【佳學基因檢測】基因檢測純合子雙胞胎的臨床表型變異性及對治療法方案的差異性

基因型與人體疾病表型的關系研究

背景：威爾遜病 (WD) 是一種銅沉積的常染色體隱性遺傳疾病，由銅轉運 ATP7B 基因的致病變異引起。在威爾遜病的癥狀表現(xiàn)方面，基因型和表型之間沒有明確的相關性。遺傳上相同的威爾遜病雙胞胎具有表型不一致和對威爾遜病特異性治療的不同反應行為的表現(xiàn)支持了這一點。病例介紹：其中一名女性純合子雙胞胎（年齡：26 歲）出現(xiàn)書寫、說話、吞咽和行走障礙，導致住院檢查沒有確鑿的結果，但建議進行基因檢測。兩姐妹都經(jīng)過測試，C.2304dupC;p(Met769Hisf*26) 和 C.3207C>A;p(His1069Gln) 突變是雜合子。用 450 mg D-青霉胺 (DPA) 對受影響的兄弟姐妹進行自我藥物治療并不能防止進一步惡化。她患上了青少年帕金森綜合癥，并變成了坐輪椅并患有關節(jié)炎。應用經(jīng)皮內(nèi)窺鏡胃造口術。她的無癥狀姐姐幫助她度過了日常生活。盡管嚴重受影響患者的 DPA 劑量立即增加（3 周內(nèi)高達 1800 mg），并且在基因檢測基因型與表型關系的研究課題組機構新穎就診后無癥狀患者開始 DPA 治療（2 周內(nèi)高達 600 mg），肝兩名患者的功能測試進一步惡化。2個月后，帕金森病患者開始好轉并再次行走，但經(jīng)歷了幾次跌倒，右肩骨折，并接受了兩次必要的手術干預。隨著進一步的銅消除療法，兩名患者的肝功能障礙均得到改善，嚴重受影響的患者無需進行原位肝移植（LTX）。她的肝和腦功能障礙的良好恢復只是暫時中斷了腎病綜合征的發(fā)展，這種綜合征在改用 Cuprior 后消失了^®。不幸的是，她死于暴發(fā)性肺炎。結論：盡管遺傳傾向相同，但單卵雙胞胎的威爾遜病癥狀表現(xiàn)可能會有所不同，并且可能需要采用非常不同的治療方案。到目前為止，潛在的基因 - 環(huán)境相互作用尚不清楚。

關鍵詞： 同卵雙胞胎，表觀遺傳機制，基因型-表型不一致

1.   威爾遜病基因檢測簡介

威爾遜病 (WD) 是一種銅代謝常染色體隱性遺傳疾病，由位于 13 號染色體的大 ATP7B 基因缺陷引起，該基因包含 20 個內(nèi)含子和 21 個外顯子。在 ATP7B 中描述了超過 1000 個突變。 那些 ATP7B 突變和肝細胞中 ATP7B 轉運蛋白的失活導致銅的膽汁排泄失敗，從而導致銅穩(wěn)態(tài)紊亂 。ATP7B 還負責運輸銅以合成功能性銅藍蛋白 。因此，WD 患者的血清銅藍蛋白和總血清銅水平降低，毒性非銅藍蛋白結合銅水平升高 。

毒性銅的肝臟和全身超負荷是許多不同器官的組織病理學和臨床癥狀的主要原因，包括在威爾遜病癥狀表現(xiàn)的后期階段中的中樞神經(jīng)系統(tǒng) (CNS) 。高水平的銅進入大腦  并主要影響灰質  的結構和功能，特別是在基底神經(jīng)節(jié)、皮質和腦干核中。典型的臨床神經(jīng)系統(tǒng)表現(xiàn)是由這些不同的大腦結構的參與引起的 。

在不同的研究中嘗試了尋找 ATP7B 基因型和威爾遜病表型之間相關性的挑戰(zhàn)性任務，但沒有取得多大成功 。表觀遺傳機制促成了這種基因型-表型不一致，并可能解釋不同的癥狀譜。導致表觀遺傳修飾的不同觸發(fā)因素的權重通常是未知的。然而，重要的是要識別它們以補充治療方法、預防殘疾和提高患者的生活質量 。

幾個具有不同疾病表型的純合威爾遜病雙胞胎病例報告以及動物模型研究表明并支持表觀遺傳變化參與威爾遜病的發(fā)病機制及其表型表現(xiàn)，主要表明環(huán)境或營養(yǎng)因素可能影響威爾遜病。在這里，基因檢測基因型與表型關系的研究課題組描述了另一對具有不同臨床表現(xiàn)的單卵WD雙胞胎，但與之前關于單卵WD雙胞胎的報道相比，基因檢測基因型與表型關系的研究課題組將更多地關注治療和管理的困難，并展示疾病進程和治療反應的差異。

