先天性心臟?。–HD）是最常見的先天性異常，是嬰兒發(fā)病和死亡的重要原因。除了表觀遺傳和環(huán)境基礎(chǔ)外，遺傳學在CHD發(fā)病機制中也起著核心作用。來自美國霍普金斯大學Ying Zou教授團隊發(fā)表在Gynecology and Obstetrics Clinical Medicine 2022年第3期Genetic detection of congenital heart disease的綜述，介紹了既往和近期的CHD基因檢測，通過對基因診斷的識別有助于預(yù)測和潛在改善CHD患者的預(yù)后（本文節(jié)選部分內(nèi)容）。

PART 01 前言

先天性心臟?。–HD）是出生時最常見（通常是嚴重）的先天性異常，估計500名新生兒的患病率為1（范圍從0.2到6）。CHD包括廣泛的心臟畸形，可能還伴有心外畸形。根據(jù)心臟外先天性畸形的程度，CHD可分為綜合征性和非綜合征性CHD。非綜合征性CHD是局限于心臟的先天性異常（伴有對心血管的影響），而綜合征性CHD包括心臟和其他器官的先天性異常（獨立于CHD的心外畸形）。嬰兒期先進的醫(yī)療干預(yù)/治療顯著降低了 CHD死亡率，目前大多數(shù)CHD患者（>90%）可以存活到成年?；加行呐K外結(jié)構(gòu)或功能缺陷的CHD新生兒可能在兒童期出現(xiàn)神經(jīng)發(fā)育遲緩。因此，了解CHD的病因和機制對于預(yù)后和治療策略很重要。

PART 02 CHD的病因

CHD的病因是多因素的，包括遺傳和環(huán)境因素。約40%的CHD病例由基因變異導致，約5%的CHD病例由環(huán)境因素導致，其余55%的CHD病例病因不明。

與一般人群相比，家族內(nèi)患CHD的風險較高，孟德爾遺傳模式，增加了血緣關(guān)系中出現(xiàn)的次數(shù)，并促進了更高的同卵雙胞胎符合率，證實了遺傳因素在CHD中的作用。CHD的遺傳原因是非常不同的，從染色體異常到單基因改變，包括染色體拷貝數(shù)變異（CNV)，染色體異常或非整倍體，以及單基因疾病。大多數(shù)單基因疾病可歸因于新的致病變異，而不是遺傳致病變異（圖1）。

2.1 染色體非整倍體與CHD

早在20世紀50年代就最早發(fā)現(xiàn)染色體非整倍體是與CHD相關(guān)的遺傳缺陷，它是指整個染色體的獲得（三體）或丟失（單體）。據(jù)估計，染色體非整倍體占所有CHD病例的9%~18%。21三體（唐氏綜合征）是CHD最常見的基因診斷，與18三體、13三體和X單體一起構(gòu)成了大多數(shù)嬰兒CHD的染色體非整倍體（圖1）。

2.2 先心病的缺失/重復(fù)綜合征

CNV包括染色體的一部分的缺失或復(fù)制，大小從1千堿基對到幾個兆堿基對不等，并可能導致基因劑量的改變。CNV發(fā)生在可遺傳和初始變異的背景下，可以表現(xiàn)為非綜合征性CHD或影響多個組織系統(tǒng)的綜合征，占CHD的10%~15%。Lander等人估計在合并心臟外異常的CHD中，CNV占3%~25%，而在非綜合征性CHD中，這一比例為3%~10%。

與 CHD 相關(guān)的最常見的人類微缺失是染色體22q11.2 缺失綜合征 （Del22q11），也稱為 DiGeorge 綜合征和顎心臉綜合癥綜合征，其表現(xiàn)為多種表型，包括 CHD、上顎異常、低鈣血癥、免疫缺陷、特征性面部特征和神經(jīng)發(fā)育異常，例如學習障礙和精神疾病。

