Nature Reviews Genetics | 儿科基因组学:诊断儿童罕见病(六)

本节为Nature Reviews Genetics | 儿科基因组学：诊断儿童罕见病第六节，

前面部分请查阅

Nature Reviews Genetics | 儿科基因组学：诊断儿童罕见病（一）

Nature Reviews Genetics | 儿科基因组学：诊断儿童罕见病（二）

Nature Reviews Genetics | 儿科基因组学：诊断儿童罕见病（三）

Nature Reviews Genetics | 儿科基因组学：诊断儿童罕见病（四）

Nature Reviews Genetics | 儿科基因组学：诊断儿童罕见病（五）

 

检测方法的选择

检测方法的选择受多种因素的影响，不仅仅是临床诊断的置信度和特异性还有二代测序的成本和有效性，以及结果的分析和解读（图2c）。 例如，对于脂肪吸收不良的婴儿，最合适的检测是其汗液氯化物测量值为88 mmol / L，而对于囊性纤维化的婴儿，最合适的检测方法是CFTR基因的单基因检测，而不是全外显子组测序或全基因组测序。一般而言，致病基因的位置异质性越广，全外显子组测序或全基因组测序的作用就越大。但是，检测范围（即所涵盖的基因的数目）越广，结果解读所需的专业知识也就越多，特别是对于许多无法利用简单的检测（例如酶测定）就可以确诊的疾病。

在专家看来，无论是研究还是诊断，全外显子组测序都要胜过Panel检测，但是全外显子组测序能否在日常临床检测中给出更准确的诊断却是一个不同的问题，并且目前已发表的研究很少有这方面的报道。现在精心设计的全外显子组测序可以实现启动子区、剪接区以及编码区的高效捕获，这使得绝大多数导致罕见疾病的单核苷酸变异都可以被检测到。到2016年，全外显子组测序的成本已经不到全基因组测序成本的三分之一（内部数据），所以一家3口的全外显子组测序检测成本与一个孩子的全基因组测序成本大致相同。另外的优势是一家3口的全外显子组测序还可以用于检测新发突变（这是儿童发育障碍中最常见的病因），再加上目前无法对于非编码变异的解读能力有限。这就意味着，在目前考虑成本因素的情况下，一家3口的全外显子组测序检测比先证者的全基因组测序在小儿罕见疾病诊断中更具有优势。尽管如此，全基因组测序在数据质量方面的优势包括从外显子组到非编码区和结构变异可能最终会超过全外显子组测序当前的成本效益。

 

复杂性：

有些患者的诊断很具有挑战性。因为他们存在导致混合表型的两个或更多基因变异。 单个患者出现多个基因致病的发生率约为5％（8，19）。因此，临床医生需要考虑基因检测确定的候选基因是否可以全面解释患者临床特征，还是仅仅是部分解释，这种情况下主要的诊断仍有待确定（框3）。即使对于单一诊断的患者，在个体患者中观察到的临床特征也很少仅仅是单一变异产生的结果。某些发挥主效应的基因变异可以与中等效应的多个基因变异以及次要效应的大量基因变异（常来自基因组的非编码区）协同作用。这些变异的共同作用再加上环境的暴露可以影响基因的外显率和表达度，从而影响了患者的临床表现。这也就解释了为什么相同遗传诊断的个体之间仍存在一些表型差异性。这种复杂性可能是正常人群中许多行为和发育特征的基础，对于一些个体而言，即使在没有主效应的单一变异的情况下，中等和次要的有害变异的累积也可能导致疾病的发生：例如，自闭症谱系障碍。随着时间的推移，我们对这种复杂性的理解会逐步提高，并且可能将高度外显的单基因数据与遗传风险评分整合从而更好的将患者分层，实现个性化预后和治疗。

 

价值：

精准的遗传诊断带来的好处包括更好地了解预后，更有针对性的治疗和监测。同时，也能够为个人及其家属提供准确的遗传咨询，并为他们提供更多的生殖选择，比如胚胎植入前遗传诊断（PGD），产前无创筛查以及产前诊断。它还有助于获得更好的教育，健康和社会关爱以及来自患者支持团体的信息和支持。一旦有了强有力的临床和分子诊断，GeneReviews和Orphanet等资源将为临床医生提供病人管理方面的专业建议，Unique和Genetics HomeReference等资源将为患者及其家属提供简洁，耐心的总结。在专家评估的早期阶段使用二代测序可以提供一种既经济又有效的方法，既提高了明确诊断的机会，又显着缩短了诊断的时间。在某些情况下，基因诊断还可以改进治疗方法或产生更个性化的治疗方案。在基因发现和诊断以及外显子组和基因组测序中那些改变生活的病例研究报告中，许多最引人注目的进展已经在儿童中得以实现。例如，在一项针对神经代谢障碍患者的研究中，全外显子组测序诊断出68％的患者，确定了11个候选致病基因，并改变了44%的患者的治疗方法。

展望：

儿科基因组学是一个快速发展的领域，对疾病分子基础的更深入的理解已经开始改变目前治疗的质量。 未来还很可能会改进工作流程从而找到更广泛的临床应用并带来新的治疗选择。

 

儿科基因组学工作流程的改进实施

 

