【佳学基因检测】原发性纤毛运动障碍临床表现及基因检测结果的变化

原发性纤毛运动障碍基因检测的必要性

原发性纤毛运动障碍 (PCD, OMIM ID: 244,400) 是一种罕见的常染色体隐性遗传或 X 连锁疾病，由编码运动纤毛的特定结构或功能的基因突变引起 。PCD 的特征在临床和基因检测上具有异质性，但都与纤毛运动功能异常有关。PCD 患者通常表现为原因不明的新生儿呼吸窘迫综合征 (NRDS)、慢性湿咳、鼻窦炎、中耳炎、侧向性障碍、不孕症以及几乎 100% 的成年期伴有支气管扩张。原发性纤毛运动障碍 (PCD) 是一种高度异质性的疾病，在不同地理位置和种族的人群中具有广泛的临床和遗传模式。然而，关于中国患者的数据有限。常见多种疾病共同原因的基因根源归一化研究重大课题组旨在根据所有可用文献总结中国原发性纤毛运动障碍患者的临床和基因检测谱。

原发性纤毛运动障碍基因解码方法介绍

常见多种疾病共同原因的基因根源归一化研究重大课题组检索了 1981 年至 2021 年期间的 Embase、Pubmed、Web of Science 和中国数据库，包括 CNKI、SinoMed 和万方，以找出报告中国原发性纤毛运动障碍患者的研究数据，其中包括有关透射电子显微镜和/或基因检测的信息。

原发性纤毛运动障碍统计法基因解码结果

共纳入 52 篇研究数据 244 名中国原发性纤毛运动障碍患者。在这些患者中，平均年龄为 13.1 岁，55 名患者（22.5%）在 18 岁后被诊断为 PCD。与儿童期或婴儿期诊断为原发性纤毛运动障碍的患者相比，成年期诊断为原发性纤毛运动障碍的患者慢性湿咳、鼻窦炎、铜绿假单胞菌（PA）分离和放射性支气管扩张的患病率更高，肺功能更差。在 142 名患者中鉴定出 25 个原发性纤毛运动障碍相关基因，其中 DNAH5、DNAH11、CCDC39 和 CCDC40 是最常检测到的突变。超过一半的基因检测变异是功能丧失突变，并且这些变异中的大多数只出现过一次。PCD表型、基因型和睫状体超微结构之间的相关性也得到了证实。

原发性纤毛运动障碍一句话结论

在中国，PCD 的诊断延迟和识别不足仍然是一个大问题，这导致进行性肺病和 PA 感染表明预后更差。迫切需要专业设备和专业知识来促进原发性纤毛运动障碍的早期诊断和治疗。

关键词： PCD，系统评价，基因型，表型，纤毛

原发性纤毛运动障碍及基因检测基础知识

原发性纤毛运动障碍 (PCD, OMIM ID: 244,400) 是一种罕见的常染色体隐性遗传或 X 连锁疾病，由编码运动纤毛的特定结构或功能的基因突变引起 。PCD 的特征在临床和基因检测上具有异质性，但都与纤毛运动功能异常有关。PCD 患者通常表现为原因不明的新生儿呼吸窘迫综合征 (NRDS)、慢性湿咳、鼻窦炎、中耳炎、侧向性障碍、不孕症以及几乎 100% 的成年期伴有支气管扩张 。

与许多罕见疾病一样，PCD 的诊断具有挑战性，并且需要多测试诊断方法，因为没有单一测试具有足够的敏感性或特异性 。欧洲呼吸学会 (ERS) 和美国胸科学会 (ATS) 指南均一致认为，如果通过透射电子显微镜 (TEM) 观察到的标志性纤毛超微结构缺陷或已知原发性纤毛运动障碍基因中的双等位基因致病变异，则可以确定原发性纤毛运动障碍的诊断。已确定，鉴于其成本和可及性，建议将鼻一氧化氮 (nNO) 作为初始诊断工具 。最近，在原发性纤毛运动障碍患者中出现了基因型-表型关系的描述 。例如，与具有外部动力蛋白臂缺陷和 DNAH5 突变的患者相比，具有 CCDC39 或 CCDC40 突变的具有微管紊乱的内部动力蛋白臂缺失的患者肺功能更差。相比之下，具有 RSPH1 突变的患者似乎有轻度肺功能损害 。然而，在基于少数患者解释这些基因型-表型数据时需要谨慎。