2.3 先心病的單基因致病因素

據(jù)估計，大約有400個人類基因參與了結(jié)構(gòu)性CHD的發(fā)病或致病，但目前已有<200個基因被認為是明確相關(guān)的，這意味著大多數(shù)與CHD相關(guān)的基因還沒有確定。各種非綜合征型和綜合征型CHD的單基因致病因素已被發(fā)現(xiàn)，包括編碼形態(tài)發(fā)生因子、轉(zhuǎn)錄因子、信號轉(zhuǎn)導、組蛋白/染色質(zhì)修飾物、肌節(jié)和其他心臟結(jié)構(gòu)蛋白的基因，這些基因?qū)π呐K發(fā)育至關(guān)重要。

與在染色體非整倍性和CNV的情況下觀察到的情況相似，相比于非綜合征型CHD，綜合征型CHD識別單基因疾病的可能性更高。大多數(shù)導致綜合征型 CHD的單基因變異是初始的，而遺傳變異似乎在非綜合征性CHD中更常見。

綜合征型CHD往往具有高或完全外顯率，而不完全外顯率在非綜合征型家族性CHD中最為顯著。無論基因與綜合征型或非綜合征型CHD相關(guān)，在受影響的家庭成員中都可能出現(xiàn)不同的表現(xiàn)，如果疾病表現(xiàn)非常輕微，則可能無法識別。由于外顯率降低和表達能力不同，散發(fā)性CHD有時可能是家族性的。

重要的是，家族性和散發(fā)性CHD都可能由于與綜合征和/或非綜合征CHD相關(guān)的基因的致病變異而發(fā)生。當強烈懷疑特定遺傳因素時，可以通過對單個基因進行 Sanger測序來檢測單基因CHD，或者當鑒別診斷列表很長或發(fā)現(xiàn)個體的綜合征與已知疾病不符時。

重要的是，看似非綜合征型CHD實際上可能是綜合征型，當在胎兒中診斷出明顯的非綜合征CHD時尤其相關(guān)，因為子宮內(nèi)成像技術(shù)可能會遺漏某些心臟外胎兒異常和神經(jīng)發(fā)育障礙的特征，致使其在產(chǎn)前未能被識別出。因此，沒有心臟外特征不應(yīng)排除對綜合征性CHD基因的檢測。如果懷疑是由遺傳病因引起的胎兒異常，包括偶發(fā)性綜合征或非綜合征性CHD，則需要對單基因原因進行檢測。家族性CHD也需要檢測單基因功能障礙。

2.4  CHD中的非編碼變異

新的研究表明，非編碼調(diào)節(jié)元件中的變異也可能導致病因不明的CHD。與未受影響的個體相比，CHD 先證者明顯具有更多的初始變異進而影響非編碼轉(zhuǎn)錄元件，如增強子和 RNA-結(jié)合蛋白調(diào)節(jié)位點。該研究進一步確定了與非編碼的初始變異反復(fù)相關(guān)的基因，包括 SHOC2、ZNRF3、CPSF3、MAP4K4 和 COL1A2。

另外，miRNA和LncRNA對組織和器官的分化和形態(tài)發(fā)生至關(guān)重要，包括心肌的分化和形態(tài)發(fā)生。在基因的miRNA位點上或在miRNA自身中，變異所致的miRNA的失調(diào)可導致嚴重的CHD。例如，通常通過抑制表達來調(diào)節(jié)葉酸代謝中的關(guān)鍵酶的miRNA-499中的單個核苷酸變異可導致心臟早期發(fā)育異常。因此，miR-499已成為CHD的診斷性的生物標志物。

同樣，在VSD患者的心臟組織中，以及在懷有超聲心動圖證實為CHD胎兒的母親的血漿中也發(fā)現(xiàn)了LncRNA的異常表達?？梢灶A(yù)見miRNA和LncRNA將繼續(xù)在診斷、預(yù)后甚至治療方面發(fā)揮更大的作用。

