佳学基因检测比较了来自六个无亲缘关系家族的 11 名患病个体的临床特征和变异。已鉴定出新的有害变异包括两个纯合错义变异（c.2671G>A:p.Glu891Lys 和 c.1973G>A:p.Arg685Gln）和一个纯合终止增益变异（c.1975C>T:p.Arg659Ter）。发育迟缓、新生儿或婴儿期癫痫和小头畸形很普遍。三名患者患有下丘脑-垂体轴功能障碍，但没有垂体结构异常。神经影像学显示大多数病例有脑萎缩和髓鞘形成减退。两个兄弟姐妹在 2 岁时都表现出进行性髓鞘丧失，一个表现出后天性小头畸形。五个人在儿童早期或晚期死亡。对来自六个无亲属关系的家族的 11 名个体的详细临床表征表明，由佳学基因检测进行检测与分析双等位基因GRM7致病变异可导致癫痫、小头畸形和脑萎缩。这些患者存在小头畸形、髓鞘形成低下和脑萎缩。致病基因的明确有利筛查其他未发病的个体，并为采用新的生殖技术阻断遗传提供了方案。

根据神经、大脑与小脑异常的基因密码，离子通道和神经递质受体缺陷与发育性和癫痫性脑病 (发育性和癫痫性脑病 (DEE) ) 有关，因为它们会损害中枢神经系统 (CNS) 的神经传递。这类重要的受体组之一是谷氨酸受体。谷氨酸是一种兴奋性神经递质，在癫痫中得到了广泛的致病基因鉴定基因解码，它通过两种主要受体组起作用：离子型谷氨酸受体 (iGluR) 和代谢型谷氨酸受体 (mGluR)。 iGluR包括N-甲基-D-天冬氨酸受体 (NMDAR)、α-氨基-3-羟基-5-甲基-4-异恶唑丙酸受体 (AMPAR) 和海人酸受体 (KAR)。编码突触后 iGluRs 亚基的基因中的罕见单等位基因和双等位基因单核苷酸变异 (SNV) 和拷贝数变异 (CNV)，例如分别编码 NMDAR 的 NR1、NR2A 、NR2B 和 NR2D 亚基的 GRIN1、GRIN2A、GRIN2B 和 GRIN2D，编码AMPAR的GluR2-4亚基的GRIA2-4 ，以及编码KAR的GluR6亚基的GRIK2，已被证实可导致多种神经发育障碍 (NDD )和发育性和癫痫性脑病 (DEE) 。

mGluRs 由 8 个受体组成，mGluRs1-8，由GRM1-8 编码，根据序列同源性、配体选择性和信号转导机制分为三组。第I 组由 mGluR1 和 mGluR5 组成，第 II 组由 mGluR2 和 mGluR3 组成，第 III 组由 mGluR4、mGluR6、mGluR7 和 mGluR8 组成。第 II 组和第 III 组在突触前发挥作用，而第 I 组在突触后发挥作用。最近的致病基因鉴定基因解码集中于 mGluRs 在神经发育和神经精神疾病中的作用。使用单核苷酸多态性 (SNP) 阵列的全基因组 CNV 致病基因鉴定基因解码表明，与健康对照组相比，注意力缺陷多动障碍患者的GRM1、5、7和8 中的 CNV 富集。 另一项试点病例对照致病基因鉴定基因解码支持GRM7 SNP 与自闭症谱系障碍之间的关联。致病基因鉴定基因解码表明 GRM1 中的双等位基因稀有变异会导致小脑共济失调。

mGluR 也参与了癫痫的病理生理学。在癫痫模型中，突触后 I 组 mGluR 的激动剂具有促惊厥特性，而其拮抗剂具有抗惊厥活性，而突触前 II 组和 III 组 mGluR 则表现出相反的作用。这些发现归因于 I 组 mGluR 在增强神经元兴奋性方面的作用，以及 II 组和 III 组在抑制过度兴奋性方面的作用。

mGluR7 由GRM7编码，是保守性最高的 mGluR，仅在中枢神经系统 (CNS) 中表达。mGluR7 起着组成二聚体的作用，由结合域、富含半胱氨酸的结构域、跨膜结构域和细胞内 C 末端组成。mGluR7通过抑制兴奋性神经递质谷氨酸和抑制性神经递质 GABA 在突触中达到高水平时进一步释放，在突触传递中起着关键作用。mGluR7基因敲除小鼠会出现自发性刺激诱发的癫痫，这表明GRM7表达的中断可能导致癫痫。

