全脑性脑病的分子检测 |
头前脑是脑部结构异常，其特征是前胚在早期胚胎发生过程中无法分离。HPE涵盖了从alobar到中半球变体类型的光谱。还有一种称为微观形态的HPE，其中在神经影像学上未见脑畸形，但是可以看到典型的HPE面部特征，例如视力减退，单个上颌中切牙，视网膜结肠大叶瘤或裂口。由于HPE是罕见的疾病，没有可用的循证测试指南，因此，肿瘤基因检测网总结肿瘤基因检测网在HPE的三十年分子测试经验中获得的经验教训。肿瘤基因检测网的小组于2010年发布了第一批建议，该更新包含过去十年的技术变化和基因发现。下一代测序的可用性改变了HPE的分子诊断格局，允许在大量患者中询问与HPE相关的基因，并将新基因与这种疾病相关联，例如FGFR1。
肿瘤基因检测网对过去20年发表的有关HPE分子测试的医学文献进行系统的综述。肿瘤基因检测网使用搜索词“holoprosencephaly”，“基因检测”，“下一代测序”，“全外显子组测序”，“全基因组测序”和“染色体微阵列”搜索了PubMed，Embase和GoogleScholar。期刊文章包括病例报告，队列研究，专家共识和评论研究。从这些研究的参考文献清单中确定其他研究。肿瘤基因检测网还查询了已知的商业诊断实验室，并使用其网站上的信息来构建可用商业测试的列表。分子测试始于临床医生收集详细的表型信息，并根据这些发现进行基因组测试。简单订购HPE面板可能无法评估综合型HPE类型，其占所有HPE病例的一半以上。如上所述，HPE的致病变异可能不是脑部异常，而是微小的HPE。此外，携带相同变体的同一个家族的成员呈现不同的现象并不少见。因此，HPE中的可变表达和不完全渗透可以使诊断变得困难。一旦对HPE光谱进行临床诊断，分子测试途径就相对简单明了。
在没有已知家族突变的情况下，在HPE产前或产后诊断后订购的第一个测试是核型。鉴于所有HPE病例中有一半以上与非整倍性有关，尤其是13三体性，核型应该是第一个检验。非整倍性也可以用染色体微阵列和最近的NGS进行评估；但是，这些技术在目前的状态下可能无法找到结构异常，例如平衡易位。克鲁斯卡和穆恩克对染色体疾病进行综述。对于具有正常核型的患者，应通过许多可用的检测方法之一评估已知导致HPE的基因的缺失或重复。删除/重复测试可在大多数商用HPE测试面板上进行。单基因或多基因缺失在HPE病因中占很大比例。发现在正常核型和正常筛查SHH，TGIF1，SIX3和HSH变异的病例中。ZIC2，339名患者中的16名在其中一个基因中缺失。在另一项评估具有HPE和正常核型的胎儿的研究中，94个胎儿中的13个具有涉及SHH，TGIF1，SIX3或ZIC2的微缺失。如果在先证者中发现了致病性缺失，则还应对父母进行测试，因为有许多关于微缺失遗传的报道。
HPE是遗传异质性疾病，涉及许多相关基因。传统上，对HPE单基因变体的测试都集中在Sanger测序技术上。最近，NGS已成为临床诊断实践的一部分，允许同时对多个基因或整个基因组进行测序。当前的NGS捕获技术在对完整编码区进行测序方面存在问题，并且对鸟嘌呤胞嘧啶含量敏感。当然，随着技术的进步，尤其是全基因组测序的发展，捕获问题将得到解决。尽管，HPE研究和NGS超出本指南的范围。回顾本期HPE中的基因组研究。肿瘤基因检测网已附上Sanger测序程序和基因SHH，SIX3，ZIC2和TGIF1的引物，这些基因已针对基因的GC区域进行了优化。如上所述，NGS也可用于评估拷贝数变化。以高读取深度测序的基因组在检测染色体微阵列会遗漏的小外显子缺失方面特别有价值。
