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智因东方速递| 儿科基因组学：在儿童罕见病诊断中的应用连载（三）

首页 » 《转》译 2018-03-01 转化医学网赞(2)

导读	昨天的推送中介绍了儿科基因组学的数据整合和解读，今天这篇文章主要介绍其临床应用的考量。

临床应用的考量

临床评估基因组变异诊断的重要性，并将值得关注的结果传达给家庭和其他卫生专业人员，这些过程应具备的专业知识，是在卫生保健系统中引入NGS检测的必要前提。一个拖延多年悬而未决的诊断难题，常常会在新技术(如NGS)和新知识(如新致病基因的发现)的出现时迎刃而解，它们在当今的出现使得诊断成为可能，而这在数年前是不可能的。适当使用WES和WGS，有可能为罕见和极罕见的儿科疾病患者大大缩短诊断的“长篇史诗”，还能避免经常需要进行的侵入性和昂贵的检查手段，例如肌肉活检和腰椎穿刺。

然而，特别是对于非常年轻的患者，那些可能促进临床诊断的检查应继续与WES或WGS并行，因为这些检测结果可能有助于确定由诊断流程中发现的候选变异所提示的诊断的有效性（或恰恰相反）。在NGS检测之后可能还需要进行后续的检查（例如酶活性检测或头颅磁共振成像MRI扫描），用以确认在候选诊断中通常出现的特征是否存在，以及提示的诊断在临床上是否合理。患儿呈现的临床表型特异性越低（例如新生儿张力减退），确定候选变异是否是相关的发现就越难。在新生儿重症监护病房（NICU）仔细选择患儿后，可以在26小时内为危重症婴儿完成基因诊断，但在大多数医疗机构中，由于缺乏有关的专业知识和相应的准备工作，且目前这种快速检测的成本过高，这样的加急诊断仍然无法实现。然而，它表明了快速诊断是可行的，并且为改进现有的以月、而非以天为单位的检测周期提供了强大的驱动力。（译者注：2018年2月，这一快速诊断的世界纪录被刷新至19.5个小时）

1.临床专业知识

虽然对于少数病症(如软骨发育不全，GeneticTesting Registry MIM 100800)可以从基因型或可靠的临床判断中作出明确的分子诊断，但对于大多数罕见病，建立可靠的基因诊断需要整合分子遗传或基因组数据（基因型）与患者的临床特征（表型）的相关性 (FIG. 3)。在大多数情况下，尚无法准确确定所需要的表型层级，通常建议由具有罕见疾病专业知识的临床医生来进行专家评估，以确保严重遗传疾病患儿的分子诊断是有依据的。同样，分子诊断结果能否完整解释患儿的临床表型，或者是否存在混合表型，也是值得专家评估的。对患有严重疾病的年轻患者提供终身基因诊断服务，这对于患者及其家属实现安全及恰当的持续管理至关重要。根据遗传变异的不同，这一过程通常需要对近期主要的出版物进行回顾，并进行额外的临床评估和调查，以确定临床适用性，并证实或排除之前所提示的分子诊断结果，同时进行家系共分离分析以确定提示的分子诊断结果是否符合所观察的家系中的遗传模式。此外，对于罕见/极罕见疾病患者，应投入时间去充分调查研究试验性疗法的可行性。这一系列的医疗关怀是非常耗时的，但对基因组医学的安全实践至关重要。在一般的儿科咨询中，履行上述关怀所需的时间和专业知识可能不容易达到，因此转诊到临床遗传学服务单位可能更为合适。

在哪个场景需要临床基因组学专业知识的参与，是在提交检测申请时，还是在评估候选变异时，还是两种情况都需要，目前尚不清楚。基因组阵列分析的临床实践经验表明，一旦确定了候选变异就需要临床专家对其进行评估，以确定它们是否是可靠的基因诊断结果，因此在此时专业知识的介入为最佳。对于最初WES或WGS检测报告为阴性但遗传学仍提示可疑的这类患者，也将从遗传学专家的评估中受益。随着WGS的应用越来越广泛，临床上对WGS数据的再分析可能成为临床遗传学家关注的重点，因为以表型信息的获取和以患者为核心的分析可以提高诊断率。如果可以确定一个可能的临床诊断，那么可以在不太严格的情况下以及用更多的分析策略对现有的NGS数据进行重新分析，以尝试识别标准诊断分析流程中所忽略了的那些变异。

