【佳学基因检测】贝伦综合征基因检测Beuren syndrome

遗传病、罕见病及出生缺陷基因检测导读

贝伦综合征基因检测是一个由佳学基因提供的旨在 查找病因、阻断遗传、减少出生缺陷的临床医学检验项目。贝伦综合征基因检测如果检测目的明确而限定，是检测受检者体内是否存在可以导致国际命名Beuren syndrom疾病的基因突变序列。由于这一疾病最初由国外发现并命名，而且多数儿科医生并不知道贝伦综合征，因此贝伦综合征基因检测又被以伯伦综合征基因筛查，小精灵面容综合症致病基因鉴定，患有高钙血症的小精灵脸患者基因测试，高钙血症-主动脉瓣上狭窄基因分析，WBS基因检测,威廉姆斯-伯伦综合征分子诊断。尽管在基因检测领域，这些基因检测 项目名称涵义相近，但具体到不同的个体或机构，所测序的范围和解读的内容可能有不小的差距。总体而言基于基因解码技术的检测要优于基于少数位点且通过数据 库比对而进行的基因检测。

贝伦综合征基因检测科普介绍

贝伦综合征（也被称为 Williams-Beuren 综合征，简写为WS；OMIM 194050）是一种独特的多系统疾病。因为基因突变而受到影响的器官主要包括心血管、中枢神经、胃肠道和内分泌系统，尽管任何器官系统都可能受到影响。 将贝伦综合征但独做为具有特征明确的疾病始于 20 世纪中叶，并且在随后的约 60 年里，对该表型的了解稳步扩展。

在对采用贝伦综合征基因检测并进行确诊的串者，大多数受检者具有心血管疾病，最常见的心血管异常是中型和大型动脉的血管狭窄（称为弹性蛋白动脉病）。 根据发病的位置、严重程度和时间，血管病变的诊断和治疗包括非侵入性或手术干预，辅之以终身监测。 其他心血管特征包括高血压。心血管猝死的风险虽小但是在贝伦综合征患者明显增加。 神经发育表型是独特且多方面的。 轻度至中度智力障碍很常见，但并不普遍，并且与相对优势和劣势的独特认知特征相结合。 此外，贝伦综合征还有一种典型的人格特征，包括过度友好、注意力持续时间缩短和/或注意力分散、非社交特定恐惧症和焦虑。

贝伦综合征的基因原因于 1993 年首次确定，当时采用荧光原位杂交 (FISH) 基因检测显示染色体 7q17 上的弹性蛋白等位基因 (ELN) 缺失。 贝伦综合征的基因解码知道贝伦综合征是由染色体 7q11.23 上 < 200 万个碱基对 (Mb) 微缺失引起的，并且局部基因组结构倾向于这种缺失的反复发生。 因此，患有贝伦综合征的个体通过基因检测会发现区间的 25-27 个基因是半合子的，并且几个关键基因的基因产物的减少是贝伦综合征特定临床表征发生的基因原因。

自从最初记录贝伦综合征以来，贝伦综合征的基因解码开始理解贝伦综合征表型的复杂性和不断变化的性质、贝伦综合征的遗传基础、导致特定表型的机制和某些干预措施的好处方面取得了进展。
 

贝伦综合征基因检测和科学依据——基因解码

在 1990 年代，出现了令人信服的证据，表明贝伦综合征是一种具有常染色体显性遗传模式的遗传性疾病。 不知道非遗传风险因素会导致贝伦综合征的发生。

基因组结构和重排

贝伦综合征是由威廉姆斯综合征关键区 (WSCR) 的病理性缺失引起的，威廉姆斯综合征关键区 (WSCR)是一个 1.55-1.83Mb 的区域，包含染色体 7q11.23 上的 25-27 个独特的蛋白质编码基因。 由于存在称为低拷贝重复 (LCR) 的大型复杂片段重复，威廉姆斯综合征关键区 (WSCR)经常进行重排，它们彼此高度相似并位于威廉姆斯综合征关键区 (WSCR)的侧翼。 LCR 延伸数百个碱基，由组织成不同块（指定为 A、B 和 C）的基因和假基因组成，并包含大于 99% 的核苷酸同一性的广泛延伸。 它们被认为是在灵长类动物进化过程中出现的——首先是通过复制较小的片段，然后是通过转座因子（例如，Alu 介导的）改组，以产生当今人类存在的复杂排列。

