基因檢測
基因檢測
小兒癲癇的基因檢測
小兒癲癇的基因檢測

  遺傳變異是癲癇病因的主要貢獻。早期識別癲癇患者的致病性遺傳變異對于提供準確的預后和優化管理非常重要,包括在出現靶向藥物時應用精密醫學。幸運的是,隨著測試方法變得更加復雜和廣泛可用,識別癲癇病遺傳原因的能力正在提高。由于技術和知識庫的快速變化,醫生通常不確定什么時候考慮進行基因檢測,哪些檢測應訂購,如何在可用的檢測類型中確定優先級以及如何解釋結果。對于照顧小兒患者的神經科醫師而言,這種情況尤為重要,因為他們更需要進行基因檢測。這篇綜述概述遺傳性癲癇和小兒癲癇的基因檢測,并試圖解決試圖確定兒童癲癇病因的臨床醫生所面臨的實際挑戰。癲癇是反復發作的誘因。一個發育典型的6歲女孩,通過單一藥物可以輕松控制年齡受限的癲癇發作,而非言語,非臥床的6歲女孩由于CDKL5而多次服用藥物,但每天都會發作突變都患有癲癇病,但癲癇病在癲癇發作類型,治療,合并癥和結局方面均存在很大差異。鑒于這種明顯的異質性,癲癇病被認為是條件的集合,即“癲癇病”。家庭和雙生子研究已經驗證了長期持有的信念,遺傳學起著在癲癇病因中起主要作用。確實,即使是在腦外傷,中風,感染等情況下發生的癲癇病,遺傳背景也可能影響癲癇病的發展。
   從廣義上講,遺傳性癲癇包括以癲癇為特征的遺傳變異引起的任何疾病。在某些疾病中,癲癇病是標志性表現或唯一的臨床表現,而在另疾病中,癲癇病是表型的更多可變成分。從良性自限性癲癇病到早期發作的癲癇性腦病,其嚴重程度范圍很大。這些疾病的遺傳損害涵蓋從異常染色體數目到離散核苷酸取代的連續范圍。有很多方法可以通過遺傳機制,遺傳模式,病理生理以及相關的特征和結果來概念化對癲癇病的遺傳影響。過去幾年中,在了解癲癇病遺傳基礎方面的許多進步來自對導致嚴重癲癇病的單個基因罕見的從頭變異的鑒定。在患病的兒童中,單個基因拷貝中的新遺傳事件足以引起嚴重的癲癇和神經發育障礙。已知的基因通常會編碼離子通道,神經遞質受體,與突觸小泡功能有關的蛋白質和細胞內信號分子。該基因的一個拷貝中的遺傳變化通過顯性機制改變神經元發育或生理機能,導致癲癇。單等位基因遺傳變異也可導致罕見的顯性遺傳家族性癲癇,通常具有良好的神經發育軌跡。事實上基因產生表型譜,它包括兩個顯性遺傳條件和嚴重從頭癲癇和Dravet綜合征;KCNQ2導致良性家族性新生兒驚厥和KCNQ2腦病。皮質畸形的許多疾病表現為影響整個大腦皮質的主要疾病。然而,由合子后基因突變影響細胞亞群引起的體細胞變異的作用日益被認為是與癲癇相關的腦畸形的原因。特別是,導致mTOR信號通路高度激活的突變會引起一系列的大腦過度生長和發育不良,從大頭畸形綜合征到半大頭畸形再到局灶性皮質發育不良,即mTORopathies。病變的程度反映誘變的時機,后來的突變影響了細胞系的日益有限。在結節性硬化癥復合體的情況下,遺傳是常染色體顯性遺傳,但塊莖是由TSC1或TSC2的合子后互補性二次打擊產生的,因此在病變水平上在細胞水平上表現為隱性。與X染色體上的基因相關的癲癇病表現出多種性別相關的表型模式。ARX的變異是神經元間發育的重要轉錄因子,會引起男性的West綜合征和Ohtahara綜合征,并且可能被遺傳為X連鎖隱性疾病。FLNA突變會導致女性癲癇發作與腦室周圍結節異位癥相關。由于半合子條件對子宮內的雄性具有致命性,因此該條件被遺傳為X連鎖顯性遺傳。PCDH19會導致女性癲癇發作,并且對溫度升高高度敏感。該基因位于X染色體上,并且推測癲癇會在女性中出現,因為隨機的X滅活導致PCDH19+和PCDH19-神經群體不相容。X失活在DCX突變的不同表現形式中起作用,引起男性的腦干性畸形,但在女性中則存在皮層下帶異位癥,因為大約有一半的細胞被用來生成大腦皮層。