Figure 3 | 运用二代测序技术，整合临床和实验室的工作流程，用以优化罕见病的诊断

2.检测对象

患者的选择是至关重要的，要确保WES或WGS的适用对象主要是单基因病的患者 (BOX 2)。在这种情况下，将WES或WGS作为常规检查的一部分用于排除疾病的遗传原因则是非常有问题的。许多诊断途径，特别是在儿科神经病学中，使用各种生物化学检查来排除罕见病，例如先天性代谢缺陷，这种方式的每种个体病症导致临床表型的先验概率非常低。这是长期以来建立的部分临床实践，这种做法在正常范围值有充分记录的情况下可能是恰当的。然而，由NGS产生的大量不确定变异，以及缺乏可靠性使得这些变异被明确指定为良性或致病性，这意味着将WES或WGS用作遗传病的通用排除性检测是不合适的；因此，目前NGS的检测应该对临床高度怀疑有潜在遗传病的患者保留检测。事实上，通过适当的病例选择，NGS诊断可以变革诊疗。最近的一项研究为可能是单基因遗传病的NICU患者建立了WES分子诊断方法，结果显示32例患者中有23例（72％）的诊断改善了临床诊疗。

3.检测方法的选择

检测的选择受到许多因素的影响，尤其是临床诊断的信心度、表型特异性以及NGS测序、分析和解读的成本和可用性(FIG. 2c)。例如，对于脂肪吸收不良的婴儿，最恰当检测方案是88毫摩尔/升的汗液氯化物测量及临床诊断为囊性纤维化进行CFTR的单基因检测，而非WES或WGS检测。一般而言，临床特征的基因异质性越高，WES或WGS的适用性就越大。然而，检测的范围（即所涵盖基因的数量）越广泛，解读结果所需的专业知识要求就越高，特别是对于许多缺乏简单的确证性检测（例如酶活性测定）的疾病。无论是用于研究还是诊断, WES在专家手中都胜过panel检测，但它在日常临床条件下，是否能更好地进行精准诊断则是另一个问题，而目前很少有公开的研究来告知和指导临床实践。现在精心设计的WES检测方案包括高效捕获启动子、剪接区以及编码序列，使大多数导致罕见病的SNVs可被检测到。在2016年，WES的成本不到WGS成本的三分之一（内部数据），所以Trios家系WES 检测与先证者WGS检测的成本大致相当。Trios 家系分析的额外优势是可以检测新发突变（发育障碍疾病患儿最常见的原因）这一点和我们目前尚无法解读的非编码区变异结合起来意味着，在成本是一个限制因素的情况下，对于儿科罕见病的诊断，Trios家系WES检测模式优于先证者WGS检测模式。尽管如此，WGS在全外显子组数据质量方面的优势，以及对非编码区变异和染色体结构变异的信息获取等方面，可能最终将超过WES目前的成本优势。

4.复杂性

一些患者存在两种或更多种的遗传诊断导致其呈现出混合表型，这种情况为诊断带来挑战。据估计，多种遗传诊断集于一个患者的概率约为5％。因此，临床医生需要考虑基因检测确定的候选诊断能否提供对患者临床表型的全面解释，还是仅为部分解释而主要诊断仍待确定(BOX 3)。即使对于单一阳性诊断的患者，在个体患者中观察到的临床特征也很少是单独变异的结果。一个基因中的主效应变异，可以与基因中的中等效应的变异以及大量具有微效应的变异（通常位于基因组非编码区）发生协同作用。这些变异的联合效应，与环境暴露因素一起作用，可能会影响临床特征的外显度和表现度，从而决定最终呈现出的临床表型，这也就解释了具有相同遗传诊断的个体之间所见到的一些表型差异性。这种复杂性可能又是正常人群中许多行为和发育性状的基础。对于一些个体，即使没有单一的主效应变异，累积的中等效应和微效应的不利变异的累积负荷也可能导致疾病的发生，例如自闭症障碍谱系。随着时间的推移，我们对这种复杂性的理解可能会得到改善，并可能将来自高度外显单基因的数据与遗传风险评分进行整合，从而更好地对患者进行分层，进行个体化的预后评估和管理。

