Prader-Willi综合征（PWS） 分子机制与遗传咨询

Prader-Willi 综合征 （PWS） 的特征是婴儿早期严重肌张力减退、食欲不振和喂养困难，随后在儿童早期出现暴饮暴食和逐渐发展为病态肥胖（除非严格控制食物摄入）。运动里程碑和语言发育延迟。所有人都有一定程度的认知障碍。性腺功能减退症见于男性和女性，表现为生殖器发育不全、青春期发育不完全以及大多数不孕症。身材矮小很常见（如果不用生长激素治疗）。独特的行为表型（发脾气、固执、操纵行为和强迫症特征）很常见。常出现特征性面部特征、斜视和脊柱侧弯。流行病学Prader-Willi综合征（Prader-Willi syndrome， PWS）是一种罕见的遗传性疾病，由Prader、Labhart和Willi于1956年首次描述。据估计，该病在世界人群中的患病率为1/10,000-1/30,000，目前全球有超过400,000例患者受累。它在所有种族的男性和女性中发生率相同。虽然大多数PWS病例是散发性的，但也有一些家族性病例的报道，复发风险高达50%。PWS 在儿童和成人中都具有显着死亡的风险。据报道，0-47岁年龄段PWS人群的死亡率为每年3%，>30岁患者的死亡率为每年7%。儿童最常见的死因是呼吸道感染和猝死。成人死亡率与肥胖及其并发症有关，包括心血管疾病、睡眠呼吸暂停、糖尿病和高血压。分子遗传学Prader-Willi 综合征 （PWS） 关键区 （PWCR） 位于 15 号染色体近端长臂 （15q11.2-q13） 的 5 ~ 6 Mb 基因组区域。从遗传学上讲，PWS 是一种印记性疾病，因为缺乏遗传自父系染色体 15q11.2-q13.1 区域的基因表达。随着分子遗传学研究的进行，我们对PWS分子基础的理解发生了巨大变化。PWS综合征主要有3种分子机制：最常见的是染色体缺失（高达65%-75%），其次是母源单亲二体（20-30%）、印记中心缺陷（1-3%）和罕见的染色体易位（2%）。表1-PWS的基因型[1]

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染色体缺失PWS 最常见的分子机制见于约 65%-75% 的病例，这些病例在父系染色体 15q11.2-q13.1 区域（包括两种主要亚型）上表现出新发典型缺失。15q11.2-q13区域可分为四个片段，由三个常见的缺失断点划定。第一个区域包含TUBGCP5、CYPFIP1、NIPA2和NIPA1基因，位于断点1和2之间的非印迹区（BPI、BPII）附近。这些基因在父系和母系等位基因中均等表达。第二个区域包含PWS结构域，仅具有父系表达的蛋白质编码基因MKRN3、MAGEL2、NDN、C15orf2、SNRPN-SNURF和snoRNA。第三个区域是Angelman综合征结构域，该结构域包含优先母体表达的基因（UBE3、ATP10A和MEGs）。第四个也是最后一个区域是远端非印迹区，包含2型眼皮肤白化病（OCA2）、HERC2基因、3个γ-氨基丁酸（gamma-aminobutyric acid， GABA）受体基因和远端断点（BPIII）。

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图1.染色体区15q11.2-q13.3的遗传和表达图谱摘要[2]Prader-Willi 综合征 （PWS） 关键区域（以蓝色显示）具有多个父系（PWS 区）表达的基因（MKRN3、MAGEL2、NDN、PWRN1、NPAP1 和 SNURF-SNRPN）、父系表达的小核仁 RNA （snoRNA） 基因家族，以及 IPW（一种长链非编码 RNA）。其中三个基因（SNURF-SNRPN、MAGEL2 和 NDN）在其启动子区域具有差异甲基化的 CpG 岛，这些岛在被抑制的母体等位基因上甲基化。只有与 Angelman综合征 （AS） 相关的 UBE3A（以红色显示）具有优先的母体表达，并且这种印记表达仅限于某些组织特异性区域（特别是大脑）。印迹中心 （IC） 具有二分式结构，具有 AS（母体，红色显示）和 PWS（父系，蓝色显示）组件。PWS 最短缺失重叠区 （PWS-SRO） 已定位为 4.3 kb 区域，其中包括启动子、CpG 岛、外显子 1 和双反子 SNURF-SNRPN 的一小部分内含子 1。AS-SRO 位于 SNURF-SNRPN 外显子 1 近端约 35 kb。二分 IC 位于2.5Mb PWS/AS 印迹区域内。