智力障碍（intellectual disability,ID）是儿童 常见的致残性疾病，指各种原因导致的发育过程 中（18岁以前）出现智力功能明显低于同龄水 平和社会适应能力明显障碍；一般以韦克斯勒智 力量表智力商数（intelligence quotient,IQ）低于 人群均值2.0标准差（人群的IQ均值定为100， 一个标准差的IQ值为15），即IQ在70或75以 下为ID；适应性行为包括个人日常生活能力和 履行社会职责两方面。美国智力与发育障碍协 会（The American Association on Intellectual and Developmental Disability,AAIDD）建议从智力、 适应性行为和给予个体的支持系统（systems osupports afforded the individual）等3个方面来定义 ID^[1]。因此，不能单纯依赖 IQ 评分诊断 ID。

全面精神发育迟缓（global developmental delay,GDD）是指在2个或2个以上的发育方面明 显延迟（低于同龄人2个标准差），包括大运动 或精细运动、说话/语言、认知、社会/个性、日 常活动能力等多个方面 ^[2]。GDD 的临床诊断需要 有经验的儿科专家采用与患儿年龄相适应的方法 进行准确的评估，并以正常参照作为对比。GDD 适应于年龄 <5 岁患儿的诊断，5 岁以上患儿进行 智力测试变得可行和可靠，往往采用 ID 的诊断。 GDD 患儿表现为对应年龄段发育里程碑事件的明 显延迟，往往预示随后可被诊断为 ID；然而，对 于仅有某一个方面发育迟缓或表现为轻度的发育迟缓的患儿，其症状往往是短暂性的，随后很少 被诊断为 ID。

临床上根据IQ损害的程度将智力低下 分为4个等级^[3]，即 极 重 度（IQ<20），重 度 （IQ 20~35），中 度（IQ 36~50），轻 度（IQ 51~70）。更为简单的分类则将 IQ<50 称为重度智 力障碍，50[4]。

ID 在人群中的发病率约为 1%~3%，GDD 发 病率与 ID 发病率类似 ^[5]。重度 ID 在普通人群发 病率为 0.3%~0.5%，提示约有 85% 的 ID 患者为轻 度 ID^[4]。在我国，2000 年抽样调查显示 0~6 岁儿 童 ID 年均发病率约 1.331‰，提示我国平均每年 约增加 136 000 例 ID 患者 ^[6]。ID 患者终身花费巨 大，国外估计其平均花费为 1 000 000 美元 / 人 ^[7]。 ID 给患者造成终生痛苦，给家庭及社会带来沉重 的经济负担。因此，做好 ID 病因诊断工作并通过 产前诊断阻止 ID 患儿的出生具有重要意义。 2　ID 的病因 2.1　非遗传性病因

ID 病因具有高度异质性，既有外在的环境 因素又有内在的遗传因素，外在的环境因素约占 20%，包括孕期营养不良、围生期感染、缺氧、外 伤、早产、神经毒性药物暴露（胎儿酒精综合征） 以及各种原因造成的文化教育缺乏等，这些因素 是轻度 ID 的主要病因。 2.2　遗传性病因

内在的遗传因素约占 2/3，包括染色体异常、 单基因病、多基因病 / 表观遗传异常、先天性代 谢缺陷疾病等，约 65% 中 - 重度 ID 患者由遗传 因素致病，20% 轻度 ID 患者由遗传因素致病 ^[4]。 根据文献统计，重度 ID 患者中，染色体异常约 占 25%，X 连 锁 智 力 障 碍（X-linked intellectual disability,XLID） 约 占 10%~12%，新 生 突 变（de novo mutation） 占 16%~39% 不 等 ^{[8, 9, 10]}，常 染 色 体 隐 性 智 力 障 碍（autosomal recessive intellectual disability,ARID）约占 10%~20%，余下的为多基因病 / 表观遗传异常 ^[11]。随着高通量检测技术的快 速发展，遗传因素在病因构成中日显凸显，下面 从不同层面介绍目前 ID 遗传病因的研究进展。 2.2.1　染色体异常

