未來每個新生兒都進行基因組測序會成為現(xiàn)實嗎？全基因組測序在遺傳病檢測中

發(fā)布時間：2021-11-19 13:45:51 | 閱讀：次| 關鍵詞：

未來每個新生兒都進行基因組測序會成為現(xiàn)實嗎？全基因組測序在遺傳病檢測中的臨床應用，基因測序是指通過的技術(shù)手段分析DNA或者RNA片段中的堿基序列，從而為生物學和醫(yī)學的研究發(fā)現(xiàn)提供支持?；驕y序能夠從血液或唾

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　　未來每個新生兒都進行基因組測序會成為現(xiàn)實嗎？全基因組測序在遺傳病檢測中的臨床應用，基因測序是指通過的技術(shù)手段分析DNA或者RNA片段中的堿基序列，從而為生物學和醫(yī)學的研究發(fā)現(xiàn)提供支持。基因測序能夠從血液或唾液中分析測定基因全序列，評估罹患多種疾病的可能性，個體的行為特征及行為合理，如癌癥或白血病，運動天賦，酒量等。隨著基因測序技術(shù)的高速發(fā)展，臨床診斷、藥物、個體化治療、農(nóng)業(yè)等領域發(fā)生了較大的變革，并且隨著社會各界對基因測序應用行業(yè)的關注度越來越高，各領域基于基因測序應用的需求也越來越大。

未來每個新生兒都進行基因組測序會成為現(xiàn)實嗎？全基因組測序在遺傳病檢測中的臨床應用

　　根據(jù)調(diào)查，5%到7%的人天生患有少見疾病。新生兒測序可以篩查出這些遺傳疾病，并能對新生兒進行早期治療。遺傳病是指由于基因或基因組的結(jié)構(gòu)或功能改變所導至的疾病。下一代測序（next-generation sequencing,NGS）是遺傳病檢測領域的一項革新性技術(shù)。近年來靶向測序和全外顯子組測序（whole exome sequencing,WES）得到廣泛認可，逐漸成為輔助醫(yī)生進行遺傳病診斷的重要工具。這些檢測手段盡管合適，仍然存在一些技術(shù)限制，特別是在檢測結(jié)構(gòu)變異（structural variations,SV）等方面。全基因組測序（whole genome sequencing,WGS）有望進一步提升臨床遺傳檢測的效能。WGS對受檢者基因組中的全部DNA序列進行檢測，較WES所覆蓋的區(qū)域更廣，不僅覆蓋了幾乎全部基因的外顯子序列，也覆蓋了內(nèi)含子序列和基因間序列?，F(xiàn)在認為WGS可合適避免在對相關基因組區(qū)域進行靶向富集時產(chǎn)生的技術(shù)偏差，不僅可以檢出單核苷酸變異（single nucleotide variations，SNV），還可以對SV進行分析，并常規(guī)性地對線粒體基因組（mitochondrial genome DNA,mtDNA）變異進行分析。同時其操作步驟相對簡化，能更加快速地獲得更完整的基因組信息。因此，WGS應用于臨床遺傳診斷有望提高診斷率，縮短診斷流程，節(jié)省時間及降低咨詢費用。

　　2016年，Cora在波士頓出生。在48小時內(nèi)，醫(yī)護人員在她的腳后跟扎出了一點血，用來篩查幾十種少見遺傳病，這是美國新生兒都要做的一種標準篩查，主要使用生化測試。但除此之外，在她父母的同意下，研究人員還用Cora的血液進行了另一項試驗性的測試：更廣泛地檢測她的整個基因組，搜索了大約1500個致病基因。

　　標準篩查的結(jié)果提示可能有一種加工B族維生素的酶，即生物素酰胺酶，發(fā)生紊亂；但后續(xù)兒科醫(yī)生的檢查結(jié)果呈陰性。面對矛盾的測試結(jié)果，基因組測序給出了判斷：Cora體內(nèi)攜帶的基因突變，確實會造成生物素酰胺酶缺乏，盡管輕微，還是可能在將來導致視力問題、學習困難等。

　　在獲知基因組測序的結(jié)果后，Cora的父母根據(jù)醫(yī)生的建議及時采取了治療措施，讓她每天補充生物素。

　　像Cora這樣，一出生就對整個基因組進行測序，從大量遺傳信息中識別出是否有需要治療的疾病，使其在生命早期及時得到干預，從而在以后的生活中好轉(zhuǎn)健康——這會是未來的普遍做法嗎？

未來每個新生兒都進行基因組測序會成為現(xiàn)實嗎？

　　《科學》雜志在較近一期關于人類基因組的專刊中，《Sequencing every newborn’s genome to detect diseases faces ethical and practical obstacles,but the United Kingdom is pushing ahead with a major test》文章中詳細探討了這種可能性，以及目前人們的一些嘗試和擔憂。