2.5 CHD的危險因素

CHD還與父系的高齡（>45歲）和遺傳風險因素相關(guān)。

PART 03 影響CHD的環(huán)境因素

大約5%的CHD病例環(huán)境因素與有關(guān)（圖1）。CHD與環(huán)境風險因素有關(guān)，包括母親/父親暴露于空氣污染或有毒化學物質(zhì)的環(huán)境、父母吸煙、母親懷孕期間的傳染病史、孕前和妊娠期糖尿病、孕產(chǎn)婦肥胖、孕產(chǎn)婦吸毒和懷孕、人工輔助生殖技術(shù)。母親飲酒或喝咖啡與CHD的關(guān)聯(lián)并不顯著，然而，母親補充葉酸似乎對CHD有預(yù)防作用。

盡管在心臟發(fā)育過程中，環(huán)境因素干擾分子途徑的潛在機制是否會導致CHD仍然未知，已證明CHD是由基因-環(huán)境相互作用引起的，導致動物模型中CHD的發(fā)病率增加。

PART 04 CHD的復(fù)雜遺傳、不完全外顯和遺傳修飾

超過一半的CHD患者病因不明，一些已知的CHD基因表現(xiàn)出不完全外顯的遺傳模式，這突顯了CHD的遺傳復(fù)雜性。當某些人表現(xiàn)出CHD表型時，一些家庭會發(fā)生CHD基因（例如NOTCH1、ROBO4和SMAD6）的不完全外顯，而另一些人則不會，即使他們攜帶CHD基因中的致病變異。在外顯率方面也可能存在性別偏見。

遺傳或環(huán)境因素可能導致CHD臨床表現(xiàn)的嚴重程度不同。除了經(jīng)典的隱性或顯性傳遞模式外，更復(fù)雜的遺傳模式(如多個變異體/基因的上位性相互作用）可能在CHD的遺傳異質(zhì)性中發(fā)揮作用。

即使沒有進行基因檢測或沒有確定家族中的特定遺傳原因，識別出患有左心室流出道梗阻（LVOTO）畸形的胎兒也應(yīng)該督促其他家庭成員，特別是父母和兄弟姐妹進行心臟評估。這是因為二尖瓣主動脈瓣（BAV）/動脈瘤綜合征可能會出現(xiàn)不同的左流出道缺陷，包括有動脈瘤的BAV、無動脈瘤的BAV、主動脈瘤和正常的主動脈瓣，以及更嚴重的缺陷，包括主動脈縮窄或左心發(fā)育不良。

BAV/動脈瘤綜合征以常染色體顯性遺傳方式遺傳，可表現(xiàn)出外顯性降低，因此在受影響的家族中可能表現(xiàn)為“隔代遺傳”。因此，所有患有BAV/動脈瘤綜合征家族的一級親屬都應(yīng)該接受超聲心動圖檢查，以檢查瓣膜異常以及主動脈根部和升主動脈瘤。

PART 05 基因檢測

5.1. CHD的染色體組型和FISH

可以檢測到CMA無法檢測到的平衡結(jié)構(gòu)染色體異常。此外，對患有染色體異常（如羅伯遜易位、缺失、重復(fù)或平衡或不平衡相互易位等所致的13三體或21三體）的兒童的雙親進行核型分析也很重要。潛在的染色體異常，以評估未來懷孕復(fù)發(fā)的風險。據(jù)報道，遺傳性易位會增加非整倍體復(fù)發(fā)和自然流產(chǎn)的風險。

5.2. CHD的染色體微陣列

基于微陣列的對比基因組雜交（CGH）和單核苷酸多態(tài)性（SNP）微陣列可以識別過于短小以致于不能通過核型這種標準細胞遺傳學分析看到的亞微觀CNV。CGH陣列和SNP微陣列都可以檢測到全基因組的CNV；但是，SNP微陣列也可以檢測到三倍體、雜合性缺失、單親二體和嵌合體。

