《Prenatal Diagnosis》：Exome Sequencing in Prenatally Diagnosed Isolated Neural Tube Defects: A Subtype-Specific Analysis
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本研究通过产前外显子组测序（ES），对孤立性神经管缺陷（NTDs）的主要亚型——颅盖缺失-外露脑-无脑畸形序列（AEAS）、脊柱闭合不全和脑膨出进行了遗传学分析。结果表明，这些亚型可能源于部分不同的胚胎发育与分子机制，挑战了其作为单一连续谱系的传统观点。文章强调了基于家系的三联ES在揭示孤立性NTDs病因中的价值，并识别了涉及细胞骨架组织、纤毛功能和mTOR信号等多样通路的基因。
引言
神经管缺陷（NTDs）是最常见且严重的中枢神经系统先天性畸形之一。目前的分类根据其解剖位置和胚胎学机制将其分为两大类：颅部NTDs和脊柱NTDs。脊柱闭合不全包括开放型（如脊髓脊膜膨出）和闭合型（如隐性脊柱裂）。颅盖缺失-外露脑-无脑畸形序列（AEAS）代表了一系列严重的颅部神经管缺陷。脑膨出则是一个独特的实体，被认为是神经管形成后的疾病，而非神经管原发性闭合失败。传统上，临床上通常将NTDs视为一个共享的发育连续谱系，而非不同的遗传亚型。本研究旨在挑战这一传统范式，提出AEAS、脊柱闭合不全和脑膨出可能是由部分不同的胚胎学过程和遗传因素导致的结果。
方法
本研究回顾性评估了2020年9月至2025年7月期间，在特拉维夫苏拉斯基医学中心诊断为孤立性NTD后进行遗传评估的所有病例。队列包括23例胎儿。所有病例均通过详细的解剖超声确认未合并其他主要胎儿结构异常。所有患者均接受了全面的遗传咨询，并在持续妊娠期间或终止妊娠后进行了遗传学检测。临床数据和妊娠结局均从电子病历中提取。
研究采用染色体微阵列分析（CMA）和三联（家系）外显子组测序（ES）。ES在特拉维夫苏拉斯基基因组中心进行。生物信息处理通过Franklin遗传分析平台完成。变异分类遵循ACMG/AMP指南，并根据等位基因频率、预测功能影响、遗传模式和已知疾病关联进行优先级排序。通过人类表型本体（HPO）术语系统评估表型一致性。最终变异解释和表型一致性评估在多学科背景下进行审查。研究的主要结局指标是ES检测到与表型相关的致病性或可能致病性（P/LP）变异。
结果
研究队列包括23例经产前诊断为孤立性NTDs的胎儿。诊断时的平均孕周为14周。CMA在12例中进行，结果均正常。
在整个队列中，外显子组测序检测到致病性或可能致病性（P/LP）变异的确诊率为26%（6/23），另有一例意义不明确的变异（VUS），占4%（1/23）。检出率因亚型而异，脑膨出组最高（60%），其次是脊柱闭合不全（25%）和AEAS组（20%）。发现的基因包括PPP1R12A、ARHGAP35、PIEZO2、KIAA0586、TSC2和CLCN7，这些基因代表了细胞骨架组织、纤毛功能、机械传导和mTOR信号传导等多种通路。值得注意的是，在2例胎儿中发现了复发的PPP1R12A变异：一例为AEAS，另一例为脑膨出，提示可能存在影响颅骨折叠形成和间充质重塑的共享形态发生通路。
脊柱闭合不全
脊柱NTD组包括5例脊髓脊膜膨出和3例脊膜膨出。外显子组测序在8例中的2例（25%）发现了P/LP变异。病例1（脊髓脊膜膨出）为杂合PIEZO2p.Tyr1194Cys变异，与常染色体显性远端关节挛缩症3型相关。病例2（脊髓脊膜膨出）为KIAA0586基因复合杂合截短变异，与常染色体隐性遗传的Joubert综合征23型一致。其余六例（75%）ES结果为阴性。
AEAS
AEAS病例包括9例颅盖缺失和1例外露脑。外显子组测序在10例中的2例（20%）发现了P/LP变异。病例9（颅盖缺失）为ARHGAP35基因的de novo杂合错义变异。病例10（颅盖缺失）为遗传自父亲的PPP1R12A基因杂合无义变异，与常染色体显性遗传的泌尿生殖系统和/或脑畸形综合征相关。其余八例（80%）ES结果为阴性。