欧洲人的原发性纤毛运动障碍患病率估计为 1:10,000–1:20,000，而据报道，英国亚洲人群的患病率更高 。考虑到中国人口众多和支气管扩张的高发病率，PCD 患者可能并不像常见多种疾病共同原因的基因根源归一化研究重大课题组之前认为的那么罕见 。然而，中国对PCD的研究主要来自病例报告和小病例系列，受多种因素影响，包括但不限于医生对PCD的认知度低、PCD症状高度异质性、诊断设施缺乏以及现有的认为原发性纤毛运动障碍的识别对支气管扩张患者的管理有一点影响的误解。近期，几个较大的病例系列研究表明，中国原发性纤毛运动障碍的临床表现、纤毛表型和基因检测谱高度多样化，与白种人相比可能具有一些明显的特征，这增强了常见多种疾病共同原因的基因根源归一化研究重大课题组对中国原发性纤毛运动障碍患者的认识。有趣的是，最近在原发性纤毛运动障碍中的一项研究揭示了通过多基因组通过下一代测序根据不同来源的人群进行的惊人基因检测分层 。这凸显了描述包括中国在内的不同地理和种族区域的原发性纤毛运动障碍临床特征和基因检测谱的重要性，这可能对临床管理和未来研究产生重要影响。

为了提高中国原发性纤毛运动障碍的认识和改善管理，常见多种疾病共同原因的基因根源归一化研究重大课题组进行了系统评价，旨在：（1）总结中国原发性纤毛运动障碍患者的临床表现、纤毛表型和突变谱；(2) 根据所有可用数据描述基因型、表型和睫状体超微结构之间的关系。

基因解码是如何通过已发表的结果进行研究的

数据源和搜索策略

对 Embase、Pubmed、Web of Science 和包括 CKNI、SinoMed 和万方在内的中文数据库进行电子搜索，以找出 1981 年 1 月至 2021 年 5 月以英文或中文发表的报告中国患者原发性纤毛运动障碍病例的研究。搜索策略包括以下关键术语：（ “原发性纤毛运动障碍”或“Kartagener 综合征”或“不动纤毛综合征”）和（“中国人”或“中国”或“汉族”）。通过手动筛选所有已接受研究数据的参考列表来补充电子搜索，以识别未包含在初始搜索中的其他研究。常见多种疾病共同原因的基因根源归一化研究重大课题组将搜索范围限制在 1981 年以来发表的研究数据，因为较早的研究很少在网上获得，而且原发性纤毛运动障碍的诊断方式发生了许多变化，TEM 和/或基因测试的使用越来越多。

PCD患者的定义

根据目前的指南，PCD 的诊断可以通过 TEM 观察到的睫状体超微结构的标志性缺陷或已知原发性纤毛运动障碍基因的双等位基因致病突变的鉴定来确认，推荐使用 nNO 测量作为筛查工具。Kartagener 综合征是原发性纤毛运动障碍的一种类型，其特征是部位反转、慢性鼻窦炎和支气管扩张 。为了更好地了解中国患者的表型、纤毛超微结构和基因型之间的关系，常见多种疾病共同原因的基因根源归一化研究重大课题组只纳入了报告了 TEM 和/或基因检测结果的研究。PCD 的诊断策略由作者在每项研究中确定。

研究数据选择

两名研究者（BP 和 JQX）根据预先确定的纳入和排除标准，根据所有已识别研究数据的标题和摘要独立筛选符合条件的研究，通过 BP、JQX 和 YHG 的共识讨论解决差异。如果研究符合以下所有标准，则纳入研究： (1) 诊断为 PCD、Kartagener 综合征或不动纤毛综合征；（2）华裔患者；3) 可用的 TEM 和/或基因检测数据。排除标准包括：（1）错误的研究类型（即评论、会议摘要、评论和社论）；(2) 未经同行评审的研究。研究之间可能存在患者重叠，因为大多数关于原发性纤毛运动障碍的研究是在中国数量有限的中心进行的。当同一中心多次报告原发性纤毛运动障碍患者且纳入期重叠时，