   隱性癲癇發作往往很嚴重,通常是進行性的,并隨著時間的流逝而伴有神經系統的惡化。疾病可能是由于疾病等位基因的純合性引起的,其機會是由于血緣關系或來自單個親本的兩個等位基因的異常遺傳而增加,或者可能是由于兩個不同疾病等位基因的偶然配對引起的或一種具有從頭突變的疾病等位基因的補充。許多是先天性代謝錯誤,包括癲癇病作為更廣泛表型的一部分。酶或輔助因子的嚴重缺乏通常會引起“代謝異常”。這些包括最初的癲癇病,其中針對癲癇發作病因的專門治療已成為確定的一線治療方法。隨著癲癇遺傳學的不斷發展,對癲癇病機制的進一步了解將為所有癲癇病提供類似的靶向治療方法。重要的是,并非所有與癲癇相關的代謝性疾病都表現為常染色體隱性遺傳病。Glut-1缺乏綜合征是由SLC2A1的雜合變異導致的,該變異編碼主要的CNS葡萄糖轉運蛋白。患者的特點是腦脊液葡萄糖含量低,糖尿不足。已經描述從嚴重的早期發作性癲癇到早期失神性癲癇和較輕的家族性癲癇的驚人表型范圍。生酮飲食成功地使中樞神經系統的新陳代謝從葡萄糖轉移到了酮體,并被認為是護理的標準。肌纖維性癲癇發作伴有紅衣衫fibers的纖維是由于線粒體DNA的變異,這是母體遺傳的。異質性,給定細胞內多種基因型的存在以及不同組織中線粒體DNA變異的分布使測試變得復雜。大于1kb的DNA片段的缺失或重復是由于染色體同一區域內相似DNA片段之間的非等位同源重組事件或DNA復制錯誤引起的。拷貝數變化并不總是病理性的,并且存在于普通人群中。而其他CNV則在無關的個體的DNA的同一區域中觀察到。這些區域被稱為“基因組熱點”。CNV可能通過缺失或復制已知的癲癇基因而導致癲癇,可能包括癲癇基因以及其他連續基因,或者可能包含許多連續基因,并引起復雜的癥狀,有時涉及多個器官系統,獨特的面部特征和合并性智力障礙。
   國際性癲癇病聯盟將特發性全身性癲癇病,例如兒童期癲癇病和青少年肌陣攣性癲癇病歸為GGE,因為雙胞胎和家庭研究都強調遺傳學在這些常見癲癇病因中的作用。基因組熱點中罕見的經常性微缺失具有一定的風險-在15q13.3的情況下具有相當大的風險-但僅在少數情況下才發現。在人群水平上,復發性微缺失可能占遺傳性廣義癲癇風險的3%。CNV自身不足以引起癲癇,它們也是多效性的,與精神分裂癥,智力殘疾和自閉癥有關。與上面討論的罕見單基因病類似,與癲癇性腦病相關的基因中的超罕見變異已被證明在一部分全身性癲癇和局灶性癲癇病例中起作用。在全基因組關聯研究中,很難證明受常見變異影響的證據,并且相對較少的基因座,每個基因座都貢獻有限。因此,盡管有明確的遺傳貢獻證據,但迄今為止,對于GGE以及散發性和非孟德爾性局灶性癲癇的遺傳風險相對較少。同樣,對于獲得性癲癇,易感遺傳因素仍然未知。ILAE遺傳學委員會建議根據ACCE框架權衡基因檢測的風險和收益。分析有效性是指測試的準確性,并且與測試本身的固有局限性有關。臨床有效性是指在所考慮的情況下測試的預測價值,這與所選人群,從基因型預測表型的局限性以及特定表型將表現出來的可能性有關。臨床效用包括診斷會影響管理的方式。倫理,法律和社會影響包括結果可能影響患者和家人的其他方式。與有效性有關的方面將在下面詳細討論。臨床用途不僅包括遺傳診斷如何影響治療決策,還包括它是否可能揭示需要特殊監測和管理的潛在合并癥并減少與正在進行的診斷性征兆相關的測試。診斷可以識別高危家庭成員,并可以告知生殖決策。重要的是,進行基因診斷通常會為父母提供機會,讓他們有共同的經驗,并有機會更有力地倡導自己的孩子或所有與孩子共享孩子的孩子。診斷。基因診斷可以減輕父母的焦慮和內感。然而,遺傳診斷也存在風險,包括對患者和家人的污名和歧視增加的擔憂。