C9orf72的反复扩增是全世界额颞叶痴呆（FTD）和肌萎缩性侧索硬化症（ALS）的最常见遗传原因。除了FTD和ALS的典型特征外，这种扩增与越来越多的症状相关，包括精神疾病表现和帕金森氏症，并且也已在没有已知神经退行性疾病家族病史的患者中被发现。随着可改变疾病的治疗试验的出现，与C9orf72相关疾病的早期识别变得越来越重要。
在C9orf72扩增载体中观察到的大量临床异质性，无论是表型，症状发作的年龄和疾病进展的速度，都表明存在潜在的疾病修饰因子，这些修饰因子可以作为预后因素以及治疗干预的目标。借鉴亨廷顿氏病（HD），数种脊髓小脑共济失调和肌强直性营养不良等其他神经退行性重复扩增疾病的证据，对于这种异质性的解释主要是在重复长度方面寻求的。有关C9orf72重复长度与临床特征的研究产生了不一致的结果，但由于检测和确定扩增的技术难度而受到阻碍。
年1月，荷兰鹿特丹大学的JohnC.VanSwieten团队在《Journalofneurology,neurosurgery,andpsychiatry》发表了一篇综述，概述了与C9orf72重复扩增相关的临床谱，讨论重复长度与C9orf72表型有关的作用和目前用于识别和测量重复扩增的方法。
1C9ORF72重复扩增的基因组学和病理生理学特征
C9orf72重复序列扩增位于非编码区域，由扩增的GGGGCC重复序列组成。健康的个体通常携带少于30个重复序列，而患有C9orf72相关疾病的个体通常具有数百至数千个重复序列。C9orf72蛋白的确切功能尚不清楚，但它被认为在自噬和内体运输中起作用。已经提出了三种可能共存的疾病机制：（1）由于来自扩增等位基因的C9orf72表达减少导致单倍体机能不足;（2）通过扩增的双向转录形成包含重复的RNA病灶;（3）产生易于聚集的二肽重复序列（DPR）蛋白通过重复相关的非ATG翻译。这些机制反过来又与广泛的下游细胞缺陷有关，例如应激颗粒的改变，蛋白稳态，核质和囊泡运输，线粒体功能和免疫。仅每种疾病机制可能不足以引起神经变性，并且提出了一种协同模型，其中C9orf72功能丧失加剧了功能获得机制。为了确定可行的治疗目标，必须更好地了解其在各个疾病阶段的相对作用。目前正在研究中的有应用前景的治疗策略包括抑制C9orf72转录的小分子和基因沉默工具，与含有重复序列的RNA结合并使其失活的反义寡核苷酸，抑制DPR蛋白积累并靶向下游细胞缺陷的基于抗体的方法。在病理学上，与C9orf72相关的疾病的特征是反应性DNA结合蛋白43（TDP-43）和含有DPR蛋白的p62阳性神经元胞浆内含物的胞质聚集体。虽然TDP-43病理学在神经解剖学上与中枢的受影响区域相吻合ALS和FTD中的中枢神经系统（CNS），DPR蛋白通常没有。正义和反义C9orf72RNA病灶广泛分布于整个CNS中的受影响扩增载体中。
2C9ORF72重复扩增的流行病学
在所有FTD或ALS患者中，大约5％–10％以及在两种疾病中最多30％的患者中发现C9orf72扩增。这些疾病统称为c9FTD/ALS。不同种族之间的患病率差异很大：白种人的发病率最高，而亚洲人的发病率最低，扩增率很高，到83岁时累积百分率为90.9％-99.5％。最初的症状通常在50岁左右表现出来，但发病年龄甚至在家庭中也存在很大差异，范围从20到90岁。最初的表现和病程也相差很大；症状发作后的生存时间从快速进展性ALS的2个月到缓慢进展性行为变异的FTD（bvFTD）的30年以上不等。
3C9ORF72重复扩增的临床表现
3.1认知障碍
3.1.1额颞痴呆
在家族性FTD病例（c9FTD）中，有20％–25％的家族成员和6％–8％的C9orf72扩增。57岁发病的中位年龄与没有C9orf72扩增的FTD相似（非-c9FTD），但即使没有伴发ALS，症状发作后的生存期也较短（7年比11年）。c9FTD的临床表现通常是bvFTD，其特征是进行性行为和性格改变，执行功能严重缺陷和其他认知改变的相对较为少见。多达30％的c9FTD患者在疾病过程中会同时发生ALS，但通常不对c9FTD患者进行ALS症状的常规筛查。c9FTD在临床上不能可靠地与非c9FTD。但是，c9FTD患者可能表现出非典型的体征和症状，并且经常不符合当前的FTD诊断标准。
