Meckel-Gruber综合征新致病基因的发现与拓展

提起纤毛，大家可能第一时间想到的是呼吸道中可以通过摆动将黏附灰尘和有害病菌的粘液排出的纤毛；或是精子尾部那根长长的、产生推动力的特殊纤毛。实际上，纤毛不止有大家比较熟悉的可辅助细胞运动的运动纤毛（Motile cilia），也有负责细胞感觉且不具有运动活性的初级纤毛（Primary cilia），也称非运动纤毛（Non-motile cilia）。

初级纤毛是从细胞表面伸出的微小的睫毛状突起，是一种非常保守的细胞结构，其广泛存在于各种细胞中。绝大多数情况下，一个细胞只具有一根初级纤毛。其貌不扬的初级纤毛（Primary Cilia）在很长一段时间里被人们所忽视，甚至它曾被视为一种退化器官。实际上，初级纤毛参与了视觉、听觉、嗅觉等感觉传导过程，同时还与多条重要的信号通路相关。因而如果初级纤毛发生异常，相关的缺陷会影响不同的器官和组织，往往会导致机体发育及相关生理功能受损，产生如颅面部畸形、多指（趾）、糖尿病、肥胖甚至肿瘤等疾病。另一方面，初级纤毛受损导致的钙离子通道异常，还可能会导致多囊肾等疾病的产生。

纤毛病是纤毛功能异常导致的众多疾病总称，累及身体多器官系统。纤毛病虽然可以被视为特定综合征，但其往往呈现连续的表型谱，可以导致孤立性晚发性视网膜变性甚至是胚胎期致死等。由于基因诊断的发展，纤毛病与遗传关系逐渐被揭示。研究证明单个纤毛病基因在谱系中也可广泛表达而非离散表达（见图2），并且同一基因内的突变可以在家族之间甚至家族内显示明显的表型差异。这些表达力变异背后的机制尚在研究中，可能涉及修饰等位基因以及随机事件。

纤毛病表型的可变表达性使疾病的诊断和研究复杂化，近年来高通量测序的出现使得完善纤毛病的病态基因组注释的研究有了显著进展。影响纤毛结构与功能的相关基因都有可能是纤毛病的致病基因，研究者们陆续确定了PRPF6、RPGRIP1L、NPHP1等基因与纤毛病的关联，但尚有许多基因等待被挖掘。研究者们用全外显子测序，陆续发现了新的纤毛病致病基因，且不断丰富基因的表型谱。

2016年，Shaheen等人在Genome Biology（IF=13.583）上发表一篇名为“Characterizing the morbid genome of ciliopathies”的文章，通过对265个家庭的371名受影响个体的大型患者队列应用基因组方法进行研究，在85%（225/265）的家族中发现了可能的变异，涉及54个先前与纤毛病表型相关的已知基因；并且通过全外显子测序，在2个具有Meckel-Gruber综合征主要特征的家族中发现候选纤毛病基因TXNDC15的独立突变。尽管TXNDC15未定位到初级纤毛或纤毛周围区域（数据未显示），但观察到患者的成纤维细胞（图3a）以及经受siRNA敲低此基因的细胞（图3b）表现出纤毛异常（图3c–f）。

TXNDC15基因编码一种假定的包含硫氧还蛋白结构域的蛋白质二硫键异构酶。蛋白质组学研究表明，TXNDC15在过滤后与共224种内膜相关蛋白相互作用，而这些蛋白在已知或预测的纤毛蛋白中显着富集。此外，TXNDC15的缺失阻止了TMEM67纤毛受体正确定位到过渡区（图3g和h）。这些数据支持了TXNDC15中被发现的变异位点和这些患者的Meckel-Gruber综合征表型的因果关系。

另外，研究发现一些受检者在已知纤毛病致病基因的靶向测序中呈现阴性结果，这种靶向的panel检测范围较小，约10%的可能致病等位基因被遗漏。而通过全外显子测序（WES）可以拓展检测范围，甚至发现并鉴定疾病新基因，提高分子诊断能力，进而显著提高诊断率。

Meckel-Gruber综合征（MKS），即美-格氏综合征，是一种致死性发育综合征，呈常染色体隐性遗传。全球范围内该病新生儿发病率为1/140000~1/13250，近亲婚配地区发病率相对较高。其临床特征为脑畸形（主要为枕叶脑疝）、多囊肾、多指（趾）畸形、唇裂或腭裂、心脏和生殖器异常、中枢神经系统畸形、肝纤维化和骨发育不良等，其中肾脏囊性发育不良是Meckel-Gruber综合征最典型的特征，发生率可达97.7%。

Meckel-Gruber综合征由编码初级纤毛结构或功能成分蛋白质的基因突变引起，而初级纤毛是发育信号传导的枢纽，在胚胎发育过程中的多个信号通路中（例如Wnt和Shh）起着重要的调节作用。该病具有高度的遗传异质性，目前已知与该病相关的致病基因至少有17个，分别位于不同染色体上，如表1所示：

Meckel-Gruber综合征患者多数在子宫内或出生后立即致死，个别案例可存活至28个月大。在产前超声提示胎儿异常，包括脑膜脑膨出、轴后多指（趾）和多囊肾等情况时，需考虑通过基因诊断手段进行确认。

Ridnõi等人在2019年报告了一个由TXNDC15基因复合杂合变异引起的Meckel-Gruber综合征产前病例。1名33岁女子在妊娠13周出现超声检查结果异常，无家族史。超声显示胎儿颈项透明层增大（4.1 mm）、双侧多囊肾、枕部脑膨出和手足轴后多指畸形（如图4所示），临床强烈怀疑Meckel-Gruber综合征。终止妊娠后尸检结果显示枕部脑膨出、双侧增大的多囊肾和出现了手（六指）和脚（七个脚趾）的双侧多指（图5）。

为明确病因，研究者首先采用了包含10个Meckel-Gruber综合征相关基因的panel进行检测，结果呈阴性。随后，对胎儿及其父母进行家系全外显子测序，在TXNDC15基因中发现了2个复合杂合突变：遗传自父亲的NM_024715.3：c.211dup p.（Gln71Profs*32）（遗传自父亲）和NM_024715.3：c.635T>C p.（Leu212Pro）（遗传自母亲）。基于生信预测和遗传分析等，结合临床表型，作者认为TXNDC15基因中的2个致病变异可能是先天性畸形和Meckel-Gruber综合征诊断的原因。

Meckel-Gruber综合征的基因诊断常由产前影像学诊断异常触发，而其表型可能鉴别诊断范围很广，可能与Smith-Lemli-Opitz综合征、常染色体隐性多囊肾或Bardet-Biedl综合征等其他相关纤毛病有重叠，因此单基因突变筛查的诊断敏感性较低，panel也可能有所遗漏，在范围较小的基因组合检测阴性时，应考虑扩大检测范围，通过全外显子组测序或全基因组测序（WES或WGS）进行更全面的检测。

尽管纤毛病目前仍无法进行根治，但是对于纤毛的研究仍得继续深入，这也将为更多人体发育及生理的奥秘发现和对纤毛病的预防及治疗提供后续的理论基础。另一方面，随着超声与分子诊断等技术的发展，为有不良生育史或遗传病携带者夫妇的优生优育难题带来了曙光。基于基因检测技术和辅助生殖技术的进步可有效阻断疾病的遗传，将极大降低患儿的出生率。那么如何能够阻断Meckel-Gruber综合征等单基因遗传病的发生呢？