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面肩肱型肌营养不良症临床精准基因诊断

发布时间 :2017-12-25 20:07 阅读 :

 

面肩肱型肌营养不良

 

 

面肩肱型肌营养不良(facioscapulohumeral musculardystrophy,FSHD)为成年人中最常见的肌营养不良症,其发病率居于神经肌肉系统疾病的第三位[PMID:20301616],总发病率为1/5000~8000。根据分子遗传突变特征可以分为FSHD1和FSHD2两种类型。

 

FSHD患者临床特征在于选择性的面肌、肩带肌和上臂肌受累,多数为非对称性,病情进展缓慢,临床表现具有很强的异质性,即使家族内成员,也可表现高度可变的临床表型,通过遗传性检测对患者的诊断至关重要。该病可影响患者生活质量,大约20%的超过50岁的FSHD患者丧失行走能力,需要借助轮椅行走。

 

称为FSHD1的大约95%的患者在染色体4q35上具有D4Z4重复单元的数量缺失。缺失片段大小与临床表型之间呈现负相关,重复单元片段越小,发病年龄越早,病情则越严重。称为FSHD2的其余5%的患者在染色体4q35上没有缺失现象。然而,FSHD1型和FSHD2型共享一个共同的下游发病机制,使得未来的疾病靶向治疗可以对FSHD1型和FSHD2型有效。

 

FSHD临床表现

 

 

FSHD通常可累及绝大多数骨骼肌,但在眼外肌、心肌和延髓肌肉很罕见。不同患者间的临床表现差异大,患者可始于面部和肩膀肌无力的表现并逐渐恶化,但脊柱侧弯也可成为始发症状。大约10%的患者可见呼吸道受累,其最常见于受累最严重或需要轮椅的患者。约5%的FSHD患者可观察到房性心律失常,但很少有症状。肌肉外表现也很少有症状,包括视网膜血管变化[PMID:23446679]和听力损失[PMID:24042093]。95%的FSHD患者属于1型,临床表型严重程度与4q35上的D4Z4重复单元数量的缺失呈现负相关,90%的患者于20岁之前发病,有些病人在50岁后出现症状,而大片段缺失而仅保留1~3拷贝D4Z4重复单元的案例可见于婴幼儿中,且偶然可见精神发育迟滞和癫痫发作[PMID:7633457]。

FSHD1型和FSHD2型患者临床表现类似,其特征在于:

  • 症状起病通常在生命的第一个或第二个十年,但可以在生命的后期出现;

  • 通常表现为双侧不对称;

  • 面部肌无力的表现为:皱眉和微笑困难,不能吹气球和口哨;

  • 肩部无力通常伴有肩胛肌和上臂肌受累,检查时表现为“翼状肩胛”;

  • 盆带肌和下肢肌肉受累而行走无力,可表现为“鸭步”;

  • 腹部肌无力在检查时可见阳性Beevor征;

  • 远端肌无力可早于近端,表现为足下垂。


FSHD个体无法抿嘴唇,微笑时嘴角无法上扬,闭眼时无法埋下睫毛。眼外肌、眼睑和延髓肌肉均不受累


翼状肩胛

 


足下垂

 

遗传致病机制

 


FSHD为常染色体显性遗传,大部分FSHD病例属于家族遗传,但1/3左右的病人表现为散发,为新发突变,这些新发突变患者中又有一半是受精卵形成胚胎过程中的前几次细胞分裂中的嵌合突变所致,并表现为男性多于女性病人[PMID:15154112]。另一部分嵌合突变的个体发生于受精前的生殖系突变。嵌合突变患者可表现为无症状或者症状性的,这取决于D4Z4重复单元长度缩短发生的时机以及携带的细胞比例[PMID:10631134]。大约20%的正常人群在10号染色体上携带4q35型D4Z4重复单元或在染色体4q35上携带4q35-10q26型序列重复组成的D4Z4重复单元[PMID:20206332]。遗传分析表明,10q26上D4Z4重复单元中远端DUX4样基因在多聚腺苷酸化信号中存在核苷酸变异体,从而阻止了该基因座产生稳定的DUX4转录本,因此10号染色体的D4Z4重复单元不会引起FSHD,但染色体4q35上的重组重复单元的缩短则可导致FSHD[PMID:20724583]。