LCR 介导减数分裂过程中高度相似的 DNA 序列之间的非等位基因同源重组 (NAHR) 事件，导致该区域内从头拷贝数变异 (CNV) 事件的发生率增加。 贝伦综合征缺失通常通过 NAHR 发生在 B 块序列之间，彼此直接定向，具体的断点取决于 NAHR 的精确位点。 相互事件（即相同基因组区域的重复）产生称为 7q11.23 重复综合征的情况，导致每个威廉姆斯综合征关键区 (WSCR)基因有 3 个拷贝。 B 区段（具有最高核苷酸同一性的 LCR）之间的重组不是直接的，而是反向的，导致中间染色体片段的倒置。 这种反转存在于 6-7% 的普通人群中，不会引起症状，但似乎会增加随后减数分裂重排的发生率。 在贝伦综合征患儿的传播父母中也观察到其他 LCR 特异性重排频率更高。
 

非典型缺失

虽然大多数缺失跨越 7q11.23 处典型的 1.55–1.83 Mb 间隔，但也有罕见缺失的个体包含 WSCR 的较小或较大片段，通常具有一个常见断点和一个独特断点。 超出威廉姆斯综合征关键区 (WSCR)的较大删除通常会导致附加功能。 当这些缺失延伸至端粒并跨越 YWHAG 和/或 MAGI2 基因时，癫痫发作很常见，尽管有报道称具有典型缺失的个体会出现癫痫。 在着丝粒侧包含 AUTS2 基因可能导致头部尺寸小于通常在贝伦综合征中看到的尺寸，并且较大的缺失也可以改变特征性贝伦综合征行为特征。 特别是 HIP1（以前称为 HSP27）的缺失与更严重的智力障碍有关。

较小的删除会导致经典 WS 中出现的表型特征的子集，但删除大小与特定表型特征之间的明确相关性具有挑战性，ELN 除外。 这可能是由于小缺失的缺乏和多样性、表型评估的不同方法以及基因缺失组合效应的高可能性。 下一节将讨论几种特定的基因型-表型关系。
 

基因组分析

通过将体细胞重新编程为诱导性多能干细胞 (iPSC) 并将它们引导至特定细胞谱系，使得对更多相关细胞类型的转录组分析成为可能。 例如，来自患有贝伦综合征的个体的 iPSC 衍生皮质神经元显示参与神经递质受体活性、突触组装和钾通道复合物的基因表达减少。 将贝伦综合征iPSC 中的基因表达与来自 7q11.23 重复综合征个体的基因表达进行比较表明，许多差异表达的基因具有对称相反的表达模式。 在 WS 患者（7q11.23 缺失）和 7q11.23 重复综合征患者的血液 DNA 的 DNA 甲基化分析中发现了类似的对称基因剂量依赖性模式，表明该区域的 CNV 影响基因组的表观遗传调控 .
 

分子机制

威廉姆斯综合征关键区 (WSCR)包含 25-27 个基因和几个非编码 RNA。 关于这些基因中的每一个如何促成贝伦综合征表型的知识仍在增长。 几种小鼠模型为这些努力提供了信息，包括单基因敲除，以及整个威廉姆斯综合征关键区 (WSCR) (CD) 的删除和两个半删除（PD 和 DD）。 为了完善基因型-表型相关性，佳学基因检测在这次研究中只关注选定的单基因敲除模型。

