【佳學(xué)基因檢測】白化病基因檢測找到遺傳或者不遺傳的原因！

白化病基因檢測在解析其遺傳原因方面起著至關(guān)重要的作用。白化病作為一種經(jīng)典的遺傳性疾病，主要通過基因檢測來確認是否存在與色素合成相關(guān)的基因突變，從而找到遺傳或者不遺傳的原因。以下是對這一問題的詳細分析：

白化病的遺傳機制

• 單基因遺傳?。喊谆∈且环N單基因遺傳病，這意味著其發(fā)病是由單個基因的突變所引起的。具體來說，是由于與色素合成有關(guān)的基因突變后，導(dǎo)致黑色素不能正常合成，進而引發(fā)白化病。
• 常染色體隱性遺傳：白化病主要呈常染色體隱性遺傳模式。在這種遺傳方式下，如果父母雙方都是致病基因的攜帶者（即雜合子），他們本身可能不表現(xiàn)出白化病的癥狀，但他們的子女有1/4的幾率成為純合子（即攜帶兩個相同的致病基因），從而表現(xiàn)出白化病的癥狀。
• X連鎖隱性遺傳：對于眼白化病這一特定類型，其遺傳方式為X連鎖隱性遺傳。這意味著致病基因位于X染色體上，因此男性（XY）比女性（XX）更容易患病，因為女性需要兩個X染色體都攜帶致病基因才會發(fā)病，而男性只需一個X染色體攜帶致病基因即可發(fā)病。

白化病基因檢測的作用

• 確認遺傳狀態(tài)：通過基因檢測，可以準(zhǔn)確地確定個體是否攜帶白化病的致病基因，以及是雜合子還是純合子。這對于預(yù)測個體的遺傳風(fēng)險、制定生育計劃以及進行產(chǎn)前診斷具有重要意義。
• 指導(dǎo)臨床治療：了解白化病的遺傳機制后，醫(yī)生可以根據(jù)患者的基因檢測結(jié)果來制定個性化的治療方案。雖然目前白化病尚無根治方法，但基因檢測有助于醫(yī)生評估患者的病情嚴重程度、預(yù)測并發(fā)癥的發(fā)生風(fēng)險，并采取相應(yīng)的預(yù)防措施。
• 遺傳咨詢：對于攜帶白化病致病基因的個體及其家庭成員，基因檢測還可以提供遺傳咨詢服務(wù)。通過專業(yè)的遺傳咨詢，可以幫助他們了解白化病的遺傳方式、發(fā)病風(fēng)險以及預(yù)防措施，從而做出明智的生育決策。

不遺傳的原因

雖然白化病是一種遺傳性疾病，但并非所有攜帶致病基因的人都會發(fā)病。這主要歸因于遺傳的復(fù)雜性和多樣性。在某些情況下，即使個體攜帶了致病基因，但由于其他基因或環(huán)境因素的作用，也可能不會表現(xiàn)出白化病的癥狀。此外，如果個體只攜帶了一個致病基因（即雜合子），他們通常也不會發(fā)病，而是成為致病基因的攜帶者。

白化病基因檢測共識性意見

白化病基因檢測是解析其遺傳原因的重要手段。通過基因檢測，可以確認個體是否攜帶白化病的致病基因以及遺傳方式，從而為遺傳咨詢、臨床治療和生育計劃提供科學(xué)依據(jù)。同時，也需要認識到遺傳的復(fù)雜性和多樣性，以及不同個體之間的差異性和不確定性。

白化病致病基因鑒定大數(shù)據(jù)分析

1208 名白化病患者接受了≤19 種白化病相關(guān)基因檢測；這些個體之間沒有血緣關(guān)系。在國際基因組協(xié)作聯(lián)盟數(shù)據(jù)庫中，又發(fā)現(xiàn)了 105 名白化病患者。該資源中還發(fā)現(xiàn)了一個由 29,497 名無血緣關(guān)系的個體組成的“對照”隊列，這些個體沒有記錄的診斷或白化病特征（圖1）。

