新浪登录
腾讯登录走进临床的全外显子组检测丨WES在遗传病临床诊断中的应用
| 导读 | WES就是利用杂交捕获技术获取、富集基因组中所有具有蛋白编码功能的外显子区域DNA序列，并对这些DNA序列进行高通量测序的方法。人类外显子组包含约180,000个外显子，约占整个人类基因组的1%左右，大约30Mb（Ng, Turner et al. 2009）。尽管只占全部基因组很小的一部分，但相关报道表明，约有85%与疾病相关的突变存在于外显子区域（Choi, Scholl et al. 2009）。 |
随着精准医学及测序技术的发展，兼顾全面性、有效性和极高性价比的全外显子组检测（whole exome sequencing, WES），近年来在遗传病临床诊断中得到不断应用。WES就是利用杂交捕获技术获取、富集基因组中所有具有蛋白编码功能的外显子区域DNA序列，并对这些DNA序列进行高通量测序的方法。人类外显子组包含约180,000个外显子，约占整个人类基因组的1%左右，大约30Mb（Ng, Turner et al. 2009）。尽管只占全部基因组很小的一部分，但相关报道表明，约有85%与疾病相关的突变存在于外显子区域（Choi, Scholl et al. 2009）。
牛刀小试现潜力
2009年由Ng等人率先利用WES对4名无亲缘关系的弗里曼-谢尔登综合征（OMIM 193700）患者以及8名正常对照个体进行检测，通过数据比较分析，准确的找出了位于MYH3基因上的突变位点，这是第一次成功利用WES完成疾病致病基因相关突变位点的鉴定工作（Ng, Turner et al. 2009）。随后，Ng等人又于2010年利用WES对一种罕见的常染色体隐性遗传疾病米勒综合征 （OMIM 263750）的致病基因和相关致病位点进行了鉴定（Ng, Buckingham et al. 2010），这也是第一次成功应用WES完成相关罕见孟德尔疾病致病基因的发现和鉴定工作。以上工作极大的证明了WES对于外显子区域中存在的变异位点的检测具有很高的灵敏度和特异性，展示了其在单基因病致病基因和致病位点检测工作中的巨大潜力。
走入临床深应用
2011年Worthey等人首次利用WES成功对一名婴儿罕见炎性肠病突变位点进行了临床诊断，相关检测结论对后期的治疗产生了积极影响（Worthey, Mayer et al. 2011）。在该案例中，传统的诊断方法并没有得到可以解释患者相关表型的最终结论，研究团队进而选择WES，通过结合临床表型、全外测序、生物信息分析以及相关功能研究，最终确认了XIAP基因上的相关突变位点，并进一步确诊该患者为二型X连锁淋巴组织增生性疾病。后期通过采用针对性的异基因造血祖细胞移植对病人的治疗产生了积极的重要影响。在此之后，WES被广泛应用于临床，包括对一些罕见疾病进行诊断或鉴定一些表型明确的疾病中新的致病位点等。至今，利用WES已经在Leber Congenital Amaurosis（Wang, Chen et al. 2011）、Maturity-Onset Diabetes of the Young（Johansson, Irgens et al. 2012）、Autosomal Recessive Polycystic Kidney Disease（Xu, Xiao et al. 2014）、Acromelic Frontonasal Dystois（Smith, Hing et al. 2014）等众多疾病中发现了相关致病位点。
一线诊断提效率
与此同时，大规模的临床数据也进一步显示了WES的临床应用价值。美国 GeneDx 公司针对100 例新生儿和儿科 ICU 的急性病例进行分析，研究结论表明，其中 47%的样本可以得到与临床表征相关的明确诊断；美国贝勒医学院 2014 年针对连续 2000 例全外测序病例的分析表明，WES的检出率约为 25%左右（Yang, Muzny et al. 2014），2016年结合更新数据库对该部分数据进行重新分析，其检出率可以进一步提高到30%。
2016年，一项涉及54个国家1000个家庭的研究表明，WES对于具有血缘关系或者具有严重症状的患者，以及具有多个症状的患者来说具有更高的诊断率；同时对非特异性或异构表型的疾病而言，WES更是一种有效的诊断工具。综合来看，WES对未确诊疾病的诊断率比经典遗传诊断方法更高，研究人员呼吁将WES作为未确诊疾病的一线诊断工具，以给患者带来更好的医疗护理（Trujillano, Bertoli-Avella et al. 2017）。其实，这已不是第一次提及WES进入常规医疗检测。早在2015年，全球最大的保险公司Cigna就已经针对WES（不包含全基因组测序WGS）首次发布了WES参保标准，进一步体现了WES在临床诊断中的应用价值。
临床规范给建议
