2023年2月2日，山东大学陈子江院士和复旦大学金力院士团队紧密合作，在知名期刊Nature Medicine (IF：87.244)上发表了题为“Landscape of pathogenic mutations in premature ovarian insufficiency”的一项研究。该研究不仅为临床开展常规POI遗传学筛查和病因诊断提供了理论依据并且有助于揭示女性生理性生殖衰老的遗传调控机制。本刊特别邀请陈子江院士团队将本研究的背景、研究目的、研究方法及结论与读者分享，以期为大家带来一些科研启发。

 

山东大学陈子江院士、复旦大学金力院士、山东大学秦莹莹教授和复旦大学附属妇产科医院张锋教授为本文共同通讯作者。山东大学生殖医学研究中心柯晗昵博士、复旦大学附属妇产科医院副研究员唐淑妍、山东大学生殖医学研究中心副教授郭婷为本文共同第一作者。

 

背景与研究目的

 

早发性卵巢功能不全（POI）是最常见的女性生殖衰老性疾病，是导致女性生育力下降的主要原因之一。遗传因素是POI的重要致病因素，对POI高风险人群进行遗传学筛查，实现诊断关口前移，有助于为患者提供适时生育咨询，并指导远期健康管理。POI遗传学病因具有高度异质性，单基因变异携带率通常低于1%，小规模散发病例的全外显子组测序（WES）研究往往难以发现低频罕见变异，因此，既往报道的WES多用于POI家系研究，但所发现的致病基因突变对散发患者的致病性目前尚存争议。同时，由于多数临床意义不明变异的致病性验证不充分，且研究多存在缺乏人种和地域匹配对照的局限性，因此，POI人群的遗传缺陷发生率被严重低估。本研究借助大规模POI专病队列和匹配对照，克服WES数据分析和功能验证技术瓶颈，系统解析遗传缺陷在POI病因中的贡献度，探讨基因突变筛查在POI临床诊疗中的可行性。

 

方法

 

我们首先对POI病例进行严格筛选，排除染色体异常、免疫因素、医源性损伤等已知病因导致的POI，共纳入1030例特发性POI患者，通过WES测序建立了目前国际最具规模的特发性POI基因变异数据库。同时，采用复旦大学金力院士团队建立的华表数据库（5000例WES）作为对照，排除了人种和地域特异性变异，确保致病性变异分析的准确性。在分析策略上，首先，基于ACMG分级，对95个已知POI致病基因进行罕见变异的致病性分析，筛选致病性或可疑致病性变异；其次，对700余个POI候选基因进行病例对照分析，筛选新的POI致病基因及变异，并借助功能实验验证临床意义不明变异的致病性；同时，通过基因集分析，发现在POI患者中变异富集的卵巢衰老相关通路；最终，绘制POI致病变异全景图谱。

 

主要结局

 

对95个已知致病基因变异分析，共发现193例患者携带致病或可疑致病性变异，占总人群的18.7%（193/1030）；基于700余个候选基因的病例对照分析，鉴定出20个新的POI关联基因，涉及卵巢功能建立和维持的多个环节，包括性腺发育（LGR4、PRDM1）、减数分裂（CCDC155、CPEB1、MCMDC2、MEIOSIN、NUP43、RFWD3、SHOC1、SLX4、STRA8）及卵泡发育和排卵(ALOX12、BMP6、H1FOO、HMMR、HSD17B1、MST1R、PPM1B、ZAR1、ZP3)，49例患者携带以上基因的致病变异。综合已知基因和新发基因变异，本研究共发现23.5%（242/1030）POI患者携带致病性变异（图1a），较以往报道的基因变异率提高近10%。同时，研究还发现原发性闭经患者较继发性闭经患者，携带基因变异的总比例以及双等位基因变异比例均显著升高，提示基因变异对卵巢功能缺陷的严重程度具有累积效应。此外，通过通路富集分析，发现DNA损伤修复、氧化应激、脂代谢、以及线粒体疾病相关基因变异在POI患者中显著富集。

 

结论

 

本研究绘制了迄今为止最大样本的POI患者基因变异全景图（图1b），将基因变异在特发性POI中的病因贡献度从15%提升至23.5%，为临床开展常规POI遗传学筛查和病因诊断提供了理论依据。由于早绝经和POI具有相似的遗传模式，该研究亦有助于揭示女性生理性生殖衰老的遗传调控机制。

 

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图1  POI遗传变异全景图

 

然而，由于WES存在无法识别非编码区变异、基因拷贝数变异及基因组结构变异的技术局限性，且ACMG标准相对严苛导致大量有潜在致病意义的错义变异被排除，我们相信遗传缺陷在POI病因中的贡献度仍然被低估。因此，POI的遗传学病因研究仍有待于通过更大规模的多中心POI队列、核心家系研究及全基因组测序等手段进行深入挖掘。