2. 案例展示

2.1 新穎訪問基因檢測基因型與表型關系的研究課題組機構之前的歷史

這些同卵姐妹先進次來基因檢測基因型與表型關系的研究課題組機構之前的歷史總結在表1. 直到他們在 22 歲結婚之前，沒有跡象表明姐妹 1 或姐妹 2 會患上神經(jīng)系統(tǒng)疾病。

表1：先進次訪問基因檢測基因型與表型關系的研究課題組機構之前的姐妹 1 和 2 的歷史

離婚后，姐姐 1 逐漸出現(xiàn)神經(jīng)精神癥狀，這些癥狀賊初被解釋為心因性起源。然后，懷疑有血色素沉著癥，并在三個月內(nèi)進行了住院評估。賊后，在進一步的神經(jīng)住院評估中，由于存在 Kayser-Fleischer 環(huán)，診斷出 WD。開始使用 300 mg d-青霉胺 (DPA) 治療，患者因基因檢測的建議而被解雇，這證實了兩姐妹的 WD。

2.2  新穎訪問基因檢測基因型與表型關系的研究課題組機構后的歷史

在姐妹 1 被診斷為威爾遜病后大約 4 個月的顯著時間滯后，這兩名患者賊終以自己的方式出現(xiàn)在基因檢測基因型與表型關系的研究課題組的機構中??。

2.3  重度患者 1 號姐妹的病史

姐妹 1 已將 DPA 劑量增加到 450 毫克。然而，在過去的 4 個月里，她的病情迅速惡化。在先進次演講中（圖1)，姐姐 1 幾乎患有關節(jié)炎，吞咽嚴重困難，通過 PEG 應用得到補償，患有嚴重的青少年帕金森綜合征，運動相當緩慢，嚴重的站姿和步態(tài)共濟失調(diào)，無法獨自行走，依靠陪同人員或輪椅（圖1）。此外，還有垂直凝視麻痹和流涎。未發(fā)現(xiàn)感覺異常或錐體束征。寫作是不可能的。只有輕微的焦慮癥，可能基于無助，沒有智力缺陷的證據(jù)。

圖1:這些純合子雙胞胎在臨床上以有效不同的方式受到影響：一個姐妹坐在輪椅上，另一個姐妹沒有癥狀。兩名患者都對 DPA 治療有反應，然而，嚴重受影響的患者在 DPA 治療期間出現(xiàn)了腎病綜合征。

由于癥狀嚴重，每日劑量在 3 周內(nèi)從 450 mg/天增加到 600 mg DPA/天的 3 倍。賊初，患者對 DPA 治療反應良好；肝臟值顯著改善，銅排泄量賊初很高，然后按預期下降。神經(jīng)系統(tǒng)癥狀開始好轉。然后，大約 6 個月后，患者出現(xiàn)體重增加和呼吸困難，全身狀況進一步惡化。神經(jīng)系統(tǒng)癥狀的改善停滯不前。鑒于蛋白質排泄量倍增，診斷為DPA引起的藥物副作用腎病綜合征（圖 2C（左側；三角形））。通過將 1 片 DPA 更換為 1 片 Cuprior ® ，患者在 6 天內(nèi)從 3 × 2 片 DPA 300 mg 轉換為 3 × 2 片 Cuprior ^® 150 mg 。這一轉變后，蛋白質丟失和全身狀況，特別是呼吸困難和神經(jīng)系統(tǒng)癥狀進一步改善。圖 2A，C（左側））。

圖 2:左側（全符號）顯示嚴重受影響患者的數(shù)據(jù)，右側（空心符號）顯示無癥狀患者的數(shù)據(jù)。箭頭表示受嚴重影響的雙胞胎死亡或無癥狀雙胞胎的第二次懷孕。（A）在圖 2呈現(xiàn)臨床評分。在不到 10 個月的充分治療后，運動評分（MotS；圓圈）、非運動評分（N-MotS；三角形）和總分（TS；正方形）明顯改善（詳見病例報告）。無癥狀患者的評分一直低于2分。（B）在圖 2呈現(xiàn)B肝酶。丙氨酸氨基轉移酶（ALT；圓圈）的值沒有縮放，γ-谷氨酰轉移酶（GGT；三角形）的值除以 10，假膽堿酯酶（CHE）的值除以 100。治療開始后 100 天，兩名患者的所有肝酶都開始改善。（C）在圖 2C 顯示了 24 小時尿液中銅（圓圈）和蛋白質（三角形）的每日排泄量。充分的銅螯合治療大大增加了兩名患者的每日銅排泄量。隨著治療時間的延長，24 h 銅排泄量緩慢下降。在用 DPA 充分治療 7 個月后，由于腎病綜合征，在姐妹 1 中觀察到蛋白質排泄突然增加，這可以通過將藥物從 DPA 轉換為 Cuprior ^®來停止。盡管出現(xiàn)了腎病綜合征，但嚴重受影響的雙胞胎的神經(jīng)系統(tǒng)癥狀有所改善（比較圖 2A，C（左側））。姐姐去世后，無癥狀患者（右側）中斷服藥，導致銅排泄出現(xiàn)第二次短暫高峰。

