儿童遗传眼病的遗传诊断
2020年04月01日 【健康号】 杨丽萍     阅读 10392

本文转自:中华实验眼科杂志

【摘要】儿童遗传眼病是指在儿童阶段由遗传因素引起的眼病,是导致儿童不可避免盲的主要原因之一。常见的儿童遗传眼病包括遗传性视网膜变性疾病、先天性白内障及视网膜母细胞瘤等。儿童遗传眼病存在显著的遗传和临床异质性,遗传背景复杂,致病基因众多,给遗传诊断带来了极大困难,且儿童眼病表型隐匿,临床表现复杂,患儿对检查的配合多欠佳,这也给临床诊断带来了难度。因此,探索儿童遗传眼病的分子遗传学病因有助于儿童遗传性疾病的病理机制研究,并可为患者提供专业的遗传学咨询,指导优生优育,是辅助临床诊断、疾病预防和开展基因治疗的重要前提,具有十分重要的现实意义,也是目前国际眼科研究的主要热点之一。北京大学第三医院眼科杨丽萍

盲和视力损伤是世界范围内严重的公共卫生、社会和经济问题,不但给患者的身心造成了极大的痛苦,也加重了家庭和社会负担。据世界卫生组织报道,致盲眼病是全球第三大影响人类健康的疾病,全球约有2.5亿人视力残疾,中国占近20%。随着人口总数的增加和老龄化的加剧,视力残疾人数将继续显著增加。目前,防治盲和视力损伤已成为我国乃至全世界主要的公共卫生课题之一。儿童盲是“视觉2020”行动的防治重点之一,虽然儿童盲占全球盲人总数的比例不高,但由于儿童存活年数长,致残时间长,对患者、家庭和社会造成极大的负担。儿童盲可根据致盲原因进一步分为可避免盲和不可避免盲两大类。可避免盲借助现有的知识和恰当的措施就可预防和控制,或通过特定的治疗即可恢复视力;不可避免盲指应用现有的知识和手段尚不能预防或治疗的疾病。儿童阶段由遗传因素而引起的眼病统称儿童遗传眼病,是引起儿童不可避免盲的主要原因之一。儿童遗传眼病是发达国家儿童盲的主要原因,约占1/2,我国儿童遗传眼病约占儿童盲和严重视力损伤的1/3,且仍有逐年升高的趋势。因此,探索儿童遗传眼病的分子遗传学病因,建立基因诊断平台,提供遗传学咨询,指导优生优育,是疾病预防和开展基因治疗的重要前提,也是目前国际眼科研究的主要热点之一。

1 常见儿童遗传眼病的临床和遗传特点

遗传性眼病多指由明确的遗传致病因素引起的眼部疾病表型。遗传性眼病根据其遗传方式可分为染色体病、单基因病、多基因病和线粒体遗传病等。染色体病多由染色体数目或结构异常所致,可伴有全身多系统的异常和畸形,危害较为严重,在眼科罕见,且在家系中不传递。多基因病往往由多对微效基因的累加效应引起,且环境因素对疾病影响较大,故并无明确的家系传递格局。线粒体遗传病呈细胞质遗传,多为母系遗传,不遵循孟德尔遗传定律。目前已知的线粒体遗传眼病为Leber遗传性视神经病,此病虽各年龄段均可发病,但多见于20~30岁的青年男性。因此,引起儿童盲和严重视力损伤的儿童遗传眼病多指单基因遗传病。单基因病遵循孟德尔遗传定律,根据其遗传特点可进一步分为常染色体显性、常染色体隐性及性连锁遗传。

遗传性视网膜变性疾病(inherited retinal dystrophy,IRD)是我国最常见的儿童遗传眼病[1],其世界范围内的整体发病率为1/3 500~1/5 000[2],我国的发病率则高达1/1 000[3]。IRD表型丰富,根据疾病表型可分为单纯性视网膜变性疾病和伴发视网膜变性疾病的综合征性,前者主要包括Leber先天性黑矇[4]、Stargardt病[5]、卵黄样黄斑营养不良(Best病)[6]、先天性静止性夜盲[6]和锥杆细胞营养不良[7]等,后者则包括Bardet Biedl综合征和Usher综合征等,这类疾病可伴有全身其他系统的异常,在眼部则表现为视网膜变性疾病[8]。IRD遗传背景复杂,遗传模式涵盖了全部孟德尔遗传方式,众多基因的突变均可致病。迄今全世界已报道的IRD致病基因有256个(www.retnet.org),已知的连锁位点更是高达293个,且该数目还在逐年递增,这给遗传诊断带来了巨大困难。IRD患者视力较差,且呈进行性下降,最后可仅存光感或致盲,目前临床尚无针对IRD的有效干预手段,因此,IRD是儿童及成人难治性盲的重要病因之一。

