儿童神经发育障碍（NDD）是由多种遗传性或获得性病因导致的一组慢性发育性脑功能障碍疾病，患儿通常表现出多种临床特征，如颅面异常，认知、行为或运动技能的缺陷，以及抽动障碍和其他神经发育障碍等。目前，人们对这些疾病及其病因的了解仍不全面。
已有研究表明，CHD2是一种编码基因，编码染色质解旋酶DNA结合蛋白2，这是一种ATP依赖性酶，可作为染色质重塑剂，其致病性变异、表达过量或过少都会导致发育性和癫痫性脑病、自限性或药物反应性癫痫以及无癫痫的神经发育障碍。一名为Emma Broadbent的8岁女孩便因CHD2蛋白表达过量，无法行走、说话，且智力严重迟缓；她的疾病被认为是发育和癫痫性脑病（DEE）的神经发育障碍亚型，但尚未正式命名。
为调查上述罕见疾病的致病原因，英国波士顿儿童医院Anne O’Donnell-Luria团队和西北大学Gemma L. Carvill团队合作在The New England Journal of Medicine上发表了题为“Neurodevelopmental Disorder Caused by Deletion of CHASERR, a lncRNA Gene”的文章。研究团队对3名具有相同症状的患儿进行分析，解开了CHD2蛋白质表达过量的背后机制，这涉及到长链非编码RNA（lncRNA）的编码基因——CHASERR的单拷贝缺失。CHASERR位于CHD2基因上游，就像是控制CHD2蛋白表达的“刹车器”，当CHASER单拷贝缺失时，可导致CHD2蛋白不受控制地过表达，进而引起受CHD2调控的神经功能基因表达失调，最终导致疾病的发生。特别地，该研究首次发现人类疾病与lncRNA单拷贝缺失相关联。
"通过在三名无亲属关系的患者身上建立关联，我们终于能够将这种疾病归类为一种新的疾病” 文章共同资深作者Anne O 'Donnell-Luria表示，“我们在该研究中发现的独特机制表明，还有更多隐藏在罕见遗传疾病背后的lncRNA尚待发现，这可能会为许多仍在等待罕见病诊断的家庭带来答案”。
主要研究内容
一、CHASERR基因缺失的检测
lncRNA是一类长度大于200个核苷且不具备蛋白质编码能力的核糖核酸分子，可在剂量补偿效应、表观遗传调控、细胞周期调控和细胞分化调控等众多生命活动中发挥重要作用。由于临床上因lncRNA表达缺陷而导致遗传学疾病的直接证据较少，其在人类疾病中的重要性尚未得到充分研究。
研究团队首先对Emma进行基因组测序分析，发现其存在接近于一个DNA片段的缺失，而这个DNA片段在基因组中与紧邻CHD2的lncRNA CHASERR基因重叠。2019年发表在Nature Communications期刊的一项研究显示，CHASERR基因单拷贝缺失的小鼠体内CHD2蛋白水平较高。通过分析全基因组转录组数据，研究团队在Emma体内发现了类似的模式。
由此，研究团队确定lncRNA基因的缺失可导致CHD2蛋白水平上升，进而引发了Emma的疾病。值得一提的是，先前研究揭示CHD2蛋白生成不足也与其他神经发育疾病有关，比如自闭症和癫痫。这些结果表明，CHD2在人类疾病中具有双向的剂量敏感性。
接下来，研究团队在法国发现了另外两名与Emma有面部畸形、皮质萎缩、视神经萎缩、脑髓鞘发育减退和发育迟缓等相似症状的患儿。收集以上3名患儿的临床数据和血液样本后，研究团队对其外周血基因组DNA进行了Trio基因组测序，对1号患者的家族成员进行了长读长基因组测序，并对1号患者与2号患者的全血样本、传代成纤维细胞和诱导多能干细胞及1号患者的神经前体细胞进行了转录组测序。结果显示，3名患儿CHASERR基因的启动子和前三个外显子均有缺失，并且不与CHD2或其启动子重叠（图1A）。
1号患者的CHASERR基因存在22kb的从头缺失，断点映射到两个负链导向的SIN-Alu元件（AluSg和AluYb8），在断点连接处具有40bp的微同源性，表明缺失由两个Alu重复序列之间的重组产生。此外，该患者的顺式元件中缺失了三个非编码从头单核苷酸变异（SNV）（图1A），这可能是由易出错的聚合酶在修复双链DNA断裂过程中产生的。
