专家笔谈 | Ehlers-Danlos综合征的临床遗传学研究进展
罕见病联盟
Ehlers-Danlos综合征(EDS)是一组罕见的遗传性结缔组织疾病,以关节过度活动、皮肤过度伸展和组织脆弱为主要特征。EDS的临床和遗传异质性较强,误诊、漏诊均较为常见,基因检测是明确诊断的重要方式。EDS部分亚型已有初步的基因型-表型关联研究结果,或是引入了疾病谱系的概念。这些研究加深了病因学理解,对临床疾病管理起到一定提示作用。2023年发布的《中国Ehlers-Danlos综合征诊疗指南》推荐对达到临床诊断标准或疑诊EDS的患者结合深度表型评估进行基因检测。但应当注意,患者的临床诊断与分子诊断可能并不一致。此外,对于未获得明确分子诊断的患者,可考虑通过定期数据重分析、整合RNA测序与家系全基因组测序、第三代测序等方式寻找致病性变异。本文简要概括EDS的临床遗传学研究进展,为临床诊疗和科研工作提供参考,最大程度提高EDS患者的生活质量。
Ehlers-Danlos综合征(Ehlers-Danlos syndromes,EDS)是一组罕见的遗传性结缔组织疾病,具有临床和遗传异质性。目前EDS 可分为15个亚型,以关节过度活动、皮肤过度伸展和组织脆弱为主要特征(表1)[1-3]。其中THBS2在2024年首次与经典样3型EDS(MIM:620865)相关联,但尚未发布主要临床特征[4]。EDS通常累及多系统,表型谱较广且个体差异较大,患者可因关节脱位、脊柱侧凸、伤口愈合不良、胃肠道穿孔、气胸、动脉夹层或动脉瘤而首诊于骨科、皮肤科、血管外科、消化科和呼吸科等不同科室[1]。临床医师需对疑诊EDS的患者进行深度表型评估,且需与多种遗传性结缔组织疾病进行细致的鉴别诊断,而基因检测在明确诊断中至关重要[1,5]。目前已有14个亚型能够通过明确的遗传基础进行诊断,但关节过度活动型EDS(hypermobile EDS,hEDS)的诊断则主要依赖于临床医师的评估。然而,即使在临床上诊断或怀疑患有这14个亚型EDS的患者中,并非所有患者最终都能获得明确的分子诊断;不完全符合临床诊断标准的患者,甚至是临床诊断或疑诊其他疾病的患者,也有可能在与EDS相关的21个基因上检测到符合遗传模式的致病性变异并最终修改诊断。因此,EDS的诊断仍充满挑战,误诊、漏诊时有发生,平均诊断时间可长达14年[6]。这一方面可能会延误治疗,另一方面也可能给患者和家庭带来心理负担[1,5]。本文简要概括EDS的临床遗传学研究进展,为临床诊疗和科研工作提供参考,从而推动患者获得更为及时、准确的诊断。

1Ehlers-Danlos综合征的遗传学基础
目前EDS的15个亚型中,14个亚型遗传基础明确,与21个基因相关,但hEDS的遗传基础未知(表1)。近年来,遗传学研究除了致病基因探索外,对经典型EDS(classical EDS, cEDS)和血管型EDS(vascular EDS, vEDS)已有初步的基因型-表型关联研究结果,还通过对基因、通路的研究引入了与B3GALT6、B4GALT7、COL1A1和COL1A2等基因相关的疾病谱系概念。这些研究加深了病因学理解,对临床疾病管理起到一定提示作用,为今后EDS疾病的精准医疗奠定基础。
1.1经典型Ehlers-Danlos综合征
在获得分子诊断的cEDS患者中,约80%的患者携带COL5A1基因的致病性变异,其余大部分患者携带COL5A2基因的致病性变异,只有极少数患者在COL1A1基因检出致病性变异且局限于p.Arg312Cys[3,7]。在致病机制方面,大部分cEDS归因于COL5A1变异造成单倍剂量不足,显性负效应在COL5A1、COL5A2和COL1A1中均有报道,但仍需进一步研究[3,7]。基因变异的类型以蛋白截断变异、错义变异为主,也有同义变异和非点变异的报道[8-10]。虽然已知的变异几乎均为生殖系变异,但近年来也有嵌合变异的个案报道[11-13]。在基因型-表型关联方面,虽然目前仍缺乏确切结论,但普遍认为相较于cEDS-COL5A1患者,cEDS-COL5A2患者的表型更严重、更复杂,且有更高比例患者出现严重脊柱侧弯、马蹄内翻足等[8]。目前认为cEDS的外显率为100%,而表现度在家族内部及家族之间可能具有显著差异[7-8]。