可能會出現負面或不確定的結果,以及偶然發現的結果。如果他們陷入特殊狀況并做出不同的診斷,家庭可能會遭受損失。錯誤的親子關系可能會導致災難性后果。拒絕保險和基因檢測的自付費用是醫師報告訂購檢測的最大障礙。在測試之前,必須仔細解釋進行基因檢測的這些風險和益處,并且必須征得同意。研究表明,人們對基因檢測及其對家庭的利益和危害的潛力有著截然不同的看法。個性化醫學需要個性化咨詢,并推薦給接受過這些復雜對話培訓的遺傳咨詢師或臨床遺傳學家。同樣,測試后咨詢會議對于家庭將結果放到背景中至關重要。
   遺傳診斷以表型評估開始和結束。癲癇表型涉及對孩子的全面了解,包括具有至少三代血統的家族史,神經放射學發現以及神經系統外先天性畸形和合并癥以及孩子的神經發育軌跡及其與癲癇年齡的關系。發作。癲癇表型包括腦電圖背景隨時間的演變,癲癇發作類型,癲癇發作模式以及發作的觸發因素或背景。應該特別提到癲癇發作的符號學,這可能會給病因學帶來獨特的暗示。在某些情況下,通過仔細的表型分析呈現的總體臨床情況可以快速識別遺傳性癲癇病,從而可以在返回基因檢測之前進行靶向治療。臨床表型存在局限性,因為同一基因的變異通常會引起一系列表型,稱為可變表達性或表型異質性,而不同基因可能表現出相似的表型,稱為基因座或遺傳異質性。我們對基因型和表型的理解是動態的,并且隨著時間的流逝,由給定基因變異引起的表型光譜趨于擴大。另一方面,提高根據基因型解析患者群體的能力,從而使人們對以前集中在一起的患者的表型差異有更細致的認識。從實踐的角度來看,患者通常屬于重疊的表型譜,這是由于幾種可能的候選基因之一的變異引起的。簡而言之,通常在病因不明的早期發作性難治性癲癇以及癲癇表型引起特定臨床癥狀的情況下,進行專門的實驗室測試,以分析血清,尿液和CSF以及MR光譜,以評估先天性代謝錯誤。懷疑。這些代謝研究可以迅速提供診斷,從而影響管理。
   基因檢測方式的差異部分在于所評估的遺傳病變的規模。細胞遺傳學研究評估可能跨越許多基因的DNA片段的重復或缺失。在核型分析的情況下,變化必須足夠大,才能用光學顯微鏡結合專門的染色技術進行檢測。核型分析是目前檢測染色體重排的最佳方法,對于鑒定父母平衡易位作為基因咨詢目的拷貝數變異的來源尤其重要。在診斷上,核型已被染色體微陣列所取代,后者通常可確定分辨率低于100-300kb的CNV。提供基本水平解析的測序技術目前無法替代細胞遺傳學技術提供的有關拷貝數的信息。如果首先進行測序而沒有發現,則應考慮使用微陣列。單核苷酸多態性微陣列具有揭示不存在雜合性的DNA片段的額外能力,這表明父母血緣關系或單親二體性,這種情況會加劇這些區域的純合性導致隱性疾病的可能性。下一代測序包含導致DNA序列高通量分析的一系列技術。與對單個短DNA片段進行測序的Sanger測序相反,NGS在數百萬個短DNA片段的并行測序中非常龐大。該方法包括首先將DNA分成片段,然后使用幾種技術之一對每個片段進行擴增和測序。然后將數以百萬計的短序列讀取結果與參考基因組進行比對。給定基本位置的讀取次數稱為“覆蓋深度”。NGS可以更快,更便宜地用于測序一組基因,外顯子組由所有20,000個基因的編碼區組成,占基因組的1-2%,DNA的片段更難擴增和測序,因此整個外顯子組覆蓋率通常約為90%。但基因的覆蓋率很低,而另一些基因覆蓋率卻高達100%。相反,基因組試圖確保出色的讀取深度,包括側翼內含子序列,并可能通過補充Sanger測序和雜交方法來評估基因內的缺失和重復。單基因檢測使用Sanger測序,該技術仍然是確認NGS發現的金標準。如果負責的基因覆蓋不充分,則整個外顯子組測序可能會遺漏致病變異。但如果不包括相關基因,則專家組將漏診。在確定如何在兩項研究之間確定優先級時,應考慮覆蓋范圍和深度之間的潛在權衡,表型再次起著至關重要的作用。公司通過向小組提供反身的完整外顯子組測序來在某種程度上避免了這一難題。整個基因組犧牲了深度,卻以覆蓋整個基因組為代價,目前還沒有廣泛用于臨床。