▲《科學》封面（圖片來源：Science官網(wǎng)；Graphic:Martin Krzywinski/Canada's Michael Smith Genome Sciences Center;Data:OMIM;E.Pleasance et al.,Nat.Cancer 1,452(2020)）

　　2001年，人類基因組計劃（Human Genome Project）發(fā)布了一份人類基因組的草圖。當時擔任美國國立人類基因組研究所（NHGRI）所長的Francis Collins博士在電視采訪中評估，根據(jù)嬰兒的DNA序列得出一份所謂的“質(zhì)量報告分析”，在20年里是“可行的”。2010年，美國國立衛(wèi)生研究院（NIH）計劃了四個試驗項目，探索新生兒基因組測序。

未來每個新生兒都進行基因組測序會成為現(xiàn)實嗎？全基因組測序在遺傳病檢測中的臨床應用

　　在圣地亞哥Rady兒童醫(yī)院開展的一個試驗項目取得了較大的成功。研究人員通過全基因組測序，檢查嬰兒是否患有致命而少見的遺傳疾病，從而幫助一些病情危急的嬰兒逃脫了死神的魔爪。

　　就在前不久，研究團隊在醫(yī)學期刊《新英格蘭醫(yī)學雜志》上報告了這樣一個病例：在去年10月，一個出生才41天的小男孩被父母帶到了急診室，孩子不知為什么止不住地嚎哭。腦部掃描顯示，這個孩子的大腦異常。而在近十年前，類似的一幕曾在這個家庭上演過，這對父母的上一個孩子出生后不久出現(xiàn)過同樣的癥狀，并且較終因無法查明的問題而夭折。

《新英格蘭醫(yī)學雜志》報告截圖

　　這一次，借助于基因組測序項目，醫(yī)生們在短短半天時間里從孩子的基因組中找到了病因，他們發(fā)現(xiàn)了一個出現(xiàn)突變的基因，會導致嚴重的B族維生素代謝紊亂，這是一種大約100萬個新生兒才會出現(xiàn)一例的少見遺傳病。對癥下藥——補充相應的維生素后，這個孩子很快安靜下來，此后至今健康地成長著。

　　這名嬰兒不是的幸運兒。Rady兒童醫(yī)院的項目負責人Stephen Kingsmore醫(yī)生報告說，過去十年里，他和其他團隊通過基因組測序，讓1839名重病兒童中的36%得到了基因診斷，而根據(jù)基因診斷的結(jié)果，有533名患兒獲得了新的醫(yī)療處理，一些嬰兒的生命得以挽救。

　　美國國家兒童健康與人類發(fā)展研究所所長Diana Bianchi博士評論說，基因組測序“正在成為治療危重新生兒的一種新形式”。

　　不過，除了這些令人振奮的結(jié)果外，《科學》文章中也指出了基因組測序作為嬰兒健康篩查工具在目前面臨的局限。要在更大的范圍內(nèi)開展新生兒基因組篩查，除了需要復雜的設備和高昂的檢測成本外，還有較大的倫理和其他實際問題。在每個國家，倫理和實踐問題比比皆是，包括測試哪些疾病基因，以及是否應該默認進行測試。事實上，美國國立衛(wèi)生研究院(NIH)資助的一個研究小組在2018年的一份報告中警告說，到目前為止，“全部新生兒的全基因組測序都沒有得到支持”。報告指出，許多突變對健康的影響是未知的，許多遺傳疾病仍然無法治療。美國疾病倡導組織和臨床遺傳學家并沒有專注于進行全基因組測序，而是專注于加快現(xiàn)有的緩慢的全國新生兒篩查系統(tǒng)。

　　由美國NIH資助的倫理組織在2018年的一份報告中指出，許多基因突變對健康的影響現(xiàn)在并不清楚，還有許多遺傳疾病仍然無法治療。這意味著，即使知道檢測結(jié)果，對于孩子和孩子的父母來說，未必有指導意義或能提供幫助。

　　在Cora參與的試驗項目中，研究人員給127名看起來健康的嬰兒和32名患病嬰兒做了致病基因的篩查。他們發(fā)現(xiàn)，在這些嬰兒中，14人具備引起兒童遺傳病的突變基因，包括了10名看起來健康的嬰兒。有88％的嬰兒都攜帶了遺傳病基因，家長們很可能對這一發(fā)現(xiàn)感到不安，雖然這些疾病需要基因的兩個拷貝都發(fā)生突變才會發(fā)病、而嬰兒多半只有一個拷貝。

