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【專題】假基因—多囊腎

 生物_醫(yī)藥_科研 2019-08-09

什么是多囊腎?

多囊腎(polycystic kidney disease,PKD),又名Potter()綜合征、Perlmann綜合征、先天性腎囊腫瘤病、囊胞腎、雙側(cè)腎發(fā)育不全綜合征、腎臟良性多房性囊瘤、多囊病。PKD有兩種類型:常染色體隱性遺傳型(嬰兒型)多囊腎,發(fā)病于嬰兒期,臨床較罕見;常染色體顯性遺傳型(成年型)多囊腎,常于青中年時期被發(fā)現(xiàn),也可在任何年齡發(fā)病,為多囊腎的常見類型。本病幼時腎大小形態(tài)正?;蚵源?,隨年齡增長囊腫數(shù)目及大小逐漸不斷地增多和增大,多數(shù)病例到40~50歲時腎體積增長到相當(dāng)程度才出現(xiàn)癥狀。主要表現(xiàn)為兩側(cè)腎腫大、腎區(qū)疼痛、血尿及高血壓等。發(fā)病率1/500~1/1000,無理想診治方法。

常染色體顯性多囊腎(ADPKD)

常染色體顯性遺傳多囊腎病是慢性腎臟病的重要誘因之一,發(fā)病率為1/400-1/1000,由于其發(fā)病年齡多在40~60歲,故既往又稱之為成人型多囊腎病。全球約1200萬患者深受這一疾病的影響。約50%患者會發(fā)展到終末期腎功能衰竭(ESRD),需要進(jìn)行異源腎臟移植或者終身血液透析治療。我國約有150萬此疾病患者,每年都有數(shù)以萬計的患者苦苦等待無償捐獻(xiàn)的腎源或者通過無休止的透析維持生命。ADPKD不僅給患者造成嚴(yán)重的身體和精神上的折磨,同時給患者家庭帶來沉重的經(jīng)濟(jì)負(fù)擔(dān)。

致病基因

ADPKD致病相關(guān)的基因為PKD1PKD2基因,其中85%ADPKD患者是由PKD1基因突變所導(dǎo)致的,因此被稱為常染色體顯性多囊腎病1型;15%ADPKD患者是由PKD2基因?qū)е碌?,因此被稱為是常染色體顯性多囊腎病2型,約95%ADPKD患者具有家族史,約5%患者是由新發(fā)突變引起。

PKD1基因由46個外顯子組成,編碼序列有12,912bp;PKD2基因由15個外顯子組成,編碼序列為2,907bp。

值得注意的是PKD1基因組區(qū)域復(fù)雜,1-33號外顯子區(qū)域有6個假基因(PKD1P1-P6),給基因檢測帶來了困難,所以康旭對于疑似多囊腎患者,進(jìn)行PKD1PKD2基因高通量測序(NGS),然后對檢測結(jié)果進(jìn)行Sanger測序的驗證。

對于PKD1基因區(qū)域的1-33外顯子區(qū)域的錯義/無義突變或小片段的插入/缺失的突變分析采用Long-Range PCR進(jìn)行,用以明確PKD1的真基因區(qū)域和假基因區(qū)域;對于PKD1基因的單個或多個外顯子缺失的驗證是通過多重連接探針擴(kuò)增技術(shù)(multiplex ligation-dependent probe amplification, MLPA)進(jìn)行檢測。

臨床診斷

1

腎臟表現(xiàn)

1.1  腎囊腫:多囊腎腎功能異常表現(xiàn)包括高血壓,腎痛,腎功能不全等,這些表現(xiàn)與腎囊腫的進(jìn)展有直接關(guān)系。

1.2  腎功能異常:較早發(fā)生尿濃縮能力和氨排泄減少,在疾病的早期階段,這些異常較輕,對患者的生活影響不大。

1.3  高血壓:另一個早期腎功能異常和腎血流量減少的癥狀,診斷明確往往在病程晚期,具有以下特點:腎血管阻力和濾過分?jǐn)?shù)增加;血漿腎素活性正?;蛏?;鹽敏感性;細(xì)胞外液量、血漿量及心輸出量正?;蛟黾?;轉(zhuǎn)換酶抑制可部分糾正腎血流動力學(xué)。