5.3. CHD下一代的靶向測序（致病變異）

NGS是一種大規(guī)模平行測序技術(shù)，用于識別小到核苷酸水平的遺傳變異。NGS組合包括特定疾病的多個興趣基因（例如，Noonan綜合征/Rasology基因組)或一組相關(guān)疾?。ɡ?，異位/原發(fā)纖毛運動障礙小組），或者甚至可以是包括與非綜合征和綜合征CHD相關(guān)的幾個基因的一個CHD大組合。

先天性心臟病的NGS組合檢測有時用于出生后環(huán)境，更適用于綜合征性CHD，但一般來說，它不是散發(fā)性非綜合征性CHD的檢測原則，因為基于目前的基因檢測技術(shù)的檢出率較低，而這些病例中的大多數(shù)預(yù)計具有多因素病因。

5.4. CHD的全外顯子組測序和全基因組測序

與NGS組合類似，WES和WGS都使用大規(guī)模平行的NGS技術(shù)，但與組合相比，WES的檢測規(guī)模更大、最全面。WES可以檢測的到單核苷酸變異(SNV）、小的INDELs以及涉及一個或多個外顯子的CNV，已被用于CHD胎兒的檢測，通常是在核型和/或CMA產(chǎn)生陰性結(jié)果并證實非綜合征性CHD以及具有心臟外異常的綜合征性CHD中可增加檢出效益。

5.5. CHD的二次基因組學發(fā)現(xiàn)

自2013起，ACMG發(fā)布了報告WES或WGS臨床上偶然發(fā)現(xiàn)的建議，最新版本是發(fā)布于2021年的ACMG SF v3.0列表，它包括73個基因，主要是基于相關(guān)疾病的醫(yī)學可操作性，并最大限度地降低發(fā)病率和死亡率的潛力。與心血管表型相關(guān)的基因有33個，建議在征得患者的同意的情況下，臨床外顯子組和基因組測序中報告這些CHD相關(guān)基因的致病或可能致病變異，與檢測適應(yīng)癥無關(guān)。

5.6. CHD的無創(chuàng)性產(chǎn)前檢測

自2011年推出以來，循環(huán)脫離細胞DNA檢測（cfDNA）已經(jīng)徹底改變了非整倍體的非侵入性篩查。cfDNA方法分析母體循環(huán)中的由胎盤滋養(yǎng)層細胞釋放的細胞外DNA片段（通常長度為150-200個堿基對），使用如大規(guī)模平行靶向測序（MPSS）或SNP等多種方法篩選染色體異常。

cfDNA最常用于篩查常見的非致死性非整倍體：21三體、18三體、13三體，有時還包括性染色體非整倍體，在妊娠9周就可以在臨床上使用，并且已知對常見的非整倍體具有高敏感性和特異性，已迅速成為高風險和中等風險妊娠的一線非整倍體篩查工具。高風險指征包括高齡產(chǎn)婦、陽性血清篩查結(jié)果或異常胎兒超聲發(fā)現(xiàn)，如軟指標或先天性異常。

雖然通過絨毛膜絨毛取樣 (CVS）、羊膜穿刺術(shù)或胎兒血液取樣進行產(chǎn)前診斷仍然是妊娠期遺傳病診斷的金標準，但考慮到與診斷程序相關(guān)的潛在流產(chǎn)風險，許多患者可能會選擇 cfDNA篩查而不是診斷檢測。因此，當孕婦拒絕診斷檢測時，cfDNA篩查是診斷為CHD的妊娠的一種可用選擇，并且對于CHD的一些最常見原因（包括唐氏綜合征、X單體、18三體和13三體）仍然是一個很好的篩查。

值得注意的是，cfDNA 篩查對其他疾?。ɡ缥⑷笔Ш蛦位蚣膊。┑臋z測不占優(yōu)勢，已知其敏感性和特異性較低。鑒于這些情況的發(fā)生率較低，亞染色體拷貝數(shù)變異的陽性預(yù)測值通常顯著降低。一個新的可行的選擇是篩選與高齡父親或異常超聲結(jié)果相關(guān)的選擇性的、經(jīng)常初始的常染色體顯性遺傳疾病；雖然此類篩選的臨床表現(xiàn)數(shù)據(jù)更少。因此，應(yīng)徹底告知患者選擇cfDNA篩查而非診斷檢測的局限性，因為正常的cfDNA結(jié)果不能排除與CHD相關(guān)的所有可能的遺傳病因。

