【Movement Disorders】上海市第六人民医院曹立主任团队研究成果，痉挛性截瘫大型队列临床和遗传谱系特征及筛查策略

文摘 2024-06-23 17:56 上海

导读

遗传性痉挛性截瘫（Hereditary Spastic Paraplegia, HSP）是一组以进行性下肢痉挛和无力为特征的单基因遗传性神经系统退行性疾病，具有高度临床和遗传异质性，主要由于脊髓锥体束的轴突退行性变引起。

近年来，关于HSP的研究不断深入，特别是在分子诊断、遗传学、病理生理机制以及治疗策略方面取得了显著进展，基于NGS技术的分子评估极大地促进了HSP各亚型的诊断。然而，由于大片段缺失/重复所导致的HSP的临床和遗传谱系特征尚未得到充分界定，特别是在这些类型变异中，临床表型与基因型之间的关联尚不明确。

针对以上科学问题，2024年1月31日，上海交通大学医学院附属第六人民医院神经内科曹立主任、田沃土医生团队在Movement Disorders（神经科运动障碍TOP期刊，JCR/中科院：1/1区，IF：8.6）杂志，发表题为“Clinical and Genetic Spectrum in a Large Cohort of Hereditary Spastic Paraplegia”研究成果。

本研究结果揭示某些表型特征在特定亚型中富集，发现SPG4和SPG3A家族中因基因大片段重排变异而可能出现的遗传早现（anticipation）现象。提出一套诊断流程，强调了大片段突变在HSP中的筛查重要性，以及在常规WES基础上增加MLPA筛查作为有益补充的诊断价值。基于亚洲最大规模的HSP队列，完善了对HSP全面的临床和遗传谱系理解，特别是基因大片段重排变异相关的家系研究增添了新的认识。

方案设计&流程

主要内容&结果

1. HSP的诊断流程图

采用图1A所示诊断流程图来依次检测致病基因。对于AD-HSP患者，优先选择探针P165-C3检测SPAST和ATL1基因的缺失或重复，分别用于临床诊断SPG4和SPG3A。对于阴性结果，进一步使用探针P211-B5筛查SPG4和SPG6，然后使用探针P213-B3筛查SPG7和SPG31。然而，对于AR-HSP患者，首先使用P306-B2来筛查SPG11，然后使用P213-B3来筛查SPG7。对于散发性患者，选用P165-C3、P211-B5探针检测SPG4、SPG3A、SPG6，再选用P306-B2、P213-B3探针依次检测SPG11、SPG31、SPG7。

2. HSP的临床和遗传特征

通过270例临床诊断为HSP的患者【（男性:女性=170:100）进行统计分析，该群体平均发病年龄(average age at onset，AAO) 为23.03±16.37岁（范围从出生至66岁）】。第一阶段WES检测结果显示，WES致病性突变检测阳性率为48.9%；对WES检测结果阴性的患者，依据遗传方式，根据优化的MLPA序贯筛查策略，进一步检测基因大片段缺失或重复突变，使总分子诊断准确率从48.9%再提高至60.0%。而大片段缺失或重复突变所致疾病中SPG4是最常见的AD-HSP亚型(73.3%) > SPG3A(16.7%) > SPG6 = SPG7 = SPG11(3.3%)。

Fig 1. Diagnostic flowchart, clinical and genetic characteristics of HSP.

不同基因型之间AAO差异很大，在相同亚型的不同家系之间甚至同一家系内发病年龄都存在一定异质性。临床分析揭示了某些表型特征在特定亚型中富集（详见图1F热图）；由于基因大片段重排变异所致的SPG3A患者比点突变所致患者具有较晚的发病年龄。在整个HSP队列中，以男性患者占主导(63%)，在由于SPAST、SPG7、KIF5A、ATL1、PLP1、CAPN1和KIF1A突变引起的相应亚型中男性患者中尤为多见。而对于FA2H、SPG11和NIPA1突变相关的亚型，两性分布基本相等。

脑MRI检查结果显示，SPG35(77.8%，7/9)、SPG2(75.0%，3/4)、SPG11(69.6%，16/23)、SPG30(66.7%，2/3)提示影像学异常的发生率较高，其中白质病变(WMLs)和薄胼胝体(TCC)是最常见的神经影像学特征。图1F总结了不同亚型的详细临床特征。与复杂型HSP相关的常见症状如认知功能障碍、小脑性共济失调、构音障碍和周围神经病变在AR-HSP中多见（图1）。

Fig 2. Clinical and genetic spectrum of patients with large rearrangement variants and analysis of anticipation phenomenon in SPG4 and SPG3A.