七个基因（BAZ1B、VPS37D、STX1A、LIMK1、CLIP2、GTF2IRD1 和 GTF2I）的功能丧失耐受性 (pLI) 得分概率为 0.9 或更高，这表明威廉姆斯综合征关键区 (WSCR)中只有一部分基因直接有助于 表型。 pLI 分数是通过检查人群中功能变异丢失的频率来计算的； 比预期更少的变异与更高的分数相关，并意味着致病性的可能性更大。 重要的是要指出，最支持在贝伦综合征的表型后果中发挥作用的基因是 ELN，其 pLI 为 0。同样，大量证据表明 MLXIPL (pLI = 0.05) 在贝伦综合征的代谢方面的缺失 . 这两个例子突出了 pLI 等预测因子在识别所有致病基因方面的不足。 下面提供了威廉姆斯综合征关键区 (WSCR)基因的最佳特征基因型 - 表型相关性的概述。 

弹性蛋白。 ELN 基因在可伸展和回缩的组织中转录，例如肺、皮肤和弹性动脉（包括主动脉，其中弹性蛋白占血管干重的 50%）。 该蛋白质由重复的疏水和交联结构域组成。 交联允许单体在高度交织的聚合物中相互结合，从而允许力的分布，而疏水域在暴露于具有组织膨胀（拉伸）的水性环境时通过熵驱动反冲过程。 该聚合物寿命长，沉积窗口短，计算半衰期为 74 年。 有趣的是，尽管强大的弹性生成仅发生在早期生长和发育期间，但 ELN 被认为在整个生命周期中不断转录。 在这个紧迫的发育窗口之外，ELN 的成绩单很快就会被翻过来。 因此，转录、翻译和组装之间的这种联系已经成熟，可以进行研究了。

在 ELN 中具有功能丧失点突变或基因内缺失的个体具有 ELN 相关的家族性 SVAS，并发展出与 WS 中发现的心血管表现无法区分的表现。 常见特征包括在整体狭窄和厚壁脉管系统的情况下大弹性动脉的局灶性或长段狭窄（变窄）。 主动脉瓣上动脉和肺动脉瓣上动脉狭窄最常见，严重程度差异很大。 虽然肺动脉狭窄通常会随着年龄的增长而改善，但主动脉侧的狭窄可能会随着时间的推移保持不变、改善或恶化。 其他血管，如降主动脉、肾动脉、肠系膜动脉和冠状动脉也可能表现出狭窄，症状表明相关终末器官灌注不足（高血压、腹痛和心脏灌注不足伴 ST 段抬高或猝死）。 即使在没有狭窄的情况下，患有 WS 或家族性 SVAS 的个体也有很高的高血压和血管僵硬率，这些在婴儿期和儿童期就可以检测到。 据报道，有和没有麻醉的猝死相对风险增加； 发生这种情况的确切机制目前尚不清楚，但预计它是多因素的，反映了复杂的血管病理生理学。 

杂合 Eln 敲除 (Eln+/-) 小鼠概括了 WS 的相关心血管特征，包括主动脉壁增厚、高血压和心脏肥大 7，但是，很难复制 WS 或家族性 SVAS 患者常见的沙漏型瓣上狭窄。 表达人类 ELN 基因的 Eln+/- 和转基因 Eln-/- 小鼠（Eln-/-；ELN+ 小鼠，具有正常弹性蛋白水平的 30%）都不会出现明显的狭窄，尽管 Eln-/-； 与 ELN+/- 小鼠相比，ELN+ 小鼠表现出更严重的动脉壁增厚、管腔狭窄、高血压和心脏肥大。 主动脉弓的离散狭窄或缩窄（先天性狭窄）以及新内膜的发展（WS 中节段性主动脉狭窄的内膜增厚特征）已经在具有仅限于血管平滑肌细胞的纯合 Eln 缺失的小鼠中被描述。 不幸的是，这些小鼠中的大多数都活不过产后第 18 天。 

