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基因诊断的double troubles 一例庞贝病漏检原因解读

发布时间 :2017-10-09 17:23 阅读 :
2017-10-05 曾德智 嘉检医学

       庞贝氏症(Pompe disease),也称为糖原累积病II型,是由α-葡萄糖苷酶缺乏导致的一种溶酶体贮积症。随地理位置及种族的不同,发病率介于1/14000-300000,病情严重且临床罕见。不同人种发病率差别相当大,荷兰人发病率为1:13800,中国人为1:40000,非裔美国人为1:14000(PMID:10482961,3106710)。在168位庞贝病患者中发现,出现首个症状平均年龄在2-4个月,确诊在4.7个月【PMID:16737883】。

 

        然而,在众多的遗传疾病中,它是为数不多的可有效治疗的疾病---尽早采用酶替代疗法可大大提高患者的生存机率及生活质量。所以,对于此病的早期识别及确诊无疑是非常关键的一环。但是,作为检测点突变金标准的Sanger测序和检测拷贝数变异的 aCGH(芯片)技术存在其固有的技术缺陷性会造成一些案例的漏诊,虽然现在发现的数目不多,但需要引起临床遗传医师的警觉。下面对2017年“American journal of medical genetics”杂志上发表的一例庞贝氏症进行展开。

 

 

 

【专家及点评】


 

王菁医学博士

美国临床分子遗传学专家,现任美国安博锐遗传诊断公司 (Ambry Genetics)分子诊断部主任原美国贝勒医学院分子遗传系副教授,遗传病分子诊断部主任,持有美国医学遗传学临床分子遗传学诊断执照 (DABMG),美国临床病理学分子生物学执照 (ASCP,MB),加州临床遗传学分子生物学执照 (CGMBS),美国医学遗传学院专家委员(FACMG)。发表SCI论文60余篇, 参与编著遗传病诊断书著7本, 包括2014年在国内出版的大型参考书《遗传病的分子诊断》第二版。

 

作者点评:

精准医学是当前的热门话题,而精准医学依靠的是精准的检测技术。提供高品质的检测项目是临床诊断实验室的最高宗旨。

 

这篇文章用一个生动的实例展示了二代测序技术NGS高精准度,不但捕捉到一代测序漏诊的点突变,同时也检出aCGH没能测到的涉及GAA基因的一个常见单个外显子拷贝数缺失。一代测序(Sanger Sequencing)是曾经的检测基因突变的黄金方法。然而,它的其局限性是在PCR过程中容易发生等位基因丢失(allele drop out),这是最常见的导致测序结果假阴性的原因。相对于传统的染色体核型分析,aCGH极大地提高了检测基因拷贝数变异的敏感性,但是由于基因组结构的复杂性或者探针设计不当,特别是对于一些比较小的拷贝数变异 (<1000bp),也有可能出现假阴性或者假阳性的情况。NGS以其高通量高精度,可以同时检出基因序列和拷贝数异常的特征,迅速取代了一代测序。

 

随着测序成本的进一步减低和全基因组测序的逐渐增多,NGS也大有逐渐取代aCGH之势。 因此,NGS不但广泛用于全基因组或panel测序,很多实验室也将其用于单基因测序,有时甚至用于单个位点突变检测,来判断是否存在低比例的嵌合体。利用NGS进行基因拷贝数变异的初筛,再辅以aCGH或其它方法的验证,可以大大提高精准度和减少实验成本。

 

【病例】

  1. 患者出生时被诊断为扩心病

  2. 父母非近亲结婚,母亲孕3产2

  3. 出生体重3764g,体长50.5cm

  4. 由于心肌病及呼吸衰竭被送进NICU

  5. 胸部X光显示明显的心肌肥大及轻度弥漫性肺纹理

  6. 心电图显示心室右轴偏离的窦性心律

  7. 二维超声心动图(ECHO)显示扩张型心肌病伴随左心室及右心室功能减退

  8. 呼吸急促和心动过速,左侧上胸骨伴随二级喷射性收缩期杂音

  9. 四肢可自由移动,张力减退不明显,新生儿筛查正常

  10. 无神经肌肉病家族史,但有多发性硬化和癫痫

 

【生理生化检测】

 


基于二维超声心动图检测结果,检测扩心病相关基因TAZ, LMNA, LAMP2 PRKAG2,无发现异常。

 

由于病情进展,第30天进行了心肌活检,显示明显的心脏细胞的液泡化,需要考虑代谢性疾病的可能,包括糖原累积病2型(庞贝病)和溶酶体储积症。

 

血浆GAA活性分析显示明显下降,指示可能庞贝病。但是后续一代测序没有发现致病突变。

 