1.4  腎絞痛:疼痛是多囊腎常見的表現(xiàn),潛在的病因包括:囊腫出血,腎結(jié)石,囊腫感染,腫瘤等,可發(fā)生血尿。

1.5  腎結(jié)石。多囊腎腎結(jié)石的患病率約為20%,大部分為尿酸和/或草酸鈣結(jié)石。

1.6  泌尿道感染和囊腫感染。

1.7  腎細(xì)胞癌(RCC)。

1.8  其他。囊腫大規(guī)模的擴(kuò)大可能會導(dǎo)致腎臟局部結(jié)構(gòu)的并發(fā)癥,如壓迫下腔靜脈及胃出口阻塞等。

1.9   腎功能衰竭。大約50%的患者到60歲時發(fā)展為ESRD。

2

腎外表現(xiàn)

2.1   1)肝臟病變:肝囊腫:兒童很少見,通常無癥狀,不會引起肝功能衰竭,并發(fā)癥包括:囊腫出血、感染或破裂。其他肝疾?。耗懝軘U(kuò)張與膽管炎發(fā)作,先天性肝纖維化,膽管癌等。
       2)胰腺病變:多囊腎患者胰腺囊腫的發(fā)生率約為8%,幾乎無癥狀,很少發(fā)生胰腺炎;導(dǎo)管內(nèi)乳頭狀粘液性腫瘤(IPMN)。
2.2    其他器官的囊腫:40%的男性患者發(fā)生精囊囊腫,很少導(dǎo)致不孕癥;蛛網(wǎng)膜囊腫:通常無癥狀;卵巢囊腫。
2.3    血管和心臟表現(xiàn)。多囊腎最重要的非囊性表現(xiàn)為顱內(nèi)動脈瘤,發(fā)生率約為10%;二尖瓣脫垂:最常見的多囊腎病瓣膜異常;主動脈瓣關(guān)閉不全;
2.4    憩室病。結(jié)腸憩室炎和憩室炎是較常見的與多囊腎病相關(guān)的疾病。

輔助檢查

腎臟和腹部超聲、CT或磁共振成像應(yīng)該為首先考慮的檢查。

分子序列分析的基因檢測可有助于對疾病的確診,如PKD1PKD2突變的測序分析是陰性的,PKD2缺的失/重復(fù)分析應(yīng)予以考慮。

癥狀前診斷:如果家庭特異突變是已知的,分子遺傳學(xué)檢測可用于癥狀前診斷,結(jié)合影像檢查進(jìn)一步確診。

案例分享

01

常染色體顯性遺傳性多囊腎病主要由 PKD1 PKD2 基因突變造成,都為常染色體顯性遺傳,先證者攜帶致病位點,遺傳給下一代的概率是50%,所以明確突變位點對于早期確診和產(chǎn)前診斷都至關(guān)重要。

先證者是1988年出生的女性,20187月被確診為多囊腎,有家族史,患者父親也患者也患有多囊腎疾病,檢測項目是全外顯子 Slim1 人,檢測結(jié)果是PKD1基因的一個錯義變異,蛋白損傷是疑似致病,這個變異來源于父親,符合家族史,符合家系共分離,所以PKD1基因的變異是可能是這個患者的致病基因。

入選理由:

1. 以下臨床表型與該基因相關(guān)疾病表型相匹配: 多囊腎;

ACMG 證據(jù):PM2,PP3

檢測結(jié)果:在受檢者PKD1 基因發(fā)現(xiàn) c.8548T>C(編碼區(qū)第 8548 號核苷酸由 T 變?yōu)?C)的雜合核苷酸變異,該變異導(dǎo)致第2850號氨基酸由Ser變?yōu)?Prop.Ser2850Pro),為錯義變異。該變異可能導(dǎo)致蛋白質(zhì)功能受到影響。受檢者其父該位點為雜合子,其母該位點未見異常。該變異的致病性尚未見文獻(xiàn)報道(所參考數(shù)據(jù)庫:HGMD Pro PubMed)。該變異不屬于多態(tài)性變化,在人群中發(fā)生的頻率極低(所參考數(shù)據(jù)庫:1000Genomes、 dbSNP)。PKD1基因是成人多囊腎病 I (Polycystic kidney disease, adult type I)的致病基因,為常染色體顯性遺傳方式(AD)。對于該類遺傳方式,雜合變異可能導(dǎo)致發(fā)病。建議結(jié)合受檢者臨床表現(xiàn)及家族史進(jìn)一步分析確定該變異是否具有臨床意義。

疾病臨床癥狀:PKD1成人多囊腎病, I [常染色體顯性、瓣膜病患病率增加、顱內(nèi)動脈瘤、肝囊腫、結(jié)腸憩室、多囊腎;腎衰竭、遺傳異質(zhì)性;見多囊蛋白 1601313)突變導(dǎo)致的 PKD1601313),多囊蛋白2173910)突變導(dǎo)致的 PKD2173910),以及 PKD3600666)、由多囊 1 基因突變引起;由多囊 2基因突變引起];