首先，c9FTD中的记忆障碍更常见，并且在老年受试者中经常表现为症状，这可能导致对阿尔茨海默氏病（AD）的误诊。第二，在c9FTD中精神病性症状和怪异，不合理的行为很普遍。第三，一些患者的病程延长或看似不进展。第四，c9FTD的萎缩模式变化很大，可以包括广义对称皮层萎缩以及丘脑和小脑萎缩（图1）。
图1：四个受影响的C9orf72扩增载体的T1加权MR成像，证明了可能遇到的萎缩模式的多样性。初次出现时进行MRI扫描；患者年龄在55至62岁之间。
（A）轻度全身性皮质萎缩；
（B）严重的全身性皮质脑以及小脑萎缩；
（C）主要是左侧额颞萎缩;
（D）中度对称顶叶萎缩以及轻度对称额颞萎缩。
3.1.2良性变体FTD
几种C9orf72扩增载体描述了bvFTD的一种缓慢进展的变体，在多年的随访中具有孤立的神经精神症状和最小的认知退化。此外，最近的荟萃分析显示，2％的所谓的患者缺乏神经影像学异常和疾病进展的良性变异性FTD具有C9orf72扩增。良性变异性FTD扩增的鉴定表明，至少一部分是神经退行性疾病，应考虑进行基因检测，尤其是在那些有家族史的人。
3.1.3AD和其他痴呆
在几个大型队列中，在临床诊断为AD的患者中，只有很小一部分（1％）发现了C9orf72扩增。这些病例中的大多数可能是由于误诊所致，尤其是在患有记忆障碍和非典型神经影像学的老年患者中，并且没有反映C9orf72扩增与AD之间的因果关系。因此，具有临床诊断为AD的扩增载体的尸检研究显示是孤立的FTD病理学，还是伴有AD病理的FTD，尽管需要更多的病理学研究来证实这一点。重要的是，伴随的AD病理可能会调节临床表型（即更多的记忆删除特征），从而掩盖了C9orf72扩增的存在。在三个扩增载体中报告的没有FTD病理的纯AD病理可能反映了不完全的渗透。从临床角度来看，AD的临床队列中存在C9orf72扩增，这突出表明有必要筛选具有阳性家族史的AD患者的FTD基因。
对大批路易体痴呆症（DLB）患者的基因筛查未发现C9orf72扩增携带者，但偶尔，携带者可能表现为DLB模拟物或具有DLB病理。
3.2运动神经元疾病
20％–30％的家族性和5％的散发性ALS患者中发现C9orf72扩增。c9ALS的中位发病年龄（57岁）与没有C9orf72扩增（非c9ALS）的ALS相似。c9ALS的临床表型涵盖了整个ALS频谱，通常表现为肌肉无力，从一个部分开始，并扩散到整个运动系统中。在c9ALS的30％–40％中可见以早期吞咽困难和构音困难为特征的延髓疾病发作，似乎比非c9ALS更为普遍，并且可以解释某些研究报道的c9ALS总体生存期较短。
认知障碍和痴呆（大多数为bvFTD亚型）在c9ALS中比在非c9ALS中更为常见。因此，与非c9ALS患者相比，c9ALS患者的额叶非运动区萎缩程度更大。尽管只有20％的ALS患者符合FTD诊断标准，但另外20％的患者通常在执行功能，社交认知或语言方面具有一定程度的障碍，而10％的患者表现出行为改变。专为检测ALS中的认知和行为症状而设计的筛查工具，例如爱丁堡认知和行为筛查，正在得到越来越多的使用，并且可以改善量身定制的患者护理。
其他运动神经元疾病，包括进行性肌肉萎缩和原发性侧索硬化症，在C9orf72扩增载体中很少见。
3.3精神病表现
与非c9FTD/ALS相比，在与C9orf72相关的疾病中，精神症状的发生率要高得多。据报道，在c9FTD病例中，有20％–60％患有精神病特征，并且在所有感觉方式上都存在妄想和幻觉，尽管躯体妄想相对常见。其他精神病学表现包括情绪障碍，强迫症和紧张性精神分裂症。精神病症状有时是最初出现的症状，有时会在更典型的FTD或ALS症状出现之前几年发生。对原发性精神病（例如迟发性精神分裂症或迟发性双相情感障碍）的误诊并不罕见，尤其是在（近乎）正常的神经影像学检查。