3. 基因大片段重排变异相关患者的临床和遗传谱及SPG4和SPG3A遗传早现现象分析

在138例WES阴性患者的MLPA检测结果显示，30例(30/138,21.7%)患者在SPAST (n = 22)、ATL1 (n = 5)、NIPA1 (n = 1)、SPG7 (n = 1)和SPG11 (n = 1)中发现了致病基因大片段重复/缺失(图2A)。遗传模式以AD为主，占60%(18/30)，其次为散发病例(11/30,36.6%)和AR病例1例(1/30,3.3%)(图2B)。对于SPG4患者，16/22存在缺失(72.7%)，6/22存在重复(27.3%)。有3例患者存在单外显子缺失，涉及SPAST的1或6外显子，而其他13例患者的多个外显子缺失模式不尽不同，包括外显子1 - 4、2-17、5-7、5-17、8-9、10-13、10-17和13-15(图2H)。图2G示意涉及四个功能域的各种重排模式。在ATL1突变中发现了4个缺失和1个重复，均为单外显子重排，位于1、3、4、6外显子，多累及GTP酶结构域(图2I,J)。

表1和图2总结了30例基因大片段重排变异相关HSP亚群的详细临床和遗传特征。平均AAO为29.47±16.05岁(范围:1-66岁)(图2D)，平均病程为10.80±10.97年(范围:1-49年)。大多数患者表现为单纯型(20/30,66.7%，图2C)。在性别分布方面，SPG4(63.6%)和

SPG3A(60%)均以男性为主。

最常见的初始症状包括步态异常(56.7%)、下肢无力(26.7%)和下肢僵硬(16.7%)(图2E)。体格检查显示，100%的患者存在下肢肌张力升高、腱反射亢进，66.7%的患者存在下肢无力。随着疾病进展，9名患者出现上肢进行性肌张力升高、腱反射亢进、无力。

通过比较基因大片段重排vs点突变相关的亚群，结果显示在SPG4患者中，大片段重排阳性(n = 22)和点突变阳性患者(n = 56，表2)显示了类似的临床情况。两组在AAO、病程、性别比例、家族史、常见临床特征、SPRS评分等方面统计学差异不显著。SPG3A通常在10岁前发病，点突变相关SPG3A的AAO为4.50±4.04岁(范围1-8岁)；而与重排相关的SPG3A患者的发病年龄则显著较晚——5例患者均在青春期后发病，平均AAO为33.60±11.28岁(18-44岁)，这与我们常规认识的SPG3A多为早发的常识不同；两组在其他临床特征上无其他显著差异。

进一步对基因大片段突变所致的SPG4和SPG3A家系进行逐一深入研究发现，在7个SPG4和2个SPG3A家庭中，连续世代具有患者的大家系内，AAO随着世代而逐渐提前。在有＞1代以上患者的7个SPG4家系中，年轻一代的平均发病年龄AAO显著偏小(48.08±12.3 vs. 27.4±16.21,P = 0.002)。Kaplan-Meier曲线分析显示老一代与年轻一代累计SPG4起病年龄差异有统计学意义(log-rank检验P = 0.0003，图2K)。由于大片段相关家系样本量有限，两个SPG3A家系的两代人之间的AAO虽具有发病提前的趋势(log-rank检验P = 0.063，图2L)，但其差异不显著(55.00±7.07 vs. 43.67±1.53,P = 0.256) 。

综上表明，由于基因大片段突变所致的SPG4和SPG3A存在遗传早现现象，且临床表现存在家系内和家系间的异质性，主要表现为AAO和疾病严重程度上存在差异。

展望思考&建议

本研究通过纳入亚洲最大的HSP队列临床表型和遗传特征的深入分析，采用全外显子测序（WES）联合多重连接探针扩增（MLPA）技术，能够为60%的HSP患者提供遗传诊断，其中点突变占比较大，但基因大片段重排相关变异（如大片段缺失/重复）也占到了不容忽视的比例，约11.1%，且在SPG4、SPG3A等亚型中较为常见。传统的WES诊断率在常染色体显性遗传HSP（AD-HSP）、常染色体隐性遗传HSP（AR-HSP）以及散发病例中分别为56.7%、55.5%和21.2%，大片段缺失/重复变异易被遗漏，因此，拷贝数变异检测是必要的补充手段，而MLPA技术恰好能有效识别这类变异，表明MLPA作为WES的补充，对诊断具有显著价值。

本研究为HSP的精准医疗提供了重要的基础数据，特别是在遗传咨询、风险评估和治疗策略制定方面。鉴于HSP的遗传复杂性和临床多样性，未来研究应继续扩大样本量，纳入更多地域和民族背景的患者，以更全面地描绘HSP的遗传谱系。同时，针对重组变异的研究应进一步细化，以明确其在不同亚型中的作用机制，以及对疾病进展和预后的影响。此外，探索CNVs以外的遗传变异类型（如结构变异、基因调控区变异等）和环境因素的交互作用，也将是未来研究的重要方向。以期促进HSP个性化治疗策略的发展和实施，改善患者的生活质量。

团队介绍

参考文献

[1] Cao Y, Zheng H, Zhu Z, Yao L, Tian W, Cao L. Clinical and Genetic Spectrum in a Large Cohort of Hereditary Spastic Paraplegia. Mov Disord. 2024 Apr;39(4):651-662. doi: 10.1002/mds.29728. Epub 2024 Jan 31. PMID: 38291924.

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