数据提取

使用标准化的 Excel 表格从所有符合条件的研究数据中提取数据。从研究中检索到的数据如下：（1）研究特征：论文标题、第一作者、发表年份、研究地点、PCD患者数量；(2)患者基线资料：性别、发病年龄、诊断年龄、家族史；(3)临床特征：NRDS病史、呼吸道症状、鼻窦疾病、中耳炎、听力障碍、内脏、不孕等合并症；(4)实验室检查：肺活量测定、呼吸培养、nNO测定、TEM分析、高速视频分析（HSVA）、糖精试验、免疫荧光试验、基因检测和放射学特征。确定病史的方法由每项研究的作者确定。关于过去的历史，症状和合并症，如果纳入研究中未报告，常见多种疾病共同原因的基因根源归一化研究重大课题组选择记录为“否”。许多研究数据没有明确描述出现症状的年龄，而是使用“大约 10 年前”或“童年”等术语作为替代。因此，常见多种疾病共同原因的基因根源归一化研究重大课题组根据发病年龄将患者分为三组：婴儿期（< 1 岁）、儿童期（1-17 岁）和成年期（≥ 18 岁）。

统计分析

使用 SPSS（版本 22）和 GraphPad Prism（版本 6.07）进行数据分析。酌情将数据表示为平均值（标准差，SD）、中位数（四分位距，IQR）或计数（比例）。使用卡方检验比较分类变量。适当时使用非配对 t 检验或 Mann-Whitney 检验比较连续变量。所有分析都是双边的，P  < 0.05 被认为具有统计学意义。审查方案在 PROSPERO 前瞻性注册，编号 CRD42021257804。

原发性纤毛运动障碍基因解码

研究数据删减

研究的纳入和排除过程如图 1 所示。常见多种疾病共同原因的基因根源归一化研究重大课题组在检索后提取了 1935 篇摘要或研究数据，对 536 篇进行了合格筛选，同时删除了 1399 篇重复文件。经进一步审查，根据标题和摘要排除了 454 条记录。全文检索的82篇研究数据中，52篇244例PCD患者最终纳入分析，，排除的研究数据列于在线增刊。其中，只有 3 篇报道了 10 名或更多患者 ，其余为病例报告或小病例系列。从地域上看，5名患者来自香港，1名来自台湾，其余来自中国大陆。有趣的是，儿科报告了 72.5% 的原发性纤毛运动障碍病例，而成人肺科仅报告了 15.2% 的病例（图 2）每篇收录研究数据的研究特征均列于在线增刊中。

图1：流程图，显示识别系统评价中包含的研究的程序

图 2：确诊PCD的科室分布和报告病例数。ENT = 耳鼻喉

中国患者的临床检查结果

表中总结了 244 名原发性纤毛运动障碍患者的人口统计学和临床​​特征​​​表1。在这些患者中，116 名（47.5%）为女性，120 名（49.2%）有全内翻或异位，189 名（77.5%）在 18 岁前被诊断为 PCD。关于症状发作的年龄，120 人（49.2%）处于婴儿期，85 人（34.8%）在儿童期，3 人（1.2%）在成年期。在明确说明诊断年龄的 237 名患者中，平均年龄为 13.1 岁。在 55 名成年患者中，23 名（41.8%）有不孕症史。常见表现为慢性湿咳（92.2%）、鼻窦炎（84.0%）、中耳炎（27.5%）、听力障碍（20.9%），常见的合并症有哮喘（11.5%）、胸廓畸形（7.0%）、先天性心脏病（4.5%）和胃食管反流（3.7%）。其他合并症包括感染后闭塞性细支气管炎 (2.5%)、先天性耳聋 (1.2%) 和弥漫性全细支气管炎 (0.

