胎儿MRI中13三体、18三体与CHARGE综合征的表型分析及基于表型的形态学疾病严重度评分与网络医学分析

引言

13三体（T13）和18三体（T18）长期以来被认为是致死性疾病，预期寿命不足一年[1, 2]。近年来，多项研究报告称，随着先进疗法的实施和延长生命干预措施更普遍地提供，生存期得以延长[1, 3–6]。由于现代方法基于遗传决定疾病的表型分析来选择管理方案，一些患者被报道生存超过10年[2]。

CS是一种罕见的遗传性疾病，患病率为每10万活产中0.1例[7]，10年生存率估计在70%–87%之间[8, 9]。相比之下，一项大型韩国全国性研究确定T18的患病率高达每10万活产中2.7–6.4例，中位生存期为127天[10]。他们发现1年生存率为63.2%，合并与未合并先天性心脏病的患者首次入院时的生存率分别为58.3%和94.1%[10]。此外，研究确定接受手术或导管干预的先天性心脏缺陷患者比未接受者的生存时间更长[10]。另一项韩国研究确定T13的患病率较小，为每10万活产中0.02例，占人群中所有出生缺陷的近1%[11]。另一项大型欧洲研究量化了一年生存率分别为17%（T13）对13%（T18），10年生存率分别为11%（T13）对8%（T18）[2]。

CHARGE综合征（CS）表现为广泛的症状谱，包括后鼻孔闭锁、眼、心脏、生殖器和耳部异常，由CHD7基因突变引起。然而，近期研究已表明即使对于表现出CS临床特征但先前已被诊断为其他综合征的患者，CHD7突变筛查也具有重要意义，这突出了即使没有确认的CHD7突变，CHARGE也应被视为一种具有重叠结构异常的疾病谱[12]。此外，在确诊CS病例中持续鉴定出新突变，如Sohn等人近期进行的一项韩国研究所发现的，突出了在识别CS患者中持续更新筛查面板的必要性[13]。

T13、T18和CS具有重叠的病理形态学特征，包括心脏、肾脏、食管、面中部、眼部及中枢神经系统（CNS）异常和四肢发育异常[12, 14]。在缺乏既往基因检测的情况下，或特别对于CHARGE综合征而言在基因检测阴性的情况下，这可能导致诊断的不确定性。

鉴于近期医疗保健政策和堕胎法立法监管的变化，循证咨询需要相应调整，并根据表型表现提供个体化治疗[4, 15]。随着过去二十年来全基因组基因分型变得更加普及，在临床上必须考虑区分基因型与往往更为异质的表型的重要性。因此，仅依靠遗传学可能不足以估计出生后疾病负担。

本研究的目的有两方面：第一，描述CS及13三体和18三体的表型；第二，在这些表型中提取可用于各自预后判断的形态学特征。在表型评估之后，进行了网络医学分析。此外，提出了一种基于表型组的疾病严重程度评分，该评分评估所观察到的形态学改变的程度，以提供疾病负担的估计并帮助临床医生选择合适的治疗方案。

材料与方法

研究设计与患者

本研究经机构伦理委员会批准（伦理编号1547/2021），并获得所有患者的书面知情同意。回顾性研究了2004年1月至2023年11月在三级诊疗中心接受胎儿MRI的单胎妊娠孕妇。所有MRI检查均有临床指征并由胎儿医学专家转诊。筛查了机构患者记录，识别出经遗传学确诊为T13、T18和CS且具有可用胎儿或尸检MRI的孕妇胎儿，并提取了母亲病史。在初步识别胎儿后，应用纳入和排除标准：如果胎儿的孕龄已通过早孕期超声确定、已进行详细的孕中期超声扫描且具有高质量的胎儿MRI数据，则对胎儿进行分析。缺失数据使用可用的患者记录补充。筛查机构患者记录后数据不完整的病例被排除。

