《Frontiers in Genetics》：Genetic analysis and clinical characteristics of sporadic and familial congenital cataracts in southern Chinese families
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本研究通過對中國南方40個先天性白內障家系進行全外顯子組測序(WES)，揭示了其遺傳學譜系。研究明確了致病/可能致病變異在散發性與家族性病例中的分布，并鑒定了涉及晶體蛋白、膜蛋白及綜合征相關基因在內的12個關鍵基因。這些發現不僅將分子診斷率提升至37.5%，還強調了WES在明確這種遺傳異質性疾病病因中的臨床價值，為精準醫療在兒童眼科的應用提供了關鍵數據支撐。
背景
先天性白內障(CC)被定義為出生時或出生后第一年內出現的晶狀體混濁。根據世界衛生組織(WHO)標準，其總體患病率估計為每10,000人4.24例，屬于罕見病。在亞洲，估計患病率最高，達每10,000人7.43例。盡管相對罕見，但它是兒童失明和嚴重視力障礙的主要原因，約占全球兒童失明的5.0%–20.0%。及時、適當的干預對改善視力有重要作用。近一半的遺傳性白內障遵循常染色體顯性模式(OMIM #604307)，常染色體隱性(OMIM #614691)和X連鎖(OMIM #302350)形式則較少見。
先天性白內障可表現為獨立的晶狀體混濁（最常見，約占所有病例的三分之二），也可能伴隨其他眼部發育異常（如小眼球、小角膜、虹膜異常）出現，或作為更廣泛的遺傳綜合征的一部分。根據混濁的位置和形態，先天性白內障可分為七種臨床類型：核性、極性、板層、核伴皮質性、皮質性、縫性以及全白內障。不同類型的白內障導致患者不同程度的視力損害。
下一代測序(NGS)極大地推進了遺傳異質性疾病的分子診斷。全外顯子組測序(WES)能夠檢測蛋白質編碼區和典型剪接位點，能以比全基因組測序(WGS)更低的測序要求有效檢測疾病相關變異。根據Cat-Map數據庫的最新更新，超過500個基因的序列變異與先天性白內障有關，其中超過300個與綜合征性先天性白內障相關。致病基因可大致分為幾個功能組：晶體蛋白、晶狀體膜蛋白、生長和轉錄因子、細胞骨架成分、X連鎖綜合征白內障基因以及其他白內障相關基因。
方法
本研究經溫州醫科大學實驗室研究倫理委員會批準，招募了來自溫州醫科大學眼視光醫院小兒白內障中心的40名臨床確診的雙側先天性白內障患者。通過家系調查和裂隙燈生物顯微鏡檢查確認表型。排除了有宮內感染、藥物暴露、代謝紊亂或營養不良病史的患者。
用于遺傳分析的基因組DNA來自受影響個體，進行了WES。使用Twist Human Core Exome Kit進行文庫制備，并在NovaSeq 6000平臺上進行測序。序列讀數與人類參考基因組(hg19/GRCh37)比對。根據臨床基因組科學協會(ACGS)罕見病變異分類最佳實踐指南和ClinGen序列變異解釋(SVI)小組的建議，對變異進行致病性臨床意義的審查。
通過Sanger測序對所有先證者和可獲得的家庭成員中的候選變異進行驗證。
結果
對40名先天性白內障先證者的基因組DNA進行了WES，共產生123.6億個堿基，平均每個樣本測序深度約為93.26×，目標區域覆蓋度約為98.2%。
在40名先證者中，19例(47.5%)為家族性。這些家族的家系分析表明，18個家族為常染色體顯性遺傳，其余一個家族表現為X連鎖顯性模式。在40名先證者中，有15名(37.5%)鑒定出致病或可能致病變異。家族性病例的變異檢出率為47.4% (9/19)，散發性病例為28.6% (6/21)。這些致病/可能致病變異分布在12個先前已知與先天性白內障相關的基因中。
鑒定出的15個致病/可能致病變異包括7個新變異和8個先前報道過的變異。大多數家族性病例與晶體蛋白基因的常染色體顯性突變有關，但有一個家族攜帶X連鎖的NHS突變。散發性病例主要由更廣泛基因集中的常染色體顯性突變解釋，包括晶體蛋白、間隙連接和轉錄因子基因。此外，在不相關的家族中檢測到X連鎖基因BCOR的新發(de novo)突變，并且一例常染色體隱性病例與FYCO1突變相關。有7個變異被歸類為“意義不明確的變異”(VUS)。其余6個家族性病例和14名散發性白內障患者在此次分析中未檢測到相關變異。