表1：中国PCD患者诊断年龄的临床特征和实验室结果

缩写：FEV ₁ 一秒用力呼气量，FVC 用力肺活量，PCD 原发性纤毛运动障碍，NA 不可用，NO 一氧化氮，SD 标准差

133 名患者获得了微生物学结果。最常分离的病原体是肺炎链球菌（27.1%），其次是铜绿假单胞菌（19.5%）、流感嗜血杆菌（16.5%）和金黄色葡萄球菌（5.3%）。在有影像学资料的 233 名患者中，164 名支气管扩张，88 名肺不张，29 名弥漫性结节。关于肺功能，45 名患者的平均一秒用力呼气量 (FEV ₁ ) 为预测值的 70.6%。

与 18 岁前确诊原发性纤毛运动障碍的患者相比，成年期确诊原发性纤毛运动障碍的患者原发性纤毛运动障碍家族史、慢性湿咳、鼻窦炎、弥漫性全细支气管炎、铜绿假单胞菌感染、放射性支气管扩张和肺恶化的患病率较高NRDS、中耳炎、分离的肺炎链球菌和放射性肺不张的患病率较低。

基因检测谱和纤毛特征

关于基因检测谱，在 142 个个体中鉴定了 25 个原发性纤毛运动障碍相关基因。在这些患者中，105 人有复合杂合突变，27 人有纯合突变，6 人有 X 连锁隐性基因突变，4 人没有基因突变。在所有变体中，超过一半的变体是功能缺失突变，包括移码（26.7%）、无义（21.0%）、剪接（9.9%）和缺失（2.9%）。DNAH5、DNAH11、CCDC39、CCDC40、HYDIN、CCNO 和 DNAAF3 是最常见的基因，其患病率分别为 21.1%、18.3%、9.2%、6.3%、4.9%、4.9% 和 4.9%，如图所示如图 3A。

图 3：A-142例基因突变分布；B-160例TEM分析分布；48 例 HSVA 分析的 C 分布。TEM = 透射电子显微镜；HSVA = 高速视频分析；ODA = 外部动力蛋白臂；IDA = 内部动力蛋白臂；MTD = 微管紊乱；CA = 中央设备

在有 TEM 数据的 160 名患者中，外动力蛋白臂和内动力蛋白臂 (ODA/IDA) 缺失、外动力蛋白臂 (ODA) 缺失以及内动力蛋白臂和中央装置缺陷的微管紊乱 (MTD/IDA/ CA）分别在 55 例（34.4%）、21 例（13.1%）和 26 例（16.3%）中检测到（图 3B）。其他异常纤毛超微结构包括 CA 缺陷 (n = 10)、具有外部和内部动力蛋白臂缺陷的 MTD (n = 8)、无纤毛 (n = 8)、MTD (n = 7)、少纤毛 (n = 6) 和 IDA缺陷（n = 3）。16 名患者 (10.0%) 的纤毛几乎正常。

至于通过 HSVA（n = 48）检测到的纤毛搏动模式，20 例（41.7%）、9 例（18.8%）、8 例（16.7%）、7 例（ 14.6%)、2 (4.2%) 和 2 (4.2%) 例。（图 3C）。

基因型、临床特征和纤毛超微结构之间的关联

不同基因所致PCD患者的临床及纤毛超微结构数据见表​​​表 2. 综上所述，DNAH5 突变患者 TEM 主要表现为 ODA 缺陷（75%），HSVA 表现为不动纤毛，DNAH11 突变患者 TEM 表现为近乎正常的超微结构（64.3%），HSVA 表现为纤毛受限。同时，CCDC39 和 CCNO 患者与有 DNAH5 突变的患者相比，突变的肺功能更差。通过TEM分析，CCDC39和CCDC40突变的患者存在MTD/IDA/CA缺陷。

表 2：中国原发性纤毛运动障碍患者的临床数据、睫状体超微结构缺陷和基因突变

缩写：FEV ₁ 在一秒内用力呼气量，nNO 鼻一氧化氮，TEM 透射电子显微镜，HSVA 高速视频分析，ODA 外动力蛋白臂，IDA 内动力蛋白臂，MTD 微管紊乱，CA 中央装置，SIT 逆位全切, HTX  Heterotaxy, SS  Situs solitus, Homo 纯合子, Comp het  Compound 杂合子