隨著患者活動能力的提高——患者終于能夠在沒有幫助的情況下步行幾步——不幸的是，她經(jīng)歷了一次摔倒，右側肩部骨折，并因此進行了兩次必要的手術，進一步延遲了神經(jīng)功能的快速改善。此后，她可以進行長達兩個月的長途旅行，探望祖父母。

在她返回后，患者出現(xiàn)發(fā)燒和咳嗽，并被送往周邊醫(yī)院。這發(fā)生在第三波 COVID-19 大流行的時候。據(jù)稱，該患者的檢測結果為陰性，但基因檢測基因型與表型關系的研究課題組沒有 COVID-19 檢測結果的文件。由于患者自然死亡，沒有進行尸檢。在鑒別診斷中，盡管應用了經(jīng)皮內(nèi)窺鏡胃造口術（PEG），支氣管肺炎仍應被視為窒息死亡的原因。

2.4   受輕癥患者 2 號姐妹的病史

在臨床和神經(jīng)學上，第二個姐妹在先進次就診時沒有癥狀（圖1, 站立的人;圖 2A，右側）。她的體重不到50公斤。DPA 治療開始并在 2 周內(nèi)增加到 600 毫克。

盡管該患者在臨床上沒有癥狀，但她的肝臟值已經(jīng)異常，在劑量增加的初始階段甚至進一步惡化。然而，幾周后，肝臟值有明顯改善（圖 2B，右側）為準備懷孕，DPA 劑量增加到 1500 毫克。在妊娠試驗陽性后，DPA 劑量減少到 300 毫克。在正在進行的螯合治療和懷孕期間，她沒有出現(xiàn)任何癥狀（圖 2A，右側）。

2.5. 1 號和 2 號姐妹的臨床評分、肝酶、尿銅和蛋白質排泄表明 1 號姐妹出現(xiàn)腎病綜合征

在每次訪問中，姐妹倆都接受了詳細的臨床神經(jīng)學檢查。對七種運動癥狀（肌張力障礙、構音障礙、運動遲緩、震顫、步態(tài)障礙、動眼神經(jīng)障礙、四肢共濟失調(diào)）和三種非運??動癥狀（反射異常、感覺癥狀、神經(jīng)心理和精神癥狀）進行評分，以確定這些癥狀是否存在。不存在 (0) 或僅輕度 (1)、中度 (2) 或嚴重 (3) 存在。將運動評分相加得出威爾遜運動評分（MotS：0-21），將三個非運動項目相加得出非運動評分（N-MotS：0-9）和 MotS 的總和和 N-MotS 產(chǎn)生總分（TSC：0-30）。這些評分已在基因檢測基因型與表型關系的研究課題組部門用于監(jiān)測威爾遜病的治療約 30 年 并且與意大利 Monotematica AISF 2000 OLT 研究組 中使用的分數(shù)相似。WD 患者只要 TSC <3 就被評分為輕度受影響，TSC 在 3 和 6 之間被評分為中度受影響，而 TSC >6 被評分為嚴重受影響。在圖 2A，MotS（圓圈）、N-MotS（三角形）和 TSC（正方形）的時間發(fā)展呈現(xiàn)給左側的姐妹 1 和右側的姐妹 2。

在基因檢測基因型與表型關系的研究課題組對威爾遜病的常規(guī)治療監(jiān)測期間確定的一長串實驗室參數(shù)中，選擇了以下參數(shù)來證明銅螯合療法的療效以及雙胞胎對治療的反應差異：肝酶 ALT（圓圈）、GGT（三角形）和 CHE（正方形）（圖 2B) 和銅（圓圈）和蛋白質（三角形）的 24 小時尿排泄量（圖 2C）。

