使用长读序列和转录组分析扩展遗传代谢病的基因图谱

为何隐匿的DNA变化对罕见病至关重要

对于许多患有罕见遗传代谢病的家庭来说，即便是当今最先进的基因检测仍常常无法给出明确答案。本研究探讨了为何许多病例仍然成谜，并展示了如何通过更新的读取DNA和测量基因活性的方法发现传统检测忽视的隐匿故障。研究人员通过详查七名疑难患者，揭示了不同寻常的遗传改变类型，并提出了改进诊断与护理的路线图。

当常规基因检测不足以解答时

遗传代谢病是一大类疾病，患者体内无法正确处理某些脂类、糖类或其他分子。医生通常在新生儿或幼儿的血液或尿液异常筛查中首次发现这些疾病。下一步通常是对基因组的蛋白编码部分进行外显子组或短读长基因组测序。然而即便拥有这些强大的工具，许多患者仍只能得到不完整的答案，例如在本应为杂合/纯合突变的疾病里只发现一个有缺陷的等位基因，或根本找不到令人信服的改变。本研究中的七位个体均属于这种“诊断缺口”：临床与生化检测强烈指向代谢疾病，但基因检测却留下了关键问题。

以更长片段读取DNA并“倾听”RNA

为了解决这些疑难病例，团队结合了两种现代方法。首先，他们使用长读测序，这项技术以比常规模式更长的片段读取DNA，并将其聚焦于由代谢检测已怀疑的特定基因。长读更容易检测到结构性变化，如片段重复、深部插入和复杂重排。其次，他们分析了RNA——基因被激活时产生的分子——以观察这些DNA变化如何实际影响基因信息：外显子是否被跳过、是否掺入了额外片段或表达水平是否下降。两者结合，为每位患者提供了结构图与功能读出。

非常规的遗传罪魁祸首浮出水面

这种组合策略取得了成效。在七名患者中有六名，研究人员发现了早期检测未能识别的“缺失”致病变异。他们发现了一个可能破坏关键线粒体基因的外显子重复，以及两个深部内含子变异，这些变异在基因信息中产生额外片段并引发提前终止信号。引人注目的是，三位患者携带了新插入的可移动DNA片段（称为转座子）。其中两处插入发生在代谢基因内部，导致外显子跳过和不稳定的转录本；第三处位于一个葡萄糖转运基因的外侧，处在帮助控制该基因何时及多强表达的区域。在若干病例中，团队使用定制的实验验证——例如小型基因构建体和报告系统——证明这些非同寻常的变异确实损害了正常基因功能。

三维基因组折叠如何导致疾病

一个尤其有启发性的病例涉及将葡萄糖运入脑细胞的基因。尽管该基因的编码序列完好，患者细胞却产生明显减少的该基因RNA。长读测序发现了一个位于该基因数千碱基之外的大型可移动DNA插入。通过绘制周围染色质的三维折叠，研究人员显示出在健康细胞中，该基因的调控区会定期接触上游的一组增强子元件，形成支持强表达的“活性枢纽”。在患者细胞中，这些增强子接触部分被重新导向到新的插入位点，削弱了增强子与基因之间的联系。这种基因组结构的微妙重接线可能助长了患者大脑的能量短缺。

这对患者和未来筛查意味着什么

总体而言，该研究表明，将长读测序聚焦于疑似基因，并结合细致的RNA与功能性检测，可以发现比标准方法更广泛的致病变化。研究强调，可移动DNA插入、深部内含子变异以及基因组三维折叠的干扰，是被低估的遗传代谢病致病因素。随着基因组检测，尤其是新生儿检测的普及，纳入这些先进工具并建立更完善的参考数据库，可能帮助更多家庭从不确定走向精准诊断，并最终带来更有针对性的治疗选择。

引用: Soriano-Sexto, A., Sánchez-Lijarcio, O., Beccari, L. et al. Expanding the genetic landscape of inherited metabolic diseases using long-read sequencing and transcriptomic profiling. Eur J Hum Genet 34, 543–553 (2026). https://doi.org/10.1038/s41431-025-01995-7

关键词: 遗传代谢病, 长读测序, 转座子, 三维基因组组织, 罕见病诊断