长读长测序揭示FGF14基因GAA重复扩增与帕金森病的遗传关联

《Brain》：Long-read sequencing identifies FGF14 repeat expansions in Parkinson’s disease

本研究利用牛津纳米孔长读长全基因组测序技术，对411例帕金森病患者和1,626例对照进行FGF14基因GAA重复扩增筛查。研究发现5例PD患者携带≥300次GAA重复的致病性扩张，其临床特征符合典型PD诊断标准，α-突触核蛋白种子扩增试验呈阳性。该发现首次将FGF14重复扩张与PD遗传易感性相关联，拓展了重复扩张疾病的表型谱系，为不明原因PD病例的分子诊断提供新方向。

　　

在帕金森病（PD）的遗传学研究领域，科学家们长期聚焦于单核苷酸变异（SNVs）的探索，而对短串联重复序列（STRs）这类更具挑战性的遗传变异类型关注有限。这主要源于传统短读长测序技术对重复序列检测的技术局限。然而值得注意的是，致病性重复扩增已被证实是多种神经系统疾病的重要病因，特别是在脊髓小脑性共济失调等疾病中。近年来研究发现，某些原本与共济失调相关的基因（如RFC1）的重复扩增，也可能在非典型或家族性帕金森病中发挥作用，这一发现为PD的遗传机制研究开辟了新视角。

FGF14基因内含子区的GAA重复扩增是晚发性小脑性共济失调的已知病因，但其与帕金森病的关联尚未被探索。随着多系统萎缩（MSA）队列中FGF14重复扩增的报道，研究人员开始思考：这种重复扩增是否也可能在帕金森病的发病机制中扮演角色？为了解答这一科学问题，研究团队开展了一项创新性的遗传学研究。

研究人员采用牛津纳米孔技术（ONT）长读长全基因组测序（WGS）这一前沿技术手段，对来自帕金森病进展标志物计划（PPMI）的411例PD患者和197例神经健康对照，以及来自美国国立卫生研究院CARD计划、1000人基因组计划和“全民研究计划”的1,429例附加对照进行了系统性分析。这些样本代表了全球多样化的种群背景，为研究结果的普适性提供了保障。

关键技术方法包括：利用Straglr工具进行FGF14 GAA重复序列的长度估计和变异检测，定义chr13:102161576-102161726(hg38)为靶向区域；采用自适应采样长读长测序对阳性样本进行验证；通过RepeatAnalysisTools生成瀑布图分析重复 motif结构；基于欧洲 ancestry 的386例PD和722例对照进行关联分析（Fisher精确检验）；利用线性回归分析重复长度与发病年龄的相关性。

Identifying carriers of the FGF14 GAA repeat expansions

在PPMI队列中，研究人员鉴定出5例欧洲血统的PD患者携带超过300次GAA重复的致病性FGF14扩张，而PPMI对照组中未发现携带者。除1例患者同时携带GBA1 p.Leu483Pro变异外，其他扩张携带者均未发现已知的PD致病基因变异。在对照参考数据集中，发现1例来自NABEC脑库的欧洲血统个体携带超过300次重复的扩张，该个体为80岁男性，生前无神经系统症状报告。所有6例阳性样本均通过自适应采样长读长测序验证，覆盖深度达55-125倍。

FGF14 repeat motif structure in Parkinson's disease

研究还发现7例个体（3例PD患者和4例对照）携带250-300次重复的减除外显范围等位基因。研究人员对重复 motif结构进行深入表征，鉴定出11例对照携带(GAAGGA)n motif，1例PD患者和13例对照携带(GAAGCA)n motif，以及1例1000人基因组计划参与者携带复合(GAA)n(GCA)n motif。这些非致病性 motif的发现提示序列组成而不仅是重复长度可能影响致病性。

Clinical features of Parkinson's disease patient

对5例携带致病性FGF14扩张的PD患者的临床特征分析显示：发病年龄为37-56岁，均符合UK PD Society Brain Bank诊断标准。运动症状包括运动迟缓、强直和震颤，非运动症状包括嗅觉减退、便秘等。α-突触核蛋白种子扩增试验（SAA）在4例可用数据患者中均为阳性，DATSCAN成像显示壳核摄取减少伴尾状核相对保留的典型PD模式。值得注意的是，4例可行磁共振成像（MRI）的患者均未显示小脑萎缩，这与典型FGF14相关共济失调的影像学特征不同。

研究结论表明，FGF14 GAA重复扩张是PD的一个新型罕见遗传危险因素。虽然统计关联显著（p=0.022），但对照组中致病性扩张的发现提示不完全外显现象的存在。重复长度与发病年龄无显著相关性，可能与样本量有限有关。DNA甲基化分析显示血液中FGF14位点普遍高甲基化，而小脑组织来源的DNA显示低甲基化，但无等位基因特异性差异。

这项发表于《Brain》的研究首次系统性地将FGF14重复扩张与帕金森病联系起来，拓展了重复扩张疾病的临床谱系。研究结果强调了长读长测序在发现隐藏的致病性变异方面的独特价值，为不明原因PD病例的分子诊断提供了新思路。未来需要在更大规模、更多样化的队列中验证这一发现，并通过整合长读长测序、转录组学和脑组织甲基化分析等多项技术，深入探索FGF14扩张在神经退行性疾病中的功能机制。