圖：1:病例對照致病基因鑒定基因解碼思路

進行了病例對照分析，以深入了解蛋白質(zhì)編碼和調(diào)控變異（在等位基因頻率譜的常見和罕見端）對白化病的貢獻。病例隊列中的大多數(shù)參與者（1208/1313）是通過基因解碼數(shù)據(jù)庫確定的。所有這些病患都至少具有白化病的一個關(guān)鍵眼部特征，即眼球震顫或明顯的中心凹發(fā)育不全。其余 105/1313 病例是通過十萬基因組計劃數(shù)據(jù)集確定的，并被診斷為白化病或具有與部分/眼部白化病一致的表型。對照隊列包括來自基因組學(xué)十萬基因組計劃數(shù)據(jù)集的 29,497 名無關(guān)個體，其中均無白化病診斷記錄。研究了包括純合狀態(tài)的選定TYR單倍型的基因型。所指的單倍型是指由預(yù)測具有功能相關(guān)性的TYR變體組合形成的單倍型；三種變體符合針對調(diào)節(jié)（ TYR c.-301C>T）和常見蛋白質(zhì)編碼（TYR c.575C>A 和 c.1205G>A）變體設(shè)定的預(yù)定標(biāo)準(zhǔn)。使用邏輯回歸進一步分析了相關(guān)的單倍型區(qū)塊。100K_GP Genomics England 100,000 基因組計劃、eQTL 表達數(shù)量性狀基因座、MAF 次要等位基因頻率、CADD 組合注釋依賴性耗竭評分、HGMD 人類基因突變數(shù)據(jù)庫 v2021.2。TYR變體編號基于具有以下標(biāo)識符的轉(zhuǎn)錄本：NM_000372.5和 ENST00000263321.6。

為了深入了解常見變異對白化病遺傳結(jié)構(gòu)的貢獻，白化病致病基因鑒定研究了蛋白質(zhì)編碼變化的影響，這些變化具有次要等位基因頻率 [MAF] ≥ 1% 并且通過計算算法預(yù)測具有功能相關(guān)（CADD 評分 ≥ 20）。對于TYR，已鑒定出兩個這樣的變異：c.575C>A（p.Ser192Tyr）[rs1042602] 和 c.1205G>A（p.Arg402Gln）[rs1126809]。已經(jīng)記錄了這兩種變化的多種關(guān)聯(lián)，包括與皮膚/頭發(fā)色素沉著（兩種變異）、黃斑厚度（c.575 C>A）和虹膜顏色（c.1205G>A）。此外，每一種變化都已證明會在體外降低酪氨酸酶活性。重要的是，有證據(jù)表明 c.1205G>A 是一種“次等位基因”變異，在復(fù)合雜合狀態(tài)下，TYR改變完全喪失功能，會導(dǎo)致輕度白化病。還要注意的是，這種變異在歐洲人群中的 MAF 約為 27%，并且已報告多個未受影響的純合個體（包括基因組聚合數(shù)據(jù)庫 [gnomAD] v2.1.1 的控制子集中的 2000 多人）。

為了深入了解調(diào)控變異的作用，白化病致病基因鑒定研究了改變TYR調(diào)控元件（即TYR啟動子或 ENCODE 列出的增強子）并影響TYR基因表達（即它們是已知的TYR表達數(shù)量性狀位點 [ eQTL ]）的變化的影響。已鑒定出一種這樣的變異，即 c.−301C>T [rs4547091]，這是一種胎兒視網(wǎng)膜色素上皮 (RPE) 選擇性 eQTL。已知這種變化會改變TYR啟動子中轉(zhuǎn)錄因子OTX2的結(jié)合位點，并且參考等位基因 (c.−301C) 已被證明會導(dǎo)致體外啟動子活性顯著下降。

只關(guān)注單個序列改變而不考慮變異相互作用和/或連鎖不平衡模式，可能會掩蓋復(fù)雜的潛在機制。為了克服這個陷阱，白化病致病基因鑒定避免對 TYR c. -301C>T、c.575C>A 和 c.1205G>A 變化進行獨立分析，而是研究它們形成的單倍型塊?？赡軙龅?8 種可能的單倍型和 36 種可能的單倍型對 [2 3-1  × (2 3  + 1)]。白化病致病基因鑒定只關(guān)注包含純合等位基因的 8 個單倍型對（圖 2a) 有兩個原因：（1）在純合個體中，即使在沒有分離/定相數(shù)據(jù)的情況下，也可以明確地確定潛在的單倍型；（2）在常染色體隱性遺傳疾病（如TYR相關(guān)白化?。┲校硇彤惓Ｊ莾蓚€等位基因綜合作用的結(jié)果；通過僅分析純合病例，可以更精確地分離和評估特定單倍型的影響。