与HPE相关的最常见且一致的基因是SHH，ZIC2和SIX3。在使用NGS专家组对257例HPE患者进行的分析中，发现与HPE相关的顶级基因为SHH，ZIC2，GLI2，SIX3，FGFR1，FGF8，DISP1，DLL1和SUFU。HPE专家组中通常评估的许多基因与HPE的经典前脑畸形没有关联。其中一些基因与“HPE样”表型相关，在这些表型中，面部异常类似于在不涉及大脑半球的HPE或中线大脑畸形中发现的异常。下面，肿瘤基因检测网回顾18种与HPE或类HPE疾病相关的基因，这些基因可在商业面板上获得。根据患者的临床表现，这些基因中的任何一种都可能适合进行测试。以下许多基因是HPE牵连的三个途径的成员，包括Shh信号传导途径，Nodal信号传导途径和Bmp信号传导途径。根据患者的临床表现，这些基因中的任何一种都可能适合进行测试。
根据肿瘤基因检测网的经验和医学文献的回顾，SHH，SIX3和ZIC2变体最常与HPE相关。在200HPE例与正常核型，34有变体在SHH，SIX3，ZIC2，和TGIF1，与SHH变体是最常见的，在的1713存在的。在另一项针对胎儿，儿童和有孩子的成年人的研究中，发现86例中的21种变异在SHH，SIX3和ZIC2中具有变异。尽管TGIF1与HPE相关联，并且TGIF1在大多数HPE测试面板上，但该基因的变体很少见。TGIF1变体不在与HPE相关的前10个基因中。研究257例患者。在部分18p单体病患者中，包括整个TGIF1基因座的缺失，大约有10％的患者表现出HPE，这表明该基因中的单等位基因突变可能有助于致病性，但不足以引起HPE。有趣的是，SHH的变体，ZIC2和SIX3分布在这些基因的所有域中。
最近，已经清楚的是，GLI2中的突变并不倾向于导致坦率的HPE，而是引起包括垂体功能不全多指的以及明显的面部特征的独特表型。尽管在可能具有与HPE相似的面部特征的患者中发现，但最近的一项研究表明，GLI2的变体不会引起经典的HPE，这被定义为前脑分裂的部分或完全衰竭。这种与GLI2变异相关的表型称为库勒琼斯综合症。医学文献中有几篇有关CDON变体和HPE的报道。在四个与HPE无关的个体中发现了CDON变体。一份报告将Steinfeld综合征与CDON的一种变异联系起来。但是，这不是经典案例，而是微型HPE。DISP1是声刺猬信号通路的一部分，因此引起极大的兴趣。然而，涉及DISP1的多个微缺失和截短变体未能显示与HPE一致的脑畸形。报道了两个家族在DISP1和缩微HPE中具有截短的变体。在257名HPE患者中发现1.2％的DISP1变异。有趣的是，微删除位于1q41，其中DISP1位于，已与更严重的HPE形式相关联。肿瘤基因检测网集团最近报告的意义不明的变异DISP1与叶HPE成年人谁继承这一变体与未受影响的。
评估了大约400名HPE患者的NODAL变异，发现两个个体中的常见变异，即p.H165R和p.R302C，等位基因频率分别为62％和0.06％。发现当使用斑马鱼/荧光素酶测定法时，这两种常见的多态性都具有降低的生物活性大于50％。给定这些变体的等位基因频率，它们不是驱动子突变，而可能是修饰子。在对257名患者的大量询问中未发现NODAL中的致病变异。FOXH1参与NODAL信号通路，因此对HPE研究很感兴趣。FOXH1的变体在HPE中并不常见。在与HPE相关的FOXH1中发现多个变异体，并在斑马鱼分析中证明了该蛋白的活性降低。但是，在有关FOXH1和HPE的文献中没有进一步的报道。TDGF1是淋巴结信号传导途径的成员，已在一名患有HPE的患者中进行描述。在ExAC数据库的121,398个等位基因中的18个中发现了在这种情况下报告的TDGF1变体p.P125L。