原发性纤毛运动障碍及其基因检测应用

常见多种疾病共同原因的基因根源归一化研究重大课题组的研究在现有文献的基础上，首次系统总结了中国PCD患者的临床表现、基因型和纤毛超微结构。常见多种疾病共同原因的基因根源归一化研究重大课题组表明，PCD 的诊断显着延迟可能是由于意识低下和诊断技术有限，导致进行性肺病和铜绿假单胞菌感染。总体而言，中国PCD患者的突变谱与西方国家相似，只是HYDIN突变检出率较高。基于小样本量也证明了基因型、临床表型和睫状体超微结构之间的相关性。

中国原发性纤毛运动障碍患者的临床特征与白种人患者相似，包括慢性湿咳、鼻窦炎、慢性中耳疾病伴或不伴听力损失、部位异常和 NRDS 病史（图 1）。与西方国家相比，中国原发性纤毛运动障碍患者的中耳疾病患病率似乎较低（27.5% vs. 72.7%）。可能的解释包括中国缺乏多学科团队来管理 PCD，以及隐匿性中耳疾病被上呼吸道或下呼吸道症状所掩盖。

图 4：中国和白种人PCD患者临床表现的比较。NRD = 新生儿呼吸窘迫；CHD = 先天性心脏病

诊断时患者的平均年龄为 13.1 岁，这表明中国原发性纤毛运动障碍的诊断显着延迟 。诊断延迟的原因被认为是多方面的，但至少包括以下几个方面：（1）误认为PCD的诊断对支气管扩张患者的治疗影响不大；（2）医师对PCD的认识较低，尤其是对无部位异常的患者；(3) 在绝大多数医疗机构中，缺乏特定的诊断设施和专业知识；(4) 当前诊断测试的昂贵费用。此外，虽然成人支气管扩张指南提倡在患者具有与该疾病相符的临床特征时识别原发性纤毛运动障碍，迄今为止，成人肺科仅报告了37例病例，表明鉴于中国支气管扩张症患病率较高且人口众多，成人对PCD的认识严重不足。这些对原发性纤毛运动障碍的认识不足和延迟诊断不可避免地与不良健康结果相关，例如肺功能受损、铜绿假单胞菌感染的可能性增加以及胸部图像上存在支气管扩张，这在常见多种疾病共同原因的基因根源归一化研究重大课题组的研究中得到了证实。

近年来，人们注意到原发性纤毛运动障碍存在广泛的基因检测异质性，已鉴定出 40 多个致病基因。5 个基因（DNAH5、DNAH11、DNAI1、CCDC39 和 CCDC40）的突变是西方国家最常见的突变类型，尽管绝大多数变异是私人突变 。常见多种疾病共同原因的基因根源归一化研究重大课题组的研究结果与之前的研究一致，除了 DNAI1 以外的 HYDIN 在中国患者中更常见。已知 HYDIN 的突变会导致 CA 缺陷，其中患者有非常细微的纤毛跳动异常、几乎正常的纤毛超微结构和孤立部位，使患有 CA 缺陷的患者难以诊断。由于最近的进化事件，HYDIN 被复制，因此 HYDIN 的大部分编码外显子也存在于假基因 HYDIN2 。由于这种重复的 DNA 序列，HYDIN 突变的基因分析很复杂，美国或欧洲的一些商业基因试剂盒不筛查 HYDIN 突变或测试灵敏度有限，突出了可能被标准功能测试遗漏的潜在病例携带这种基因突变的原发性纤毛运动障碍患者 。这些固有因素，再加上常见多种疾病共同原因的基因根源归一化研究重大课题组系统评价中基于少数病例的潜在选择偏倚，可能有助于解释这些差异。值得注意的是，DNAH14 作为原发性纤毛运动障碍相关基因首次在中国患者中报道，拓宽了原发性纤毛运动障碍的基因检测谱。