GABA 受体基因簇（GABRB3、GABRA5 和 GABRG3）、ATP10A、OCA2（其致病变异导致眼皮肤白化病 2 型）和 HERC2 未印迹并具有双亲表达（以绿色显示）。锯齿状垂直线表示三个常见的 5 到 6 Mb PWS 和 AS 缺失断点：BP1、BP2 和 BP3。在极少数情况下，BP4 或 BP5 处会出现远端断点。在 BP1 和 BP2 之间还有四个额外的非印记基因：NIPA1、NIPA2、CYFIP1 和 TUBGCP5。1 型和 2 型缺失占 PWS 患者中发现的缺失的 90% 以上。1 型缺失 （T1D） 从 BP1 延伸到 BP3,2 型缺失 （T2D） 从 BP2 延伸到 BP3。请注意，SNORD116（约 24 份）和 SNORD115（约 47 份）的副本比所示的要多，并且地图尚未精确绘制。图谱顺序由最新的人类基因组组装（UCSC Genome Browser，GRCh38/hg38）确定。根据文献，已经报道了两种典型类型的缺失：亚型 Ia 缺失较大，涉及染色体 15q 近端断点BP 1至远端断点 BP 3。Ib亚型缺失较小，涉及BP 2至BP 3。与典型的亚型 Ia 或 Ib 缺失相比，一些非典型病例的缺失大小较小或较大。极少数可分为Ic亚型（BP1-BP 4）和Id亚型（BP1-BP5）。 在大约 5% 的 PWS 个体中可见异常或非典型缺失。SNRPN和UBE3A之间跨越SNORD116簇及其宿主转录本的微缺失（约118 Kb）也是PWS的病因因素。母源单亲二体PWS 的第二种最常见的分子机制存在于近 20%-30% 的病例中，与母源UPD15 有关，其中 15号染色体的两个拷贝都来自母亲。它包括两种亚型。IIa 亚型是单亲同二体，其中 15 号染色体均来自外祖母或外祖父。而亚型 IIb 是单亲异二体，其中一条 15 号染色体来自外祖母，另一条来自外祖父。由于印记基因调控，母体染色体中相同的基因15q11.2-q13.1在结构上是完整的，但由于表观遗传机制（主要是通过甲基化）在转录水平上受到抑制。印记中心缺陷和罕见的染色体易位PWS 的第三种分子机制不太常见，见于约 3% 的 PWS 患者，称为印记缺陷 （ID），包括表观突变和 PWS 印记中心 （PWS-IC） 缺失。通过DNA甲基化检测的15q11.2-q13.1区域两条染色体的表观基因型是母系的。已经报道了PWS的其他一些罕见的遗传改变和分子机制，例如罗伯逊易位（15;15） 遗传自母亲。诊断提示性发现对于具有以下特定临床表现和/或实验室检查结果的个体，应怀疑 Prader-Willi 综合征 （PWS）。临床表现临床表现因年龄组而异。在给定年龄组的个体中存在所有发现，足以证明 PWS 的分子分析是合理的。新生儿期：肌张力减退伴吸吮不良年龄为1个月至2岁·新生儿期食欲不振和吸吮·发育迟缓2 至 6 岁·肌张力减退伴吸吮不良史·发育迟缓6 至 12 岁·肌张力减退伴吸吮不良病史（肌张力减退常持续存在）·发育迟缓·如果外部不受控制，则过度进食伴中心性肥胖    年龄 13 岁至成年·认知障碍，通常为轻度智力障碍·过度进食和食欲亢进伴向心性肥胖（如果外部不受控制）·下丘脑性腺功能减退症和/或典型行为表现实验室检查结果15q11.2-q13 基因组区域缺失提示 PWS，但不具有诊断意义。建立诊断PWS 的诊断是在先证者中通过鉴定 Prader-Willi 临界区 （PWCR） 内 15q11.2-q13 的异常 DNA 甲基化来建立的，其中该区域由于以下原因之一表现出仅母体印记：·父系遗传的 15q11.2-q13 区域缺失·母体染色体 15q11.2-q13 区域的单亲二体 （UPD 15）·父系染色体 15q11.2-q13 区域的印记缺陷，由于印记中心缺失或表观突变DNA甲基化分析是诊断PWS的首选方法，可检测99%以上的病例，包括缺失、mUPD和IC缺陷（图1）。DNA甲基化分析的常用选择包括MS-PCR和MS-MLPA。与MS-PCR相比，MS-MLPA具有识别DNA甲基化状态和缺失的优点。因此，MS-MLPA 是 PWS 分子诊断的首选。拷贝数丢失的高甲基化意味着父系缺失，而正常拷贝数的高甲基化意味着 mUPD、表观突变或罗伯逊易位。如有必要，可以进行 FISH 或高分辨率核型以区分易位与 mUPD 和表观突变。如果FISH结果正常，则可以进行DNA多态性或连锁分析以区分mUPD和表观突变。如果MS-MLPA结果正常，可以进行DNA序列分析，以识别高度怀疑PWS患者的IC缺失和关键基因致病变异。如果DNA序列分析的结果也正常，则需要进行额外的测试以进行进一步诊断。