　　染色体异常可以分为数目 异常和结构异常，后者进一步可以分为大的结构 畸变和微缺失 / 微重复。传统的染色体分析最早用 于研究 ID 的病因，其可以发现 5~10 Mb 以上的染 色体异常。约 10% 的 ID 患者可以通过传统的染色 体分析寻找到病因，包括非整倍体、缺失 / 重复、 易位（常为非平衡性）、环状染色体、双着丝粒 染色体及标记染色体等。在这部分患者中，最常 见的 21- 三体综合征，约占 2/3；其次为 X 染色体 非整倍体（如 Turner 综合征、Klinefelter 综合征）。 常见的染色体非整倍体和大的缺失 / 重复与 ID 发 病的关系容易确定，而对于显微水平确定的平衡 易位、环状染色体和标记染色体，其致病性往往 难以确定，为了深入探讨其与 ID 发病的关系还需 进一步分子细胞遗传学分析，确认 ID 是否存在染 色体亚显微结构变异。

分子细胞遗传学技术的出现加深了对于 ID 病 因的认识。1995 年，英国牛津大学首次在核型正 常 ID 患者中发现染色体亚端粒微缺失，证实染色 体亚端粒区重排是引起 ID 的原因之一 ^[12]。随后荧 光原位杂交技术（fluorescent in situ hybridization, FISH）、 多 重 链 接 探 针 扩 增 技 术（multiplex ligation dependent probe amplification,MPLA） 等 分 子细胞遗传学技术被应用于染色体亚端粒区异常 的检测。与染色体其他区域结构相比，染色体亚 端粒区域基因密度高且存在不稳定性，染色体亚 端粒区重排一度被认为是 ID 的主要病因。文献报 道，国内外约 5％的 ID 或精神发育迟缓病人存在 染色体亚端粒区域亚显微结构异常包括微小缺失 或微小重复 ^{[13, 14, 15]}，已被证实的亚端粒缺失综合征 常位于 4p16.3、1p36、22q13.3、11q24.2 等，其中 4p16.3 缺失综合征（Wolf-Hirschhorn 综合征）最为 常见 ^[13]。随后出现的染色体微芯片（chromosomal microarray,CMA）技术则以更高的分辨率（目前 临床常用的芯片最低分辨率约为 100 kb）在全基 因组范围内检测亚显微水平的染色体拷贝数变异 （copy number variants,CNVs），由于其分辨率更 高、覆盖度更广、检测通量更大，检测效率和阳 性率明显提高，一些新的 ID 综合征相继发现（如17q21.31 缺失综合征）。基于大样本的 meta 分析 显示：CMA 能为 15%~20% 的 ID 患者寻找到明确 的遗传学病因，成为 GDD/ID 患者单项遗传检测诊 断率最高的检测手段 ^{[16, 17]}。 2.2.2　单基因病

　　单基因突变与 ID 密切相关， 包括常染色体的单基因突变和性染色体的单基因 突变。截止 2014 年 4 月，已知 ID 致病基因 528 个， 候选致病基因 628 个 ^[8]。研究显示 ID 的男女发病 比例为 1.3~1.4 : 1，提示 X 染色体上有大量与 ID 相关的致病基因。由于 X 连锁突变的女性携带者 往往能生育后代，从而可获得大家系进行连锁分 析克隆致病基因；同时，与其他杂合子比较，半 合子男性患者更容易定位 X 染色体缺失区间和断 裂位点；因此，目前 X 染色体上发现的 ID 致病基 因最多。FMR1 是第一个克隆的 XLID 基因，其突 变导致脆性 X 综合征，为临床最为常见智力障碍 综合征，在男性人群的发病率约为 1: 5 000（占所 有 ID 患者的 0.5%） ^[18]。MECP2 是另一个常见的 X 连锁智障基因，其突变导致 Rett 综合征，表现 为重度智力障碍，以女性发病为主 ^[19]。截止 2012 年， 文献报道的 XLID 基因为 102 个，这些基因突变导 致 82 种 XLID 综合征（已知 160 种 XLID 综合征） 和 50 个非综合征性 XLID 家系发病。另外，还有 30 种 XLID 综合征和 48 个非综合征性 XLID 家系 的致病区间被定位 ^[20]。