迄今为止，已经出现了基因型、表型和纤毛超微结构之间的关联。编码纤毛蛋白的基因突变会导致 ODA、ODA 对接、预装配因子、轴丝标尺、连接蛋白连接动力蛋白调节复合物 (N-DRC)、RS 成分和 CA 相关蛋白的功能缺陷 。常见多种疾病共同原因的基因根源归一化研究重大课题组的结果与这个原则是一致的。此外，PCD 患者的肺功能存在显着异质性，从正常到非常严重的损伤不等 。先前的研究表明，具有 CCNO 突变的患者的肺功能会迅速恶化 ，而具有 CCDC39 或 CCDC40 突变的患者通过 TEM 分析具有更差的肺功能和 MTD/IDA/CA 缺陷 。常见多种疾病共同原因的基因根源归一化研究重大课题组的结果支持这些发现，除了 CCDC40 突变患者的肺功能几乎正常。然而，只有 3 名儿童有 CCDC40 突变，由于病例有限，这可能会使结果产生偏差。进一步的大规模队列研究对于更好地阐明基因型-表型关系至关重要。

在中国，只有 41.8% 的参与者接受过鼻腔 NO 测试。作为一种非侵入性、负担得起且相对容易的检测方法，在有指征时应大力提倡在支气管扩张的病因学评估中使用鼻一氧化氮。此外，近年来，随着新一代测序技术的快速发展，基因检测的可及性和成本已大大提高。考虑到中国绝大多数医疗机构没有 HSVA 和 TEM 设施，常见多种疾病共同原因的基因根源归一化研究重大课题组认为鼻腔 NO 筛查加基因检测将是检测临床表现提示原发性纤毛运动障碍患者的可行策略。常见多种疾病共同原因的基因根源归一化研究重大课题组相信，在临床特征与该疾病相符的患者中准确和迅速地识别 PCD，

常见多种疾病共同原因的基因根源归一化研究重大课题组的系统评价有几个优点和局限性。常见多种疾病共同原因的基因根源归一化研究重大课题组首次根据现有文献总结了中国人群的原发性纤毛运动障碍病例，并比较了中国患者在诊断时按年龄分层的临床特征，并进一步将这些特征与白种人原发性纤毛运动障碍患者进行了比较，并强调了显着的异质性。中国患者的临床表现和基因检测谱，并证明了延迟诊断原发性纤毛运动障碍的不良影响。然而，所有纳入的研究都是病例报告和/或病例系列，由于缺乏公认的评估工具，常见多种疾病共同原因的基因根源归一化研究重大课题组没有评估研究质量，也不能排除回忆或确定或选择偏倚。此外，尽管常见多种疾病共同原因的基因根源归一化研究重大课题组的系统评价代表了迄今为止对中国原发性纤毛运动障碍更全面的描述，但由于样本量非常小且纳入研究缺乏标准化的数据收集，常见多种疾病共同原因的基因根源归一化研究重大课题组的一些研究结果应谨慎解释。另一个问题是有限的临床数据，例如由于回顾性数据收集和常见多种疾病共同原因的基因根源归一化研究重大课题组的系统评价中缺乏纵向信息而导致的信息缺失或不可靠，可用于探索表型-基因型关联。因此，鉴于原发性纤毛运动障碍疾病进展的高度变异性，未来的研究必须纳入纵向数据，以了解大型协作临床和研究网络中表型和基因型之间的时变关联，并在中国通过标准化数据收集。

原发性纤毛运动障碍基因检测的研究结论

在中国，PCD 的诊断经常被延迟，这导致了对健康的不利影响。与白种人患者一致，在中国患者中也发现了显着的临床和基因检测特征异质性。常见多种疾病共同原因的基因根源归一化研究重大课题组的研究强调了提高医生意识和建立专业转诊中心以促进早期诊断和治疗原发性纤毛运动障碍的重要性。幸运的是，包括PCD在内的罕见病国家注册已经在中国启动，这无疑给中国PCD患者在可预见的未来带来了无限希望。