当然，伴随着WES临床应用的深入，对于WES结果的规范解读也有了更多要求规范以保证最终检测结论的准确可信。ACMG率先于2015年发布了针对测序位点解读注释指南（Richards, Aziz et al. 2015），该指南对变异分类、支持分类的证据以及适用范围均给出了比较明确的界定，意义重大。随后，ACMG于2016年又再次更新了次要发现（secondary finding）的处理规范（Kalia, Adelman et al. 2017），在此次规范中重新更新了59个基因，建议临床实验室一并报告检测中涉及的该基因列表中的检测情况，进一步补充和完善了相关测序结果的报告范围。
中国应用渐佳境
截止至2017年2月，根据Online Mendelian Inheritance in Man?（简称OMIM）统计，目前分子机理较清楚的表型异常共有约6816种（约占全部收录疾病的81%），其中与常染色体相关的有6346种（约占93%），与X染色体有关的有431种（约占6%），与Y染色体相关的有6种，与线粒体相关的有2种。尽管该类疾病大部分单一发病率在0.01%-0.001%左右，但是结合如此繁多的疾病种类和我国的实际人口数量，患者群体和携带人群十分庞大。据报道，在我国，平均 16 人即有 1 人携带遗传性耳聋致病基因，平均 55人即有 1 人携带苯丙酮尿症致病基因，严峻形势可见一斑。在这样的背景下，包括湖南家辉遗传病专科医院邬玲仟教授、上海新华医院顾学范教授、郑州大学第一附属医院孔祥东教授等在内的越来越多的专家学者开始关注并利用新技术切实解决这类特殊群体的临床需求。相信WES的临床规范应用，势必可以帮助明确更多遗传疾病的致病原因，进一步提高临床诊断率，有效改善部分患者的后期治疗。
参考文献：
Choi, M., et al. （2009）。 "Genetic diagnosis by whole exome capture and massively parallel DNA sequencing." Proc Natl Acad Sci U S A 106（45）： 19096-19101.
Johansson, S., et al. （2012）。 "Exome sequencing and genetic testing for MODY." PLoS One 7（5）： e38050.
Kalia, S. S., et al. （2017）。 "Recommendations for reporting of secondary findings in clinical exome and genome sequencing, 2016 update （ACMG SF v2.0）： a policy statement of the American College of Medical Genetics and Genomics." Genet Med 19（2）： 249-255.
Ng, S. B., et al. （2010）。 "Exome sequencing identifies the cause of a mendelian disorder." Nat Genet 42（1）： 30-35.
Ng, S. B., et al. （2009）。 "Targeted capture and massively parallel sequencing of 12 human exomes." Nature 461（7261）： 272-276.
Richards, S., et al. （2015）。 "Standards and guidelines for the interpretation of sequence variants: a joint consensus recommendation of the American College of Medical Genetics and Genomics and the Association for Molecular Pathology." Genet Med 17（5）： 405-424.
Smith, J. D., et al. （2014）。 "Exome sequencing identifies a recurrent de novo ZSWIM6 mutation associated with acromelic frontonasal dysostosis." Am J Hum Genet 95（2）： 235-240.
Trujillano, D., et al. （2017）。 "Clinical exome sequencing: results from 2819 samples reflecting 1000 families." Eur J Hum Genet 25（2）： 176-182.
