JNNP︱邱伟/余青芬团队在发现家族性视神经脊髓炎谱系疾病易感基因

撰文︱常艳宇

责编︱王思珍

编辑︱杨彬薇

视神经脊髓炎谱系疾病（Neuromyelitis Optica Spectrum Disorders，NMOSD）是一种好发于亚洲中青年女性的中枢神经系统自身免疫性疾病，其疾病特点为反复发作的视神经炎、脊髓炎和颅内其他特异性位置的炎症损伤，每次复发症状重，并可能遗留有不可逆的神经功能残疾，致残率高，是我国中青年人群非外伤性致残的重要因素之一。抗水通道蛋白4（Aquaporin 4，AQP4）自身免疫性抗体在其发病中有重要作用。目前全球范围内NMOSD的发病率约为0.3~4.4/10万人。大多数NMOSD的为散发病例，但约3%的NMOSD病例具有家族聚集发作的特点。家族聚集发作和亚洲人群发病率高的特点提示遗传因素在NMOSD的发病中具有重要作用。但目前对于NMOSD，尤其是家族性NMOSD的遗传背景的研究仍比较缺乏。

2022年9月1日，中山大学附属第三医院的邱伟和余青芬团队在Journal of Neurology, Neurosurgery and Psychiatry（JNNP）上发表了题为“Clinical and genetic analysis of familial neuromyelitis optica spectrum disorder in Chinese: associated with ubiquitin-specific peptidase USP18 gene variants”的文章，阐述了我国家族性NMOSD患者临床特点，以及位于泛素特异性肽酶USP18基因启动子和增强子区域上的SNP rs2252257多态性可能参与家族性NMOSD发病。

作者使用问卷调查的方式对2016-2020年在中山大学附属第三医院、广州医科大学附属第二医院、华西医院和华山医院四个三级甲等医院诊断的NMOSD患者的家族史进行分析，共发现10个NMOSD家系，包含22位NMOSD患者，对家族性NMOSD患者的临床特点进行分析，对其中13例家族性NMOSD患者和他们的13位健康家庭成员进行全外显子组测序分析，并将其结果与228例散发NMOSD患者和1400例健康对照进行比较（图1）。

图1 研究流程图

（图源：Chang, YY. et al., JNNP, 2022）

图2 家族性NMOSD家系图

（图源：Chang, YY. et al., JNNP, 2022）

作者发现，我国家族性NMOSD患者占比约0.87%，高于既往研究报道的3%。家族性NMOSD患者多集中在两代人之间，每个家系中NMOSD患者不超过三个人（图2）。所有的家族性NMOSD患者均为血清AQP4-IgG阳性，家族性NMOSD患者的发病年龄、发病类型、最终神经功能缺损评分和平均年复发率均与散发NMOSD患者无明显差异，但是最高神经功能缺损评分显著高于散发NMOSD患者（表1），这提示着家族性NMOSD患者可能比散发NMOSD患者的发作症状更重。作者还发现，家系中母亲-子女发病的年龄差要大于姐妹发病的年龄差。NMOSD家系成员之间倾向于出现相同的发作类型。

表1 家族性与散发NMOSD临床特点分析

（表源：Chang, YY. et al., JNNP, 2022）

在外显子组测序研究中，作者通过联合调用所有数据检测到5689974个原始变异位点；在5021322个合格变异位点中，有94246个被统一化并与家系信息相结合，通过Mendel误差和Hardy-Weinberg平衡分析，我们发现26个个体和74,262个变量适合基于家系的统计检验。进一步在显性模式和隐性模式下分别进行连锁和关联分析，作者发现，位于22号染色体上的SNP rs2252257多态性可能参与与家族性NMOSD发病，SNP rs2252257的突变基因型 (G>A)频率在家族性NMOSD中高达80.77%，而在散发性NMOSD中为66.45%，在健康成员中相对较低，为57.69%和52.05%（表2）。SNP rs2252257突变基因型在多数家族中表现为隐性遗传模式，只有A/A基因型成员发生NMOSD，表明遗传变异对该病的重要贡献。

表2 NMOSD相关突变位点情况

（表源：Chang, YY. et al., JNNP, 2022）

为了验证USP18在散发性NMOSD发病机制中的作用，作者检索了228例散发NMOSD病例和1400例对照的USP18基因变异数据，发现rs361553, rs2252257和rs5746523多态性可能与散发NMOSD的发病相关。