2.6. 姐妹 1 和 2 的 cMRI-、OCT-、ARFI-、US-調(diào)查和 MELD-評分

兩姐妹都接受了進一步檢查，證實姐妹 1 的大腦和肝臟嚴重受損，而姐妹 2 的腦成像正常，肝臟輕度受累（圖 3）。

圖 3：呈現(xiàn)了嚴重受影響的雙胞胎（左側）和無癥狀雙胞胎（右側）的兩個頭顱 MRI 掃描切片。嚴重受影響的雙胞胎的 MRT 掃描顯示皮質、基底節(jié)、小腦和腦橋核在疾病過程中嚴重參與，而無癥狀患者的 MRI 掃描則正常。 光學相干斷層掃描 (OCT) 檢查顯示，兩名患者雙眼的視盤大小正常，視網(wǎng)膜神經(jīng)纖維層 (RNFL) 幾乎正常。在分段層中看不到隨著 RNFL、GCIP 和 INL 直徑減小的威爾遜病變化的具體模式。兩名患者的OCT參數(shù)存在細微差異，但與正常對照組相比仍處于正常范圍內(nèi)。表 2）。 ;

表 2：姐妹 1 和 2 的不同臨床研究

cMRI = 顱磁共振成像；OCT = 光學相干斷層掃描；ARFI = 聲輻射力脈沖彈性成像 ; LFS = Ludwig 纖維化評分 (0–4) ；US = 腹部超聲檢查；HCC = 肝細胞癌；WD = 威爾遜氏病。

3. 討論

3.1  以往文獻中關于純合WD雙胞胎的報道

已經(jīng)提出了一些關于具有不同臨床表型的純合威爾遜病雙胞胎的病例報告。森佐洛等人。 描述了兩個純合子雙胞胎，均因威爾遜病而患有肝硬化，其中一個患有嚴重的神經(jīng)精神疾病。兩人都接受了肝移植，但隨后的結果卻截然不同。Cz?onkowska 等人。 檢查了兩對與威爾遜病表型不一致的同卵雙胞胎，并提出表型特征可歸因于表觀遺傳/環(huán)境因素。沒有提供有關藥物的詳細信息。凱格利等人。 報道了一例單卵雙胞胎出現(xiàn)急性肝功能衰竭需要緊急肝移植，而另一對雙胞胎出現(xiàn)輕度肝病。南程等人。 還研究了 5 對威爾遜病雙胞胎的臨床和遺傳特征，并強調(diào)了表型不一致的可能性  但沒有詳細描述表型和治療的差異（可提供本文的英文翻譯）。因此，這些案件不包括在表3.

表3:純合雙胞胎的進一步描述

治療細節(jié)突出顯示在表3.

3.2 癥狀發(fā)作時缺乏表型/基因型相關性

WD 的臨床癥狀是由銅中毒引起的組織損傷引起的。銅中毒取決于接觸的持續(xù)時間和滲入器官組織的有毒銅的量。然而，WD 中器官的損傷不僅取決于銅向器官的運輸，還取決于器官的再生能力。例如，肝臟在威爾遜病中早在其他器官參與之前就已暴露于大量銅，但它具有很高的再生能力。另一方面，中樞神經(jīng)系統(tǒng)長期受到血腦屏障的保護，不受銅的影響。然而，它很容易受到重金屬中毒的影響 。

診斷時間的差異以及營養(yǎng)和生活方式的差異都增加了表型的變異性。超過 1000 種不同的 ATP7B 基因突變導致高基因型變異 。因此，WD 中沒有明確的基因/表型相關性也就不足為奇了。

在基因檢測基因型與表型關系的研究課題組的威爾遜病雙胞胎中，直到他們結婚之前，他們的疾病發(fā)展沒有明顯差異?；楹?，兩姐妹生活在不同的地方，而姐妹 2 在婚后不久就懷孕了，這（至少理論上）可能是對開始威爾遜病的一種不同尋常的處理。因此，基因檢測基因型與表型關系的研究課題組認為生活方式和懷孕的差異可能導致威爾遜病臨床表現(xiàn)的差異。從升高的肝酶水平可以看出威爾遜病也可能在姐妹 2 中表現(xiàn)出來，即使開始威爾遜病特異性治療，肝酶水平也會進一步惡化（圖 2B，左側）。

3.2  治療開始后缺乏表型/基因型相關性

當開始威爾遜病特異性治療時，情況變得更加復雜?；颊呓邮懿煌乃幬锖筒煌瑒┝康奶囟ㄋ幬镏委?。WD 中的某些癥狀對治療的反應比其他癥狀更好 。因此，仔細監(jiān)測治療效果很重要。

