本研究论文由Xin Fan, Sen Zhao, Chenxi Yu, Di Wu等作者（共同第一作者）主导，联合来自广西医科大学第二附属医院、北京协和医院、首都医科大学附属北京儿童医院、美国贝勒医学院等多个机构的学者共同完成。该研究发表于《Journal of Genetics and Genomics》期刊，于2021年3月22日在线发表。
一、 研究背景
身材矮小是儿童最常见的内分泌疾病表型之一，患病率约为2%。它既可以作为孤立症状出现，也可以伴随骨骼发育不良、颅面畸形、发育迟缓等多种其他临床表现出现。尽管临床遗传学检测在身材矮小的诊断价值已被提及，但在大规模患者队列中，其遗传结构和外显子组测序等基因组学研究的效用尚未得到系统性的探索。以往的研究已发现一些与身材矮小相关的孟德尔疾病基因，但对于患者群体中导致身材矮小的基因和罕见变异等位基因的全面谱系尚未完全阐明。因此，本研究旨在通过对561名身材矮小患者进行外显子组测序，系统分析其遗传结构和病理生理基础，并比较孤立性身材矮小与综合征性身材矮小之间的异同。
二、 研究详细流程
本研究是一项回顾性队列研究，旨在探索中国身材矮小患者的遗传病因和分子诊断率。具体工作流程如下：
患者招募与分组：
- 时间与地点： 在2014年7月至2018年8月的四年间，从中国两个医疗中心连续招募患者：中心#1（广西壮族自治区妇幼保健院）和中心#2（首都医科大学附属北京儿童医院）。
- 纳入标准： 身高低于中国同年龄、同性别平均身高2个标准差的中国患者。
- 排除标准： 排除患有垂体肿瘤、慢性疾病、医源性身材矮小以及未获得知情同意的患者。
- 最终队列： 共纳入561名不相关的身材矮小患者（来自中心#1的411名和中心#2的150名）。根据是否伴有其他器官畸形或多系统受累的临床证据，将患者回顾性分为两组：孤立性身材矮小组和综合征性身材矮小组。具体而言，孤立性身材矮小组包括257名患者，综合征性身材矮小组包括304名患者。
- 数据收集： 收集患者的临床特征、身高Z评分、骨龄等信息。综合征性患者还记录了其受累的器官系统，包括肌肉骨骼、神经、颅面、内分泌、皮肤等。
外显子组测序与分析：
- 样本与测序策略： 对所有患者以及79名可获取的父母样本进行了外显子组测序。其中，482名患者进行了先证者单独测序，76名进行了核心家系三重测序，3名进行了四重测序，总计涉及722名参与者。
- DNA制备与测序： 所有样本按照统一流程从血液中提取DNA并进行外显子组测序。
- 变异检测与注释流程： 使用北京协和医院内部开发的生信分析流程进行序列数据分析和注释。该流程涵盖了从原始数据到变异识别和注释的全过程。
- 变异解读与分子诊断： 基于美国医学遗传学与基因组学学院指南，对所有经过质量控制的变异进行解读。将致病性或可能致病性罕见变异确定为分子诊断。分析不仅关注单核苷酸变异和小插入/缺失，还通过计算工具从外显子组测序数据中识别致病性拷贝数变异，并对其中12例进行了基于微阵列比较基因组杂交的验证，证实了分析工具的可靠性。
- 变异验证与家系共分离： 对所有致病/可能致病变异使用桑格测序进行正交验证，并在可获得的父母样本中研究其是否符合孟德尔遗传规律。
- 致病基因的病理生理学分类： 将鉴定出的致病基因根据其在生长板发育中的潜在作用，聚类到四个已知的生理学过程中：基础细胞过程、细胞外基质维持、旁分泌信号和激素信号。
- 表型分析： 比较有分子诊断与无分子诊断患者的临床特征，如身高Z评分、受累系统数量等，以探索表型与分子诊断之间的关联。
- 突变负荷分析： 为了探索未获得分子诊断患者的潜在遗传病因，研究人员进行了突变负荷分析。他们将队列中已发现的致病基因中的罕见编码突变，在无分子诊断的患者组与内部对照组之间进行了比较，并探索了潜在的寡基因组合。
三、 主要结果
- 整体分子诊断率： 在全部561名患者中，共有135名（24.1%）通过外显子组测序确定了致病变异。这一比例反映了在普通身材矮大人群中进行先证者外显子组测序的阳性诊断率。
- 分组诊断率差异：
- 孤立性身材矮小组： 在257名患者中，29名（11.3%）获得分子诊断，涉及24个基因。其中，72%为常染色体显性方式遗传，10%为常染色体隐性，17%为X连锁遗传。变异类型包括无义/移码突变和错义突变。
- 综合征性身材矮小组： 在304名患者中，106名（34.9%）获得分子诊断，涉及57个基因。诊断率显著高于孤立组。变异类型包括无义/移码、错义和剪接位点变异。
- 拷贝数变异发现： 在孤立组中未发现致病性拷贝数变异，但在综合征组中，有22名患者（7.6%）携带致病性拷贝数变异，进一步通过aCGH验证了基于外显子组数据检测CNV的可行性。