1.2血管型Ehlers-Danlos综合征
vEDS主要由于COL3A1致病性变异导致,其余极少数患者携带COL1A1基因变异p.Arg312Cys,p.Arg574Cys或p.Arg1093Cys[3]。COL3A1编码Ⅲ型胶原蛋白的pro-α1链。大部分vEDS源于COL3A1变异导致的显性负效应,这其中大部分是由于COL3A1的错义变异导致Ⅲ型胶原蛋白三螺旋区域内重复序列(谷氨酸-X-Y)中的谷氨酸被取代(谷氨酸替换变异),另有一小部分为剪切位点变异、框内插入或缺失[3]。其余vEDS由其他COL3A1基因变异造成的单倍剂量不足导致[3]。另外,虽然通常认为vEDS为常染色体显性遗传模式,但近年来也有研究和个案报道提示vEDS可能以纯合或复合杂合模式遗传[14-15]。
现有研究在vEDS的基因型-表型关联上取得了初步进展。在队列研究中,携带三螺旋区域内重复序列谷氨酸替换变异、剪切位点变异和框内插入或缺失变异的患者通常表型较重,且发生严重血管事件的年龄较早[16-17]。在谷氨酸替换变异中,取代氨基酸的种类与表型严重程度有关:在具有足够的数据量进行统计分析的种类中,缬氨酸较重,其次是精氨酸和天冬氨酸,丝氨酸较轻[18]。主动脉夹层在携带谷氨酸替换变异的患者中更常见,并且这些变异更常位于螺旋结构域的前1/4处[19]。在发生气胸和脑血管并发症的患者中,较多人携带的是谷氨酸替换变异,而脾动脉病变与导致胶原蛋白的结构或分泌异常的变异更相关[19-20]。与上述变异相比,携带导致单倍剂量不足的变异、非谷氨酸替换变异和发生在N端或C端的框内插入或缺失变异的患者通常表型较轻且消化道受累较少[16]。其中无义变异导致的vEDS外显率显著降低、预期寿命较长,并且推测患者的胶原蛋白可能具有更高的抗拉强度[21-22]。已有一些医疗中心参考基因型制订患者的个体化随访、手术等疾病管理方案,但目前仍缺少高质量证据支持,也无相关指南推荐[22-23]。除基因型外,患者表型的严重程度还与性别有关。男性患者通常表型更重,这可能是与雄激素的水平有关[17-18]。
尽管普遍认为携带有害的COL3A1变异会导致vEDS的发生,但在一项针对多个生物样本库参与人群的研究提示,包括谷氨酸替换变异在内的这类COL3A1变异,其人群携带率高于传统理解,且不能通过携带情况准确预测vEDS的发病或其危害性[24]。这项研究中的81位参与者平均年龄超过50岁,携带预测有害的COL3A1变异,但从未被诊断过vEDS或其他遗传性主动脉疾病。其中20%的个体携带的COL3A1变异为ClinVar数据库记载的导致vEDS的变异,但无一人表现出vEDS的主要临床特征。尽管该研究具有一定局限性,但仍提示vEDS的发生除与COL3A1基因变异相关,也可能与环境、调控基因等因素相关。除此之外,携带嵌合COL3A1致病性变异的个体可能无明显临床症状,仅有如皮肤菲薄、瘀斑易感性等轻微提示性特征[25]。
1.3连接体病
传统上,一个基因通常与某一种或几种特定疾病相关联。但遗传学的不断发展揭示了更为复杂的机制:一个基因发生的变异可能导致一系列相关联的疾病,这些疾病并非完全独立的临床实体,而是形成一个连续的疾病谱系。在这个疾病谱系中,一部分患者表型具有特异性,可明确被诊断为某一种疾病;但也有很多患者同时具有该谱系上两种相邻疾病的表型,不能根据临床特征诊断为某一种疾病,而是处于两种疾病的桥接区域。
连接体病是近年来新定义的一组罕见的骨骼和结缔组织疾病,以身材矮小、骨骼发育不良、关节松弛和皮肤异常等为主要特征[26]。蛋白聚糖是细胞外基质的主要成分之一,其核心蛋白通过连接区域连接到糖胺聚糖。该连接区域通过连续添加4种糖形成。当编码参与连接区域合成的酶的基因发生致病性变异时,将导致连接体病。与脊柱发育不良型EDS(spondylodysplastic EDS, spEDS)关联的基因为B3GALT6、B4GALT7和SLC39A13,患者表型和骨骼发育不良有部分重合。B3GALT6和B4GALT7基因编码半乳糖基转移酶,在连接区域的生物合成中起到关键作用。因此,spEDS-B3GALT6和spEDS-B4GALT7也被归属于连接体病这一连续谱系。尽管这两个亚型具有不同的次要临床诊断标准,但患者的表型可能存在显著重叠。此外,这些表型可能还与B3GAT3和XITLT1相关连接体病有一定的重叠[26-27]。因此,在对疑诊spEDS或骨骼发育不良疾病的患者进行表型评估和临床诊断时,应特别注意连接体病谱系上不同疾病表型的特征与桥接。这也强调了基因检测在明确诊断中的重要性。