后续进行了尿液葡萄糖四糖浓度测,其肌酐浓度中度上升,为29.6mmol/mol(参考值为半岁前小于19),这与其他未治疗的婴儿型庞贝病一致。

 

小孩的肌张力下降持续加重,两个月时二维超声心动图检测显示左心室中度肥大伴舒张功能不全,这些症状并结合生化和酶学检测符合庞贝病。

 

在缺乏其他介入性治疗情况下,进行了每两个星期静脉注射100mg酶替代疗法(Enzyme Replacement Therapy,ERT)。患者的心脏功能两个月后恢复并保持稳定,但是四肢肌张力未改善,14个月后在出现呼吸衰竭后进行气管切开手术。

 

 

【基因分子实验分析】

 


1、对GAA基因外显子及内含子连接处50bp进行一代测序并未发现致病突变(图1a);对糖原累积病相关的23个基因进行二代捕获测序发现杂合突变c.1441T>c(p.W481R)(图1b)

 

图1, Sanger及二代测序结果。(a)Sanger测序图,使用传统引物未能检测出突变点。(b)二代测序检测出点突变c.1441T>C (p.W481R)。

 

2、之后进行外显子靶向阵列比较基因组杂交aCGH,也未发现GAA基因有拷贝数的缺失或者重复 (图2a,b)。而对23个基因进行的二代捕获测序进行相关拷贝数分析发现18号外显子缺失(图2c)。

 

图2  aCGH未能检测到18号外显子缺失。(a)GAA全基因未能发现拷贝数改变。(b)GAA基因16-20号外显子区放大展示微阵列探针分布。(c)对二代测序数据进行拷贝数分析发现18号外显子杂合缺失。

 

【结果讨论】

 


尽管在过去20年一代测序和aCGH作为分子诊断的金标准,但其也有其缺陷包括等位基因丢失和不能检测到拷贝数变异。在该案例中,旧PCR引物的一代测序未能检测到点突变

 

c.1441T>C,经过改良后的引物才能检测到,说明有可能是由二级结构或者其他未知的因素引起的。而二代捕获测序能同时检测到点突变和外显子缺失。

 

该位点c.1441T>C (p.W481R)突变在一位非裔美国人中报道过,这个氨基酸在不同物种中高度保守,SIFT和Polyphen预测突变有害【PMID:10189220】。

 

片段缺失c.2481+109_c.2646+38del538(包含18号外显子)也曾在一位庞贝病患者报道过,其结果导致酶的催化功能完全缺失【PMID:17723315】。

 

【结论】

 


该病例强调了在临床和生化证实的可治疗情况下迅速开始适当治疗的重要性,尽管分子验证结果尚未证实。也展示了一代测序的缺陷包括等位基因丢失现象及不能检测到外显缺失,而二代捕获测序能同时检测到点突变和外显子缺失。

 

【关于庞贝氏症】

 


病因

 

庞贝氏症为一种常染色体隐性遗传病,致病基因GAA位于17q25.2-q25.3,目前已有450多个相关突变的报道(The Pompe Disease Mutation Database http://www.pompecenter.nl)。GAA基因突变可导致细胞溶酶体内的α-葡萄糖苷酶缺乏(酸性麦芽糖酶),使得糖原转化为葡萄糖的过程受阻,不断累积的糖原可产生广泛的毒性作用,以肌肉组织受累最为明显。

 

临床表现

根据发病年龄,庞贝氏症可分为婴儿型和晚发型:[2]

(1)婴儿型庞贝氏症(IOPD),主要临床表现包括:

  • 喂养困难/发育不良(见于44% - 97%的患儿)

  • 运动发育迟缓/肌无力(见于20% - 63%的患儿)

  • 呼吸道感染/呼吸困难(见于27% - 78%的患儿)

  • 心脏异常(PR间期缩短,宽大QRS波心脏肥大,左心室流出道梗阻、心肌病)(见于50% - 92%的患儿)

(2)晚发型庞贝氏病(LOPD)可见于儿童和成人的任何时期,多表现为近端肌无力和呼吸功能不全,临床无明显的心脏受累表现。

 

【关于酶替代疗法】


ERT的出现使庞贝氏症患者的生存率大大提高,且患者在心肺功能、生长发育方面也得到了极大改善。治疗庞贝氏症的酶替代剂称为“Myozyme”,是一种针对溶酶体糖原的特异性酶,取自中国仓鼠卵巢细胞,通过重组DNA技术获得。

 

参考文献:

Tsai AC, Hung YW, Harding C, Koeller DM, Wang J, Wong LC. Next generation deep sequencing corrects diagnostic pitfalls of traditional molecular approach in a patient with prenatal onset of Pompe disease. Am J Med Genet A. 2017 Sep;173(9):2500-2504.