2号、3号患者的CHASERR基因存在与上述类似的缺失机制。其中，1号、2号患者的CHASERR从头缺失发生在父系遗传的染色体上，3号患者的CHASERR缺失尚不清楚亲本来源。
图1. CHASERR基因的从头缺失和CHD2基因表达的检测
二、CHD2基因的表达
1号患者的正常兄弟姐妹接受了全血RNA测序，比较结果显示1号患者的CHASERR单拷贝不足，该基因的转录本出现率仅0.00695‰，远低于其兄弟姐妹（0.02392‰）。与GTEx项目的对照样本相比，在1号患者的全血样本中未观察到显著的转录组范围的基因表达异常值。
在1号、2号患者的诱导多能干细胞中，研究团队检测到其CHD2蛋白丰度分别显著高于相匹配的野生型对照组（1.8倍和1.7倍）。结合Chaserr+/−小鼠模型的测序结果，研究团队认为上述结果支持CHASERR单拷贝不足导致CHD2蛋白丰度增加的假设。
在1号、2号患者的全血样本、传代成纤维细胞、诱导多能细胞和神经祖细胞中，研究团队观察到CHD2 mRNA中所有可相控变异的一致等位基因不平衡（图1C），这些不平衡因素与CHASERR缺失一起显著偏向顺式等位基因，表明CHD2基因的表达存在顺式调节去抑制模式，该结果与Chaserr+/−小鼠模型预期结果相符。
综上，结合基因组、转录组测序数据和Chaserr+/−小鼠模型实验，该研究首次提供了CHASERR单拷贝缺失导致神经发育疾病的科学依据，发现了CHD2具有双向剂量敏感性，并强调了lncRNA在神经发育中的重要性。CHASERR负顺式调控CHD2基因表达，神经功能正常需将CHD2水平限制在合理范围内，过低或过高都不行；这提示可在CHD2水平上进行潜在治疗。
对于研究中的3名患儿，在了解其罕见疾病的原因后，下一步的目标是找到相应治疗方法。目前，Ganesh及其合作者正在探索使用靶向基因疗法来微调CHASERR的CHD2表达的可能性，并提出了一个解决方案即使用反义寡核苷酸疗法以部分抑制CHD2或CHASERR或两者，以提供一些治疗益处。
研究团队提示基因编辑的进步可能是操纵CHASERR以增加CHD2蛋白生产的钥匙，这可以帮助这些罕见发育功能障碍患者。目前，大约30%的癫痫患者对标准抗癫痫药物没有反应；即使是有反应的患者，药物也能只减轻疾病症状。针对CHD2的基因疗法将从疾病的源头入手，如果有效，疗效可能会持续更长时间。
参考资料：
1.Vijay S. Ganesh, M.D., Ph.D., Kevin Riquin, Ph.D., et al. Neurodevelopmental Disorder Caused by Deletion of CHASERR, a lncRNA Gene. N Engl J Med 2024;391:1511-1518. DOI: 10.1056/NEJMoa2400718
https://www.nejm.org/doi/full/10.1056/NEJMoa2400718
2.Neurodevelopmental Role for lncRNA Confirmed in Humans, May Influence Autism, Epilepsy
https://www.genengnews.com/topics/omics/neurodevelopmental-role-for-lncrna-confirmed-in-humans-may-influence-autism-epilepsy
3.NEJM：陈玲玲评述，首次证实lncRNA单拷贝缺失引起人类严重大脑疾病
https://mp.weixin.qq.com/s/EhO8cClI7TXxr_1G9LJdLA
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