Wang, H., et al. （2011）。 "Exome capture sequencing identifies a novel mutation in BBS4." Mol Vis 17: 3529-3540.
Worthey, E. A., et al. （2011）。 "Making a definitive diagnosis: successful clinical application of whole exome sequencing in a child with intractable inflammatory bowel disease." Genet Med 13（3）： 255-262.
Xu, Y., et al. （2014）。 "A novel mutation identified in PKHD1 by targeted exome sequencing: guiding prenatal diagnosis for an ARPKD family." Gene 551（1）： 33-38.
牛刀小试现潜力
2009年由Ng等人率先利用WES对4名无亲缘关系的弗里曼-谢尔登综合征（OMIM 193700）患者以及8名正常对照个体进行检测，通过数据比较分析，准确的找出了位于MYH3基因上的突变位点，这是第一次成功利用WES完成疾病致病基因相关突变位点的鉴定工作（Ng, Turner et al. 2009）。随后，Ng等人又于2010年利用WES对一种罕见的常染色体隐性遗传疾病米勒综合征 （OMIM 263750）的致病基因和相关致病位点进行了鉴定（Ng, Buckingham et al. 2010），这也是第一次成功应用WES完成相关罕见孟德尔疾病致病基因的发现和鉴定工作。以上工作极大的证明了WES对于外显子区域中存在的变异位点的检测具有很高的灵敏度和特异性，展示了其在单基因病致病基因和致病位点检测工作中的巨大潜力。
走入临床深应用
2011年Worthey等人首次利用WES成功对一名婴儿罕见炎性肠病突变位点进行了临床诊断，相关检测结论对后期的治疗产生了积极影响（Worthey, Mayer et al. 2011）。在该案例中，传统的诊断方法并没有得到可以解释患者相关表型的最终结论，研究团队进而选择WES，通过结合临床表型、全外测序、生物信息分析以及相关功能研究，最终确认了XIAP基因上的相关突变位点，并进一步确诊该患者为二型X连锁淋巴组织增生性疾病。后期通过采用针对性的异基因造血祖细胞移植对病人的治疗产生了积极的重要影响。在此之后，WES被广泛应用于临床，包括对一些罕见疾病进行诊断或鉴定一些表型明确的疾病中新的致病位点等。至今，利用WES已经在Leber Congenital Amaurosis（Wang, Chen et al. 2011）、Maturity-Onset Diabetes of the Young（Johansson, Irgens et al. 2012）、Autosomal Recessive Polycystic Kidney Disease（Xu, Xiao et al. 2014）、Acromelic Frontonasal Dystois（Smith, Hing et al. 2014）等众多疾病中发现了相关致病位点。
一线诊断提效率
与此同时，大规模的临床数据也进一步显示了WES的临床应用价值。美国 GeneDx 公司针对100 例新生儿和儿科 ICU 的急性病例进行分析，研究结论表明，其中 47%的样本可以得到与临床表征相关的明确诊断；美国贝勒医学院 2014 年针对连续 2000 例全外测序病例的分析表明，WES的检出率约为 25%左右（Yang, Muzny et al. 2014），2016年结合更新数据库对该部分数据进行重新分析，其检出率可以进一步提高到30%。
2016年，一项涉及54个国家1000个家庭的研究表明，WES对于具有血缘关系或者具有严重症状的患者，以及具有多个症状的患者来说具有更高的诊断率；同时对非特异性或异构表型的疾病而言，WES更是一种有效的诊断工具。综合来看，WES对未确诊疾病的诊断率比经典遗传诊断方法更高，研究人员呼吁将WES作为未确诊疾病的一线诊断工具，以给患者带来更好的医疗护理（Trujillano, Bertoli-Avella et al. 2017）。其实，这已不是第一次提及WES进入常规医疗检测。早在2015年，全球最大的保险公司Cigna就已经针对WES（不包含全基因组测序WGS）首次发布了WES参保标准，进一步体现了WES在临床诊断中的应用价值。
临床规范给建议
当然，伴随着WES临床应用的深入，对于WES结果的规范解读也有了更多要求规范以保证最终检测结论的准确可信。ACMG率先于2015年发布了针对测序位点解读注释指南（Richards, Aziz et al. 2015），该指南对变异分类、支持分类的证据以及适用范围均给出了比较明确的界定，意义重大。随后，ACMG于2016年又再次更新了次要发现（secondary finding）的处理规范（Kalia, Adelman et al. 2017），在此次规范中重新更新了59个基因，建议临床实验室一并报告检测中涉及的该基因列表中的检测情况，进一步补充和完善了相关测序结果的报告范围。
中国应用渐佳境
