介绍
Chiari畸形1型（CM1）特征为后脑组织进入枕骨大孔，在儿童神经外科非常常见，发病率为1/,每人中就有1人符合影像学标准。CM1患者的临床症状谱非常宽泛，严重者可以出现脊髓空洞或者脑积水。CM1的主要治疗方法是外科手术治疗，这种方法有创，成本高，且不一定能改善症状。如不进行手术治疗，病人有可能会发展为进行性头痛，视觉障碍，眩晕，麻痹，感觉异常，吞咽困难和失禁，严重影响生活质量。因此了解CM1的潜在病因对早期诊断和制定针对性治疗策略很有帮助。
CM1有高双胞胎共同发病的概率，且患者的一级亲属患病风险更高，提示其存在遗传易感性。有研究估计CM1的遗传率为50%（范围为30%-70%）。但是CM1的遗传研究有限，只是发现了一些候选基因，尚没有发现特发性CM1的确定的遗传学病因。
大多数CM1病人没有家族史，使得在高通量测序普及之前的传统基因定位很难找到致病基因。并且确诊需要影像学检查，使得研究人员难以确定CM1是否为遗传性的。为了研究CM1的这种复杂的遗传解构，作者采取的方法为在受累个体中寻找携带比期望值更多变异的基因。在本篇研究中作者假设CM1至少部分可以用致病性新发变异或者罕见的外显不全变异解释，并对一个很大的特发性CM1队列进行外显子测序，以发现提高CM1风险的变异和基因。
病人队列
CM1病人队列来自犹他医院、范德比尔特大学医学中心、杜克大学和西班牙瓦尔德希布伦大学，包括个CM1患者及家庭成员。其中先证者人，受累亲属76人，还有名未受累的家庭成员或父母。这个CM1队列中包括了67个CM1核心家系trio，个单人病例和55个复杂亲缘关系。继发性CM1被排除在队列之外。
结果
CM1新发突变的整体负担
在67个trio中发现了81个编码蛋白的新发突变（denovomutations,DNM），平均每个trio有1.2个编码区DNM，这与既往发表的结果一致。每个trio发现的DNM数量遵从期望的泊松分布（P=0.87）。
作者将编码区DNM分为3组：错义突变，无义突变和两者结合（即影响蛋白合成的DNM，是前两组的并集)。因为小indel的假阳性率高，在每个基因的DNM概率计算中将之排除。对比观察到的DNM数量和DNM的期望值，作者发现影响蛋白合成的DNM均显著高于期望值（P=5.3X10-4）。
有6个基因发生了预测为功能缺失（loss-of-function,LOF）的DNM,其中3个被认为是发生在进化保守的区域。证据为观察到的LOF变异数量和GnomAD中期望LOF变异数量的比值（oe）：CHD8(oe=0.04),CRIM1(oe=0.12),ARL8A(oe=0.07)。
在CM1trio的先证者中影响蛋白的DNM和错义DNM有显著富集（分别为enrichment=1.67;p=8.7X10-5和enrichment=1.64;p=2.54X10-4）。但是同义DNM的数量和期望之间没有差异（enrichment=1.06;p=0.44）。之后作者根据基因是否造成OMIM收录的常染色体显性（AD）遗传病，基因是否在大脑中表达，及基因是否在大脑中表达并且造成AD遗传病进行分别统计。CM1先证者的影响蛋白合成的DNM和错义DNM在OMIM收录的AD疾病基因（分别为enrichment=3.28;p=5.29X10-5和enrichment=2.89;p=8.12X10-4）以及在大脑中表达的基因（分别为enrichment=1.75;p=1.40X10-4和enrichment=1.68;p=7.16X10-4）均有显著富集。这些结果提示编码区的新发有害变异，特别是在大脑中表达的基因的变异显著提高了CM1的风险。
CM1病人中的隐性遗传或者X连锁疾病
为了分析在这个CM1队列中是否存在未诊断的隐性遗传或X连锁遗传病，作者追踪了所有的罕见变异（MAF0.）,LOF变异，Clinvar收录的致病变异或可能致病变异，或者由MetaSVM预测为有害的变异。共筛选出84个罕见隐性遗传模式变异和16个罕见的X连锁基因的半合子（全是男性患者）。3个CM1先证者存在LY9，SCNN1D和TTC40基因的两个无义变异，但是这3个基因均没有与单基因遗传病相关的报道。没有患者同时携带多个Clinvar收录的致病或可能致病变异。半合子病人中没有人携带Clinvar收录的致病/可能致病变异或者造成已知X连锁疾病的基因的LOF变异。
CM1病人的CHD8新发突变