1.4Ⅰ型胶原相关重叠疾病
Ⅰ型胶原相关重叠疾病(COL1-related overlap disorder,C1ROD)也是一个近年新提出的疾病谱系概念[28-29]。在EDS国际分类中,COL1A1和COL1A2主要与4种EDS亚型有关:COL1A1基因特定精氨酸残基变异导致具有显著血管表型的罕见cEDS或vEDS,COL1A1或COL1A2基因中的杂合变异引起的第6外显子跳跃而导致关节松弛型EDS(arthrochalasia EDS,aEDS),和COL1A2无义变异导致的心脏-瓣膜型EDS(cardiac-valvular EDS, cvEDS)。成骨不全症(osteogenesis imperfecta,OI)同样为遗传性结缔组织病,大部分病例由于COL1A1或COL1A2基因中的杂合致病性变异导致。COL1A1或COL1A2相关OI以无外伤或轻微外伤后骨折、牙本质发育不全和成年后出现听力丧失为主要特征,表型严重程度可从症状轻微且寿命正常到围产期死亡[30]。传统上认为,cEDS、vEDS、aEDS和cvEDS与OI的表型具有较大差异,OI与EDS为两类不同疾病。但越来越多的研究表明,一部分患者携带的COL1A1或COL1A2基因变异致病性明确,但是他们同时具有EDS和OI的经典表型,不能根据临床表现被明确归为EDS或OI[29,31]。因此,这一部分桥接表型被命名为C1ROD,其提示分子检测的主要临床标准包括蓝巩膜、扁平足外翻、全身性关节过度活动,以及皮肤柔软且过度伸展[32]。在基因型方面,这些变异并非上述几种EDS亚型的特征性变异,大部分位于N端螺旋区[32]。在表型方面,一部分患者的OI相关表型更显著,另一部分患者的EDS相关表型更显著[31-32]。但应当注意的是,其中一部分携带明确的COL1A2基因致病性变异的患者最初被临床诊断为hEDS[31]。这也提示,由于hEDS没有明确关联的基因,部分患者并未进行基因检测,但其中可能有部分患者实际为其他亚型EDS,只是在表型上与hEDS重合。此外,虽然危及生命的血管并发症并不是C1ROD最突出的特征,但已在部分患者中观察到该表型[32]。这也提示临床医师除了关注骨骼、皮肤等常见表型外,也应当注意潜在的血管并发症,而多学科管理可以辅助多系统并发症的早发现与早干预。
2Ehlers-Danlos综合征的临床诊断与分子诊断
2023年发布的《中国Ehlers-Danlos综合征诊疗指南》推荐参考2020年版EDS国际分类对EDS患者进行临床诊断,并对达到临床诊断标准或疑诊EDS的患者行基因检测以明确诊断[1]。在现有的15个EDS亚型中,14个具有明确遗传基础的亚型可经基因检测确认诊断[2-4]。但需要特别注意的是,获得这14个亚型临床诊断的患者,其分子诊断率并非100%,且该分子诊断可能与临床诊断亚型相符,也可能为另一种EDS亚型,甚至为其他疾病;而不完全满足这14个亚型EDS临床诊断的患者,或是临床诊断或怀疑hEDS甚至是其他疾病的患者,也可能获得明确的EDS分子诊断。
例如较为常见的cEDS,在获得临床诊断的患者中,约有10%的患者无法获得分子诊断[33]。在一项包含168例cEDS先证者的队列研究中,通过检测与EDS相关的基因,除149例先证者获得明确的cEDS分子诊断外,5例先证者在COL5A1基因检出意义未明变异(variants of uncertain significance, VUS),另有6例先证者在TNXB、AEBP1和PLOD1基因上检出双等位基因致病性变异,从而分别被诊断为经典样型EDS(classical-like EDS, clEDS)、clEDS2和脊柱侧后凸型EDS(kyphoscoliotic EDS,kEDS)[8]。