還應(yīng)告知患者對先心病胎兒父母進行攜帶者篩查的可行性和潛在效用。攜帶者篩查使用各種方法，例如靶向基因分型和/或基因測序，以嘗試識別有更高的風險孕育出患有常染色體隱性遺傳或X連鎖疾病的兒童的個體。這種篩查可以在懷孕前或懷孕期間進行，以識別有風險的夫婦，然后他們可以選擇其他輔助生殖方式以降低生育異常孩子的風險，例如產(chǎn)前診斷、胚胎植入前基因檢測、使用精子/卵母細胞供體或收養(yǎng)。

從歷史上看，基于種族的攜帶者篩查是針對特定種族中少數(shù)最常見的疾病進行的。目前基因檢測技術(shù)的進步和成本的降低允許在短期內(nèi)同時對數(shù)百個基因進行高通量檢測，許多攜帶者篩查實驗室現(xiàn)在可以通過單一血液和/或唾液樣本檢測數(shù)百種疾病。

ACMG目前建議對攜帶者篩查采用與種族無關(guān)的分層方法。第1層篩查被定義為篩查囊性纖維化、脊髓性肌萎縮，以及根據(jù)個人和家族史以及其他風險因素確定的基于風險的篩查。第2層篩查定義的篩查條件為發(fā)生攜帶者的概率為1/100或更高。第3層篩查定義的篩查條件為發(fā)生攜帶者的概率為1/200或更高。第4級篩查定義為對發(fā)生攜帶者的概率為1/200或以下的疾病進行篩查。對于一般人群，ACMG建議提供第3級篩查。在父母血親的情況下，或者當家庭或個人病史需要時，應(yīng)考慮進行第4級篩查。

盡管為確定產(chǎn)前檢測到的CHD胎兒的診斷而進行的攜帶者篩查的檢出率通常很低，但有許多與CHD相關(guān)的常染色體隱性遺傳疾病，并且在胎兒異常不明確的情況下，包含數(shù)百個基因大型攜帶者篩查組合可以為胎兒疾病“撒網(wǎng)”提供一種具有潛在成本效益的方法。

攜帶者篩查組合中可能包含的也與CHD相關(guān)的疾病，包括Smith-Lemli-Opitz綜合征（OMIM 270400）、BardetBiedl綜合征（OMIM PS209900）、Barth 綜合征（OMIM 302060）、Ellis-van Creveld（OMIM 225500）, Fanconi貧血（OMIM PS227650）, 一些異質(zhì)性疾病如 ZIC3（OMIM 300265）等等。在妊娠早期之前或在妊娠早期（后者符合胎兒表型），在攜帶者篩查組合上識別一對夫婦患有某一疾病的風險，可以幫助對通過絨毛膜絨毛取樣 (CVS）獲得的產(chǎn)前標本進行定向單基因檢測或羊膜穿刺術(shù)。

PART 06 基因檢測方法

對于伴有神經(jīng)發(fā)育遲緩或心外異常的綜合征型CHD，建議根據(jù)疑似疾病進行不同的基因檢測方式（從核型、FISH、CMA 到測序）。非綜合征型CHD進一步分類根據(jù)家族史確定為家族性或散發(fā)性CHD（圖3）。建議使用CMA和測序檢測（包括CHD基因組、WES和WGS）來揭示CHD的病因。

PART 07 CHD中NGS檢測的最佳實踐

當前在種系分析臨床測序中進行變體識別的“最佳實踐”是三人家系模式。先證者和父母雙方的聯(lián)合（同時）能夠通過原始父母對變體進行定位。三人家系模式聯(lián)合變異檢測的一個關(guān)鍵優(yōu)勢是能夠區(qū)分先證者的初始改變，這占臨床基因檢測CHD陽性診斷的很大一部分。