   在某些情況下,可能需要專門測試。脆性X綜合征的FMR1啟動子中的CGG重復擴增最好通過基于PCR的分析進行評估。Angelman綜合征可能是由15q11.2-q13的從頭缺失,由父本單親二倍體影響15號染色體這一區域,由印記缺陷或UBE3A的從頭突變引起的。因此,最推薦的方法是從甲基化測試開始,該測試將在約80%的病例中檢測到鄰近的甲基化母體基因座的丟失。如果結果是肯定的,那么分子細胞遺傳學技術就可以區分15號染色體的父親單親二體性和印記缺陷。如果甲基化結果為陰性,則序列分析可以評估UBE3A的變異性。這些專門的應用提供在基因檢測方法中表型重要性的另一個例子。非因腦損傷而患有癲癇病的患者應考慮進行基因檢測;然而,在實踐中,家庭可能愿意將兒童的癲癇癥歸咎于頭部外傷或圍產期事件,并且可能的遺傳基礎被低估了。甚至提供者也可能會誤以為是這種錯誤歸因,例如認為實際上是遺傳性病變引起的圍產期腦病是由于缺氧缺血性損傷引起的。此外,有時獲得性病變本身是遺傳變異的結果。在遺傳性癲癇患者中,基因檢測的診斷率隨發病年齡和嚴重程度而異。基因發現在揭示具有確定性作用的變體方面最成功。由于它們的效力,這些變體很少見,導致的癲癇病也很嚴重。在散發性,嚴重的癲癇發作中,早期測序的下一代測序的診斷率最高。基因面板和整個外顯子組產量最近的報告是重癥患者癲癇17-33%和接近58%時的發作是在新生兒期。癲癇的染色體基因芯片檢測報告的3-10%陽性率在具有畸形特征,先天性畸形,智力殘疾,自閉癥譜系障礙或有反復流產史的母親中更高。對于常見的癲癇病,例如GGE,基因檢測的診斷率通常要低得多。
   變異是患者序列和參考基因組之間的差異。已知某些變體會引起疾病,而某些變體是良性的或意義不明確。對于給定的個人,WES將檢測20,000–24,000個變體,其中大多數被認為是良性的。同時測試父母和患者的散發性癲癇病可以確定從頭變異,這更可能是致病性的。致病性突變包括移碼,小的插入或缺失,剪接位點突變以及無義或非同義的錯義突變,這些突變導致與疾病相關的3700個基因中的1個的基因產物發生有害變化。相反,要報告致病性或可能的致病性,必須知道受影響的基因會引起患者的表型。變異的性質及其功能后果應與疾病的遺傳機制相匹配。諸如ClinVar之類的已知變體的數據庫雖然不完整且不完善,但是隨著信息的更新,數據庫正在積極地進行管理。通常預期在正常對照的大型數據庫中不存在致病突變。遺傳致病突變應與受影響的家庭成員隔離。沒有足夠的致病性證據的變異體可能被報告為“意義不確定的變異體”。將患者的表型歸因于意義不確定的變體非常困難。誘人的假設是癲癇患者的癲癇基因變異不可能僅僅是巧合。關于如何權衡變體的致病性的遺傳證據的平衡的建議指南已經出版,是有用的資源。臨床有效性由表型指導。在某些情況下,結果可能會導致重復的表型表征,促使進行生物標志物測試,重新評估家族史或重新檢查表型,以確認推定的遺傳診斷為目標。請臨床遺傳學家協助可能會有所幫助。另外,轉診到專門的基因癲癇診所可以提供一種測試,解釋和解釋基因檢測結果的方法,包括新診斷和有問題的診斷,以及提供最新的治療建議,遺傳咨詢和研究并支持網絡推薦。