如果MS-MLPA不可用，可先进行MS-PCR。如果MS-PCR结果异常，则可以使用具有单核苷酸多态性（SNP）和拷贝数变异（CNV）探针的CMA来确定拷贝数，这可以将缺失类型与其他亚型（例如mUPD，表观突变）区分开来。如果MS-PCR结果正常，DNA序列分析可能还需要鉴定IC缺失和关键基因致病变异。此外，当 PWS 测试不能解释所有特征时，还需要进行额外的测试以进行进一步诊断。在确定受影响儿童的分子诊断后，强烈建议对无症状的父母进行检测，以确定基因改变的起源和复发风险，以便进行遗传咨询。尽管大多数 PWS 的复发风险较低 （< 1%），但一些遗传病因可能导致高复发风险 （> 50%），例如父系平衡易位或母系 15/15 罗伯逊易位。

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图2-PWS的基因检测流程[1]表2-用于Prader-Willi综合征的分子基因检测方法鉴定的基因型应用与局限性MS-MLPA父系缺失、mUPD、ID、罗伯逊易位可以识别> 99% 的 PWS，并且可以区分缺失和其他类型，但通常不能区分 mUPD 和 ID（IC 缺失和表观突变），除非在极少数个体中观察到 IC 的微缺失。还可以估计大小并区分大多数父系缺失亚型甲基化特异性PCR父系缺失、mUPD、ID、罗伯逊易位可以识别>99%的PWS，但不能区分分子类型。无法识别 IC 缺失和关键基因致病变异CMA-SNP阵列父系缺失、部分 mUPD（同种异体）可以识别 80%-90% 的 PWS，并提供有关整个染色体缺失和重复的信息。但是，无法将 PWS 与单独的 AS 区分开来。它无法识别部分 mUPD（异二体）、ID、罗伯逊易位和染色体重排FISH父系缺失，罗伯逊易位可以识别 65%-75% 的  PWS，并区分父系缺失和染色体重排（例如罗伯逊易位）。可用于患者的父母识别易位。然而，不能区分正常、mUPD  和 ID，并且需要活细胞DNA 测序IC缺失，致病变异，大多数父系缺失无法识别 mUPD 和表观突变。在DNA甲基化分析、FISH（无缺失）、定量微球杂交后的罕见情况下，可以考虑高分辨率核型部分父系缺失，罗伯逊易位可以检测到大多数缺失，但需要经验丰富的技术人员。它不应该单独使用，因为它会错过一些缺失、mUPD 和 IDIC：印记中心；ID：印记缺陷；mUPD：母体单亲二体临床特征Prader-Willi 综合征 （PWS） 是一种复杂的多系统疾病，其特征是新生儿肌张力减退，吸吮不良，体重增加不良，无营养支持，发育迟缓，轻度认知障碍，性腺功能减退导致生殖器发育不全和青春期功能不全，未经生长激素 （GH） 治疗，身材矮小，如果不限制过度进食，则为儿童期发病的肥胖，行为表现，以及典型的特征性面部外观。不太一致但常见的特征包括胎动减少、手和/或脚小、与受影响个体的家庭成员相比色素减退、皮肤采摘、斜视和视力异常、睡眠障碍（包括白天嗜睡，有时是睡眠呼吸暂停）、唾液粘稠、粘稠和发音差异。临床表现存在一些差异，具体取决于 PWS 的分子原因。表3-PWS综合征特征的频率特征具有特征的人口百分比评论婴儿肌张力减退95%-100%肌张力减退伴吸吮不良;导致体重增加不良，无喂养支持吞咽困难90%-100%通常在出生时就存在，并持续到成年运动延迟90%-100%语言发育迟缓90%-100%包括言语发音异常、言语失用症智力障碍90%-100%大多数有轻度残疾;范围从严重的学习障碍到严重的认知障碍内分泌表现90%-100%性腺功能减退症、青春期发育异常、生长缺陷、糖尿病、甲状腺功能减退症食欲亢进和肥胖90%-100%特征行为70%-90%焦虑、发脾气、僵硬、强迫症、操纵行为、自闭症特征、多动症;精神病在年轻人中变得明显，尤其是那些患有 UPD 15 的人痛阈增高60%-80%可能掩盖紧急医疗问题面部畸形50%-70%生长激素治疗可减轻症状;在15q缺失的人群中更常见色素减退50%-70%主要是15q缺失的患者抓挠皮肤50%-60%在老年人中减少斜视40%-60%睡眠异常30%-40%中枢性呼吸暂停（婴儿）、阻塞性睡眠呼吸暂停、白天嗜睡、发作性睡病脊柱侧凸40%-80%癫痫发作10%-20%通常为全身性和可治疗性基因型-表型相关性目前尚无表型特征与导致PWS的三种主要分子机制中的任何一种完全相关。然而，在两个最大的分子类别（15q 缺失和 UPD 15）之间，某些特征的频率或严重程度存在一些统计学差异。·足月分娩和高龄产妇更常见于 UPD 15。·患有 UPD 15 的个体不太可能具有典型的面部外观、色素减退或拼图游戏技能。