与 XLID 不同，ARID 致病基因定位与克隆明 显落后。这与西方国家近亲结婚率低、生育后代少， ARID 大家系少见，而基于连锁分析和纯合子定 位的致病基因定位克隆策略往往需要大家系等因 素有关。2002~2011 年 10 年间仅有 8 个 NS-ARID 致 病（ 候 选） 基 因 被 克 隆；2011 年 后，二 代 测 序（Next-generation sequencing,NGS）技术应用于 ARID 致病基因的研究，很多 NS-ARID 致病（候选） 基因相继发现，截止 2014 年 1 月，通过 NGS 技术 定位克隆的 NS-ARID 致病（候选）基因达到 32 个 ^[11]。 另外，绝大部分代谢障碍常常为常染色体隐性遗 传的单基因病，一般表现为综合征性 ARID，包括 氨基酸、有机酸代谢缺陷和线粒体、溶酶体疾病等， 文献报道其在 ID 患者占 1%~5% 不等 ^[5]。ARID 在 不同文化国家 ID 疾病谱中比例不一，西方国家估 计比例为 10%~20%，而在近亲结婚常见的中东国 家，其比例高达 32%^[21]。

常染色体显性遗传重度智力障碍（autosomal dominant intellectual disability，ADID）患者很少能 生育后代，一般表现为由新生突变导致的散发病 例，到目前为止还没有常染色体显性非综合征型 ID 大家系基因被克隆的报道。几个采用 NGS 技 术对不同样本量的散发重度 ID 先证者及其父母 （trios）进行全外显子组 / 全基因组测序的研究发 现：16%~39% ID 患者存在潜在致病性新发单核苷 酸变异（single nucleotide variations,SNVs），提示 ADID 在重度 ID 患者中的比例不低 ^{[8, 10]}。截止目前， 以“autosomal dominant mental retardation” 为 检 索 关键词查询 OMIM 数据库，可检索到 33 条 ADMR 疾病记录，其致病基因也已经被克隆。 3　常用遗传诊断方法 3.1　G 带核型分析和 FISH

2010 年 前，G 带 核 型 分 析 是 儿 童 不 明 原 因 GDD/ID 的标准的一线检测手段，尤其在患儿合 并先天畸形。然而，目前在对不明原因 GDD/ID 患儿进行 CMA 检测时是否需要同时进行 G 带染 色体分析存在争议。国际标准细胞基因组微阵列 （International Standard Cytogenetic Array,ISCA）协 会推荐仅在下列情况进行 G 带核型分析：（1）患 儿为临床可识别的经核型分析能确诊的染色体综 合征（如唐氏综合征）；（2）有核型分析可检出 的染色体重排家族史；（3）有反复流产和不孕的 家族史 ^{[22, 23]}。而对于临床高度怀疑为某种已知染 色体微缺失 / 微重复综合征的（如 Williams 综合征、 DiGeorge 综合征）患儿，FISH 可作为首选检测手段； 若检测结果阴性，仍需要进一步行 CMA。ArrayCGH 无法检测嵌合体，标准 20 细胞 G 带核型分析 能检测最低嵌合比例为 14%^[24]，但单核苷酸多态 性芯片（single nucleotide polymorphism-based array, SNP-array）可检测的最低嵌合比例为 5%^[25]。2010 年 ISCA 协会对 33 个研究进行 meta 分析发现 ID 患者中平衡易位的发生率为 0.3%，这些患者中大 部分可能存在 CMA 可检测到的 CNVs，仍有一部 分患者可能因为平衡易位打断了某个关键基因而 导致 ID，后者往往需要同时进行其他方法精确定 位断裂点才能诊断 ^[26]。

CMA 是 目 前 不 明 原 因 GDD/ID 患 者 进 行 遗 传学诊断最常用的检测手段，其阳性诊断率达到 15%~20%。2010 年 ISCA 协会基于对 33 个相关研 究进行 meta 分析后推荐 CMA 应该作为 GDD/ID、 ASD（autism spectrum disorders）和多发畸形患者 的一线诊断手段。CMA 能对全基因组范围内 CNVs 进行检测，最低分辨率为 100 kb，其分辨率较 G 带核型分析提升 30~50 倍 ^[27]。CMA 不仅能检测致 病性 CNVs，也能检测出隐匿性不平衡易位并精确 定位。目前常用的 CMA 平台为比较基因组杂交芯 片（comparative genomic hybridization array,arrayCGH）和 SNP-array；与前者比较，后者还可以检 测单亲二倍体（uniparental disomy,UPD）、三倍体 和嵌合比 5% 以上的染色体嵌合等 ^{[22, 23]}。随着经验 的积累、技术的成熟，目前已经不需采用 FISH 或 MLPA 方法对 CMA 检出的 CNVs 进行验证。