C9orf72在原发性精神疾病中的扩增很少见，在一些大型队列研究中患病率低于0.2％。
3.4运动障碍
3.4.1帕金森症
与非c9FTD/ALS相比，c9FTD/ALS中并发帕金森病的发生频率更高，并且在bvFTD患者中尤为常见，在疾病过程中高达75％的人发生了不同程度的帕金森氏病。症状包括对称或不对称的运动迟缓，僵硬，跌倒和凝视麻痹，通常很少或没有震颤。
最初出现帕金森氏症，共济失调或失用症可能导致误诊断为帕金森氏病（PD），进行性核上性麻痹，肾上腺皮质综合征或多系统萎缩。其中一些患者在发病后几年内缺乏典型的FTD或ALS特征。在一些经病理证实的研究中，扩增载体中的帕金森病与神经元丢失以及基底节中报告的TDP-43和p62病理有关。因此，一些临床诊断的PD报告在两项大型的尸检证实的PD研究（合并样本量名患者）中，偶尔发生了（1％）的扩增，仅发现了一个既具有典型PD病理又具有C9orf72介导的病理的扩增载体。
3.4.2类HD综合征
在多达5％的HD样（HDL）综合征患者中发现了C9orf72扩增，这在临床上与HD并无区别，但HTT基因中没有典型的CAG重复扩增，使其成为HDL-的最常见遗传原因。没有证据表明C9orf72与HD之间存在因果关系，但这些发现与临床实践相关，因为它们表明扩增携带者可能表现出非典型体征，包括舞蹈症，肌张力障碍，震颤，僵硬，运动迟缓和肌阵挛。需要神经病理学数据来确定相关脑区中C9orf72连锁的病理是否可能是这些异常表现的基础。值得注意的是，最近在少数非c9FTD/ALS患者中发现了HTT的重复扩增，这支持了HD和FTD/ALS在表型和病因学上的重叠。
3.4.3其他运动障碍
扩增携带者中的其他运动障碍包括小脑性共济失调和临床诊断为CreutzfeldtJakob病的病例。这些病例可能代表了对c9FTD/ALS异常表现的误诊，并进一步突显了临床谱的多样性。
4重复长度的临床意义
4.1正常和病理性重复长度
关于哪个C9orf72重复长度是致病性尚无明确共识。大多数实验室认为血液中的重复长度少于20–30是正常的，而多次重复很可能是致病的。小扩增（即最多次重复）代表灰色区域，其中某些携带者会出现症状，而其他人则没有。对小范围扩增的解释对临床遗传咨询提出了重大挑战，并且可能对受影响的家庭产生深远的影响。
在整个组织内测量C9orf72重复长度，确定致病重复长度的阈值并确定可能与临床特征的关联因扩增的不稳定性而变得非常复杂，这会导致同一个人的整个组织内部和内部的重复长度不同。此外，血液中扩增的大小可能无法准确反映中枢神经系统的大小，因此应谨慎解释。
对同一个体的血液和脑组织进行直接比较，发现某些受试者的大小相似，而有些受试者的大小则完全不同。血液中的体细胞不稳定性也阻碍了重复长度的可解释性。与患者组织相比，细胞系通常包含相当小的扩增。此外，由于其寡克隆性质，它们可能显示出多个简洁的条带，如成纤维细胞，淋巴母细胞，诱导多能干细胞（iPSC），iPSC衍生的神经元所示。
4.2临床病理关联与扩增大小
尽管已经报道了临床特征与扩增大小之间的显着关联，但发现并不一致，这在一定程度上可以由组织和研究对象之间的实质差异来解释。一些研究发现了c9FTD和c9ALS之间的扩增大小差异，但其他研究无法复制这些发现。
在各种组织中的重复长度与症状发作的年龄之间已发现潜在的关联。例如，一项研究报道了额叶皮质的重复长度与c9FTD发作的年龄之间呈正相关。同时，C9orf72的扩增可能会随着年龄的增长而进一步扩增。样本采集的年龄与症状发作的年龄通常高度相关，因此不清楚较长的扩增是否会延迟症状发作或仅反映个体年龄的重复长度增加。有趣的是，与发病后生存相关联表明较小的扩增可能是有益的。