与此同时,在携带明确的COL5A1和COL5A2基因致病性变异的患者中,部分患者表型较轻、被临床诊断为hEDS,也有部分患者表型较重或与cEDS不完全符合、被临床诊断为vEDS、皮肤脆裂型EDS或kEDS[8,34-35]。此外,获得EDS临床诊断的患者也可能通过基因检测而修改诊断为其他疾病,如Loeys-Dietz综合征、皮肤松弛症、Bethlem肌病、多发骨骺发育不良和低磷酸酯酶症[33,36-37]。这除了与EDS的临床和遗传异质性较强等疾病自身特征有关,也可能与表型评估不准确,或是在年幼时并未表现出完整疾病特征有关[33]。
3Ehlers-Danlos综合征基因检测与遗传咨询
《中国Ehlers-Danlos综合征诊疗指南》推荐对疑诊EDS的患者进行深度表型评估,并选择合适的基因检测方式以提高诊断率[1]。深度表型评估,包括在检测前评估和反向表型评估时采用深度表型评估,是进行基因检测前最重要的环节之一,也是尽早获得准确分子诊断的基础。深度表型评估有助于获得全面且准确的表型范围,辅助疾病诊断及鉴别诊断[38]。美国梅奥诊所医学中心曾报道,由于不准确的表型评估,导致一个超过20人的家系被误诊,且其中一些患者接受了不合适的治疗[39]。致病性或疑似致病性检测结果通常可用于确认诊断,但在建立诊断前,临床医师及遗传咨询团队仍需要结合患者的基因型、表型等信息对结果进行解读。此外,对EDS患者进行遗传咨询,除常规内容外,还应额外注意患者及其家庭的心理支持[1]。对于获得诊断的患者,由于一部分亚型严重影响预后,这些亚型,甚至是其他亚型的患者和家庭都可能会经历震惊、难以相信、拒绝等心理过程;而对于未能获得明确诊断,特别是经历过多次基因检测仍未能获得明确诊断的患者和家庭,可能因为漫长且痛苦的诊断历程而背负沉重的心理负担。遗传咨询团队和心理医学专家可以一同帮助患者及其家庭接受诊断、认识疾病,并顺利度过从诊断到治疗这一过渡期。
4对意义未明变异及阴性结果进一步评估
检测到VUS及获得阴性结果都无法诊断或排除EDS,这不仅给临床医师带来困扰,更会加重患者和家庭的心理负担,并有可能延误治疗。因此,对VUS及阴性结果的进一步分析与评估意义重大。《中国Ehlers-Danlos综合征诊疗指南》推荐对于获得VUS的病例及以往多次基因检测阴性的病例,可以进行定期数据重分析,也可以结合RNA测序等多组学数据进行分析[1]。很多研究表明,定期对外显子组或全基因组测序数据进行重分析可以在不同疾病中提高诊断率至两倍,这在很大程度上得益于新发现的基因-疾病关联、基于深度表型评估或随年龄增长获得患者表型或家系信息的更新,以及结构变异或调控区变异的发现等[38,40-42]。
将RNA测序整合到基于家系的全基因组测序中是近年来逐渐获得认可的新方法。这一多组学方法显著提高了以往未解决病例的诊断率,提升幅度可高达35%。这在很大程度上归因于全基因组测序发掘的新变异,以及RNA测序提示的转录组特征[43-46]。全基因组测序是对DNA层面进行检测。相对于外显子组测序,全基因组测序可以检测到更广的变异类型、外显子区域(覆盖更均匀且覆盖了内含子)、非编码区域等[47]。而家系测序相对于先证者单人测序可提供变异来源、家系共分离等证据,使诊断率提高超过一倍[48]。在DNA测序已有候选变异但致病性仍不明确时,RNA测序通过检测异常表达、异常剪接和单等位基因表达,为致病性重新分类提供证据;当DNA测序没有识别到候选变异时,RNA测序可以作为先前诊断工具,辅助寻找DNA层面的变异。但应当注意,RNA测序结果具有较强的组织依赖性。不同的组织来源(如全血细胞和皮肤中的成纤维细胞等)可展现出独有特征,因此在进行RNA测序时应选择合适的组织样本。例如,COL5A1基因在全血中很难进行有效的RNA测序(平均TPM为0.1020),而培养的成纤维细胞(平均TPM为202.4)是较好的组织样本,且更优选皮肤来源的成纤维细胞(数据来自GTEx、GTEx Analysis Release V8、dbGaP Accession phs000424.v8.p2,获取时间2024年6月16日)[49]。但从皮肤获取成纤维细胞进行培养需进行有创操作,且EDS患者通常伤口愈合困难,是否为明确诊断而进行有创操作应当综合多方面情况谨慎决定。