CMA 在大幅度提高阳性诊断率的同时，也 发现大量的临床意义不明的 CNVs，这给临床遗 传咨询带来很大的挑战。目前一些公共数据库 能提供 CNVs 的位置、包含基因及临床意义等信 息来辅助判断 CNVs 的临床意义，常用的数据库 包 括 Database of Genomic Variants（http://projects. tcag.ca/variation）、DECIPHER 数 据 库（https:// decipher.sanger.ac.uk/application/）、UCSC 数 据 库 （http://genome.ucsc.edu/）和 OMIM 数据库（http:// www.ncbi.nlm.nih.gov/omim） 等。ISCA 协 会 也 发 布了对临床意义不明 CNVs 进行分类的标准 ^[22]。 标准指出下列情况下 CNVs 更可能是致病性的： （1）CNVs 在大小上完全覆盖或超过已知的微缺 失 / 微重复综合征的大小；（2）CNVs 包含大量已 知的致病基因。另外，建议对患者父母进行靶向 CNVs 分析确定其为遗传性或新生；由于 CNVs 在 同一家系中表现为高度变异，一些患者仅有轻度 ID 或没有明显的 ID；一些 CNVs 可能通过“二次 打击”机制（需要并存的 CNVs、单个基因突变或 环境因素）导致 GDD/ID^[28]；因此，遗传自无症状 的父母的 CNVs 一般为非致病性的，但作出这样的 结论应该谨慎。 3.3　FMR1 基因分析

FMR1 基因分析仍然是不明原因 GDD/ID 遗传 诊断的一线手段，检测对象包括轻 - 中度智力障碍的男性和女性患者，尤其是患者有孤独症样表 型或系谱分析提示 X 连锁遗传。脆性 X 综合征发 病与 FMR1 基因 1 号内含子 CGG 三核苷酸重复扩 增有关，全突变患者 CGG 重复次数 >200，表现为 GDD/ID（男性为中度，女性为轻度），行为异常 （多动或孤独症样表现），颜面部异常（大头、 长脸、大耳，男性多见），结缔组织改变（关节 松弛、轻度主动脉扩张）及青春期后男性大睾丸。 若患者合并有小头、多发畸形或表现为重度 ID， 其诊断为脆性 X 综合征可能性变小。若患者临床 表型强烈支持脆性 X 综合征的诊断，可以首先进 行 FMR1 基因分析；否则，CMA 仍然是不明原因 GDD/ID 患者首选的检测手段。 3.4　二代测序技术

Sanger 测序是单基因病诊断的“金标准”， 但其通量较小，对多个片段或样本进行测序费时 费力，花费也很高；二代测序测序通量大、检测 费用逐年降低，以合理的价格在数天到数周的时 间内对全外显子组或全基因组进行测序，被越来 越多实验室用来进行遗传病的病因研究和遗传学 诊断。

全 外 显 子 组 测 序（Whole Exome Sequencing, WES）和全基因组测序（Whole Genome Sequencing, WGS）已经成功应用于 GDD/ID 的遗传病因研究。 “Trio”分析（即通过将患者的测序数据与其无症 状的父母数据比较，在已知和候选的 GDD/ID 基因 中寻找新生突变）是采用 NGS 技术在散发 GDD/ID 患者中探索遗传学病因的成功模式。Vissers 等 ^[29] 采用基于 WES 的 Trio 分析对 10 名 NSID 患者进行 遗传学研究，在其中 6 名患者中找到了已知或候 选 ID 基因的新生突变。de Ligt 等 ^[9] 采用相同的策 略对 100 名 CMA 检测结果阴性的重度 ID 患者进 行遗传学研究，在 53 名患者中发现 79 个新生突变， 该研究为 16 名患者确定了遗传学病因，同时鉴定 出 3 个新的 ID 致病基因和 21 个候选 ID 致病基因。 对于 ID 大家系，通过传统的连锁分析对家系致病 基因区间进行定位，然后对定位区间内所有基因 进行高效捕获和 NGS 测序的策略也被证明是一种 有效的致病基因克隆手段。伴随着 NGS 在遗传学 病因研究中的成功和费用的快速降低，临床全基 因组和全外显子组测序（clinical genome and exome sequencing,CGES）业已进入临床遗传诊断阶段，并积累了数以千计的病例 ^{[30, 31, 32]}。