- 多重分子诊断现象： 研究发现了三名患者（占总队列0.5%）具有双重分子诊断，即由两个不同基因的致病变异共同导致混合表型。例如，一名患者同时携带与Rapp-Hodgkin综合征相关的TP63变异和与Noonan综合征相关的PTPN11变异，其表型重叠使得仅凭临床特征诊断困难。
- 遗传结构与病理生理基础差异： 这是本研究的一个核心发现。将致病基因按生理过程分类后发现：
- 在综合征性身材矮小组中，致病基因显著富集于基础细胞过程（如RAS-MAPK信号通路、细胞增殖、DNA修复相关基因），占该组已解致病变异的43%。
- 在孤立性身材矮小组中，虽然样本量较小未达到统计学显著性，但致病基因在激素信号、旁分泌信号和细胞外基质维持等“生物体水平”过程中的出现比例似乎更高。
- 这一结果表明，孤立性和综合征性身材矮小具有不同的遗传结构和病理生理基础。综合征性身材矮小更多与影响细胞基本功能的基因扰动相关，而这些功能紊乱常导致更广泛的发育异常；而孤立性身材矮小的病理生理基础则更为异质，可能更直接地与生长板局部的调节机制相关。
- 表型与分子诊断的关联分析： 在综合征性矮小组内，分析发现具有颅面系统畸形和骨骼系统异常的患者，获得阳性分子诊断的几率显著更高。此外，多系统受累的患者（平均受累3.8个系统）比受累系统较少的患者（平均2.7个系统）更容易获得分子诊断。
- 分子诊断对临床管理的潜在影响： 研究评估了分子诊断结果对生长激素治疗的潜在指导意义。在135名获得分子诊断的患者中，有73名（54.1%）的分子诊断结果可能促使临床医生重新评估或调整GH治疗方案。具体影响包括：
- 关注骨骼畸形风险： 41.5%的患者其病因与骨骼异常相关，需缩短随访间隔监测骨骼畸形加重，并谨慎使用GH以避免畸形进展。
- 警惕肿瘤风险： 18.5%的患者其致病基因与癌症风险升高相关（如NF1, PTPN11），在GH治疗期间需加强恶性肿瘤监测。
- 糖尿病风险监控： 约5%的患者致病基因与胰岛素代谢相关，GH治疗可能增加糖尿病风险，需密切监测血糖。
- 识别GH治疗抵抗： 发现STAT5B和IGF1R变异的患者，提示可能存在GH治疗抵抗，可能需要考虑重组人IGF-1等替代疗法。
- 提供靶向治疗机会： 例如，携带NF1变异的患者可能受益于司美替尼等靶向治疗。
四、 结论与意义
本研究通过对大规模中国身材矮小队列进行系统性外显子组测序，揭示了其分子诊断率和遗传结构。核心结论是：孤立性身材矮小与综合征性身材矮小具有不同的遗传结构和病理生理基础。 综合征性矮小主要由影响基础细胞过程的基因缺陷驱动，而孤立性矮小则涉及生长板调节相关通路且病因更为异质。
本研究的价值体现在： 1. 科学价值： 首次在中国大规模身材矮小队列中系统性描绘了其外显子组水平的遗传图谱，明确了综合征性与孤立性表型在分子层面的本质差异，深化了对身材矮小病因的理解。 2. 临床应用价值： * 诊断价值： 证实了外显子组测序在身材矮小，尤其是综合征性矮小中的高效诊断能力（34.9%）。为临床开展基因检测提供了实证依据。 * 管理指导价值： 超过一半的阳性诊断结果可能直接影响GH治疗的决策，凸显了基因检测在实现个体化、精准医疗中的重要作用，有助于避免不当治疗、预警相关并发症并探索靶向治疗。 * 表型预测价值： 研究提示，对于伴有颅面、骨骼异常或多系统受累的矮小患者，应优先推荐进行遗传学检测。 3. 方法学意义： 成功应用并验证了基于外显子组数据检测CNV的方法，并在普通矮小人群中观察到了多重分子诊断现象，提示临床医生和遗传咨询师在解读复杂表型时需考虑这种可能性。
五、 研究亮点
- 大规模、系统性研究： 样本量大（561例），且严格区分为孤立性与综合征性两组，使结论更具说服力。
- 揭示了本质性差异： 核心发现是揭示了两种临床表型背后根本性的遗传结构差异（基础细胞过程 vs. 生长板相关过程），这超越了单纯诊断率的比较，具有重要理论意义。
- 紧密联系临床实践： 研究不仅停留在诊断层面，更深入分析了分子诊断结果对生长激素这一核心治疗手段的潜在影响，将基础研究与临床管理直接挂钩，转化价值高。
- 对复杂遗传模式的关注： 报告了多重分子诊断病例，提醒在临床遗传分析中需注意混合表型，避免漏诊。
- 探索性分析： 进行了突变负荷分析以探索阴性患者的潜在遗传模式，尽管在本队列中未发现显著结果，但为后续研究（如寡/多基因研究）指明了方向。
六、 其他有价值内容
本研究也指出了其局限性：由于招募中心为三级医疗中心，可能纳入了更多重度身材矮小患者；对于未获得分子诊断的患者，其病因可能涉及结构变异、非编码区变异、尚未认知的基因或寡基因/多基因机制，未来研究需关注这些方面。作者团队已将鉴定出的所有致病变异提交至ClinVar数据库，促进了数据共享。