胎儿MRI

胎儿MRI使用1.5 T和3 T磁体（Philips Ingenia/Intera和Philips Achieva）进行。检查以仰卧位进行，必要时在45分钟内以左侧卧位进行。未使用MRI造影剂或镇静剂。由于本研究的回顾性性质以及患者纳入间隔较长，应用了不同的胎儿MRI成像指南。然而，本研究纳入的所有MRI扫描均检查了是否符合2023年国际妇产科超声学会实践指南[16]。胎儿脑成像包括胎儿头部三个正交平面的T2加权序列（层厚2.0–4.5 mm，视野=200–230 mm，回波时间=100–140 ms，平面内分辨率0.62/0.62–1.17/1.17 mm）。

胎儿表型评估

纳入胎儿的MRI数据由两名经验丰富的神经放射科医师同时审阅，他们对临床病史（包括超声报告诊断和基因诊断）设盲，并以共识方式判读（D.P.——具有35年胎儿MRI经验，M.S.——具有5年胎儿MRI经验）。对被检查胎儿进行形态学分析，包括检测22个解剖区域的异常：颅神经I和II；皮层发育；脑对称性；是否存在前脑无裂畸形；脑中线结构；脑脊液（CSF）间隙；获得性脑室内和/或脑实质病变；脑干和中脑水管；小脑和蚓部；头/颅骨（包括面部；下颌、腭；舌异常和后鼻孔闭锁）；眼；耳；心血管系统；肺；颈；食管和上腹部器官；肠和腹壁；泌尿和生殖系统；骨骼；胎盘和是否存在胎儿生长受限（FGR）；以及羊水。脑室扩大定义为侧脑室房部直径大于10 mm。眼距过短和眼距过宽分别定义为眼间径小于和大于眼径。小脑直径在轴位或冠状面测量，并与Prayer等[17]提供的参考值进行比较。关于心脏缺陷的存在，评估重点为已报道的超声所见，因为更细微的心脏缺陷在胎儿MRI上通常不可见。计算每个疾病组检测到异常的百分比。

统计分析和共现网络

患者选择的可视化流程图使用MindManager软件（版本23.0）提供。

名义数据以绝对频数（百分比）描述。采用均值+/−标准差以及（最小值和最大值）描述每组平均严重程度评分。使用Shapiro–Wilks检验以及通过QQ图目视检查来检验正态分布。P值等于或小于0.05被认为具有统计学意义。统计分析使用IBM SPSS Statistics for Windows软件（版本28）进行。

为了直观评估CS、T13和T18的表型区分特征和重叠特征，采用了一种类似于Baldassano等[18]应用的技术：基于CS、T13和T18病例，使用MATLAB（版本R2021b）为每个研究组生成三个共现矩阵。生成每个矩阵以提取由两位作者以共识方式记录的胎儿MRI扫描形态学发现的共现模式（D.P.——具有35年胎儿MRI经验，M.S.——具有5年胎儿MRI经验）。随后，使用Gephi软件（版本0.10.1）生成网络共现图（H.S.，M.S）[19]。

疾病严重程度评分

为了实现更快、更容易的风险分层，基于归纳为16个类别（表1）的异常检测计算了简化的疾病严重程度评分：中枢神经系统；心脏/血管；后鼻孔；肺；脊柱；生殖器；肾/泌尿道；食管/胃；腹壁/肠；胸腺；面部；眼/外耳；内耳；胎盘（包括FGR）；脐带异常；四肢畸形；以及是否存在羊水过少。

每个类别中检测到的异常按一分至四分进行分级，评分越高提示结局越差。由于所研究患者群体中结局数据不完整，各分类的评分基于既往发表的数据，如本手稿讨论部分所示。分级由本研究作者按照德尔菲型共识技术达成一致[20]。最后，对机构患者记录进行筛查，以确定所研究胎儿的可用结局数据。

结果

患者与人口学特征

患者识别与选择流程总结于图1。在对机构患者记录进行初步审查后，共识别出96例胎儿：28例疑似诊断为CS，33例为T13，36例为T18。在患者评估过程中，共有47例胎儿因以下原因被排除，其中19例疑似CS（20次扫描）、17例T13（接受20次MRI扫描）和13例T18（13次扫描）：其他无关疾病的确认性基因检测或随访结果不确定（26例）；无可用胎儿或尸检MRI（仅出生后影像学资料可用）（17例）；胎儿MRI图像质量不足（11例）。3例疑似CS的胎儿基因检测结果不确定且不完整：1例胎儿未接受专门针对CS的基因检测，荧光原位杂交（FISH）和单核苷酸多态性（SNP）芯片结果无异常。另2例胎儿（接受3次胎儿MRI扫描）核型和array CHG检测无异常，其母亲不同意进一步进行专门针对CS的基因检测。所有3例患儿目前临床上仍被归类为CS患者，因此纳入本研究。因此，共有48例胎儿（42次胎儿MRI和15次尸检MRI扫描）纳入本研究的最终分析：9例疑似CS（接受13次MRI扫描）、16例T13（17次扫描）和23例T18（27次扫描）。