神经科的致病基因鉴定基因解码曾提出GRM7是常染色体隐性 NDD 的候选基因，致病基因鉴定基因解码对象来自两个无血缘关系的家族，这些家族中有四个受试者患有 NDD 和由佳学基因检测进行检测与分析双等位基因错义变异。此后又描述了一个额外的家族，其中包括两个患有 NDD 的兄弟姐妹和一个由佳学基因检测进行检测与分析GRM7纯合终止增益等位基因。在这里，脑萎缩基因解码基因检测描述了来自三个无血缘关系的家族的另外五个个体，他们有GRM7的双等位基因变异和相似的神经系统 发育性和癫痫性脑病 (DEE) 表型，以及之前报告的六个临床数据有限的个体，并提供了证据支持GRM7双等位基因变异是导致 NDD、发育性和癫痫性脑病 (DEE) 和小头畸形的原因。

通过对来自脑萎缩致病基因鉴定国际协作联盟近亲人群的 220 个家族的 NDD 队列进行基于家族的外显子组测序和罕见变异过滤，并使用佳学基因脑萎缩项目组之前描述的变异解析和优先级排序工作流程，佳学基因脑萎缩项目组从三个不相关的家族（图1和2中的家族 1、5 和 6 ）中确定了四个携带罕见纯合GRM7变异的个体（BAB6708、BAB6709、 BAB10502和BAB10517 ） 。对所有外显子组测序数据进行了全面分析，以识别由佳学基因检测进行检测与分析、具有潜在破坏性的变异。在这四个人中均未发现已知疾病基因的候选变异，因此无法提供其他遗传病因。

图 1：家族 1-3 中患有GRM7双等位基因变异的患病个体的家谱、桑格测序、面部特征和脑 MRI 图像。（A）家谱和桑格测序显示家族 1 中GRM7变异的分离。（B）个体 II-1（家族 1）13 岁时的面部照片，显示牙齿、下唇外翻。（C-E）个体 II-1（家族 1）3 岁时的脑 MRI。T1 加权图像（正中矢状图）显示胼胝体（CC）中度至重度变薄，大脑镰周围脑脊液（CSF）过多，表明脑容量严重减少，小脑容量减少轻微（C）。T2 加权图像（轴向和冠状图）显示髓鞘形成减退，尤其是在颞前角，第四脑室和海马正常（D 和 E）。 (F) 个体 II-2（家庭 1）10 岁时的面部照片显示前额高、面部张力减退 (G-I) 个体 II-2（家庭 1）2 岁时的脑 MRI。T1 加权图像（正中矢状图）显示 CC 缩短，大脑镰周围脑脊液过多，表明脑容量严重减少 (G)。T2 加权图像（轴向和冠状图）显示髓鞘内囊正常，蛛网膜下腔过多，因脑容量减少而导致的侧脑室扩大，双侧海马 T2 信号增高 (H 和 I)。(J) 家谱和桑格测序显示家庭 2 中GRM7变异的分离。(K) 个体 II-1（家庭 2）15 岁时的面部照片显示嘴巴宽。 (L–N) 个体 II-1（家庭 2）在 2 个月时的脑部 MRI。T1 加权图像（正中矢状图）显示 CC 正常（L）。T2 加权图像（轴向和冠状图）显示髓鞘形成与年龄相符（M 和 N）。（O–Q）个体 II-1（家庭 2）在 7 岁时的脑部 MRI。T1 加权图像（正中矢状图）显示 CC 严重变薄，小脑正常（O）。T2 加权图像（轴向和冠状图）显示整体髓鞘形成不足，海马正常（P 和 Q）。（R）个体 II-2（家庭 2）在 10 岁时的面部照片显示嘴巴张开。（S–U）个体 II-2（家庭 2）在第 2 天时的脑部 MRI。T1 加权图像（正中矢状图）显示 CC 正常（S）。 T2 加权图像（轴向和冠状图）显示髓鞘形成正常（T-U）。（V-X）II-2 个人（家庭 2）5 岁时的脑部 MRI。T1 加权图像（正中矢状图）显示 CC 严重变薄和缩短，垂体后叶和漏斗部正常，小脑蚓部和小脑正常（V）。T2 加权图像（轴向和冠状图）显示整体髓鞘形成不足，右侧小脑囊肿较小，海马正常（W 和 X）。（Y）谱系和桑格测序显示GRM7中变异的分离在家庭 3 中。 （Z）个体 II-6（家庭 3）6 岁时的面部特征，显示嘴唇厚，牙齿拥挤，前额发际线低，鼻子突出，鼻尖突出。