   測試結果陰性并不意味著患者沒有癲癇病的遺傳病因,甚至可能并不意味著患者沒有基于表型的特定遺傳病因。測試前咨詢對于設定期望至關重要,包括測試的局限性以及我們對結果的理解的動態局限性。陰性結果必須在表型的背景下進行解釋。在具有臨床診斷標準的獨特癲癇病中最清楚地說明了這一點。如果患者符合結節性硬化復合物的臨床標準,則無論遺傳檢測結果如何,他們都將患有TSC。更關鍵的是,陰性基因檢測不能否定明確的新陳代謝發現來診斷特定的先天性新陳代謝錯誤。如前所述,測試方法的固有局限性,人為錯誤和理解的局限性可能會帶來負面結果。在一系列具有吡醇依賴性癲癇病的患者中,僅通過測序檢測到ALDH7A1的單個致病變異,就可以確定大多數是由于基因內重組事件而在其他等位基因中具有離散的外顯子缺失。測序遺漏了該發現,因為僅對未刪除的外顯子進行測序,而沒有有關外顯子拷貝數的信息。定制的微陣列方法檢測到缺失的外顯子。最近,有報道28例SCN1A的Sanger測序假陰性的原因。盡管存在技術限制,但由于人為錯誤而錯過大多數。在強烈懷疑特定狀況的情況下,值得將這些懷疑告知進行測試的實驗室,在訂購測試之前,肯定在收到負面結果之后,因為可能會執行其他測試或分析。這種情況類似于向神經放射科醫生傳達懷疑,對研究進行適當的協議并引起了關注,從而最大程度地發揮了研究的作用。
   鑲嵌是導致負面測試的原因,值得特別提及。雖然基因檢測的最高產量是從頭變異產生的嚴重癲癇病,但新的遺傳事件的發生時間會影響檢測的可能性。如果配子中已經存在該突變,則所有受影響的個體細胞都將包含該變異。在發育的逐漸后期,合子后突變影響細胞譜系的日益受限。通常在血液上進行的基因檢測可能與大腦沒有相同的變異體,無法被檢測到。如果讀取深度足夠高,則有可能檢測到鑲嵌現象。NGS的檢測限可能低至5%。染色體微陣列對馬賽克的檢測也有類似的限制。這個限制也適用于父母的檢測,未檢測到的種系鑲嵌的可能性會影響估計復發率的遺傳咨詢。跨組織的可變異質性在線粒體基因疾病中提出了類似的挑戰。最后但并非最不重要的一點是,很明顯,關于復發性癲癇發作的遺傳易感性還有很多要學的知識,在基因和變體水平上知識的局限性是鑒定病因的最大挑戰。我們的知識不是一成不變的,隨著該領域的不斷發展,曾經是負面的研究可能會變成正面的。理想情況下,應該有一種利用最新信息來分析未解決案件的方法。由癲癇研究公民聯合會贊助的癲癇遺傳學倡議提供了這種機制。可以將已取消識別的數據從測試中心傳輸到數據庫,并定期檢查序列。在外顯子組或基因組測序之前,應先討論在父母和孩子中進行次要發現的可能性。ACMG發布了有關報告基因列表變體的建議,其中認為在報告與測序指征無關的結果方面有足夠的臨床效用。該列表是可變的,通過建立的過程隨著時間的推移更新列表而不斷發展,并隨著可用證據的發展而變化。實驗室可以選擇不報告這些發現。與測試指示的陰性測試結果一樣,缺少這些可報告變異的證據并不等同于沒有相關條件的風險。這些考慮再次突顯基因檢測前后基因咨詢的重要性。全國遺傳咨詢師協會也有一個提供有用資源的網站。有效的癲癇基因變異通常是從頭開始的,并導致癲癇發作較早。一組重疊基因的變異會導致罕見的孟德爾家族性癲癇。目前,在這些患者組中,基因檢測的產率最高。常見的家族性和散發性癲癇的遺傳基礎是復雜的,而且很大程度上未知。同樣,對獲得性癲癇的遺傳貢獻仍然是一個謎。從頭到尾的基因檢測均以臨床表型為指導,從而影響進行測試的決定,測試方法和變體解釋。染色體微陣列技術和下一代測序在評估遺傳病因中起互補作用。在測試之前,必須仔細考慮風險和收益,并以個性化的方式與家人進行討論,并應返回測試結果以及對其全部含義的解釋。通過與EGI等研究工作的合作,將有助于癲癇病向精準醫學的發展。我們預計小兒癲癇患者的護理將越來越依賴基因分析和靶向治療方法。

 
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