先天性白内障是出生前后即已存在或在儿童期罹患的白内障,严重影响患儿的视觉发育,是一种常见的儿童遗传致盲眼病,其主要病因是胚胎期晶状体代谢异常导致其透明度下降,引起白内障表型。该病在我国发病率约为1/2 000,其中约1/3与遗传因素相关[9]。先天性白内障可为单纯性白内障,也可伴发眼部及其他全身发育异常。其中,单纯性白内障的发病率为0.01%~0.06%[10],占全部先天性白内障总数的70%[11]。先天性白内障患者的主要临床表现包括视力低下、斜视及眼球震颤等,由于白内障混浊部位、形态和程度的不同,患者的视力障碍程度也不同。根据其遗传模式可分为常染色体显性遗传(占76%~89%)、常染色体隐性遗传(约占7%)及性连锁遗传(占2%~10%)[12-14]。目前有超过48个已知的与先天性白内障致病相关的连锁区域,其较为明确的致病基因更是高达34个(http://cat-map.wustl.edu/)。除遗传因素外,孕早期宫内感染风疹病毒、营养不良及代谢障碍和出生后射线接触等理化因素也是引起先天性白内障的重要原因。手术是先天性白内障的主要治疗方式。

先天性无虹膜症的发病率为1/64 000~1/96 000,是一种较少见的儿童遗传眼病。该病的主要临床表现为部分或全部虹膜缺失,患者常双眼受累,多有畏光表现,可伴有角膜变性、白内障、青光眼、黄斑发育不良及眼球震颤等其他眼部异常[15]。先天性无虹膜症多呈常染色体显性遗传,约2/3的病例为家族性发病,其余为散发患者[14]。PAX6基因为该病的致病基因[15],迄今已报道的致病突变有461个。可通过手术建立人造虹膜并治疗白内障等并发症,但患者因存在黄斑发育不良,视力提高多不明显。

马凡综合征是一种全身结缔组织病,其发病率为2/10 000~3/10 000。该病以眼、骨骼及心血管系统的先天发育异常为主要特征,典型的眼部异常表现为晶状体脱位或半脱位,偶可继发青光眼及视网膜脱离等[16]。马凡综合征呈常染色体显性遗传,FBN1基因为其致病基因,治疗多以对症处理为主。

视网膜母细胞瘤是儿童最常见的眼内恶性肿瘤,是RB1基因在生殖细胞或体细胞内发生双等位基因突变所致。目前已发现的RB相关RB1基因突变有近1 800个。RB患者发病较早,多呈双眼发病,且其他器官发生第二恶性肿瘤的危险性较高。RB可分为遗传型和非遗传型,其中遗传型RB占全部RB的35%~45%,为单基因病,呈常染色体不完全显性遗传,外显率约为90%[17]。遗传型RB中25%患者有阳性家族史,75%为散发病例。RB的治疗主要包括手术和保守治疗,患者预后不佳。

先天性青光眼是由于胚胎时期发育障碍,致使房角结构先天异常或残留胚胎组织,阻塞房水排出通道,导致眼压升高,整个眼球不断增大,又称水眼,或称发育性光眼。当眼压增高时,可致视神经纤维损害,引起视野缺损,甚至盲。根据先天性青光眼的发病时间和病情进展情况可分为婴幼儿性青光眼及青少年性青光眼。先天性青光眼属于遗传性眼病,根据其遗传模式可分为常染色体显性及常染色体隐性遗传。目前已知的先天性青光眼的致病基因有3个,分别为CYP1B1、LTBP2及TEK,其中CYP1B1或LTBP2基因的双等位基因致病突变能够引起常染色体隐性遗传性青光眼[18-22],TEK基因突变能够引起常染色体显性遗传性青光眼[23]。手术治疗为先天性青光眼目前主要的治疗方式。