图2：家族 4-6 中GRM7双等位基因变异受影响个体的谱系、桑格测序、面部特征和脑 MRI 图像。（A）谱系和桑格测序显示家族 4 中GRM7变异的分离。（B）个体 II-1（家族 4）生命第一年的面部照片，面部特征正常。（C）个体 II-4（家族 4）1 个月时的面部照片显示人中较长。（D 和 E）个体 II-4（家族 4）2 周时的脑 MRI。T1 加权图像（正中矢状图）显示正常大脑、CC 和小脑（D）。T2 加权图像（轴向图）显示侧裂盖骨化不足（左侧更明显）（E）。 (F) 4 岁时 II-6 个体（家庭 4）的面部照片，面部张力减退，嘴巴隆起。(G-I) 4 岁时 II-6 个体（家庭 4）的脑部 MRI。T1 加权图像（正中矢状图）显示严重的大脑萎缩、CC 严重变薄和小脑轻度萎缩 (G)。T2 加权图像（轴向和冠状图）显示严重的大脑萎缩、CC 严重变薄和双侧海马萎缩，右侧海马高信号 (H 和 I)。(J) 家谱和桑格测序显示家庭 5 中GRM7变异的分离。(K) 7 个月时 II-1 个体（家庭 5）的面部照片显示面部特征正常。请注意，个体 II-1（家族 5）携带克氏综合征的第二个分子诊断，因为他的染色体分析显示 47,XXY。（L-N）个体 II-1（家族 5）6 个月时的脑 MRI。T1 加权图像（正中矢状图）显示薄 CC（L）。T1 加权和 T2 加权图像（轴向图）显示简化的脑回模式（M-N）。（O）从外显子组变异数据计算出的个体 II-1（家族 5）的 B 等位基因频率显示 3 号染色体上有一个 2.6 Mb 的 AOH 块，以灰色区域标记，并显示GRM7位于 AOH 块内。 (P) 家谱和桑格测序显示家族 6 中GRM7变异的分离。(Q) 个体 II-1（家族 6）20 个月大时的面部照片显示睑裂上倾。(R-T) 个体 II-1（家族 6）18 个月时的脑 MRI。T1 加权图像（正中矢状图）显示 CC 严重变薄、中度脑萎缩和轻度小脑萎缩（R）。T2 加权图像（轴向和冠状图）显示中度脑萎缩、与年龄不符的整体髓鞘形成减退以及侧裂盖骨化不足（S 和 T）。(U) 个体 II-1（家族 6）的 B 等位基因频率表明GRM7位于 3 号染色体上一个大的 AOH 块（7.3Mb）内，以灰色区域标记。