对于弹性蛋白不足引起大血管动脉病的机制，已经提出了几种假设。 节段性狭窄被认为是由于弹性蛋白减少或缺乏导致血管平滑肌细胞增殖和迁移增加而形成的。 谱系追踪表明，负责动脉壁向内重塑的多余平滑肌细胞不是克隆性的，而是来自中层中多个现有的平滑肌细胞。 内向重塑部分是由过量的整合素 β3 信号传导引起的，因为该通路的遗传或药理学抑制可减少血管病变并延长 Eln–/– 小鼠的寿命。 其他研究表明，弹性蛋白不足不会增加增殖，而是会导致内侧纤维化、平滑肌细胞活动性改变和异常的环周生长，从而导致管腔变小和动脉壁变厚。 其他研究表明，高血压在 Eln+/- 小鼠中出现，作为使血管壁压力正常化的发育适应的一部分，利用增加的压力来支撑打开狭窄、僵硬的弹性蛋白不足的血管，尽管最近的研究表明活性氧（ ROS) 的产生也可能起作用。 一些额外的分子和细胞机制影响弹性蛋白动脉病的发病机制，包括平滑肌机械传感的雷帕霉素 (mTOR) 扰动的机械靶点和适应性免疫系统。 

除了血管疾病，弹性蛋白不足的患者（和小鼠）肺部和皮肤弹性纤维受损，导致组织力学受损。 WS 的其他常见结缔组织特征也可能与弹性蛋白不足有关，例如脐周或腹股沟疝、声音嘶哑、早发皮肤皱纹、非典型疤痕形成和泌尿生殖表型。 

NCF1 修饰弹性蛋白介导的高血压。 中性粒细胞胞质因子 1 (NCF1) 位于 WSCR 的端粒末端。 两个 NCF1 假基因 NCF1B 和 NCF1C 存在于典型缺失侧翼的 LCR 区域。 NCF1 是几种 NADPH 氧化酶 (NOX) 复合物的调节亚基，并在多种细胞类型中产生 ROS，包括内皮细胞、平滑肌细胞和白细胞，承受各种压力。 在约 50% 的 WS 患者中发现了去除 NCF1 的缺失。 在 WS 患者和动物模型中，NCF1 的缺失与高血压和血管僵硬的相对保护有关。

GTF2I 和 GTF2IRD1。 一般转录因子 2-I (GTF2I) 和 GTF2I 重复结构域包含 1 (GTF2IRD1) 是位于 WSCR 端粒末端相邻位点的旁系同源基因。 它们编码转录因子并有助于典型的 WS 行为和发展。 在分子水平上，GTF2IRD1 和 GTF2I 分别编码 BEN 和 GTFII-I，它们是具有广泛功能活性的多功能蛋白质家族的成员。

GTFII-I 是一种高度保守且广泛表达的多功能转录因子，通过与组织特异性转录因子和与染色质重塑相关的复合物相互作用来调节基因表达。 GTFII-I 响应各种细胞外信号而被激活，然后易位到细胞核。 GTFII-I 已被证明参与多个过程，包括调节胚胎发育、细胞周期、肌动蛋白细胞骨架动力学、轴突导向和表观遗传调节。事实上，一项基于 iPSC 的研究表明，GTF2I 改变占 10-20% WS 和 7q11.23 重复综合征中疾病相关通路的转录失调，从多能状态开始并在发育过程中进一步放大。 

从表型的角度来看，具有 WSCR14 经典缺失的个体和具有导致 GTF2IRD1 和 GTF2I62 丢失的较短缺失的个体（图 3）通常表现出智力障碍、对熟悉的人的高度社交方式和对陌生人的不分青红皂白的社交方式（也称为 如社交去抑制或过度社交），以及社交沟通困难（语用学）。 相比之下，缺失这两个基因的个体通常既不表现出智力障碍，也不表现出这些社会特征。 有趣的是，具有较短 WS 缺失且保留 GTF2I 但移除 GTF2IRD1 的个体通常也不会表现出智力障碍或过度社交，但他们确实表现出对熟悉的人的社交方式增加以及社交语用学的困难。 GTF2I 基因剂量在智力中的作用的进一步证据来自一个具有非常短的重复影响 GTF2I 但不影响 GTF2IRD1 的家族； 所有 GTF2I 重复的家庭成员都有智力障碍，而那些通常有两个 GTF2I 副本的人的智力水平一般。 