2 儿童遗传眼病研究面临的核心问题

显著的临床异质性是儿童遗传眼病的主要特点之一,儿童遗传眼病表型复杂多样且存在交汇重叠。同类疾病可有多种不同的临床表型,而不同的疾病可由同一致病基因,甚至是同一致病突变所引起[20]。比如各种不同类型的IRD之间就存在较多表型和遗传背景的交叉。此外,儿童的眼科检查较为局限且多配合欠佳,这更是给精确的临床诊断增加了难度,对于一些较为罕见的特殊病例,临床医生如不注意常易误诊,甚至漏诊。因此,高效、精准的分子诊断技术能够极大程度地辅助临床诊断。此外,遗传诊断也是出生缺陷防范、指导优生优育和基因治疗的必要前提,具有十分重要的基础/临床转化医学的意义。然而儿童遗传眼病,如IRD、先天性白内障等均有显著的遗传异质性,其发病机制多样,复杂的遗传背景及众多的致病基因给突变筛查增加了难度。传统技术在高效完成众多致病基因突变的筛查方面有较大的局限性,极大地限制了对这类疾病分子遗传学病因的深入研究[23]。因此,如何针对众多致病基因找到一种高效、精准的遗传突变筛查手段,建立分子诊断平台,在遗传眼病患儿中针对众多的致病基因实现突变的快速筛查,并尽量控制成本等是目前研究面临的核心问题。

对于已明确致病突变的家庭,都希望不再将遗传突变传递给下一代,国家二胎政策的开放也给一些患儿家庭带来了新的希望,传统的产前诊断技术虽能够在胎儿娩出前帮助筛查遗传突变,然而产妇通常需在妊娠的16~22周通过羊水穿刺才能够明确,这不仅会给产妇在妊娠前期带来巨大的心理压力,如若终止妊娠或多次终止妊娠更会让产妇的身心痛苦不堪。因此,如何借助辅助生殖技术在保证产妇身心健康的同时筛选健康胚胎移植,防止遗传病传递,降低出生缺陷,指导优生优育,是目前研究面临的另一个核心问题。

3 遗传诊断技术在儿童遗传眼病中的应用

高通量二代测序(next-generation sequencing,NGS)技术是较为成熟且应用广泛的测序技术,NGS可一次性完成对全部基因组DNA或cDNA片段的平行测序,解析得到高质量的序列读长,所得数据可靠,有传统技术所无法比拟的优势[21-23]。目标区域捕获测序则是指根据感兴趣的基因组区域设计和订制特异性寡核苷酸探针,将其固定至捕获芯片,与标记的基因组DNA片段进行液相杂交,将特异结合的目标基因组DNA片段富集后再借助NGS技术进行高通量测序,从而获得目标基因组序列的研究策略。目前,目标区域捕获测序已被成功用于多种遗传眼病的分子诊断[24-27],显示出了其广泛临床应用的巨大潜力。

胚胎植入前遗传诊断(preimplantation genetic diagnosis,PGD)也称第三代试管婴儿技术,指在胚胎移植前取胚胎的遗传物质进行分析和诊断,根据遗传检测结果筛选健康胚胎移植,防止遗传病传递的方法。PGD技术能够克服产前诊断技术因终止妊娠而带给患者身心痛苦的缺陷,因而在临床上受到关注。然而PGD技术在眼科领域的应用罕有报道。

4 开展儿童遗传眼病基因诊断的技术路线

4.1 建立儿童遗传眼病资源库

收集儿童遗传眼病家系和散发患者详细的家族史及个人史,确定家系遗传模式,完善患者疾病相关眼科检查,记录患者的基本信息、发病、病情进展及各项眼科检查结果,必要时进一步完善全身其他系统的检查。对患者进行严格的临床评估,按病种分类管理。收集遗传眼病患者及家系内正常对照的外周血液样本,建立IRD患者及正常对照的DNA、RNA标本库。研究须经伦理委员会批准,遵循赫尔辛基宣言,确保所有参与者或其法定监护人签署参与研究知情同意书。