 

FSHD1和FSHD2的遗传性致病机制不同,但殊途同归,最终均可能是由于含有双同源框基因DUX4在肌肉细胞中的表达失衡所致。DUX4位于染色体4q35上的大卫星重复序列D4Z4(每个长3.3kb)中,其在正常等位基因上具有11~100个重复单元的长度,且呈高度甲基化状态。大约95%的FSHD患者具有1~10个重复单元的D4Z4 等位基因,这种常见形式称为FSHD1。所述D4Z4等位基因的缩短导致D4Z4基因座和DUX4启动子区的染色质松弛,由此消除了对DUX4表达的抑制作用,从而可以从最远端的D4Z4重复单元表达DUX4。但这不足以在FSHD中引起疾病,患者必须具备以下遗传背景方可致病:D4Z4最后重复单元远端存在一个所谓的A变体结构(4qA单体型,额外增多一个DUX4外显子,无此额外的DUX4外显子则称为4qB单体型),使新生DUX4转录产物得以获得Poly A结构而保持转录产物的稳定性,从而得以免受降解[PMID:21288772],翻译的DUX4蛋白具有对肌肉细胞的毒性作用。在大约5%的FSHD患者中,D4Z4重复单元数量正常,但在D4Z4区仍然表现为染色质松弛,在这些所谓的FSHD2个体中,染色质修饰因子SMCHD1中的突变是导致D4Z4处的染色质松弛的重要原因。

 

在FSHD2患者中,D4Z4重复单元不存在缩短变异,位于18号染色体上的SMCHD1基因突变使得染色体4q35的D4Z4区域甲基化程度有所下降(通常小于25%的甲基化程度)。FSHD2为“双基因”遗传模式,即需要SMCHD1基因突变(通常遗传自某个亲代)引起的DUX4基因甲基化的丧失与具备Poly A结构的4q35遗传背景(遗传自另一个亲代)双重因素才能导致DUX4基因的表达[PMID:20975055],携带这两种变异的个体比其他仅携带任一种突变的家族成员更容易受累[PMID:24075187]。FSHD2患者中大约有80%存在SMCHD1的致病突变[PMID:23143600],其余的20%可能受其他未知的遗传因素调控[PMID:22177830],但在D4Z4基因座处显示出松散的染色质结构状态,其在4号和10号染色体上的所有D4Z4重复单元上都具有CpG 甲基化丢失标记。



 

基因型-表型关联性

 

FSHD1

D4Z4基因座重复单元的缩短程度与患者症状发生的年龄[PMID:782560]、行走能力丧失的年龄[PMID:7739619]和肌肉力量(尤其是女性患者)[PMID:14659410]之间存在明确相关性。具有更大范围D4Z4重复单元缩短的个体发病年龄更早,且具有更快的疾病进展[PMID:16934468]。新发突变个体通常比家族性成员具有更严重的D4Z4重复单元缩短变异,因此新发突变患者通常具有更重和更复杂的表型谱。处于“灰色”区域的重复数量时(10-11个D4Z4重复单元),需根据临床特征判断致病性。

 

嵌合体

嵌合个体表型的严重程度通常轻于无嵌合的患病个体,并可反映携带缩短的突变D4Z4基因座的细胞数量以及这些细胞中D4Z4重复单元的缩短程度。

 

纯合突变

纯合突变个体的临床表型不一定比其他一些杂合突变亲属的临床表型更严重。在同一家庭中,也可出现无症状或轻度症状的杂合子突变个体,提示在特定亲属中可能存在的临床变异性[PMID:14757867]。

 

外显率

FSHD患者具有很高的外显率,但仍然有些患者(约5%)症状轻微而未被诊出。FSHD外显率随年龄和性别而变化,30岁之前外显率为83%,但是男性(95%)显著高于女性(69%)患者,不同性别的外显率差异性仍不得而知[PMID:9605290]。

 

 
临床精准基因检测要点:

 