　　在10名看起來健康但具有致病基因的嬰兒中，只有Cora后來需要接受治療，其他大部分孩子盡管帶有突變基因，始終沒有任何癥狀，也可能遠遠不會出現(xiàn)癥狀。

圖示：基因組測序顯示，科拉·斯特森(中)從父母那里遺傳了一種酶缺乏癥?，F(xiàn)在5歲了，她服用了一種補充劑，身體健康。KEN RICHARDSON

　　正如倫敦大學學院的精神病遺傳學家David Curtis教授所說，他擔心，識別出一些遠遠不會使嬰兒發(fā)生重病的基因突變可能導致不必要的檢測和家人的焦慮。

　　另一個不確定性有關篩查哪些疾病。盡管全基因組測序可以早期發(fā)現(xiàn)數(shù)百種現(xiàn)在沒有生化檢測方法的疾病，但不少疾病目前并沒有治愈或預防的方法。有一位家長的說法很有代表性，他很高興在兒子出現(xiàn)杜氏肌肉萎縮癥的癥狀之前，他并不知道兒子有這種疾病，因此他們獲得了無憂無慮的四年。

　　盡管如此，隨著針對少見遺傳病的新興療法不斷發(fā)展，比如基因療法通過遞送正?；蚣m正突變，這些令家長擔憂的不確定性將有希望得到解決。

圖示：標準的新生兒篩查是用腳后跟穿刺的血液進行的，隨著DNA測序的發(fā)展，這種篩查可以大大擴展。RANDY RISLING/TORONTO STAR VIA GETTY IMAGES

　　就像Cora的父母那樣，他們很慶幸在拿到基因檢測結(jié)果后，立刻有基因顧問和生物素酰胺酶缺乏癥專家來告訴他們要怎么做，從而改變了Cora的生命道路。這或許將會是很多其他家庭的前景。

　　全基因組測序在遺傳病檢測中的臨床應用專家共識解讀

　　由于WGS產(chǎn)生的數(shù)據(jù)涵蓋受檢者的幾乎全部遺傳信息，為了實現(xiàn)其臨床意義以及妥善處理檢測相關的復雜遺傳咨詢問題，2019年中國醫(yī)師協(xié)會醫(yī)學遺傳醫(yī)師分會發(fā)表的《全基因組測序在遺傳病檢測中的臨床應用專家共識》將全基因組測序（whole genome sequencing，WGS）用于符合孟德爾遺傳規(guī)律的基因或者基因組疾病。39位醫(yī)學遺傳學專家共同探討了WGS作為臨床遺傳病檢測手段的關鍵特征，并從檢測申請、檢測及分析流程、報告及遺傳咨詢等方面給出了建議。2021年，美國醫(yī)學遺傳學和基因組學協(xié)會（ACMG）發(fā)表指南建議將WES/WGS作為多發(fā)畸形、發(fā)育遲緩/智力障礙患者的一線檢測方法。

《全基因組測序在遺傳病檢測中的臨床應用專家共識》截圖

　　WGS與其他遺傳病檢測方法對比表格

　　有限：指技術(shù)固有局限，對CNV識別不全。

　　可測：指某些特定情況可測，取決于探針設計。

　　WGS的送檢目的

　　·對臨床診斷不明的遺傳病疑似患者，送檢目的為尋求分子診斷或鑒別診斷

　　·對臨床診斷明確的遺傳病患者，送檢目的為尋求分子診斷或指導治療或生育。

　　WGS的臨床適應征：

　　WGS

　　·高度懷疑遺傳病可能

　　·患者表型非特異性或臨床診斷明確但目標疾病遺傳異質(zhì)性高

　　·為時間或經(jīng)濟效益尋求一次性多方位性檢測

　　可使用WGS

　　·目標疾病遺傳異質(zhì)性低，雖已有公認靶向方案，但可能部分致病變異不在靶向檢測的范圍

　　不使用WGS

　　·目標疾病相當一部分變異不在WGS檢測范圍

　　·目標疾病致病基因存在同源基因情況

　　的臨床流程

　　檢測前遺傳咨詢應包含:

　　送檢的目的和意義檢測方法、周期及局限性預期結(jié)果及可能的風險數(shù)據(jù)及樣本處理的相關規(guī)則數(shù)據(jù)再分析的可能性

　　建議的檢測流程應包含信息和樣本采集

　　·盡可能詳細的臨床表型

　　·建議HPO或者CHPO

　　·家族史及實驗室檢查，病理檢查和影像及其他檢查

　　·樣本來源未做要求

　　標準操作程序：遵照SOP

　　確認性實驗應包含:

　　·樣本真實性的追蹤及確認

　　·用于診斷目的的變異的確認

　　·對新發(fā)變異應通過父母來源關系檢測確認

　　檢測的局限性應留意:

