【佳學(xué)基因檢測】癲癇基因檢測新要求

重復(fù)序列擴(kuò)增（Repeat Expansions）基因檢測

短串聯(lián)重復(fù)序列（short tandem repeats, STRs） 是由短DNA序列重復(fù)組成的結(jié)構(gòu)，廣泛分布于人類基因組中，數(shù)量達(dá)到數(shù)萬個。它們過去常被用作遺傳連鎖分析中的遺傳標(biāo)記。其中有大約 40個短串聯(lián)重復(fù)序列 顯示出擴(kuò)增現(xiàn)象，并與某些疾病相關(guān)。

所謂的重復(fù)序列擴(kuò)增是指患者體內(nèi)某些重復(fù)序列的拷貝數(shù)量顯著增加。具體的致病機(jī)制尚不完全相同，但在一定程度上與重復(fù)序列的類型有關(guān)。常見的機(jī)制包括 RNA毒性，即重復(fù)序列會結(jié)合轉(zhuǎn)錄因子或?qū)е碌鞍踪|(zhì)異常折疊，這些效應(yīng)尤其會影響壽命較長的神經(jīng)細(xì)胞。

短串聯(lián)重復(fù)擴(kuò)增主要導(dǎo)致神經(jīng)系統(tǒng)疾病。

目前，已有6種重復(fù)擴(kuò)增被證實(shí)可引起癲癇，主要集中在以下兩種癲癇疾病類型中：

1. Unverricht–Lundborg型進(jìn)行性肌陣攣癲癇，也稱為 EPM1（癲癇，進(jìn)行性肌陣攣性 1A 型），由一種隱性重復(fù)擴(kuò)增引起，位于啟動子區(qū)，重復(fù)基序?yàn)?12個堿基（CCCCGCCCCGCG），位于 CSTB基因中。

2. 家族性成人肌陣攣性癲癇（FAME），由大量擴(kuò)增的內(nèi)含子五聚核苷酸重復(fù)序列引起，目前已有5個相關(guān)基因座被報(bào)道，即 FAME1–3 和 FAME6–7。

EPM1 的重復(fù)擴(kuò)增最早于 1997年 被描述；FAME 中不同亞型的重復(fù)擴(kuò)增則分別在 2018年（FAME1、6、7） 和 2019年（FAME2、3、4） 被發(fā)現(xiàn)。

有趣的是，FAME 可以被視為進(jìn)行性肌陣攣性癲癇臨床譜系中的輕度極端表現(xiàn)形式。目前為止，已鑒定出的所有6種癲癇相關(guān)重復(fù)擴(kuò)增，均聚集于這一臨床亞型。

EPM1 和 FAME1 都表現(xiàn)出 創(chuàng)始人效應(yīng)（founder effects）：

EPM1 存在多個創(chuàng)始人效應(yīng)，包括在芬蘭和留尼汪島中發(fā)現(xiàn)的情況。FAME1 則表現(xiàn)出日本的創(chuàng)始人效應(yīng)，已有至少 60 個家族被報(bào)道。此外，佳學(xué)基因通過基因解碼發(fā)現(xiàn)，這種重復(fù)擴(kuò)增具有廣泛的地理分布范圍，遍及整個亞洲；目前，**SAMD12 基因中的 FAME1 重復(fù)擴(kuò)增（均有相同核心單倍型的證據(jù)）**已在中國、斯里蘭卡和印度的家族中被報(bào)道。

這些新發(fā)現(xiàn)已經(jīng)促成了數(shù)百名患者的基因確診。隨著這類研究成果的傳播，以及其他相關(guān)重復(fù)擴(kuò)增的識別，有望對孟德爾型癲癇的分子診斷產(chǎn)生重大影響，可能將惠及成千上萬的患者。此外，重復(fù)擴(kuò)增還代表著一種可用于精準(zhǔn)治療的遺傳病變。近期關(guān)于亨廷頓病反義寡核苷酸療法成功完成 II 期臨床試驗(yàn)的報(bào)道，也為針對癲癇中類似重復(fù)擴(kuò)增的精準(zhǔn)治療帶來了希望。