通过GeneMatcher作者发现了另外两个携带LOF新发CHD8突变的CM1病人。既往研究报道了孤独症谱系障碍/神经发育障碍的病人携带CHD8杂合LOF变异，这些病人存在大头畸形和特殊面容（MIM：）。但是这些病例没有CM1的报道。
在CM1患者中发现的3个新发CHD8突变分别为NM_170629.2;c.CT[p.Arg*]，c.GA[p.Trp*]和c.+1GT。作者使用denovolyeR分析了哪些基因会出现高于期望的DNMs。CHD8在这个队列样本大小中偶然出现3个LOF新发突变的概率为1.9X10-10,和基因组范围有显著差异。
这3个病人均有头围大于年龄和性别90百分位的表型，这和既往报道的CHD8病人存在大头畸形一致。在此队列中发现的CHD8新发突变病人也在入组后被诊断为孤独症谱系障碍。
基因组范围的罕见变异负荷分析
为了分析CM1病人中富集罕见变异的基因，作者比较了个无血缘关系的CM1先证者和个同样是欧洲祖先的实验室内部对照的罕见变异（gnomAD中minoralleles小于10的变异）。
CHD3基因在外显子范围分析中罕见变异负荷显著高于对照（P2.5X10-6），在个先证者中有19个罕见变异。CHD3的罕见同义变异和CM1风险无关;在全基因组范围，没有基因的同义变异在两组间有差别。
结合每个基因造成蛋白改变的DNM和基因负荷分析（数据中移除所有的DNM）的基因组范围meta分析显示，差异最显著的两个基因是CHD8（P=9.43X10-7）和CHD3（P=2.59X10-5）。CHD3和CHD8的功能和临床症状相似，最近报道了CHD3基因的新发变异和SnijdersBlok-Campeau综合征相关。但是SnijdersBlok-Campeau综合征的变异发生在CHD3的解旋酶结构域，而CM1的变异大多数在这个结构域之外。
CM1病人在CHD基因集稀有变异负荷增加
作者已经发现CM1队列在CHD8存在新发变异富集，CHD3稀有变异负荷增加，因此作者进一步分析了CM1病人在CHD基因集的稀有变异负荷是否有增加。通过对比CM1队列和对照的CHD基因（CHD1-9）稀有变异数量，作者发现CHD基因的错义/无义/剪切变异在CM1病人中显著增高（P=1.2X10-6,OR=1.66）。
之后作者对CHD基因的改变蛋白DNM和期望进行meta分析，发现CHD基因有显著DNM富集（P=7.89X10-5,38倍富集）。并且CHD基因集的稀有变异和CM1风险之间存在强联系（P=2.4X10-10）。即使CHD8和CHD3基因的变异排除掉之后，CHD基因的罕见变异仍旧与CM1风险增加相关（P=1.5X10-4,OR=1.54）。另外，CHD基因单独或整体的罕见同义变异负荷在CM1和对照之间均没有差异。
携带CHD罕见变异的CM1病人的大头畸形
携带CHD罕见非同义变异的病人有41个，他们的头围大小比同性别和年龄对照的期望值大1.1cm（P=5X10-4），与美国CDC的生长表格没有差异（P=3X10-4）。所有CM1病人的头围大小比同性别和年龄对照的期望值大，而携带CHD罕见变异的病人头围大小要大于不携带CHD罕见变异的病人（+2.15cmvs+0.94cm，Wilcoxon秩和检验，p=3X10-4）。
chd8障碍的斑马鱼模型
为了证明CHD8的单拷贝变异足以导致异常脑发育，作者通过CRISPR-Cas9制作了斑马鱼chd8-/+模型。chd8-/+斑马鱼的大脑体积显著高于野生型。这种区别体现在前脑、中脑和后脑的体积。突变型和野生型的斑马鱼之间的身体长度没有差异，提示体积区别是大脑特异性的。
讨论
此研究中作者发现了和CM1风险升高相关的染色体域基因，这些基因的罕见变异在CM1病人中富集，并且CM1病人中的3个CHD8新发突变强烈提示CHD基因变异和CM1发病相关。CHD基因在相同的染色体域上，并且有相同的解旋酶结构域，但是不同的结构和功能使它们分为3个亚家族：亚家族1(CHD1和CHD2),亚家族2(CHD3和CHD4)和亚家族3(CHD5,CHD6,CHD7,CHD8和CHD9)。CHD蛋白的主要功能是依赖于ATP的染色质重塑活动，作为抑制剂或激活剂。染色质重塑在大脑发育中十分关键，因此CHD基因缺陷可能导致神经发育异常。CHD1，CHD2，CHD3，CHD4，CHD7和CHD8的新发变异或单倍剂量不足均可以导致一系列的神经发育障碍表型，例如孤独症谱系障碍，发育落后，特殊面容，大头畸形和小头畸形等。值得注意的是，既往报道的5个CHD4新发突变病人中有1个也被诊断为CM1。
张梦娜zmn