4.2构建基于NGS技术的分子诊断平台对患者进行遗传突变筛查

完善的分子诊断平台包括目标区域捕获芯片、NGS技术及不断优化的生物信息学分析技术。不同的儿童遗传眼病其致病基因各异,可根据不同疾病订制相应的捕获芯片,也可对疾病进行适当归类,选择该类疾病的已知致病基因、高度可疑致病基因及感兴趣的其他基因作为目标区域,设计捕获探针,开发相应的分子诊断平台。进一步借助NGS技术进行高通量测序,获得目标基因组序列后,辅以优化的生物信息学分析,以达到检测致病突变的目的。针对发现的遗传突变,可借助保守性分析、多种在线软件的有害性分析及晶体结构分析等对突变可能的危害进行预测,有条件者亦可制作相应的细胞和动物模型,进一步明确突变的危害性和致病机制。

4.3 提供遗传学咨询,指导优生优育

根据不同家系所筛查到的遗传突变提供遗传学咨询。若突变符合常染色体隐性遗传模式,则患者的父母多为健康携带者,患者子代也多健康携带者,这类患者若有生育要求,可不做PGD,患者父母若有生育要求,则其子代有1/4可能患病,建议行PGD;若突变符合常染色体显性遗传模式,则患者的子代有1/2患病可能,这类患者如有生育要求,建议行PGD;若突变为性染色体突变,男性患者的子代若为女性则必为携带者,这类女性携带者的后代若是男性则有1/2患病可能,因此,女性携带者如有生育要求,建议行PGD。

5 开展儿童遗传眼病PGD的技术路线

5.1 收集有生育要求、且符合PGD指针的家系

结合遗传学检测结果,筛选出已明确遗传诊断,有生育要求且符合PGD指针的家系。建议选择生理状态良好且夫妇感情稳固的家庭。男女双方身心健康,各项检查结果符合PGD的基本要求,充分知情同意并签署同意书。

5.2 借助PGD技术对胚胎进行遗传学检测

完整的PGD流程包括促排卵和人工授精、滋养外胚层细胞活检、全基因组扩增及胚胎遗传学检测。促排卵采用长效长方案用药,行阴道B型超声引导下经阴道卵泡刺破及取卵术,借助卵胞浆内单精子显微注射进行人工授精。受精卵第5日行成囊胚,对全部形成的囊胚进行评分,挑选优质囊胚,每个囊胚采集5~10个滋养层细胞,借助多重置换扩增全基因组扩增法对采集到的滋养层细胞DNA的全基因组进行扩增。在胚胎遗传学检测环节,首先应确保所筛选得到的胚胎不带有双亲所携带的遗传致病突变,可借助直接测序来检测。此外,也可考虑到患者的需求,除定点突变筛查外,如患者有其他的遗传筛查的需求,可选择有资质的胚胎检测机构,根据不同患者的需求,制定个性化胚胎遗传学检测方案。

5.3 妊娠诊断、羊水穿刺诊断及出生后诊断

为进一步确保胎儿不带有遗传突变,在胚胎植入后继续关注产妇的妊娠状态。胚胎移植后14 d检测尿β-hCG,β-hCG阳性提示妊娠。在孕16~22周行羊水穿刺,取羊水中的胎儿脱落细胞,再次确认PGD结果。此外,在胎儿娩出后,抽取新生儿静脉血,再次针对家系遗传致病突变进行检测,最终明确新生儿的遗传突变携带情况。

综上,探索儿童遗传眼病的分子遗传学病因对辅助临床诊断、指导优生优育和基因治疗均有十分重要的现实意义。基于NGS的分子诊断平台能够突破传统技术的瓶颈,针对众多致病基因实现高效、精准的遗传突变筛查,PGD技术能够对胚胎进行遗传学检测,降低出生缺陷,指导优生优育。眼科医生和研究人员应高度关注儿童遗传眼病的遗传诊断和遗传咨询工作,也应跟踪相关的研究动向。 

提示x

您已经顶过了!

确认
''
|
杨丽萍
副主任医师/副研究员
北京大学第三医院
眼科,眼科门诊
视网膜色素变性、Leber先天性黑朦、Stargardt病、黄斑变性、视网膜劈裂、锥杆细胞... 更多
去Ta主页
Ta最近的文章 更多 |

热门文章

请选择举报原因
垃圾广告信息
色情低俗内容
违规有害信息
侵犯隐私、虚假谣传