  1. 需要确定D4Z4重复单元的数量。

  2. 需要明确D4Z4致病单元来自于4号染色体,而不是10号染色体。

  3. 需要明确D4Z4致病单元是4号染色体的4qA亚型,而不是4qB亚型。

  4. 需要明确D4Z4单元数量是否为“零”。

  5. 需要明确区分嵌合体突变和D4Z4重组突变。


FSHD诊断难点

 

 

面肩肱型肌营养不良症的基因诊断一直是个难点,尽管这个疾病已经发现了100多年,分子机制也已经在上世纪90年代初开始被逐渐研究和揭示,但在中国,FSHD的分子诊断受关注比较少,这是缘于该疾病分子机制的复杂性,以及临床诊断后治疗的局限性所致。现今, Southern Blot 方法的分子诊断方法在中国的临床应用已近20年 [PMID: 12887821; PMID:11402453],但由于需要同位素而难以普及,这亟需一种可靠,价格低且省时的方法,用于临床FSHD病人的准确诊断,以协助疾病的管理和产前诊断咨询工作。基于分子梳技术(单分子FISH)的新型分子诊断方法[PMID:22028222]应运而生,可以准确诊断95%的FSHD病人(FSHD1),鉴定D4Z4的缩短数量、染色体来源、重组现象和嵌合体等,加之SMCHD1等基因的二代测序,可以诊断约5%的FSHD病人(FSHD2),综合二者,99%以上FSHD患者可被快速精准诊断。

 

FSHD诊断流程

 

 

1、特征性的临床症状体征与家族史采集

选择性面肌、肩带肌和上臂肌受累,呈现“扑克脸”、“翼状肩”和“鸭步”;病人有家族史或新发。

2、血液生化、心电图和肌肉活检检测

血清CK值正常或轻微升高,通常不超过正常值的5倍;EMG示轻度心肌损伤;肌肉活检示非特异性慢性肌病表现。

3、分子遗传学检测

此前,FSHD1的分子遗传诊断绝大多采用Southern印记杂交法,其检测流程一般是先确定D4Z4是否有重复,随后在应用酶切技术辨别4qA和4qB单体型(如下图,[PMID: 25370034]),通常诊断耗时,从第一步到最后一步,甚至可能需要耗时大半年,此外,Southern Blot 检测方法还存在其它相关局限性[PMID: 17131163, 26420234]

 

 

嘉检医学FSHD临床精准基因诊断策略

 

FSHD1:单分子FISH检测D4Z4重复单元缩短数量并辨别其来源,诊断95%患者;

FSHD1分子诊断标准:

  1. 需要确定D4Z4重复单元的数量。

  2. 需要明确D4Z4致病单元来自于4号染色体,而不是10号染色体。

  3. 需要明确D4Z4致病单元是4号染色体的4qA亚型,而不是4qB亚型。

  4. 需要明确D4Z4单元数量是否为“零”。

  5. 需要明确区分嵌合体突变和D4Z4重组突变。

 

FSHD2:二代测序检测SMCHD1等基因突变,诊断约5%患者

经过单分子FISH检测FSHD1和NGS检测FSHD2,99%的FSHD可以被确诊。

需要注意的是,临床上许多神经肌肉疾病与FSHD的表型相像,需做鉴别诊断:

  • 肌原纤维肌病

  • 包涵体肌炎/包括包涵体肌病2

  • 线粒体肌病

  • 先天性肌病/先天性肌营养不良症

  • 多发性肌炎

以下病种可能需经分子检测鉴别:

  • 肢带型肌营养不良症

  • 肩胛腓肌肌营养不良综合征,包括强直性营养不良型1型和强直性营养不良2型(也称为PROMM)

 

外FSHD研究机构

 

 


 

Friends of FSHD research 是美国非盈利FSHD组织,其任务是加快发现将治疗或治愈FSHD的方法。为了实现我们的目标,我们积极支持药物发现的研究。我们的董事会,工作人员,志愿者和世界一流的科学家完全致力于透明,可重复的实验研究。

 


 

FSH society 是1991年由两名FSHD患者成立的美国善机构,致力于资助科学研究和支持患者教育和外展活动。该组织是由基层患者,临床医师和研究人员组成。目前拥有最多的FSHD患者登记。

 

 