目前重復(fù)擴(kuò)增最為豐富的疾病類型是共濟(jì)失調(diào)癥，而這些疾病與癲癇之間存在表型重疊。例如 ATXN1（是癲癇 GWAS 的一個命中基因），它本身就包含一個編碼區(qū)重復(fù)擴(kuò)增，能導(dǎo)致脊髓小腦性共濟(jì)失調(diào)1型（SCA1）。這提示已知的共濟(jì)失調(diào)相關(guān)重復(fù)擴(kuò)增可能在癲癇中也作為風(fēng)險因素存在——這一假設(shè)有待未來研究驗(yàn)證。至少，在癲癇患者中發(fā)現(xiàn)已知的重復(fù)擴(kuò)增，可能有助于識別被忽視或未被發(fā)現(xiàn)的共濟(jì)失調(diào)癥狀，尤其是在以癲癇為主要表現(xiàn)的病例中。

直到最近，檢測重復(fù)擴(kuò)增的唯一方式仍是采用重復(fù)引物PCR或Southern blot雜交，并且每次只能針對一個位點(diǎn)進(jìn)行檢測。這些方法在大規(guī)模人群研究中因成本和操作難度高而不可行。過去幾年里，研究人員開發(fā)了若干計(jì)算方法，可以在全基因組測序（WGS）或外顯子測序（WES）數(shù)據(jù)中識別重復(fù)擴(kuò)增。這些算法能夠應(yīng)用于任何癲癇患者的已有測序數(shù)據(jù)中，檢測 EPM1 和 FAME 的內(nèi)含子重復(fù)擴(kuò)增。

這一技術(shù)進(jìn)展使得包括 Epi25 等大型癲癇隊(duì)列在內(nèi)的隊(duì)列研究中，能夠檢測已知和新的重復(fù)擴(kuò)增變異。目前，已知與未知的重復(fù)擴(kuò)增在解釋常見癲癇“缺失的遺傳力”方面的作用仍未被充分研究。隨著算法的不斷優(yōu)化和長讀長測序（long-read sequencing）的普及，預(yù)計(jì)將發(fā)現(xiàn)更多重復(fù)擴(kuò)增，也將使其成為癲癇常規(guī)分析流程的一部分。

多基因風(fēng)險評分（Polygenic Risk Scores, PRS）

多基因風(fēng)險評分（PRS）是一種用于個體層面疾病風(fēng)險預(yù)測的加性模型，基于個體的基因分型數(shù)據(jù)（可以來自SNP芯片或全基因組測序）計(jì)算得出。該模型的回歸系數(shù)主要來源于全基因組關(guān)聯(lián)研究（GWAS）。

最近的癲癇 GWAS 已識別出 16個癲癇相關(guān)基因座，顯著提高了 PRS 在捕捉由常見變異引起的癲癇遺傳風(fēng)險的能力。

PRS 的潛在應(yīng)用場景包括：

• (a) 預(yù)測個體的發(fā)病風(fēng)險；

• (b) 估算遺傳力（包括“缺失的遺傳力”），以揭示疾病的遺傳復(fù)雜性；

• (c) 通過孟德爾隨機(jī)化（Mendelian Randomization）研究因果關(guān)系——即利用一個性狀的PRS預(yù)測另一個性狀的PRS，通過等位基因的隨機(jī)分布，能夠得出因果關(guān)系而非僅限于相關(guān)性。目前該方法廣泛應(yīng)用于復(fù)雜性狀研究中，有助于識別潛在驅(qū)動的生物機(jī)制。

隨著癲癇的第一個真正有預(yù)測力的 GWAS 的問世（及其構(gòu)建的 PRS），研究者現(xiàn)在可以利用 PRS 檢驗(yàn)多種癲癇相關(guān)假設(shè)。例如，國際抗癲癇聯(lián)盟（ILAE）復(fù)雜癲癇聯(lián)盟通過連鎖不平衡評分回歸（LD score regression）發(fā)現(xiàn)，癲癇與精神分裂癥、雙相障礙、自閉癥等神經(jīng)精神疾病的遺傳風(fēng)險幾乎沒有重疊，而這些神經(jīng)精神疾病彼此之間卻共享較多遺傳風(fēng)險。

此外，這些 GWAS 數(shù)據(jù)還可以與 UK Biobank 等其他數(shù)據(jù)結(jié)合，利用孟德爾隨機(jī)化框架推斷癲癇的可能致因機(jī)制。

癲癇 PRS 的研究仍處于起步階段。最近一項(xiàng)大型研究在來自歐洲血統(tǒng)的高質(zhì)量表型隊(duì)列中驗(yàn)證了早期發(fā)現(xiàn)，但在其他族群或表型不準(zhǔn)確的隊(duì)列中，重復(fù)結(jié)果較弱。雖然 PRS 在臨床應(yīng)用上具有前景，但其有效性需要對表型質(zhì)量和族群差異給予特別關(guān)注。