儿科基因组学仍处于起步阶段; 如果以儿童的发育来打比方的话，它可能只处于幼儿阶段。在这个阶段，新技术探索和求知的路上免不了会有很多磕磕绊绊。基因组诊断也将逐渐应用于许多儿科亚专业，利用多学科团队会议和专家临床评估的方式有助于变异的解读。然而，当一个有效的基因组医学服务所需要的分析流程的几乎每个方面都在发展变化的时候，优化实施是具有挑战性的。临床医生正在学习如何最有效地将基因组检测用于患者疾病的研究; 测序公司正在开发更长的长读测序技术; 生物信息学家正在改进用于检测和区分不同变异类型的优先级算法; 人群数据库正也在不断增加，既有深度也有不同种族的多样性; 基因的发现持续快速的发展，无论是与疾病相关的新基因的鉴定，还是对基因多效性越来越多地认识; 变异数据库和文献也能在不断增长和完善，尽管它们当中仍有很多不正确的致病性归类。这些参数中的每一个都有可能影响检测性能，尤其是灵敏度和特异性。关键的目标是优化变异的检测和过滤，以便最大限度的提供正确诊断的机会，同时最大限度地减少对任何给定检测误诊或过度诊断的机会; 基因检测的成功需要重点关注患者确诊，表型分型，相关变异类型的全面检测，基因组合筛选以及相适合的专业知识。 因此，生物信息学家，临床科学家和临床医生在基因医学的安全性和有效性实践中都扮演着重要的角色。

 

整合多元数据来提高诊断能力

二代测序技术为其他组学技术的应用铺平了道路，比如转录组学，表观基因组学，代谢组学和蛋白质组学可以研究遗传变异对特定组织功能的影响。尽管这些方法还没有在诊断过程中常规使用，但它们正在逐渐用于确定基因变异的致病性。例如，利用全基因组和转录组相结合的方来分析儿科神经肌肉病患者的肌肉活检组织样品能够验证候选的破坏性剪切突变并确定基因的外显子区域和非编码区域中的可变剪切变异，总体诊断率可以达到35％。 此外，使用转录组学数据还可以指导基因组数据的再分析，有可能诊断出21％患者。而这些患者通过全基因组测序或全外显子组测序没有找到有力的候选基因。

 

在许多情况下，更深程度的表型分析以及标准影像学或生化和电生理检测对于确定特定基因组变异的功能效应是至关重要的。即使在2017年，CFTR基因中确定的约2,000种变异大多数都是罕见的或不常见，尽管CFTR的基因序列早在1989年就已经明确（参考文献125），而囊性纤维病和CFTR相关疾病还是罕见病中最常见的一些。如何不断的努力对CFTR变异的基因型，表型和功能进行全面的评估，依然是很艰巨的任务。

 

利用基因组学诊断胎儿、新生儿和成人疾病

儿科学在基因医学领域处于领先地位，基因组学对其影响比其他专业更大。这其中有许多原因。例如，利用基因组学对胎儿和新生儿疾病的诊断仍存在挑战，因为表型特征相比发育后期阶段更少也更不特异;因此表型评估通常不足，而基于表型的候选变异的鉴别能力也在下降，这都对诊断的获得有不利影响。将基因组学应用于成人医学和老年护理同样具有挑战性，但是原因有所不同。在成年人中，基因型通常比儿童更难解释，因为不完全的和年龄依赖性的外显率常常导致人群数据中出现相当高频的因果变异。另外，多基因作用也可能导致成人疾病患病比例高于儿童，特别是在常见病中。而且，环境暴露的影响在成人疾病中可能比儿童疾病更重要。年龄相关的体细胞变异可能在迟发型疾病中发挥重要作用。基于以上这些原因，儿科人群的研究可能仍然处于基因组医学研究的前沿。然而，随着我们的知识的增加，不那么高度外显的单基因疾病模式将变得更加易于处理，基因组学在其他年龄组的临床应用将变得更加可行。

名词解释

遗传风险评分：通过对多个（通常是低风险的）遗传变异的数据计算获得的特征来定量测量遗传易感性，通常从全基因组关联研究获得（游侠补充目前针对健康人的疾病风险评估属于此类型）。

 

多效性：单一基因中的变异可能导致多种表型出现或紊乱的现象

 

转录组学：一种用于查看全基因表达模式的组学方法。 可以检测数千个基因且可以同时与微阵列一起检测或通过表达序列标签或基因组测序项目获得的全部序列信息来检测少量基因。

 

表观基因组学：一种用于查看全部表观遗传标记的组学方法。比如，DNA甲基化和组蛋白修饰以及其他能够传递表观遗传信息的分子（如非编码RNA），这些分子可以在任何给定的时间点存在于细胞中。

 

代谢组学：一种使用定量分析方法在特定时间观察细胞或有机体的全部代谢物含量的组学方法。

 

蛋白质组学：一种可以在特定时间查看细胞或组织中全部蛋白质的组学方法。

译者介绍

闫铮，遗传学博士，上海交通大学医学院附属上海第九人民医院辅助生殖科，助理研究员，美国哈佛大学访问学者。主要从事辅助生殖技术的临床应用及生殖遗传病的致病机制研究。先后在NEJM, PNAS, AJHG, JMG等杂志发表学术论文15篇。主持国家自然科学基项目2项。获得全国妇幼健康科学技术奖自然科学一等奖, 上海医学科技奖三等奖， 国家教育部博士研究生学术新人奖。