FSHD Global Research 是澳大利亚非营利组织,成立于2007年,由澳大利亚知名的商人,慈善家和FSHD患者Bill Moss AM组成。该基金会的成立是为了应对全球FSHD研究速度缓慢的状况,以及对FSHD及其家人和朋友的生活带来的影响。FSHD全球公司成立,用于资助医疗研究资助,并向FSHD患者及其家属提供帮助,并对FSHD的医务人员进行资助。医学研究资助的目的是为FSHD创造更好的研究发展并找到治疗方案。

 


 

FSHD Stichting 成立于1997年6月,总部位于荷兰,其任务是激励,协调和资助FSHD的研究,以开发FSHD治疗。我们资助与研究人员一起开发的研究战略的研究项目,并在所谓的“解决方案”中总结。任何来自世界任何地方的研究人员都可以通过填写可从网站上下载的申请表来申请资助。我们一直在为研究项目提供资金,发布文件,研究人员的培训,最近我们也决定资助荷兰病人登记计划的创建

 


 

 The Chris carrinoFoundation For FSHD 克里斯·卡里诺(ChrisCarrino)是NBA布鲁克林网队的长期解说员,他自己也受到FSHD生活影响的影响。位于纽约市的FSHD克里斯·卡里诺基金会是一个美国非营利组织,致力于通过资助科学研究来改善受FSHD患者的生活,努力找到治疗方法并最终治愈这种疾病。

自2011年以来,这个不断发展的组织已经提高了研究人员对于FSHD研究的意识并为FSHD研究募集了数百万美元。最近资助的项目包括建立一个FSHD动物模型,用于治疗发展,并为一名专注于开展FSHD治疗的博士后研究人员提供资金。其他项目包括一项奖学金计划,旨在奖励和激励年轻人勇于追求梦想,尽管他们的被诊断为FSHD。

 

 


 

 FSHD Canada Foundation 总部设在卡尔加里的FSHD加拿大基金会有一个单一的目标,即帮助为受FSHD的加拿大患者尽快找到治疗方案。为了实现这一目标,基金会旨在与所有加拿大研究机构合作,使他们加入到FSHD研究中,并为寻求治愈所需的关键研究资金征求财政支持。然后,基金会将使用这些资金来支持加拿大和世界各地的FSHD研究。

最近资助的研究包括:在小鼠中产生受FSHD影响的人类肌肉,用于测试治疗策略,鉴定对DUX4沉默重要的染色质修饰基因,鉴定从D4Z4阵列产生的RNAs,以及从FSH患者肌肉细胞衍生诱导多能干细胞。

 

 

临床药物最新消息

 

 


 

ACE-083 是一种局部活性药物,可用于局部肌肉损失疾病,如肌营养不良,在面肩肱型肌营养不良肌营养不良症(FSHD)。ACE-083旨在提高特定目标肌肉的力量和功能,以改善患者的功能和生活质量。

 

ACE-083通过结合和抑制TGF-β蛋白超家族中的选择性蛋白质来负调节(减少)肌肉生长,如激活素和肌生成抑制素(GDF8)。这被认为是增加肌肉的肌肉质量和强度在肌肉中的药物被施用。未经治疗的肌肉或其他器官不受影响,减少全身副作用的可能性。目前在美国12个医院和加拿大2个医院在进行药物第二阶段试验中。

 

Facio Therapies

6月20日(当地时间)宣布,已经从由澳大利亚,欧洲和北美的受FSHD影响的家庭组成的全球投资集团筹集了480万欧元(约540万美元)的股本融资; 法国患者组织AmisFSH; 和Facio的药物发现合作伙伴位于德国的Evotec。Facio将利用这笔资金的收益,进一步加快与Evotec密切合作,选择临床前候选药物。

 

在2017年3月,Facio宣布已经验证了超过300种化合物(所谓的“命中”),其抑制来自FSHD患者活组织检查的培养肌肉细胞中肌肉毒性DUX4蛋白的产生。骨骼肌中DUX4的过度表达是FSHD的致病原因。在没有FSHD的人群中,DUX4的产生受到肌肉细胞调控机制的抑制。Facio的目标是开发尽可能恢复这种调控抑制机制的方法。