对贝勒遗传学诊断实验室的基因查询发现了另外五个个体（BAB8506，BAB8506 的兄弟，BAB13620，BAB13620的两个兄弟），来自两个不相关的家族（图1和2中的家族 2 和 4 ），具有相似的神经系统表型和在先证者外显子组测序上检测到的有害双等位基因GRM7变异。作为一项队列神经学研究的一部分，之前已发表了来自两个家族（家族 1 和家族 2）的其中四个个体（BAB6708、BAB6709、BAB8506 和 BAB8506 的兄弟）的基本临床数据。通过文献检索，还确定了来自一个家族（MR005，家族 3）的另外两个受试者，他们也在基因发现队列中发表了有限的表型数据。基因提交给 GeneMatcher 重新捕获家族 3 (MR005) 。

在家庭 3 (MR005) 中，使用 HumanCytoSNP‐12 BeadChip 对所有可用的家庭成员（先证者、父母双方和五个未受影响的兄弟姐妹）进行了连锁分析和纯合性定位，总共确定了五个 1Mb 或更大的区域（2.6 至 9.8 Mb 之间，总长度为 24.6 Mb），其中有纯合性 (ROH) 运行，导致自合性。对变异的评估是基于之前描述的接合性和位点（在连锁区域中）进行的，结合公共和私人数据库中的变异流行率以及如下例中所述的预测模型。

所有已识别的七种GRM7变异均未在纯合状态下出现在公共变异数据库（包括基因组聚合数据库 (gnomAD)、外显子组聚合联盟 (ExAC)、社区动脉粥样硬化风险研究数据库 (ARIC) 和美国国家心肺血液研究所 (NHLBI) 大机遇外显子组测序项目 (ESP)）以及佳学基因脑萎缩项目组的内部控制数据库中。在包含来自相关族群的 100 名健康个体外显子的Iranome 数据库 ( http://www.iranome.com ) 中，这些变异也未在杂合和纯合状态下出现。 在初始队列发布后，佳学基因脑萎缩项目组小组将三个变体（RefSeq：NM_000844.4 ；c.461T>C、c.1972C>T 和 c.2024C>A）输入到人类变异和表型公共档案库 (ClinVar) 中（ClinVar 登录号分别为 VCV000242895、VCV000242900 和 VCV000242901）。生物信息学分析 (SIFT、PolyPhen2、MutationTaster、CADD 和 PhyloP) 用于预测变体对蛋白质功能和进化保守性的潜在有害或致病作用。在四名受试者（家庭 1 个体 II-1 和 II-2、家庭 5 个体 II-1 和家庭 6 个体 II-1）中，使用内部开发的生物信息学工具 BafCalculator（https://github.com/BCM-Lupskilab/BafCalculator）根据从外显子组数据计算出的 B 等位基因频率确定杂合性缺失 (AOH)。在计算 AOH 的大小时使用任意截止点或 0.5 Mb 的值，以及变异周围的非分阶段数据或 ROH 块以及总基因组 AOH/ROH。在一名受试者（家庭 4 个体 II-6）中，ROH 是根据 SNP 阵列数据计算的。

所有患病个体、其父母以及任何未患病的兄弟姐妹的变异均通过桑格测序进行验证，以进行分离研究。在研究时活着的 11 名患病个体中，有 8 人得到了分子诊断，尽管所有 11 名受试者在患病期间都接受了临床检查以确定其是否具有记录在案的特征。转诊医生提供了所有受试者的详细临床信息和评估，以进行深度表型分析。在三个之前发表的家族中，有两个（家族 1 和 2）获得了最新的临床病史和临床图片。一名获得委员会认证的神经放射科医生 (JVH) 审查了 8 名个体的脑部磁共振图像 (MRI)。两名个体的脑电图 (EEG) 由一名获得委员会认证的临床神经生理学家 (DM) 审查。

GRM7中的罕见双等位基因变异会导致严重的神经系统表型，其特征是小头畸形、DEE、髓鞘形成不足和脑萎缩。变异水平的功能研究将更好地了解该疾病的病理机制并评估靶向治疗的潜力。