本研究中鑒定出的最常見突變是晶體蛋白基因的變異。在4名先證者（3名家族性和1名散發性）中檢測到致病/可能致病變異。所有家族性病例均符合常染色體顯性遺傳，而散發性病例最符合新發的常染色體顯性變異。這些病例中鑒定的所有變異均為錯義突變。大多數變異位于晶體蛋白的希臘鑰匙基序中，這些基序對于正確的蛋白質折疊和維持晶狀體透明度至關重要。
在我們的隊列中，有兩名先證者攜帶間隙連接基因GJA8的致病變異。其中一例是散發性病例，在GJA8第2外顯子攜帶一個新發的雜合錯義變異c.133T>A, p.(Trp45Arg)。另一例家族性病例攜帶GJA8的錯義變異c.131T>C, p.(Val44Ala)。這些取代預計會選擇性地破壞半通道門控，而對完全形成的間隙連接通道影響較小。在家族性病例#5中發現了一個MIP基因的新無義變異c.657C>A, p.(Tyr219*)。該無義變化移除了整個細胞內C末端結構域，并產生了一個提前截短的蛋白質。因此，預測AQP0會喪失其作為細胞膜中水通道的功能，這可能導致先天性白內障表型。
在15個家族中的2個家族中鑒定出X連鎖綜合征性白內障。在家族病例#6的個體中鑒定出NHS基因的半合子移碼變異c.766dup, p.(Leu256Profs21)。該移碼突變預計會導致蛋白質截短。在散發性病例#3中，鑒定出一個新發的移碼突變，BCOR c.4862del, p.(Pro1621Argfs53)。該突變負責X連鎖的眼-面-心-牙(OFCD)綜合征。該BCOR突變預計會刪除整個PCGF1結合域，該域對于與PCGF1的相互作用至關重要。
在PAX6中檢測到兩個雜合變異。在家族#7中發現了一個剪接突變c.400-1G>A，在家族#8中發現了一個新的移碼突變c.542dup, p.(Val182Glyfs*32)。此外，一個散發性病例(#5)揭示了染色體11p13處約144.7 kb的缺失。該區域包含兩個RefSeq蛋白編碼基因ELP4和PAX6。作為關鍵的轉錄因子，PAX6的突變有可能影響發育過程中的各種結構。
在家族#9中，在先證者和她的母親中發現了FTL基因先前報道過的突變c.-159G>C，即“維羅納突變”。該FTL變異可能導致遺傳性高鐵蛋白血癥白內障綜合征(HHCS)。在散發性病例#6中，鑒定出FYCO1基因新的復合雜合變異c.3588–9T>A和c.2345_2346del, p.(Gln782Argfs?)*。這些變異預計會導致FYCO1 mRNA的無義介導衰變(NMD)，從而導致FYCO1功能喪失。在散發性病例#7中，鑒定出COL11A1基因的剪接變異c.3114 + 1G>A。該基因編碼XI型膠原蛋白，突變通常破壞膠原蛋白的合成或組裝，導致晶狀體的光學特性異常。
討論
本研究應用NGS技術調查了中國南方40名先證者隊列中先天性白內障的遺傳病因。在15名先證者中鑒定出推定的致病變異，涉及12個先前與先天性白內障相關的基因。變異譜包括錯義、無義、移碼和剪接位點變化。值得注意的是，所有錯義變異都定位在功能重要的蛋白質結構域上。移碼缺失和無義變異預計會引入提前終止密碼子，引發無義介導的mRNA衰變，或兩者兼有，符合功能喪失機制。此外，在我們的家族中鑒定出的所有新致病變異都影響了在物種間進化保守的殘基。
大多數先天性白內障病例是散發性的，只有約18.0%的患者報告有家族史。在我們的散發兒科白內障隊列中，一半檢測到的變異可能是由于常染色體顯性基因的新發雜合突變(3/6)。三分之一是X連鎖變異(2/6)。一例病例在常染色體隱性基因中攜帶復合雜合突變(1/6)。值得注意的是，本研究中兩名患有X連鎖綜合征白內障的先證者都是通過體外受精(IVF)受孕的。
本研究有幾個局限性。首先，使用了WES而非WGS，因此可能遺漏了深度內含子變異、遠端調控變異和復雜的結構變異。其次，由于資金有限，僅納入了40例雙側先天性白內障病例，未對同期診斷的單側小兒白內障病例進行WES。第三，無法在其他未受影響的家庭成員中進行分離分析。第四，一些參與者在入組前已接受白內障手術，因此表型數據主要來自醫療記錄或術中視頻記錄。第五，有7個變異根據ACGS標準被歸類為意義不明確的變異(VUS)，包括4例家族性和3例散發性病例，其致病性有待進一步確認。最后，未進行功能測定，這可能會影響變異的分類。
結論
本研究證明了WES在先天性白內障遺傳診斷中的臨床效用。我們評估了40名中國先天性白內障先證者的臨床特征和分子遺傳學發現。我們鑒定出15個推定的致病變異，包括7個新變異和8個復發性變異。這些結果擴展了先天性白內障的變異譜，并拓寬了相關的表型范圍。這些信息可能支持分子診斷和精準護理。識別白內障相關的因果變異也提高了我們對晶狀體生物學和白內障發病機制的理解。需要進一步的研究來定義這些變異的功能后果并確認其致病性。