脑膨出
脑膨出组包括三例孤立性脑膨出和两例混合型脊膜膨出/脑膨出。外显子组测序在5例中的2例（40%）发现了致病性或可能致病性变异，另在一例中发现一个VUS。病例19为TSC2基因杂合无义变异，与常染色体显性遗传的结节性硬化症2型一致。病例21为PPP1R12A基因杂合移码变异。病例20为父系遗传的CLCN7基因杂合错义变异VUS。
讨论
本研究利用外显子组测序探讨了孤立性NTDs的遗传贡献，涵盖了AEAS、脊柱型和脑膨出亚型。重要的是，这个比例反映的是检测阳性率，而非确诊率，因为在大多数情况下无法确定所识别变异与NTD表型之间的因果关系。
已识别的基因反映了多样的生物学通路，包括细胞骨架动力学、纤毛结构与功能、机械感觉信号传导、细胞收缩性和极性，以及TSC2相关的结节性硬化症等综合征机制。
聚焦脑膨出亚组，值得注意的是，三例孤立性脑膨出胎儿中，有两例发现了涉及TSC2和PPP1R12A的潜在相关外显子组发现。TSC2失调mTOR信号传导，可能通过影响祖细胞增殖和上皮折叠，成为导致颅骨缺损的合理途径。
本研究中两名胎儿，一例表现为颅盖缺失，另一例为脑膨出，均被发现携带PPP1R12A基因的杂合功能丧失性变异。PPP1R12A编码肌球蛋白磷酸酶的调节亚基，对调节细胞迁移和早期胚胎发生过程中的形态发生至关重要。PPP1R12A变异同时存在于颅盖缺失和脑膨出胎儿中，支持了共享的发育通路，表明这些畸形可能代表颅部发育过程中细胞骨架和形态发生过程调节受损所产生的一系列缺陷。
尽管NTDs被归类为脑部异常，但其遗传基础通常涉及不同的通路，特别是那些调节平面细胞极性的通路。病例1中发现的可能致病性PIEZO2变异，其机械传导作用提示可能对神经管闭合产生影响。病例9中的de novoARHGAP35变异同样可能破坏神经管形成。病例2中与纤毛病相关的KIAA0586基因致病性变异复合杂合，支持了纤毛发生缺陷在NTD易感性中的作用。
需要重点指出的是，在该队列中，PPP1R12A是唯一先前在文献中与神经管缺陷相关的基因，而其余识别出的基因目前均非已知的孤立性开放性神经管缺陷的病因。因此，本研究中致病性或可能致病性变异的识别不应被解释为与观察到的NTD表型建立了直接的因果关系。鉴于产前结构发现的有限特异性以及早期人类神经管形成过程中基因型-表型相关性认识的不完全，一些检测到的变异可能代表偶然发现、导致发育脆弱性的遗传修饰因子，或已知表型谱的潜在扩展，而非神经管缺陷的主要驱动因素。
优势与局限性
本研究的主要优势在于其关注经产前诊断且严格意义上的孤立性NTDs病例，并通过详细的解剖超声和全面的胎儿影像学审查进行验证。这种设计最大程度地减少了表型异质性，并降低了在产后队列中常见的多系统畸形带来的混杂影响。另一个优势在于系统地纳入了所有三种NTD亚型——AEAS、脊柱型和脑膨出，并分别进行分析。然而，本研究也存在一些局限性。样本量较小，特别是在每个解剖学亚组内，限制了比较不同NTD类型检出率和建立基因型-表型相关性的统计效力。由于在某些情况下无法获得父母样本，并非所有病例都能确定遗传模式，并且未对候选变异进行功能验证。
结论
本研究表明，NTDs的三种亚型——AEAS、脊柱型和脑膨出，每一种都可能源于部分不同的胚胎学和遗传机制，而非一个单一的同质群体。分别分析这些亚型揭示了潜在相关变异频率的差异以及所涉及基因的不同，提示了每种形式背后不同的分子通路。鉴于其在为生殖决策提供信息和指导遗传咨询方面的价值，应考虑对患有NTDs的胎儿进行基于家系的三联外显子组测序，甚至全基因组测序。尽管需要更大规模的研究来更好地阐明孤立性NTDs中潜在相关基因组发现的比例和意义，但本研究结果凸显了基因组检测在揭示潜在遗传因素和识别新候选基因方面的效用，从而拓宽了我们对NTD发病机制的理解，并支持了未来针对靶向预防策略的研究。