所研究胎儿的人口学概况，包括样本量、平均孕龄和母亲年龄以及胎儿性别，见表2。

胎儿表型评估

对各组形态学特征进行了定量统计分析，总结于表3。最常观察到的异常见表4。

三组均表现出高比例的心血管和中枢神经系统异常，特别是累及脑干、蚓部、小脑、外部脑脊液间隙和嗅球。眼距异常（即眼距过短和眼距过宽）似乎对三体和CS的影响方向相反。

所有纳入患者的详细概况见补充材料表S1，各解剖区域内所有观察到的异常总结见表S2。胎儿MRI中识别的选定结构异常的可视化见图2。

共现矩阵

生成了CHARGE综合征（CS）（图3）、13三体（T13）（图4）和18三体（T18）（图5）胎儿中胎儿MRI形态学特征的共现网络。所评估的特征以节点表示，节点越大表示异常越常被观察到。每条边/连接线的粗细对应于成对共现频率。此外，根据所涉及的器官系统进行颜色编码，以便进行视觉分类。

共现矩阵的定量评估包括边密度量化（T13：0.729，T18：0.705，CS：0.506）、平均聚类系数（T13：0.858，T18：0.857，CS：0.826）、节点数（T13：43，T18：36，CS：29）和边数（T13：1317，T18：888，CS：411）。因此，尽管T18涉及的患者数量最多，T13网络的复杂度最高。CS网络由于该亚组患者数量最少，复杂度最低。

形态学疾病严重程度评分

总体而言，形态学疾病严重程度评分范围为1至26。GT13评分最高（均值=14.7，标准差+/−6.6，[1–26]），其次为GT18（均值=12.1，标准差+/−4.1，[2–21]）和GCS（均值=11.5，标准差+/−3.9，[5–18]）。疾病严重程度评分与孕龄相关（Pearson相关系数=0.385，p=0.005）。各例形态学疾病严重程度评分列于表S1。

结局分析

结局数据的详细概览见补充表S3。表5总结了可获得的结局数据的统计分析，38例患者至少部分可获得结局数据。其余患者（n=10）失访，无可获得的其他数据。

讨论

采用网络方法，建立了CS、T13和T18重叠表型组的新定义。在研究的患者集合中，大多数胎儿被鉴定为呈现结构畸形的复杂组合，因此具有不良结局预后。这与这些高度异质性疾病实体的常见临床表现一致。然而，一些胎儿被发现疾病表现较轻。迄今为止，许多产前证实患有这三种研究疾病之一遗传异常的病例，无论形态学表现的严重程度如何，均接受终止妊娠[6, 21]。直到最近，才有人提出，在不存在某些畸形（如先天性心脏病）的情况下，一些病例的结局可能较不不良[4]。此外，已有研究表明，即使是有心脏缺陷的胎儿，在出生后手术后也可能具有延长的预期寿命。所提出的疾病严重程度评分侧重于形态学畸形的表现——需要进一步的出生后结局数据研究来评估该评分在临床疾病严重程度方面的适用性。然而，通过精确的结构评估和这一初步形态学疾病严重程度评分的提出，我们希望使医生能够更有信心地为患者提供咨询，并提高对未来研究的认识，这些研究将调查那些仅基于遗传学诊断通常不会足月出生的儿童的出生后结局。

表型评估的详细结果在共现网络分析和形态学疾病严重程度评分的计算过程中进行了总结，以在简单的定量评估工具中为所有三种复杂疾病实体提供简化的视觉表示。观察到的畸形组合基于受累器官系统和相邻解剖结构。主要器官的畸形按每个器官（如中枢神经系统（CNS））总结，甚至合并（如心血管），而较小结构则根据其胚胎学起源进行组合：面部畸形被总结，并根据其不同的胚胎学起源与外耳、内耳和眼部畸形区分开来[22, 23]。

