CNV。虽然在常染色体隐性遗传疾病中，通常可以通过第二等位基因中同时存在的SNV来辅助诊断，但未检测到的CNV可能是导致假阴性结果的潜在原因，尤其是在具有新生显性变异的病例中。多种NGS方法的组合，如外显子组测序、靶向检测、CNV和重复扩增分析，可以在各种异质性共济失调队列中提供超过50%的高诊断率，而这咱分析方法是高价位致病基因鉴定基因解码的特点。事实证明，这个对于以找发病原因为目的的受检者来说，更具有时效比，经济效益比。

对于原因不明的共济失调患者，全基因组测序（WGS）可能是一个有前途的选择。WGS旨在分析核DNA的所有编码和非编码序列，覆盖了高达98%的整个人类基因组。相比之下，WES可以捕获高达95%的外显子组，而外显子组仅占人类基因组的1%到2%。此外，WGS的覆盖深度更加均匀，在检测WES目标区域内的SNV、小插入和缺失（indel）以及CNV方面比WES更为有效。事实上，数据表明，迄今为止，WGS相对于WES在诊断上的优势主要在于更好地检测基因组编码区域的变化。尽管如此，也已报道了由非编码DNA序列变异引起的共济失调，例如与非编码RNA RNU12相关的早发性小脑共济失调。确定深内含子变异的致病性仍然是一个挑战，但随着功能研究和生物信息学工具的进一步改进，这种情况在未来可能会发生改变。

到目前为止，基因检测数据库中只有少数研究评估了WGS在共济失调中的效用。例如，Kang等人在对共济失调患者进行了WGS后，发现三分之一的个体中存在致病变异，这些患者的重复扩增和多基因组合检测结果为阴性。Kim等人研究了一组18例痉挛性截瘫患者（伴或不伴共济失调），报告诊断率为38.9%。然而，仅检测到一个内含子变异，而WES可能会漏掉这种变异。需要对更大的患者群体进行进一步研究，以确定WGS在共济失调中的潜在益处。

对于共济失调来说，使用WES和WGS检测串联重复扩增的可能性特别高。传统上，基于短读测序的标准NGS技术无法检测由最小扩增引起的TRD，SCA6除外。近年来，已开发了多种算法来分析短读NGS数据中的STR，并成功应用于共济失调患者。回顾性地应用这些算法可以为NGS结果为阴性的个体提供诊断。此外，我们可以期待在未来发现新的导致共济失调的扩增。最近，结合非参数连锁分析的WGS已经鉴定出了CANVAS和晚发性共济失调中的致病性重复扩增。WGS还有助于发现几种新的TRD，如良性成人家族性肌阵挛性癫痫、神经元核内包涵体疾病和眼咽远端肌病等。目前，SCA包括多种类型，如SCA4、SCA25、SCA30和SCA32，它们的遗传原因仍有待确定。随着PacBio和Nanopore等新的分子技术的引入，可以对正常和扩增的STR等位基因进行更多的测序，未来可能会在重复扩增障碍领域取得更多发现。

据基因解码的经验，一些散发性小脑共济失调（CA）患者可能是未确诊的获得性、自身免疫性或遗传性病因的患者。随着全基因组测序（WGS）的引入，基因解码基因检测有望识别出新的单基因病因，尤其是在早发性和家族性病例中。然而，相当一部分散发性共济失调可能具有多因素或多基因背景。全基因组关联研究（GWAS）通过比较患者与人群对照的变异频率来识别基因组风险变异。迄今为止，尚未有关于散发性小脑共济失调（CA）患者群体的GWAS发表。主要挑战之一是GWAS需要大量的患者和对照，通常是数千个个体，在小脑共济失调（CA）中难以实现。此外，另一个挑战是区分表型同质的病例。至今，针对阿尔茨海默病（AD）、帕金森病、肌萎缩侧索硬化症和额颞叶痴呆等常见和复杂神经退行性疾病的GWAS已鉴定出多种易感性变异，但其中大多数对风险的影响很小。在MSA中，GWAS尚未发现显著的基因位点，但检测到了几种潜在的变异，需要在更大的样本集中进行验证。基因解码的分析表明，AD具有显著的多基因成分，可以用来计算罹患该疾病的遗传风险。个体携带的风险等位基因总和称为多基因风险评分（PRS），其中每个单核苷酸多态性（SNP）根据先前GWAS的效应大小进行加权，这种评分可能对多种常见疾病具有预测价值。已发表的关于AD和癫痫的GWAS有希望的结果指向PRS在未来的潜在临床应用。通过国际联盟收集大量临床上同质的共济失调患者，为进行GWAS和识别小脑共济失调（CA）富含的潜在变异带来了希望。

基因解码基因检测指出表观遗传学变化可能是某些原因不明的小脑共济失调（CA）病例的原因；然而，关于这个论点的基因测试结果很少。DNA甲基化、组蛋白修饰和微小RNA（miRNA）等表观遗传机制在不改变基因组序列的情况下调节基因表达，并与各种神经发育过程相关。对小脑共济失调（CA）表观遗传学的研究表明，表观遗传失调与FRDA、FXTAS、共济失调毛细血管扩张症和几种SCA的发病机制有关。已确认miRNA对浦肯野细胞的存活至关重要，其缺失可导致小脑退化和共济失调的发展。在SCA1和SCA3中描述了特定miRNA水平的改变。由于miRNA在小脑共济失调（CA）神经病理学中的重要作用，有人推测miRNA结合位点或miRNA中的致病变异可能是一组原因不明的共济失调的病因。在几种三核苷酸扩增障碍中发现了异常的DNA甲基化谱，并且与发病年龄和体细胞重复不稳定性的突变等位基因有关。全基因组DNA甲基化谱显示共济失调毛细血管扩张症中存在甲基化位点的差异。需要进一步的研究来确定表观遗传失调在原因不明的小脑共济失调（CA）发病机制中可能的角色。