圖 2：常見的TYR變體形成影響白化病風(fēng)險和視覺表現(xiàn)的單倍型

a顯示了所研究的 TYR 單倍型。TYR c.−301C>T [rs4547091] 啟動子變異的參考等位基因與較低的基因表達相關(guān)，顯示為 C (↓)；非參考等位基因與較高的基因表達相關(guān)，顯示為 T (↑)。c.575C>A (p.Ser192Tyr) [rs1042602] 和 c.1205G>A (p.Arg402Gln) [rs1126809] 錯義變異的參考等位基因以綠色字體突出顯示，而非參考等位基因以紅色字體突出顯示。由于未檢測到 TYR [ −301T;575A;1205A] 和 [−301T;575A;1205 G] 單倍型的純合子，因此這些組合以灰色字體突出顯示。b攜帶選定的純合TYR單倍型的個體群體患白化病的風(fēng)險 (即被診斷為白化病的概率) 。每個條形圖的長度與每個優(yōu)勢比的點估計值成比例；還顯示了相關(guān)的 95% 置信區(qū)間。使用以 1 為參考點的 l??og 10刻度；注意，優(yōu)勢比 >1 表示風(fēng)險增加，而優(yōu)勢比 <1 表示風(fēng)險降低。c攜帶選定的純合TYR單倍型的英國生物銀行參與者的視力測量分布。視力接近 0.0 LogMAR 被認為是正常，而視力 >0.5 LogMAR 被認為是中度/重度視力障礙。Kruskal-Wallis p值為 8 × 10 −11 。

白化病致病基因鑒定使用了 Firth 回歸分析來研究TYR單倍型如何影響白化病風(fēng)險（即被診斷為白化病的概率）。這種越來越受認可的邏輯回歸方法旨在處理小型、不平衡的數(shù)據(jù)集（這在罕見疾病研究中很常見），并允許調(diào)整關(guān)鍵協(xié)變量（這在列聯(lián)表方法中是不可能的）（圖 1）。結(jié)果如圖2 b所示。該分析確定了一些相關(guān)要點，如下所述。

白化病致病基因鑒定發(fā)現(xiàn)“次等位基因” TYR c.1205G>A 變體的外顯率受TYR c.−301C>T 啟動子變化的調(diào)節(jié)。當(dāng) c.1205G>A 處于純合狀態(tài)并與啟動子變體的 c.−301C 等位基因（降低TYR表達）結(jié)合時，患白化病的風(fēng)險很高（OR > 24；參見圖2b 中的 [C;A;A] 和 [C;C;A])。相反，c.1205G>A 純合子與 c.−301T 等位基因（增加TYR表達）相結(jié)合，具有保護作用（OR < 0.7；參見圖 3 中的 [T;C;A]）)。這一觀察結(jié)果與先前的研究一致，表明外顯率可以通過調(diào)節(jié)和蛋白質(zhì)編碼變體的聯(lián)合功能效應(yīng)來改變。白化病致病基因鑒定在此在隱性作用、部分功能喪失變體的背景下提供了這種機制的關(guān)鍵說明。

除此之外，白化病致病基因鑒定發(fā)現(xiàn)TYR c.−301C>T 啟動子變體的純合性可預(yù)防白化病 (OR 0.3–0.7；參見圖2b中的 [T;C;A] 和 [T;C;G])）。值得注意的是，保護性 c.−301T 等位基因的等位基因頻率在非洲血統(tǒng)人群中接近 80%，在歐洲血統(tǒng)人群中約為 40%?？梢酝茰y，TYR啟動子位置的變異部分解釋了非洲血統(tǒng)人群中TYR相關(guān)白化病患病率相對較低的原因。