NGS 技术的发展也提供了以较低成本同时对 数十个到数百个已知 GDD/ID 基因进行分析的平 台。一些实验室已经提供多基因 panels 进行 GDD/ ID 的遗传诊断，这些基因 panels 常常聚焦于某个 特定的亚型，如 XLID 或 GDD/ID 伴有某些特定的 临床表型，如小头畸形、巨颅、癫癎 发作或孤独症。 男性 GDD/ID 患者、且家系分析提示 X 连锁，提 示适合进行 XLID 基因 panel 检测，并能获得较高 的诊断率；而对于女性 GDD/ID 患者、且家系分析 提示 X 连锁也可以进行 XLID 基因 panel 检测。临 床上，基于 NGS 的多基因 panel 检测一般在 CMA 和 FMR1 基因检测结果阴性后进行。

WES 和 WGS 也存在不足之处。首先，WES 或 WGS 并不能对全外显子组或全基因组所有区域 全部捕获并测序，这可能导致一些有临床意义的 突变丢失。其次，一些疾病发生可能与表观遗传 改变导致基因功能改变有关，而在 DNA 水平上并 没有发生改变，这些也是 WES 或 WGS 不能检测 到的。再次，目前 WGS 检测费用昂贵，可能限制 其临床应用 ^[26]。 3.5　先天性代谢缺陷筛查

文献报道可诊断的先天性代谢缺陷占 ID 患者 病因的 1%~5%^{[33, 34]}，而新生儿筛查仅包括少数几 种遗传代谢疾病。虽然先天性代谢缺陷发病率相 对较低，但若能进行早期诊断和治疗，其临床结 局往往能极大地改善。因此，遗传代谢筛查对 ID 患者也是重要的辅助诊断手段。目前临床可治疗 性代谢性疾病共有 89 种，包括尿液氨基酸、有机 酸、低聚糖、粘多糖和尿酸筛查，血浆总胆固醇、 7- 脱氢胆固醇、氨基酸和酰基肉碱筛查等 ^[35]。约 65% 的先天性代谢缺陷可以通过目前临床一线筛 查手段进行识别 ^[36]，其他先天性代谢缺陷则需要 进一步的筛查手段。van Karnebeek 等 ^[35] 通过综述 文献后提出 ID 患者进行先天性代谢筛查的两步流 程：第一步对所有病因不明的 ID 患者进行包括 54 个可治疗先天性代谢疾病的非靶向血尿筛查；若 第一步筛查结果阴性，又高度怀疑代谢性疾病， 第二步可在从事代谢遗传专科医师的协助下，根 据患者的病例资料，在剩余的 35 种可治疗先天性 代谢缺陷疾病中挑选可能性最大的疾病进行单个 疾病的靶向筛查。 4　ID 遗传诊断流程

GDD/ID 发病率较高，病因复杂、遗传异质性 高，临床上仍有一半以上患者不能获得病因诊断。 为提高 GDD/ID 的遗传诊断率，指导患者预后评估、 治疗及家庭成员生育，美国儿科学会在总结一系 列文献基础上提出了 GDD/ID 遗传诊断流程 ^[5]。具 体包括以下步骤：

（1）采集完整的病史、绘制 3 代家系图，进 行详细的体格检查，重点注意有无身体畸形及神 经系统异常体征。

（2）若患者临床资料强烈提示为明确的某种 单基因病（如 Rett 综合征、脆性 X 综合征）或染 色体病（如唐氏综合征、Turner 综合征），则首先 进行对应的遗传学检测，明确诊断后提供遗传咨 询，包括治疗、预后及生育指导等。

（3）若患者为不明原因 GDD/ID，则进行以 下遗传学评估：① CMA，怀疑平衡染色体重排可 进行 G 显带核型分析；②先天性代谢缺陷筛查（筛 查项目见 3.5）；③ FMR1 基因分析。

（4）经过上述遗传学评估仍然没有明确诊断， 则进行以下遗传学评估：①对于男性患者和家系 分析提示 X 连锁遗传，则考虑进行 NS-XLID 基因 panel 和高分辨率 X-CMA 分析，对先证者母亲进 行 X 染色体失活分析；②女性患者完成 MECP2 基 因缺失、重复和序列分析。

（5）若患者合并小头畸形、巨颅或神经系统 异常（锥体束征、锥体外系体征、顽固性癫癎或 局灶性癫癎），则进行头颅 MRI 扫描。

（6）若完成所有检测仍不能明确病因，则应 与患者父母进行交流，提供必要的医疗服务和建 议。