寡基因模型（Oligogenic Models）

寡基因模型是指某一遺傳風(fēng)險需要多個等位基因共同作用才能顯現(xiàn)。這包括修飾基因（modifier gene）和基因互作（epistasis）模型，即每個單獨(dú)變異本身不致病，只有兩者同時存在時才增加發(fā)病風(fēng)險。

正如前文所述，目前的遺傳數(shù)據(jù)分析方法通常只關(guān)注加性風(fēng)險，或通過過濾排除了一些可能具有寡基因作用的變異（例如高頻修飾變異）。此外，GWAS 不評估互作效應(yīng)，因?yàn)檫@將產(chǎn)生龐大的模型組合，導(dǎo)致多重比較帶來的嚴(yán)重統(tǒng)計(jì)懲罰。

盡管存在挑戰(zhàn)，但寡基因模型在癲癇中極具吸引力，目前已有若干初步證據(jù)表明其重要性：

1. 人類已知的高度外顯的單基因癲癇變異，如 GABAA 受體 γ2（R43Q）變異，在不同純合小鼠品系中表現(xiàn)出對熱性發(fā)作的不同易感性，提示基因背景中存在其他修飾因子——這是一種罕見變異與常見背景共同構(gòu)成復(fù)雜風(fēng)險的例子。

2. 生物學(xué)機(jī)制也支持寡基因模型。例如，多個癲癇基因編碼離子通道亞基，如電壓門控鈉通道（SCN1A、SCN1B）、鉀通道（KCNQ2、KCNQ3）和配體門控通道（CHRNA4、GABRG2、GABRA1）等。這些亞基之間的變異可能在單獨(dú)時無致病性，但聯(lián)合時可導(dǎo)致癲癇，屬于表觀遺傳交互作用的一個實(shí)例。

SCN8A 也已被證明對 SCN1A 雜合敲除小鼠癲癇模型具有修飾效應(yīng)。

如 Epi25、Epi4K、ILAE等大型癲癇隊(duì)列將允許檢驗(yàn)特定的寡基因假設(shè)。但由于要測試的模型數(shù)量巨大，無法在全基因組范圍內(nèi)進(jìn)行窮舉分析。這類假設(shè)也可借助小鼠模型或 深度突變掃描（deep mutational scanning）**等技術(shù)進(jìn)一步驗(yàn)證。

佳學(xué)基因觀點(diǎn)

過去十年，癲癇遺傳學(xué)取得了巨大進(jìn)展，這進(jìn)展主要得益于：

• 測序技術(shù)和計(jì)算方法的革新；

• 多個大型國際合作項(xiàng)目的建立。

一個重大突破是在癲癇性腦?。―EE）中的分子遺傳學(xué)研究——這一類長期被認(rèn)為是由圍產(chǎn)期因素引起的疾病，如今已確認(rèn)其與新生突變（de novo）密切相關(guān)。

此外，對兩大常見癲癇類型（局灶性癲癇和廣泛性遺傳癲癇 GGE）的遺傳機(jī)制也有了重大認(rèn)識：

• 非獲得性局灶癲癇主要由稀有變異引起；

• 而 GGE 的遺傳風(fēng)險主要來源于常見變異。

目前，研究人員也在開發(fā)新的分析方法，例如：

• 單細(xì)胞 RNA 測序技術(shù)，可在單細(xì)胞水平描繪基因表達(dá)，識別不同細(xì)胞群、揭示調(diào)控關(guān)系、追蹤發(fā)育軌跡。將其應(yīng)用于來自手術(shù)或尸檢的癲癇腦組織，可能有助于解析發(fā)病機(jī)制。

多個正在進(jìn)行的大型國際合作項(xiàng)目將進(jìn)一步深化對癲癇遺傳圖譜的認(rèn)識。已有的數(shù)千名癲癇患者測序或基因分型數(shù)據(jù)，可以與 ENCODE、UK Biobank、GTEx 等大數(shù)據(jù)庫聯(lián)合分析，甚至對比其他疾病以識別共享機(jī)制。

目前在癲癇遺傳學(xué)方面的成果已開始影響臨床實(shí)踐。檢測到癲癇致病變異對于疾病預(yù)后評估、遺傳咨詢和臨床管理至關(guān)重要，也為個體化治療（包括藥物再利用或新療法開發(fā)）提供了基礎(chǔ)。

多基因風(fēng)險評分（PRS）也可能即將進(jìn)入臨床階段，有望結(jié)合常見變異和稀有變異，更全面地管理癲癇患者。