白化病致病基因鑒定的研究結(jié)果還強調(diào)，啟動子變體的 c.−301C 等位基因（降低TYR表達）與兩個常見錯義突變的非參考等位基因 c.575C>A 和 c.1205G>A 形成的單倍型的純合性與白化病風(fēng)險的顯著增加相關(guān)（OR > 82；參見圖中的 [C;A;A]）。 2b)。盡管千人基因組計劃 (第 3 階段) 中約 1% 的歐洲血統(tǒng)人群存在這種單倍型，但它似乎與孟德爾突變相比，具有患白化病的風(fēng)險。三項規(guī)模較小的研究結(jié)果支持這一結(jié)論，這些研究采用基于家庭的方法，研究了含有 TYR c.575C >A 和 c.1205G>A 變體的單倍型。

當(dāng)TYR c.[−301C;575A;1205A] 和 c.[−301C;575C;1205A] 單倍型（對應(yīng)圖2b中的 [C;A;A] 和 [C;C;A]） 在病例隊列的臨床級分析中被考慮為孟德爾變異，診斷率從 57% (692/1208) 增加到 76% (916/1208)（圖 3）需要注意的是，目前的遺傳實驗室流程通常不能很好地識別這些復(fù)雜的高風(fēng)險單倍型，尤其是當(dāng)過濾基于個體變異的罕見性時。

圖 3:對白化病隊列中的 1208 名病患進行高級分子診斷

24% 的病例無法進行分子診斷（“未知”類別）。其余先證者涉及以下基因：TYR（34%）、OCA2（19%）、SLC45A2（8%）、GPR143（5%）、Hermansky-Pudlak 綜合征 (HPS) 相關(guān)基因（5%）、SLC24A5 （2%）、其他白化病相關(guān)基因（3%）。 TYR相關(guān)白化病病例中有相當(dāng)一部分被發(fā)現(xiàn)/推測攜帶TYR c.[-301C;575A;1205A] 或TYR c.[-301C;575 C;1205A] 單倍型（15% 為雜合狀態(tài) [' TYR雜合單倍型' 類別]；3% 為純合狀態(tài) [' TYR純合單倍型' 類別]）。更多信息（包括所有分子診斷的列表）可以在補充數(shù)據(jù) 1中找到。

白化病致病基因鑒定隨后研究了TYR c.[−301C;575A;1205A] 單倍型（對應(yīng)圖 中的 [C;A;A]） 的影響。2b) 在英國生物銀行參與者中。白化病致病基因鑒定發(fā)現(xiàn)，具有這種單倍型純合子的人平均視力降低（平均 LogMAR 視力 0.10；Kruskal-Wallis p值 8 × 10 −11，所有涉及 [C;A;A] 的成對比較均具有統(tǒng)計學(xué)意義；圖2c）。由于視力是白化病的定量內(nèi)表型，這一發(fā)現(xiàn)為這種復(fù)雜單倍型的功能重要性提供了額外的證據(jù)。在評估另一種白化病內(nèi)表型——中央視網(wǎng)膜厚度時也觀察到了類似的趨勢（Kruskal-Wallis p值 <2 × 10 −16）。白化病致病基因鑒定期望未來對這組純合個體的視覺功能和眼部結(jié)構(gòu)進行分析的研究將為 RPE 黑色素合成與視覺系統(tǒng)組織之間難以捉摸的聯(lián)系提供關(guān)鍵見解。此外，白化病致病基因鑒定預(yù)計針對這些純合病例的特定細胞模型的研究（例如人類誘導(dǎo)多能干細胞衍生的 RPE）將加深白化病致病基因鑒定對白化病分子病理學(xué)的理解。