為了改善神經(jīng)系統(tǒng)癥狀，可能需要比改善肝臟癥狀更高劑量的 DPA。基因檢測基因型與表型關系的研究課題組觀察到中樞神經(jīng)系統(tǒng)的葡萄糖代謝繼發(fā)性惡化取決于使用少于 1000 毫克 DPA 的治療持續(xù)時間 。因此，基因檢測基因型與表型關系的研究課題組建議在具有中度至重度神經(jīng)系統(tǒng)表現(xiàn)的威爾遜病患者中使用至少 1200 mg DPA 的劑量 。這是 Sapuppo 等人觀察到的具有相同基因型的兩個姐妹對 1000 毫克/天的不同反應的可能解釋。。在這種治療下，患有神經(jīng)系統(tǒng)癥狀的姐妹進一步惡化，而另一位有肝臟表現(xiàn)的姐妹則有所改善。

姐妹 1 接受的 DPA 劑量遠高于姐妹 2。原則上，高劑量的 DPA 會導致神經(jīng)系統(tǒng)癥狀進一步惡化。然而，基因檢測基因型與表型關系的研究課題組認為這不會發(fā)生在姐姐 1 身上，因為她在腎病綜合征發(fā)展之前就開始好轉。無論如何，對藥物反應的差異會進一步導致威爾遜病的長期結果不同。

不幸的是，僅報道了少數(shù)表型不一致的純合威爾遜病雙胞胎的治療細節(jié)（見表3）。這使得解釋具有相同基因型但表型不同的威爾遜病雙胞胎的不同病程幾乎是不可能的。

3.3  表觀遺傳因素的可能影響

表觀遺傳機制的潛在作用已被強調(diào)  并在威爾遜病動物模型中進行了探索 。在威爾遜病大鼠中，高熱量飲食會加重線粒體功能障礙并引發(fā)嚴重的肝損傷 。

在基因表達調(diào)控和環(huán)境之間的界面是蛋氨酸代謝，這是一種對 DNA 甲基化具有調(diào)節(jié)作用的代謝途徑。S-腺苷同型半胱氨酸 (SAH) 水解酶 (SAHH；也稱為 AHCY) 在蛋氨酸代謝中起著至關重要的作用，因為它負責將 SAH 代謝為同型半胱氨酸。如果 SAHH 的表達或活性降低，作為 DNA 甲基化反應抑制劑的 SAH 水平將增加。重要的是，在肝臟銅積累的情況下，SAHH 酶活性和基因 (AHCY) 轉錄水平會降低，從而導致下游蛋氨酸代謝參數(shù)發(fā)生變化。

值得注意的是，來自杰克遜實驗室的有毒牛奶小鼠（tx-j 小鼠）具有影響銅轉運蛋白第二跨膜區(qū)域的自發(fā)點突變，表現(xiàn)出蛋氨酸代謝失調(diào)和肝細胞中的整體 DNA 低甲基化 ，可能對參與肝損傷發(fā)展的基因的調(diào)節(jié)產(chǎn)生下游影響。此外，在胚胎發(fā)育過程中，與對照動物相比，肝臟（主要甲基化重排位點）在 tx-j 小鼠中與細胞周期和復制相關的基因轉錄水平發(fā)生了重大變化 。向懷孕小鼠提供補充甲基供體膽堿能夠使胚胎小鼠中的基因表達達到與對照動物相同的水平，這表明胎兒肝臟易受營養(yǎng)因素的影響，并可能對疾病表型和進展造成終生影響 。

3.4. 修飾基因的可能影響

到目前為止，WD 被認為是一種單基因疾病。然而，不能排除修飾基因的額外參與，只要尚未在更大的威爾遜病患者隊列中進行全基因組分析。在賊近對一大群長期治療的威爾遜病患者的臨床發(fā)現(xiàn)進行的分析中，已經(jīng)描述了廣泛的合并癥，并可能與威爾遜病相互作用 。這在圖形方案中進行了總結。

4. 威爾遜病基因型與表型關系的研究結論

在威爾遜病特異性治療之前或之后，WD 中沒有明確的基因/表型相關性。觀察到純合威爾遜病雙胞胎可能表現(xiàn)出有效不一致的表型和對治療的有效不同的反應行為，如上述病例，這一點得到了支持。原因知之甚少，從生活方式和依從性的差異到對基因調(diào)控的復雜代謝影響不等。

Review：Genes (Basel)， 2022 Jul 7;13(7):1217.  doi: 10.3390/genes13071217.

Different Response Behavior to Therapeutic Approaches in Homozygotic Wilson's Disease Twins with Clinical Phenotypic Variability: Case Report and Literature Review