要复制这些关联，必须进行深入研究，并考虑组织，疾病亚组（c9FTD和/或c9ALS），采集年龄和疾病状态（受影响或不受影响）之间的差异。这些研究还可能揭示与病理C9orf72介导的特征的关联，例如C9orf72转录本的水平，RNA病灶和DPR蛋白。
4.3预期
重复的扩增可能会在连续的世代中延长，这可能导致发病年龄更早和/或更严重的疾病表型。在许多重复性扩增障碍中都报告了这种现象，也称为预期现象。
有趣的是，在一个c9FTD系列中描述了从一代到下一代大约增加个重复，暗示了预期。此外，在一部分家庭中，年轻一代的发病年龄较早。由于这些研究包括的大多数父母-后代对均未进行Southern印迹分析，因此尚不清楚是否报道了发病年龄的差异。可以归因于扩增规模的增加。可以假定具有FTD或ALS家族史的人可能会早些就医。此外，在一般人群和临床医生中对FTD和ALS的认识不断提高，以及可获得统一的诊断标准可能会导致早期诊断。此外，这些发现可能（部分）受选择和/或回忆偏见的驱动。
重要的是，最近的两项研究实际上提供了与C9orf72相关疾病的预期相抵触的证据。这些研究发现连续世代的扩增大小减小，占传播的50％以上。应当指出，两项研究均基于血液中的重复长度，该长度可能与大脑中的重复长度无关。一个未受影响的父亲的案例报告就是一个例子，父亲的血液中大约有70个重复，而他的孩子则有很长的扩增。尽管这可能表明下一代的从突变转变为致病性扩增，父亲随后揭示了大脑的长期扩增，强调确定大脑组织扩增大小的重要性。因此，要弄清预期是否会导致与C9orf72相关的疾病，就需要针对多代脑组织的大规模研究。
5检测和确定C9ORF72重复序列的扩增
检测重复扩增最常用的方法包括PCR方法检测C9orf72重复序列的扩增；Southern印迹法检测扩增的C9orf72重复序列并确定其大小；使用短读测序检测C9orf72；使用长时间阅读的测序来评估大小，中断和甲基化模式。
除了重复长度外，还发现了其他几种潜在的遗传疾病修饰因子，突显了各种遗传因素之间的复杂相互作用可能会导致C9orf72重复序列扩增的表型变异。例如，已知的ALS危险因素ATXN2的中间重复扩增在c9ALS中比在c9FTD中更为常见，表明它们可能将临床表型推向ALS，而不是FTD。同样，TMEMB中的单核苷酸多态性（SNP）似乎可以特异性地抵抗c9FTD，而不是c9ALS，并且C6orf10/LOC基因座处的两个CpG-SNP（即影响DNA甲基化模式的SNP）与症状发作的年龄有关。
在其他FTD或ALS相关基因（包括GRN，MAPT，TBK1，TADBP，SOD1和FUS）中，罕见的病原体突变共存可能在某些情况下协同作用以影响疾病的严重程度和/或表型特征。
6结论和未来方向
C9orf72的扩增在临床上具有高度异质性，临床医生需要意识到广泛的相关症状，以便及时诊断和管理并选择患者进行临床试验。尽管进行了广泛的研究，这种异质性的遗传基础仍然知之甚少。能够全面评估扩增大小及其纯度和甲基化水平的新型测序技术可能揭示出与临床特征的新关联。体细胞镶嵌的存在使重复长度的测量和解释变得非常复杂，需要更好地理解重复不稳定性，以阐明潜在的基因型与表型的相关性，并确定旨在稳定重复序列扩增的治疗方法的可行性。
对于致病性的临界值缺乏共识，这对临床遗传咨询构成了重大挑战。还需要进一步的研究来确定中间重复长度是否具有任何临床意义，而这些临床意义与正常的C9orf72表达正常相关，而不是在长扩增患者中看到的下调。
除了重复长度，还发现了其他几个潜在的遗传决定因素。可能会同时存在多个表型修饰符，从而隐藏了与每个修饰符的明确关联。未来对各种修饰剂的研究对于预测预期的病程至关重要，这反过来对于患者管理和临床试验中的患者分层都将是有价值的。
编译作者：随艺(Brainnews创作团队)
校审：胖兔子可可(Brainnews编辑部)
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