最后，白化病致病基因鑒定量化了罕見和常見變異組合相關(guān)的白化病風(fēng)險。對于每個研究參與者，白化病致病基因鑒定估計了個人風(fēng)險的兩個關(guān)鍵因素。首先，白化病致病基因鑒定計算了白化病相關(guān)基因中罕見的、假定的孟德爾變異的數(shù)量；考慮了 MAF < 1% 且在人類基因突變數(shù)據(jù)庫 (HGMD) v2021.2 40中標(biāo)記為致病 (DM) 的單核苷酸變異。隨后，白化病致病基因鑒定計算了TYR中常見“風(fēng)險基因型”的數(shù)量(iec-301C、c.575A 和/或 c.1205A)。白化病致病基因鑒定發(fā)現(xiàn)，即使沒有罕見的 HGMD 列出的變異 (OR > 3.6；表)，存在 >4 種常見TYR風(fēng)險基因型也會增加患白化病的風(fēng)險 1）。白化病致病基因鑒定還發(fā)現(xiàn)，當(dāng)單個雜合的 HGMD 列出的變異與 >1 種常見的TYR風(fēng)險基因型同時出現(xiàn)時，患白化病的風(fēng)險會增加（任何白化病相關(guān)基因的罕見變異的 OR > 4.2，TYR 的罕見變異的 OR > 1.2 ；表 1）這些觀察結(jié)果為白化病家庭進行更精準(zhǔn)的遺傳咨詢提供了基礎(chǔ)。

表格1：不同類型的白化病相關(guān)變異對疾病風(fēng)險的貢獻。

a在一個等位基因中存在以下每種TYR變體均被視為一種常見風(fēng)險基因型：c.−301C [rs4547091]；c.575C>A (p.Ser192Tyr) [rs1042602]；c.1205G>A (p.Arg402Gln) [rs1126809]。TYR變體編號基于具有以下標(biāo)識符的轉(zhuǎn)錄本：NM_000372.5和 ENST00000263321.6。

b檢查了常染色體白化病相關(guān)基因，并將人類基因突變數(shù)據(jù)庫 (HGMD) v2021.2 中每個次要等位基因頻率 <1% 且?guī)в?ldquo;致病”(DM) 標(biāo)簽的雜合蛋白質(zhì)編碼變化視為一種罕見風(fēng)險基因型。TYR 基因中的此類基因型被標(biāo)記為“罕見 TYR ”。

c以性別和血統(tǒng)為協(xié)變量的 Firth 回歸分析用于估計優(yōu)勢比和未調(diào)整的p值；該分析包括 1313 名白化病患者和 29,497 名無關(guān)對照（補充數(shù)據(jù) 1）。

d這些類別的最小子群中包含不到 10 個人，從而降低了相關(guān)發(fā)現(xiàn)的可靠性。

本研究的一個潛在限制是白化病致病基因鑒定無法嚴格匹配白化病病例與未受影響的對照，特別是在近期血統(tǒng)方面（這可能與皮膚色素沉著相關(guān)）。雖然血統(tǒng)被納入白化病致病基因鑒定的回歸模型的一個參數(shù)，但這種分析并不完善，因為無法可靠地為大多數(shù)白化病病例分配遺傳血統(tǒng)。眾所周知，無法完全解釋病例和對照之間祖先背景的差異可能導(dǎo)致假陽性關(guān)聯(lián)信號。白化病致病基因鑒定采用了多種正交方法來評估白化病致病基因鑒定發(fā)現(xiàn)的穩(wěn)健性和普遍性。首先，白化病致病基因鑒定使用 35 個假定的中性單核苷酸變異來計算基因組膨脹因子 lambda（λGC）；發(fā)現(xiàn)λ中值為 1.04，與血統(tǒng)有限的混雜因素保持一致。隨后，白化病致病基因鑒定對可用的隊列進行了有針對性的子分析；三項重點病例對照研究的結(jié)果支持了白化病致病基因鑒定的主要發(fā)現(xiàn)，并增強了對所檢測到的關(guān)聯(lián)的有效性的信心。

總之，白化病致病基因鑒定已經(jīng)表明，白化病風(fēng)險的很大一部分源于與常見變異相關(guān)的遺傳易感性。此外，白化病致病基因鑒定的研究結(jié)果表明，應(yīng)在調(diào)節(jié)單倍型的背景下考慮TYR中罕見和常見的蛋白質(zhì)編碼變異。這里討論的概念可能與理解其他罕見疾病有關(guān)，基于單倍型的方法有望縮小大量患者的診斷差距。未來的工作將涵蓋更多不同的人群，并專注于將常見和罕見變異（包括單核苷酸和拷貝數(shù)變化）整合到單個遺傳風(fēng)險評分中。