一代測序驗證結(jié)果 

雖然大多數(shù)成人多囊腎是PKD1基因和PKD2基因的微小變異引起的,但還有一小部分是PKD1PKD2基因的大片段的缺失造成的。

02

34歲的男性,患有終末期腎?。ㄑ和肝鲋委煟哐獕汉晚也?,因左下腹部急性疼痛入院。4天前出現(xiàn)疼痛,呈鈍痛無放射痛,服用氫可酮/對乙酰氨基酚后部分緩解,無明顯惡化危險因素。2天前出現(xiàn)高熱,寒顫。自述無排尿困難,腹瀉,血尿,便血或黑便。未服用抗凝血劑或非甾體類抗炎藥,亦無重傷或創(chuàng)傷史,父親也有多囊腎,檢測產(chǎn)品為MLPA:多囊。

檢測結(jié)果:

發(fā)現(xiàn)受檢者PKD1基因 9-15 號外顯子雜合缺失變異;遺傳自父親,未發(fā)現(xiàn)受檢者其母親存在大片段變異,符合家系共分離,所以PKD1基因的缺失變異很可能是這個患者的致病原因。

常染色體隱性多囊腎(ARPKD)

ARPKD又稱嬰兒型多囊腎,發(fā)病率約為1/2萬,大多無家族史。常于嬰兒期發(fā)病,30%左右ARPKD患者在新生兒期死亡,少數(shù)癥狀較輕者可存活至兒童期或成人期,雖然發(fā)病率不高,卻是最為常見的遺傳性兒童腎囊性病變。ADPKD之間很大的一個區(qū)別在于,ARPKD的腎外病變僅為肝臟異常,主要表現(xiàn)為門脈周圍纖維化,膽管增生,偶見囊腫。ARPKD由位于6號染色體的PKHD1基因突變造成,PKHD1編碼一種膜蛋白,稱為纖維酶,其功能尚不明確。

致病基因

多囊腎/多囊肝病變1基因(polycystic kidney andhepatic disease 1,PKHD1)是目前人類所知的ARPKD的唯一致病基因,該基因位于染色體6p21上,編碼一個由4 074個氨基酸構(gòu)成的整合膜蛋白,即纖維素(fibrocystin)。PKHD1基因變異所致的纖維素缺陷,可引起其所參與的信號通路和細(xì)胞功能出現(xiàn)異常,進(jìn)而影響細(xì)胞增殖、分化及平面細(xì)胞極性,最終導(dǎo)致腎小管擴(kuò)張產(chǎn)生囊腫。

臨床診斷


ARPKD是一種復(fù)雜的疾病,可單獨存在,也可與其他疾病共存,或表現(xiàn)為綜合征。因此,診斷該病往往需要對家族史、臨床表現(xiàn)、影像學(xué)檢查等多方面證據(jù)進(jìn)行綜合分析。而對于部分患者,當(dāng)診斷不明確時,可行分子遺傳學(xué)分析確診。目前最被認(rèn)可的 ARPKD 診斷標(biāo)準(zhǔn)是由Zerres等提出的,并對其進(jìn)行修改完善:

1.具有ARPKD典型的超聲表現(xiàn):增大的、強回聲的、伴皮髓質(zhì)分界不清的腎臟。

2.以下內(nèi)容中的1條或多條:

患兒父母尤其當(dāng)其>40歲時,超聲檢查未發(fā)現(xiàn)腎囊腫;

有臨床或?qū)嶒炇一蛴跋駥W(xué)證據(jù)證實患兒存在肝纖維化;

肝臟病理提示存在特征性肝膽板異常;

同一家族的同胞中有通過病理檢查確診的 ARPKD 患者;

父母近親婚配提示常染色體隱性遺傳。

然而在實際臨床工作中,由于影像學(xué)檢查操作者水平有限,有時并不能完全根據(jù)超聲結(jié)果作出診斷,腎臟活檢又具有創(chuàng)傷性,患兒家屬往往不能接受,因此必要時可行分子遺傳學(xué)檢查。

案例分享

常染色體隱形遺傳性多囊腎病主要由PHKD1基因突變造成, 大部分癥狀較嚴(yán)重的患兒在妊娠后期超聲檢查可顯示腎或肝的囊腫,510歲患兒有門脈高壓的癥狀出現(xiàn),如食管、胃底靜脈曲張和脾亢進(jìn) (白細(xì)胞減少,血小板降低)青春期出現(xiàn)癥狀的患者則腎臟增大并不明顯,腎功能不全呈輕度或中度,癥狀以進(jìn)行性肝纖維化的為主 (門脈高壓,胃底、食管靜脈曲張,肝功能不全,脾亢)。由于大部分患者無陽性家族史,極易造成誤診?;驒z測有助于疑似患者的確診,全外顯子測序已經(jīng)可以達(dá)到85%的檢出率。 