PTCH1是SHH的受体，可抑制SHH信号传导。尽管PTCH1是HPE的诱人候选物，但在HPE中并不是常见的变体。在两个报告中有多个人将PTCH1变体与HPE相关联。很少与HPE相关的Delta-like1是一个缺口配体，并已在发育中的鸡前脑和FGF信号传导途径的一部分中与FGF8共表达。还报道4例HPE患者，其微缺失包含DLL1，1例HPE患者具有3bp缺失，其继承自未受影响的父母。测试了394名具有HPE的个体在GAS1编码和侧翼区域的变异，并发现5名具有错义变异的个体，这些变异也损害了与SHH的物理相互作用。在针对257例HPE患者的NGS靶向研究小组中。在GAS1中未发现任何致病变异。GLI3变体与Pallister-Hall综合征，Greig头多突综合征和多指畸形相关。尽管GLI3是SHH信号通路的一部分，但肿瘤基因检测网不知道GLI3中的变异与经典HPE相关。FGFR1与Hartsfield综合征和HPE相关发现257名HPE患者中有2.3％具有FGFR1变异。像其他编码SHH信号通路成分的基因一样，SUFU对HPE研究很感兴趣。发现他们的队列的0.4％在SUFU有变异。据肿瘤基因检测网所知，SUFU的测试尚无法通过商业途径获得。在来自伴有半叶HPE的近亲家庭的先证者中鉴定纯合的错义变体FGF8。STIL与两个不相关的近亲家族的常染色体隐性HPE相关。当在HPE中发现致病变异时，分子检查的最后一部分是测试家族成员。尽管大多数HPE变体可能具有毁灭性影响，但这些变体具有不完全的渗透性，并且有许多未受影响的家庭成员受到轻微影响或未受到影响的示例。无论是阳性还是阴性结果，测试的结果都是复杂的，需要深入的咨询。
在本综述中，肿瘤基因检测网为照顾受HPE影响的患者的临床医生提供了分子检测的指南。有许多因素会影响临床医生在HPE分子检测中的决策，包括商业测试的简便性，可用性，遗传变异的致病性证据以及所考虑的表型谱。在这篇评论中，肿瘤基因检测网已经介绍测试的各个方面。从测试的可用性开始，有大量的商业HPE测试面板可供使用，这为分子后处理提供了一个起点。在此发布时，肿瘤基因检测网提供大多数可用的测试实验室的表格。肿瘤基因检测网还强调指出，分子检测首先要进行详细的临床检查，并且与大多数核型的核型不同，这些检测小组无法在大多数HPE病例中找到病因。其次，本次审查检查与HPE相关的基因的致病性证据，对于许多测试的基因，与HPE的因果关系的证据微弱或不存在。当然，有大量证据支持对常见基因，但其他基因的证据却滞后。最后，必须仔细考虑表型。有许多基因被认为是“HPE谱”，但与经典HPE并不一致。例如，GLI2已在HPE中进行了广泛测试，但它是频谱的一部分，而不是经典HPE。因此，本研究中审查的许多基因可能对经典HPE以外的表型很重要。
本文提出的测试建议所面临的挑战是技术和遗传研究迅速变化。HPE的测试是一个移动的目标，随着基因发现在未来几年中不断发展，更多的基因将被添加到测试小组中。但是，当前的NGS技术似乎始终无法捕获诸如SHH，SIX3和ZIC2等基因中的某些染色体区域，这使得Sanger测序仍然是常规HPE四基因筛选中完全覆盖编码区域的金标准。此限制也可能适用于其他HPE基因。约1,500个基因中的稀有变异与影响大脑发育或胚胎发育的疾病有关，并且肿瘤基因检测网预计将来许多此类基因将与HPE相关。随着人们对HPE病因学的了解越来越深入，肿瘤基因检测网的患者及其家人将受益于以预后，治疗和遗传咨询等形式进行的遗传诊断。
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