PART 08 遺傳咨詢的作用

以患者為中心的最佳、全面的CHD管理需要協(xié)作的多學科團隊方法，遺傳咨詢是對包括CHD在內(nèi)的超聲異常胎兒的診斷評估的關(guān)鍵組成部分。鑒于CHD的臨床和病因?qū)W異質(zhì)性，CHD遺傳基礎(chǔ)的知識庫的迅速擴大、以及細胞遺傳學和分子分析的復(fù)雜性，冠心病的遺傳咨詢可能是復(fù)雜的。

醫(yī)學遺傳學家和遺傳咨詢師可以獲得完整的病史和孕產(chǎn)史（包括可能的致畸暴露），構(gòu)建三代人的家族史，制定鑒別診斷，確定適當?shù)臋z測策略，促進決策，協(xié)調(diào)基因檢測，解釋結(jié)果，提供復(fù)發(fā)風險咨詢，并討論未來懷孕的可用篩查和檢測。

PART 09 結(jié)論及未來展望

了解CHD病因的基因檢測不僅對于CHD患者的診斷、分類和臨床管理很重要，而且對于現(xiàn)在處于生育年齡且生育患有CHD兒童風險增加的CHD患者的產(chǎn)前管理也很重要。NGS極大地推動了CHD遺傳病因?qū)W的發(fā)現(xiàn)，包括單基因變異、拷貝數(shù)和結(jié)構(gòu)變異。鑒于其實用性的不斷增強和成本的降低，NGS正在迅速取代Sanger測序和CMA作為評估CHD中SNV和CNV的方法。由于孤立的CHD病因可能因多基因原因、體細胞嵌合、表觀遺傳效應(yīng)和基因-環(huán)境相互作用而更加復(fù)雜，因此WES或WGS方法超越單基因效應(yīng)將提高診斷率。

盡管我們目前對CHD的遺傳病因有一定了解，但未來揭示CHD所涉及的病因的完整圖景仍有許多工作要做，因為超過一半的CHD患者的病因仍然未知。新的CHD基因很可能通過優(yōu)先招募不同的患者或通過關(guān)注特定人群的CHD基因型來發(fā)現(xiàn)，因為CHD表型在不同的祖先群體之間是獨一無二的。

使用單細胞RNA測序、ChIP-seq、ATAC-seq、甲基化（表觀基因組學）譜和蛋白質(zhì)生物標志物譜的功能基因組研究揭示了更復(fù)雜的遺傳網(wǎng)絡(luò)，對CHD的特定心臟遺傳譜系產(chǎn)生影響，并正在全面評估非編碼變異和寡基因變異在CHD病因中的作用。從人類CHD組織的直接分析中破譯環(huán)境暴露對異?；虮磉_的影響可能會導致了解CHD中的環(huán)境-基因關(guān)系。

最后，與患者表型數(shù)據(jù)相關(guān)的體外/體內(nèi)數(shù)據(jù)的積累開始為臨床醫(yī)生提供資源，用以將人類基因發(fā)現(xiàn)應(yīng)用于 CHD患者的臨床管理。這些技術(shù)進步將改善CHD患者的臨床管理并豐富人類心臟發(fā)育和基因組生物學的基礎(chǔ)知識。

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原文鏈接：https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2667164622000574

本文內(nèi)容來自Elsevier合作期刊Gynecology and Obstetrics Clinical Medicine(GOCM)第二卷第3期發(fā)表的“Genetic detection of congenital heart disease”的部分內(nèi)容

DOI：doi.org/10.1016/j.gocm.2022.07.005

引用格式：Rachamadugu SI,Miller KA, Lee IH, et al. Genetic detection of congenital heart disease. Gynecol Obstet Clin Med.2021;2(3). in press.

原文摘要：

來源：GOCM雜志