　　·涉及高度重復或同源的基因組區(qū)域的檢測及分析可能不準確

　　·對于mtDNA變異識別存在局限性，需用特異性高的mtDNA檢測方法進行驗證。原因是線·粒體基因組變異有雜質(zhì)性的特點

　　·部分基因組區(qū)域還存在參考序列的誤差和空白間隙

　　·GC比高區(qū)域的覆蓋可能不完全

　　·部分變異類型，如環(huán)狀染色體等復雜結(jié)構(gòu)變異，有待確認

　　檢測報告的要點:

　　報告的發(fā)放對象:建議檢測報告先發(fā)給送檢者指定的有遺傳咨詢或臨床遺傳醫(yī)師資質(zhì)的人員，考慮國情也可同時發(fā)放給送檢者（或其法定監(jiān)護人、代理人）

　　報告的形式和內(nèi)容:一般信息檢測信息及局限性檢測結(jié)果的報告、解讀和結(jié)論遺傳咨詢和建議

　　檢測后遺傳咨詢的注意事項

　　·檢測結(jié)果做出明確的基因診斷

　　·是否需要針對性的輔助檢查來進一步明確檢出變異的致病相關性，是對意義不明的變異是否需要進一步對受檢者或家庭成員進行檢測驗證或排除診斷

　　·根據(jù)基因檢測結(jié)果，是否需進行適當?shù)闹委煾深A，調(diào)整治療方案或飲食，明確藥物禁忌等

　　·根據(jù)做出的基因診斷對患者的病情預后發(fā)展等進行評估，制定治療及隨訪觀察計劃、并發(fā)癥的預防干預

　　·對患者和家屬提供心理干預或社會救助資源和渠道等

　　·根據(jù)遺傳規(guī)律對父母的再生育風險的評估及其再生育指導，包括產(chǎn)前診斷或輔助生育計劃的方式等

　　·患者或先證者的下一代風險評估及其再生育指導

　　·家族內(nèi)其他家庭成員的風險評估疾病的有關研究進展信息

　　研究與臨床診斷的界限：

　　由于WGS檢測的不同性以及基因與疾病關聯(lián)性知識的快速更新，臨床檢測與科學研究的界限容易模糊。但鑒于檢測目的的不同以及臨床醫(yī)學的不同性，WGS在臨床診斷和科學研究中的應用有清晰的區(qū)別。診斷性檢測是指為了直接解決患者醫(yī)療過程中的臨床問題進行的檢測，其目的是為臨床診治提供依據(jù)和指導，此類檢測應由經(jīng)認可的臨床檢測實驗室完成，并限于已知與疾病相關的基因。其分析結(jié)果可以產(chǎn)生理論假設，在符合醫(yī)學倫理原則的前提下，可用作科學研究數(shù)據(jù)。

　　科學研究性質(zhì)的檢測是指為了探索或者證明某種科學假說而進行的檢測，其結(jié)果對于參與研究項目的患者可能臨床意義有限。應該告知患者及家庭研究項目存在發(fā)現(xiàn)潛在遺傳病的可能性；若研究中發(fā)現(xiàn)臨床相關結(jié)果，應該經(jīng)由診斷體系證實之后方可納入患者臨床病歷。

　　小結(jié)：

　　準確的基因診斷的益處包括更好地判斷預后、更有針對性的疾病管理以及疾病監(jiān)測的好轉(zhuǎn)。準確的基因診斷使得能夠向患者及其家屬提供準確的遺傳咨詢，并且可以為他們提供額外的優(yōu)生選擇，例如通過實現(xiàn)胚胎植入前診斷、非侵入性產(chǎn)前檢測或產(chǎn)前診斷。它還有助于好轉(zhuǎn)患者的健康、教育、社區(qū)醫(yī)療服務以及來自患者支援團體的信息交流和幫助。一旦有了可靠的分子和臨床診斷，GeneReviews和Orphanet等資源庫為臨床醫(yī)生提供疾病管理方面的專家建議，Unique和Genetics HomeReference等資源庫庫也將能夠為患者及其家屬提供簡潔、便于患者使用的疾病訊息摘要。在早期進行專家評估時，NGS的運用提供了一種經(jīng)濟合適的方法，既可以提高診斷的機會，又可以縮短診斷時間。在某些情況下，基因診斷還可以帶來更好的、或更個性化的治療。

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　　參考資料：

　　1.https://www.science.org/content/article/sequence-every-newborn-s-dna-despite-obstacles-uk-pushes-ahead

　　2.DOI:10.1056/NEJMc2100365

　　3.全基因組測序在遺傳病檢測中的臨床應用專家共識.中華兒科雜志