USP18基因有11个外显子和10个内含子，rs2252257位于1号内含子，2号外显子上游25bp处，rs3615531位于1号内含子1，rs5746523位于2号内含子（图3A）。根据对ChromHMM状态、组蛋白修饰区和DNase超敏结构域的调控变异的预测，SNP rs2252257在大脑和免疫T细胞中与USP18基因的启动子和增强子区域重叠，表明它在该基因的调控功能中起着重要作用。根据ENCODE数据集，它还占据了转录因子（Gcm1和STAT）和蛋白质（CFOS、GATA2、STAT3和CTCF）的结合位点（图3B）。由于Janus kinase/signal transmitter and activator of transcription 3 （JAK/STAT3）炎症反应的激活可能导致NMOSD的发病，这支持了rs2252257突变的其功能的负面影响。而rs361553和rs5746423与rs2252257处于同一连锁不平衡区域，因此可能表现出与其类似的作用。

组织特异性表达定量性状位点（eQTL）分析显示，SNP rs2252257可能改变了USP18基因在大脑和神经组织中的表达水平，如下丘脑（p = 0.02, m = 0.645）、海马（p = 0.20, m = 0.546）、杏仁核（p = 0.50, m = 0.213）和胫骨神经（p = 0.0017, m = 0.546）等（图3C）。在临床上，下丘脑病变被认为是NMOSD的“核心特征”之一，其中USP18表达的改变起了一定作用。综上所述，启动子、增强子和转录因子结合位点的非罕见突变影响了USP18基因的表达，并损害了其在JAK/STAT信号通路中作为负反馈调控因子的分子功能，导致NMOSD中致病炎症因子的激活。

图3 rs2252257突变功能预测

（表源：Chang, YY. et al., JNNP, 2022）

对散发病例的临床表现研究显示，rs361553的T/T基因型的平均年复发率显著高于C/T和C/C基因型，这表明rs361553的T/T基因型与NMOSD高复发率相关。这进一步佐证了USP18基因多态性在NMOSD发病中的作用（图4）。

图4 突变位点与临床表现关系

（表源：Chang, YY. et al., JNNP, 2022）

文章结论与讨论，启发与展望

综上所述，该研究结合临床遗传学、生物信息学及统计学等多种手段，描述了家族性NMOSD这一罕见疾病的临床表现，揭示了其可能的致病基因，提示了USP18基因启动子、增强子和转录因子结合位点的非罕见突变影响了USP18基因的表达，并损害了其在JAK/STAT信号通路中作为负反馈调控因子的分子功能，导致NMOSD中致病炎症因子的激活可能是家族性NMOSD的发病机制之一，为NMOSD的发病机制研究提供了一个可能的切入点。不足的是，该研究仅有临床数据支持USP18基因多态性和NMOSD发病之间的相关性，后续仍然需要利用动物实验等确定USP18在NMOSD发病中的地位。

原文链接：https://jnnp.bmj.com/content/early/2022/08/31/jnnp-2022-329623

通讯作者：邱伟（左）、余青芬（右）

（照片提供自：邱伟/余青芬团队）

通讯作者简介（上下滑动阅读） 

邱伟，中山大学附属第三医院院长助理，神经内科副主任，脑病中心办公室主任，教授，主任医师，博士生导师。中国免疫学会神经免疫学组委员兼秘书；中国卒中学会免疫分会常务委员兼秘书长；中国神经科学学会胶质细胞分会副主任委员；广东省卒中学会免疫分会主任委员；广东省医师协会神经内科分会副主任委员；广东省医学会神经病学分会常委、免疫学组组长。主要研究方向为神经免疫性疾病的发病机制（遗传、免疫）及临床研究（流行病学、影像、药物临床试验）。主持国家自然科学基金4项，广东省科技计划及广东省自然科学基金多项。发表高水平论文60余篇。主编《视神经脊髓炎》，副主编《多发性硬化》、《神经免疫学新进展》等专著。申请国家专利3项。获2014“教育部科技进步二等奖”，2014“广东省科学技术奖二等奖”。

余青芬，中山大学附属第三医院神经内科副研究员，硕士生导师，中山大学“百人计划”青年学术骨干。2016年德国于利希研究中心硕士研究生指导员；2022年粤港澳高校精神与神经疾病联盟第一届委员会委员。主要研究方向为运用分子动力学模拟研究蛋白核酸的致病机制，有限元分析研究纳米粒子和胞膜的包裹机制，多组学测序分析研究基因蛋白的作用机制。已发表SCI文章和著作十余篇，其中第一作者文章3篇，共同一作文章和报告共2篇，共同通讯作者1篇，影响因子IF>10的2篇，中科院JCR一区3篇，发表的学术期刊有Nano Lett., Nanoscale, J Phys. Chem. B等。曾参与欧盟地平线项目CompBioMed，欧盟FP7 NMP合作项目PreNanoTox，国家建设高水平大学公派研究生项目。

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