与人类一样，包括 Gtf2i 在内的小鼠 WSCR 的部分半合子缺失会导致社交能力增加，但也会损害突变小鼠的运动协调能力 71。 由于严重的发育异常，例如露脑畸形和神经管暴露，小鼠中 Gtf2i 的纯合缺失导致胚胎致死，而杂合小鼠对不熟悉的小鼠表现出受损的社会习惯。 选择性删除兴奋性神经元中的 Gtf2i 会导致髓鞘形成改变、运动障碍和过度社交，这会随着髓鞘形成的药理学恢复而正常化。 CD（全 WS 缺失）小鼠模型的脑池内 Gtf2i 基因治疗对与运动、社交和焦虑样行为相关的行为缺陷产生了有益影响。 

综上所述，这些发现表明 GTF2I 等位基因的缺失是导致 WS 患者智力障碍和社交去抑制的主要原因。 删除 GTF2IRD1，即使不删除 GTF2I，也可能导致社交沟通困难和社交方式普遍增加。 小鼠模型中剂量依赖性 Gtf2i 特异性社交和焦虑表型的发现与在人类半缺失和重复综合征中观察到的结果一致。 在一项关于 Gtf2i 拷贝数对皮质神经元成熟和功能的影响的研究中，具有单个 Gtf2i 拷贝的小鼠显示轴突生长增加，而具有三个 Gtf2i 拷贝的小鼠的轴突生长减少。 GTFII-I 的轴突生长效应可能通过调节同源框蛋白 DLX5 和 DLX6 的表达而发生，从而影响大脑中的兴奋/抑制平衡。 这种平衡被认为是导致自闭症谱系障碍 (ASD) 的可能机制。 在这方面，值得注意的是，WSCR 的删除和重复都与 ASD 发生率升高有关。 

其他候选基因。 对于 WSCR 中的其他几个基因，新出现的证据表明与 Williams 综合征表型的组成部分有关。 与锌指结构域 1B (BAZ1B) 相邻的 Bromodomain 是 B-WICH 染色质重塑复合物的成员，对于体外和体内正确的神经嵴细胞迁移至关重要，并且已被提议作为人类颅面发育的主要调节因子。 由于肠神经系统也源自神经嵴，因此肠道的异常神经支配可能导致 WS 胃肠道表型，例如运动障碍和慢性便秘。

LIM 结构域激酶 1 (LIMK1) 调节肌动蛋白细胞骨架的组装和拆卸，并与 WS64 患者和一般人群的视觉空间认知能力有关。 Limk1–/– 小鼠表现出视觉空间缺陷、树突棘形态改变和突触可塑性降低，从而导致长期记忆力下降。 Limk1 表达可以被脑源性神经营养因子和 cAMP 反应元件结合蛋白上调，表明潜在的治疗途径。 

Syntaxin 1A (STX1A) 是介导胞吐囊泡融合的蛋白质复合物的关键成员，从而允许神经递质释放到突触中。 在患有 WS 的个体中发现的神经精神疾病与 STX1A 变异有关。 胰腺的胰岛素分泌也依赖于胞吐作用，STX1A 水平在患有 2 型糖尿病的普通人群中确实降低了。 糖尿病在患有 WS 的成年人中很常见，表明与 STX1A 半合子性可能存在生理联系。 由于编码调节葡萄糖和脂质代谢的 ChREBP 转录因子的 MLXIPL 基因也位于 WSCR 内，因此 ChREBP 和 STX1A 都可能有助于 WS 中的代谢表型。 

DNAJC30（DNAJ 热休克蛋白 40 家族 (Hsp40)）成员 30 的双等位基因错义变异最近与人类 Leber 遗传性视神经病变（一种线粒体疾病）有关。 迄今为止，WS 中尚未报告类似的功能。 小鼠中该基因的双等位基因缺失也会导致线粒体功能障碍和行为改变。 需要做更多的工作来研究孤立的半缺失对人类的影响，但应该考虑该基因对神经发育的潜在影响。