先證者是20191月出生的女孩兒,出生后2月診合并多囊肝及多囊腎,無家族史,檢測項目是全外顯子 Slim 1 人,檢測結(jié)果是PKHD1兩個位點復(fù)合雜合變異,其中c.6332+1_6332+2insG遺傳自母親,c.4274T>G遺傳自父親,符合疾病的遺傳方式,所以兩個位點的變異可能是這個女孩兒的致病原因。

入選理由:
1. 以下臨床表型與該基因相關(guān)疾病表型相匹配: 多囊性腎發(fā)育不良(HP:0000113);
2. 為復(fù)合雜合核苷酸變異。
ACMG 證據(jù):PVS1,PM2,PM3
PS1,PM2,PM1,BP4
檢測結(jié)果:在受檢者PKHD1基因發(fā)現(xiàn)復(fù)合雜合核苷酸變異:c.6332+1_6332+2insG(編碼區(qū)第 6332 號核苷酸后內(nèi)含子中第 1 位與第 2 位核苷酸之間插入 G)的雜合核苷酸變異,為剪切變異;c.4274T>G(編碼區(qū)第 4274 號核苷酸由 T 變?yōu)?G)的雜合核苷酸變異,該變異導(dǎo)致第 1425 號氨基酸由 Leu 變?yōu)?Argp.Leu1425Arg),為錯義變異。上述變異均可能導(dǎo)致蛋白質(zhì)功能受到影響。具體家系來源驗證結(jié)果請參見上表。變異 c.6332+1_6332+2insG 的致病性尚未見文獻(xiàn)報道;變異 c.4274T>G 的致病性已經(jīng)有文獻(xiàn)報道, 參考文獻(xiàn): Clinical characteristics and mutation analysis of three Chinese children with autosomal recessive polycystic kidney disease. PubMed: 25124979(所參考數(shù)據(jù)庫:HGMD Pro PubMed)。上述變異均不屬于多態(tài)性變化,在人群中發(fā)生的頻率極低(所參考數(shù)據(jù)庫:1000Genomes、dbSNP)。PKHD1 基因是多囊腎和肝病(Polycystic kidney and hepatic disease)的致病基因,為常染色體隱性遺傳方式(AR)。對于該類遺傳方式,復(fù)合雜合變異可能導(dǎo)致發(fā)病。在受檢者 PKHD1 基因所發(fā)現(xiàn)的復(fù)合雜合變異分別遺傳自受檢者其父母,父母均為雜合子,符合常染色體隱性遺傳方式,以上變異有可能是導(dǎo)致受檢者發(fā)病的致病性變異,建議結(jié)合受檢者臨床表現(xiàn)進(jìn)一步分析判斷。
疾病臨床癥狀:PKHD1多囊腎和肝病[常染色體隱性、波特面容、高血壓、肺發(fā)育不良、門靜脈周圍纖維化;門靜脈高壓癥;肝臟腫大;肝囊腫、胰腺囊腫、膽管擴(kuò)張增生、脾臟腫大、食管靜脈曲張、腎增大;囊性腎;腎衰竭;完整實質(zhì)回聲增強;皮髓質(zhì)分界消失;間質(zhì)性纖維化、脫水、孕婦羊水過少;嬰兒期或兒童期表現(xiàn)(包括新生兒致死) ;活產(chǎn)兒發(fā)病率為 1/16,000、由 PKHD1 基因(606702.0001)突變引起]
一代測序驗證結(jié)果 

總結(jié)

對于未發(fā)病人群,提示個體多囊腎病發(fā)病風(fēng)險,幫助及早預(yù)防,調(diào)整心理和環(huán)境因素,有效避免多囊腎病的發(fā)生;
對于患病人群,找到多囊腎病發(fā)病的基因原因,選擇.有效、有針對性的治療藥物,精準(zhǔn)治療。

特別說明,康旭所有NGS檢測若涉及假基因,結(jié)果都是經(jīng)過其他方法驗證后出具的,而不僅僅是NGS檢測的結(jié)果寫出來。)

參考文獻(xiàn)

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[3]梅長林等. 中國常染色體顯性多囊腎病臨床實踐指南(第二版)[J]. 臨床腎臟病雜志,2019,19 (4): 227-235.

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[5] Grantham JJ. Clinical practice.Autosomal dominant polycystic kidney disease. N Engl J Med. 2008, 359(14):1477–85.

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