他们的语言智商也比那些有 15q 缺失的人高一些。·患有 UPD 15 的个体更有可能患有精神病和自闭症谱系障碍。研究表明，多达 64% 的 UPD 15 患者会发展为非典型精神病，而 15q 缺失的患者中有 25% 会发展为非典型精神病。·父系缺失的PWS患者有更突出的喂养问题、言语发音障碍和睡眠障碍。遗传咨询遗传方式PWS患者通常是散发病例（即单个受影响的家庭成员），并且由于新发遗传改变而患上这种疾病。绝大多数家庭的复发风险低于1%。然而，某些病因的复发风险高达50%，而风险几乎为 100% 的情况（即母亲的罗伯逊易位率为 15/15），虽然可能性很小，但理论上是可能的。因此，可靠的 PWS 复发风险评估需要确定先证者中 PWS 的遗传机制（即 15q 缺失、UPD15 或印记缺陷）和潜在的遗传病因，以及亲本测试以辨别易感遗传交替的存在（即，印迹中心缺失的亲本染色体重排或父系杂合性）。家庭成员面临的风险先证者的父母：先证者的父母不受影响。先证者的兄弟姐妹：·先证者患有PWS的风险取决于先证者中PWS的潜在遗传机制和遗传病因以及父母的遗传状况。·一旦通过鉴定 15q11.2-q13 位点的异常 DNA 甲基化在先证者中建立了 PWS 的诊断，并且确定了潜在的遗传机制（15q 缺失、母源UPD 15 或印记缺陷），应确定遗传病因的复发风险评估。总结了为辨别先证者的遗传病因和父母的遗传状况而推荐的检查。表4-PWS先证者的兄弟姐妹的风险遗传机制推荐的检测，以区分遗传病因和辨别易感父母遗传交替的存在遗传病因PWS的比例对兄弟姐妹的风险15q 缺失·先证者：核型和FISH·父亲：核型和FISH（用于识别15q11.2的隐秘易位或臂内倒位）De novo60%-70%<1%染色体重排不平衡导致的缺失<1%高达 25%UPD15先证者：核型·如果先证者具有正常的核型，则父亲的核型·如果先证者有标记染色体，则父母双方的核型·如果先证者有 15/15 罗伯逊易位，则母亲的核型De novo UPD15~30%-40%<1%UPD 15 伴易感染色体异常（例如，父系 15/15 罗伯逊易位、标记染色体)<1%<1% 至 100%（若母亲15/15罗伯逊易位则几乎100%）压印中心 （IC） 缺失·先证者：无需额外检查·父亲：DNA甲基化和OSA（或MS-MLPA）De novo<0.5%<1%遗传自父亲的IC缺失<0.5P%通过表观突变印迹缺陷无需额外检查De novo~2%-4%<1%先证者的后代·除了极少数例外，雌性患有PWS的个体不会繁殖。没有报告过具有遗传证实的PWS的雄性繁殖。·应在正式的遗传咨询中确定对后代的风险。其他家庭成员·如果在先证者和父母中发现染色体重排（例如易位或倒位），则应为携带者父母的同胞提供遗传咨询和基因检测选择。·如果先证者的父亲是印记中心缺失的杂合子，则父亲的兄弟姐妹也有印记中心缺失的风险。参考文献[1] D. Yang-Li, L. Fei-Hong, Z. Hui-Wen, M. Ming-Sheng, L. Xiao-Ping, L. Li, W. Yi, Z. Qing, J. Yong-Hui, Z. Chao-Chun, Recommendations for the diagnosis and management of childhood Prader-Willi syndrome in China, Orphanet J Rare Dis 17(1) (2022) 221.[2] D.J. Driscoll, J.L. Miller, S.B. Cassidy, Prader-Willi Syndrome, in: M.P. Adam, J. Feldman, G.M. Mirzaa, R.A. Pagon, S.E. Wallace, L.J.H. Bean, K.W. Gripp, A. Amemiya (Eds.), GeneReviews(®), University of Washington, SeattleCopyright © 1993-2024, University of Washington, Seattle. GeneReviews is a registered trademark of the University of Washington, Seattle. All rights reserved., Seattle (WA), 1993. 本站仅提供存储服务，所有内容均由用户发布，如发现有害或侵权内容，请点击举报。