Box 2 |WES，WGS或panel用于儿科基因组分析的适应症

1. 神经发育障碍性疾病：例如发育迟缓和/或认知障碍（需要或可能需要特殊教育的程度）、癫痫性脑病或严重脑瘫。

2. 先天性畸形：多发性先天性畸形（两种或两种以上的畸形）或单一主要畸形伴有神经发育障碍、生长缺陷、畸形特征或异常行为。

3. 异常生长参数（身高、体重、头围）：两个或两个以上的参数异于（大于或小于）正常人群平均值3个标准差以上，或单个参数异于正常人群平均值4个标准差以上（肥胖症除外，其中孤立性肥胖的阈值大于4.5个标准差则强烈提示遗传病因）。

4. 畸形特征。

5. 行为异常或极端行为表型，合并上述一个或多个体征，则强烈提示遗传致病。

6. 通过简单的遗传学基础依据判断以下情况可能与遗传病相关：一个家族中数个成员受累；在同一家族中有另一家族成员受累，且其具有罕见的、与先证者一致的和独特的表型；或与特定严重表型相似的单个病例。

5.价值

精准的基因诊断的益处包括更好地判断预后、更有针对性的疾病管理以及疾病监测的改善。精准的基因诊断使得能够向患者及其家属提供准确的遗传咨询，并且可以为他们提供额外的优生选择，例如通过实现胚胎植入前诊断、非侵入性产前检测或产前诊断。它还有助于改善患者的健康、教育、社区医疗服务以及来自患者支援团体的信息分享和帮助。一旦有了可靠的分子和临床诊断，GeneReviews和 Orphanet 等资源库为临床医生提供疾病管理方面的专家建议，Unique 和Genetics HomeReference 等资源库库也将能够为患者及其家属提供简洁、便于患者使用的疾病讯息摘要。在早期进行专家评估时，NGS的运用提供了一种经济有效的方法，既可以提高诊断的机会，又可以显著缩短诊断时间。在某些情况下，基因诊断还可以带来更好的、或更个性化的治疗。在儿科领域，外显子组和基因组测序的应用，已经在发现新基因、基因诊断、患儿生活品质改善的案例研究报道中有许多惊人的进展。例如，在一项神经代谢性疾病患者的研究中，WES检测使68％的患儿得到确诊，新发现了11个候选致病基因，并为其中的44％患儿提供建议从而改善了治疗。

Box 3 | 案例研究表明需要对候选变异进行专家评审

对某婴儿癫痫性脑病的患儿进行基因组微阵列分析，检测到1q21.1上～900kb的de novo致病性大片段重复CNV变异。一个没有经验的临床医生可能会认为该拷贝数变异即是对该患儿病情的确切诊断，因为大约有15-35％携带这种拷贝数变异的儿童会表现出癫痫发作。然而，1q21.1微重复综合征患儿的癫痫发作通常在儿童期发病，并非婴儿期，且对一线药物治疗反应良好，所以该变异更可能只参与导致了该患者次要的临床表型，而主要表型的诊断在本次检测中尚未得出。对患儿及其父母进行Trios家系模式的全外显子测序分析（WES）后发现，该临床表型主要是由于CHD2基因上新发的c.910G>T，p.Glu304Ter截短突变所导致的。由熟悉罕见病诊断的临床医师对基因检测找到的变异进行专家评估是至关重要的，因为这样可以确定找到的变异是否是导致患儿临床表型的全部原因，还是协同因素，抑或是无关的发现。