截止至2017年2月，根据Online Mendelian Inheritance in Man?（简称OMIM）统计，目前分子机理较清楚的表型异常共有约6816种（约占全部收录疾病的81%），其中与常染色体相关的有6346种（约占93%），与X染色体有关的有431种（约占6%），与Y染色体相关的有6种，与线粒体相关的有2种。尽管该类疾病大部分单一发病率在0.01%-0.001%左右，但是结合如此繁多的疾病种类和我国的实际人口数量，患者群体和携带人群十分庞大。据报道，在我国，平均 16 人即有 1 人携带遗传性耳聋致病基因，平均 55人即有 1 人携带苯丙酮尿症致病基因，严峻形势可见一斑。在这样的背景下，包括湖南家辉遗传病专科医院邬玲仟教授、上海新华医院顾学范教授、郑州大学第一附属医院孔祥东教授等在内的越来越多的专家学者开始关注并利用新技术切实解决这类特殊群体的临床需求。相信WES的临床规范应用，势必可以帮助明确更多遗传疾病的致病原因，进一步提高临床诊断率，有效改善部分患者的后期治疗。
参考文献：
Choi, M., et al. （2009）。 "Genetic diagnosis by whole exome capture and massively parallel DNA sequencing." Proc Natl Acad Sci U S A 106（45）： 19096-19101.
Johansson, S., et al. （2012）。 "Exome sequencing and genetic testing for MODY." PLoS One 7（5）： e38050.
Kalia, S. S., et al. （2017）。 "Recommendations for reporting of secondary findings in clinical exome and genome sequencing, 2016 update （ACMG SF v2.0）： a policy statement of the American College of Medical Genetics and Genomics." Genet Med 19（2）： 249-255.
Ng, S. B., et al. （2010）。 "Exome sequencing identifies the cause of a mendelian disorder." Nat Genet 42（1）： 30-35.
Ng, S. B., et al. （2009）。 "Targeted capture and massively parallel sequencing of 12 human exomes." Nature 461（7261）： 272-276.
Richards, S., et al. （2015）。 "Standards and guidelines for the interpretation of sequence variants: a joint consensus recommendation of the American College of Medical Genetics and Genomics and the Association for Molecular Pathology." Genet Med 17（5）： 405-424.
Smith, J. D., et al. （2014）。 "Exome sequencing identifies a recurrent de novo ZSWIM6 mutation associated with acromelic frontonasal dysostosis." Am J Hum Genet 95（2）： 235-240.
Trujillano, D., et al. （2017）。 "Clinical exome sequencing: results from 2819 samples reflecting 1000 families." Eur J Hum Genet 25（2）： 176-182.
Wang, H., et al. （2011）。 "Exome capture sequencing identifies a novel mutation in BBS4." Mol Vis 17: 3529-3540.
Worthey, E. A., et al. （2011）。 "Making a definitive diagnosis: successful clinical application of whole exome sequencing in a child with intractable inflammatory bowel disease." Genet Med 13（3）： 255-262.
Xu, Y., et al. （2014）。 "A novel mutation identified in PKHD1 by targeted exome sequencing: guiding prenatal diagnosis for an ARPKD family." Gene 551（1）： 33-38.
Yang, Y., et al. （2014）。 "Molecular findings among patients referred for clinical whole-exome sequencing." JAMA 312（18）： 1870-1879.
（转化医学网360zhyx.com）
还没有人评论，赶快抢个沙发