然而,由于研究仍不够深入,RNA测序仍不能为所有亚型的所有变异提供直接有效的功能学证据支持。例如,vEDS患者皮肤来源的成纤维细胞显示出依赖于COL3A1基因型的不同表达水平[50]。在携带COL3A1+/G939D甘氨酸替换变异的成纤维细胞中,COL3A1的表达水平显著上升;而在携带剪切和移码变异的成纤维细胞中,COL3A1的表达水平无显著变化。类似地,在针对spEDS-B3GALT6患者皮肤来源成纤维细胞的研究中发现,仅有一部分变异可导致成纤维细胞中B3GALT6表达水平产生明显差异,并推测这可能与变异类型、位置等因素有关[51-52]。并且B3GALT6为单一外显子基因,其致病机制是否具有特殊性,仍有待进一步研究。
此外,由于Sanger测序、多重连接探针扩增技术(multiplex ligation-dependent probe amplification,MLPA)、二代测序等现有测序技术的局限性,一部分变异无法被检测到,这可能导致部分EDS患者检测结果为阴性。例如,TNXB所处区域特殊,功能基因与其对应假基因之间存在高度同源序列。这种结构导致易发生非同源重组,并形成不同种TNXA/TNXB嵌合体。但也正是由于这种特殊性,造成了现有测序技术针对这一区域变异检测准确性较低,很可能造成了部分患者的致病性变异无法被检测出。而新兴的第三代测序技术,即长读长基因组测序,可以更好地检测到复杂结构变异。第三代测序技术已被证实在同样涉及此区域的先天性肾上腺皮质增生症的诊断中获得显著优势[53-54]。因此,第三代测序技术有望提高clEDS的分子诊断率,并有可能为仍无明确遗传基础的hEDS提供分子遗传学新见解。
传统的遗传学研究通常更关注分子遗传学信息的挖掘。但近年来,将详细的表型信息与遗传数据相结合,已被广泛确立为促进遗传性疾病准确诊断的有效手段[55]。深度表型评估是精准医疗的核心,通过遵循标准化流程和使用统一术语,确保表型评估的准确性和可比性。通过深度表型评估,不仅可细化疾病分类,还可促进遗传数据的深入理解[38]。详尽分析患者的多系统表型,对EDS的诊疗和研究均起着重要作用。例如,cEDS患者可能由于青春期发生脊柱侧凸首诊于骨科。若不进行多系统深度表型评估,临床医师很可能将患者临床诊断为青春期特发性脊柱侧凸。深度表型评估可以发现皮肤过度伸展、皮肤柔软伴特殊瘢痕、瘀斑易感性增加、牙列不齐和足跟压源性丘疹等提示EDS诊断的特征性表型。同时,通过对影像学的深度评估,可以逐渐建立EDS影像学表型库,甚至探索基因型与骨骼表型的关联。这不仅可以帮助患者更早获得准确的诊断,还深化了对不同EDS基因型在病因学、诊断与治疗等多方面的理解。这些研究成果为EDS的精准医疗奠定了坚实的基础,有助于为患者提供更加个性化和高效的治疗方案。
5结语
展望未来,随着EDS遗传基础研究的不断深入,越来越多的患者将通过基因检测获得及时且明确的分子诊断,而基因型-表型关联研究也将逐渐指导临床的精准诊疗。同时,疾病谱系概念的提出和完善加深了对基因型和表型关系的理解,并有望为疾病的管理及靶向药物设计提供新的思路。随着第三代测序技术,以及转录组、蛋白组、代谢组等多组学测序及分析技术的进步,未来预计会有更多长期未诊断的EDS患者能够尽早获得分子诊断。同时,对于新近临床诊断或疑诊的患者,更快速、更准确地进行分子诊断可以实现早期发现和早期治疗的目标。而深度表型评估体系的建立与推广,可对EDS患者多系统表型进行细致分析和全面评估,进一步促进临床和科研的发展。这些进展将为临床医师提供更为精准的临床管理依据,以进行更有效的多学科疾病管理,最大程度地提高EDS患者的生活质量。
作者贡献:徐可欣负责文献回顾、 资料整理、 文章撰写和修订; 李国壮负责资料整理、文章撰写和修订; 李晴、尹相杰、方堃负责文章撰写和修订; 吴志宏、仉建国负责设计选题、 文章审核; 吴南负责设计选题,以及文章撰写、 修订和审核。
利益冲突:所有作者均声明不存在利益冲突。
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