关于共现分析的结果，GT13呈现最复杂的网络。由于T13在本集合中仅是第二大的组，这并非纯粹基于研究组之间不同的样本量，而似乎是由于这些患者在胎儿磁共振成像（MRI）上更为异质的表型表现，特别是影响中枢神经系统外结构。

比较这三种疾病实体及其各自的网络，必须强调一个观察结果：没有仅在一个组中流行的单一决定性特征，突显了重叠的表型表现以及进一步临床和遗传评估的必要性。这一发现之所以能够被自信地推断出来，仅是由于本研究中应用的复杂形态学评估和高度详细的网络分析。这种基于表型的分析使得能够更明确地识别决定性、重叠性和区分性疾病表现。

三组均以复杂的心血管和中枢神经系统异常为定义性特征。值得注意的是，眼距过短在罹患13三体或18三体的胎儿中远比在CS中更为常见，而在CS中更常观察到眼距过宽（图3–5）——据我们所知，这些鉴别性特征属于新发现。

由于该患者群体的产后随访数据不完整，疾病严重程度的分级基于既往已发表的文献。根据既往已发表文献所提示的较差的生存率和产后结局，中枢神经系统异常以及心脏和血管缺陷被赋予最高评分（四分）。心脏/血管异常（如法洛四联症）和中枢神经系统异常（如前脑无裂畸形）均可能代表严重的结构改变，因严重残疾而需要手术矫正或终身治疗和照护[4, 24, 25]。

后鼻孔闭锁被赋予三分，该畸形需要额外的气道管理预防措施，并与更复杂的畸形相关，提示产后结局不良的可能性更高[26, 27]。

该拟议形态学疾病严重程度评分中纳入的大多数类别被评定为两分，包括脊柱、肺、肾/泌尿道、生殖器、食管/胃、腹壁/肠道、胸腺、内耳、其他面部及胎盘异常、胎儿生长受限（FGR），以及肢体异常和羊水过少。该分级基于其对产后结局的潜在重大影响，尽管并非总是需要手术矫正[14, 28–38]。

最后，脐带异常以及外耳和眼部异常被评定为一分，因为与其他上述类别相比，它们对长期生存率产生严重影响的可能性较小[39, 40]。

计算得出的疾病严重程度评分出乎意料地异质，范围为1至26。这种异质性可能部分由胎儿MRI时孕龄不同来解释。部分胎儿早在晚孕期早期即接受成像，此时无法评估所有与评分评估相关的解剖细节，这些细节要么随后才发育，要么在较晚孕龄时才在MRI上可见。同样，宫内MRI与死后MRI在评估宫内液体和胎盘的可能性方面存在差异。疾病严重程度评分与孕龄之间的明显相关性也突出了这一点。然而，即使在同龄且具有相同基础遗传病的胎儿之间，也观察到疾病表现的巨大差异，这再次凸显了在向孕妇提供咨询之前进行详细表型评估的必要性。在所研究的患者群体中，自然死亡或终止妊娠的胎儿在产前时间点被发现具有更高的疾病严重程度评分（平均疾病严重程度评分13.4，标准差+/−5.7，范围2–26）——其中大多数（26/35例）的疾病严重程度评分为十分或更高。

由于缺乏对该患者群体中所有被研究患者的完整产后随访数据，评分分类是基于既往评估单个器官系统及相关结局数据的研究发现进行定量加权的，而非对被研究患者不完整的机构记录进行内部验证。因此，所提出的疾病严重程度评分必须被视为一种初步工具。鉴于这项初始研究中样本量的局限性以及该群体缺乏完整的产后随访数据，需要更大规模的前瞻性研究来评估长期结局，并将产前、表型表现与产后生存能力相关联。然而，所讨论的初步疾病严重程度评分纯属形态学评分，是一种建议工具，旨在帮助放射科医生和临床医生对基于病例的疾病负担进行定量估计，而不是仅依赖基因检测结果。

补充信息

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