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（四）

展望

儿科基因组学是一个快速发展的领域，对疾病分子基础更深入的理解已经开始改善目前我们可提供疾病治疗的质量。未来很可能会形成更优化的工作流程，可以找到更广泛的临床应用，并带来新的治疗选择。

儿科基因组学尚处于起步阶段，如果以儿童发育水平作类比的话，也许它正处于幼儿阶段。在这个阶段，新技能的探索和获取与频繁的挫折和失败将会交相出现。通过多学科小组会议和专家临床评估等对变异解读的协助，基因组诊断将越来越多地应用于许多儿科细分专业。然而，在有效的基因组医学服务所需分析流程的几乎每一个方面都尚在不断发展时，优化实施方案是非常具有挑战性的。临床医生正在学习在患者临床检查流程中最合适的时机和地方应用基因组检测；测序公司正在开发读长更长的测序技术；生物信息学家正在不断优化对不同变异类型进行识别的算法；人群数据库无论是在深度，还是在代表不同种族的样本上都在不断增加；致病基因的发现，无论是鉴定与疾病有关的新基因，还是越来越多地认识到的基因遗传多效性方面，都在持续快速发展；尽管基因变异数据库和文献报道仍然会有错误致病性判读的严重污染，但它们仍在不断增长并持续改善。这些参数中的每一个都有可能影响到检测性能，特别是灵敏度和特异性。关键目标是要优化变异的检测识别和过滤，以便该过程最大限度地增加真实诊断的可能性，同时最大限度地减少任何检测所带来的误诊或过度诊断；成功的诊断，需要集中关注患者的临床探查、表型、导致疾病的相关变异类型的全面检测、基因panel的选择以及适当的专业知识。因此，在遗传医学安全和有效的实践中，生物信息学家、临床科学家和临床专家都发挥着重要的作用。

2.集成多元数据以提高诊断能力

NGS技术为其他全基因组技术如转录组学、表观基因组学、代谢组学和蛋白质组学的应用铺平了道路，这些组学技术可用以研究遗传变异对特定组织的功能影响。虽然这些方法还没有在临床诊断中常规地实施，但它们会越来越多地用于确定基因组变异的致病性。例如，对儿童神经肌肉疾病患儿结合WGS和肌肉活检样本的转录组学分析，能够对基因外显子区和非编码区的候选剪接位点突变进行验证，并确定可变剪切体，从而使总体诊断率达到35％。此外，使用转录组学数据指导基因组数据的再分析，可能使原先从WGS或WES检测结果中未找到明确候选变异的患者的21%得到诊断。在许多情况下，更深层次的表型、或标准图像、或生化和电生理检测，对于确定特定基因组变异的功能性影响是至关重要的。尽管CFTR的序列在1989年就已被确定,且囊性纤维化和CFTR相关疾病在罕见病中还属于最普遍的一些疾病，即使到了2017年，CFTR基因中鉴定发现的约2,000种变异中的大多数也还都是罕见的或孤立的。目前正努力地大规模地全面评估CFTR变异的基因型、表型和功能，这些均表明未来任务的艰巨性。

3.在胎儿、新生儿和成人疾病诊断中的应用

儿科学在遗传医学领域中占据主导地位，而基因组学对它的影响比其他学科更大，原因有很多。例如，对胎儿和新生儿进行疾病的基因组学诊断就会出现挑战，因为与发育后期相比，发育前期的临床表型特征较少，且不特异；因此，这种情况的表型评估通常就会较弱，而且需要基于表型进行候选变异之间区别的能力减弱，从而对诊断结果产生不利影响。将基因组学应用于成人医学和老年人护理也相当具有挑战性，但原因不同。在成人中，基因型信息通常比儿童更难解读，因为不完全外显和年龄相关性的外显常常导致致病性变异在人群数据集中以相当高的频率出现。此外,在成人中，多基因导致疾病发生的比例可能高于儿童，尤其是常见病。此外，环境暴露因素可能在成人疾病中影响比儿童疾病更重要， 且年龄相关性的体细胞变异是迟发型疾病的重要原因。由于这些原因的存在，儿科群体可能仍然处于基因组医学的前沿。然而，随着我们的认识不断增加，外显率不高的单基因疾病将会变得更易处理，基因组学在其他年龄段人群中的应用将会变得更加可行。

4.从诊断到治疗

目前，儿科基因组学的主要目标是实现对罕见病基因诊断的一种安全实施的方法，但越来越多令人鼓舞的例子表明，疾病的特定遗传基础知识也会带来直接的治疗干预。WGS启发了一种治疗患有严重肌张力障碍的双胞胎的合理方法，当这对双胞胎患儿使用左旋多巴治疗时仅表现出轻微的改善；测序分析显示，这对双胞胎患儿携带SPR基因的双等位变异，这使得神经递质多巴胺和5-羟色胺合成减少，用左旋多巴结合5-羟色氨酸的补充疗法，使这对双胞胎患儿的病情得到显著改善。另一个令人兴奋的例子则是SMA。对于绝大多数SMA患者（＞95％），SMN1基因外显子7的纯合缺失导致功能性存活运动神经元（SMN）蛋白的缺乏。另一个基因SMN2也编码SMN蛋白，但SMN2转录本的不正确剪接会产生一个无功能的截短的SMN蛋白。反义药物nusinersen就是专门设计用于改变SMN2前体mRNA的剪接以增加有功能的SMN蛋白的量。最近的一项临床试验表明，接受鞘内注射nusinersen的婴儿中，有51％的婴儿出现运动-里程碑反应（motor-milestone response），而对照组则没有。 基因组测序也可用于对患者进行分层治疗；例如，对于F508del-CFTR纯合突变的患者，用lumacaftor和ivacaftor联合治疗用于肺功能改善，与相对应的注册对照组相比，ppFEV1（1秒内用力呼气量的预测百分值；肺功能的量度指标）下降速率减慢了42％。 基于特定基因诊断对儿科罕见病进行分层治疗，以及通过药物再利用和创新开发有效且患者负担得起的治疗方法，这些都是儿科基因组学振奋人心的应用，这在不久的将来可能会成为常规应用。长期而言，使用CRISPR-Cas9基因组编辑技术对孟德尔疾病进行纠正性治疗将成为现实，现在该方法使用离体试验已经是可行的。最近的技术进展如Cas9介导的腺嘌呤碱基编辑和Cas13介导的RNA编辑等的发展将进一步改善CRISPR技术的潜力和应用范围。

结论

目前儿科基因组学的应用实践主要侧重于基因诊断，即利用基因组技术显著提高的诊断能力来解释儿科罕见病。基因诊断在儿科各种疾病表型中都具有广泛的适用性，包括神经发育障碍性疾病、多发性先天性畸形、婴儿型癫痫性脑病和极度肥胖等等。

罕见的遗传病通常是严重的、终身的，有时是致命的，所以适度的专家临床评估方面的是合理的，以确保基因组分析所提示的诊断在临床上是正确的。以前未解决的儿科病例，经基因组测序的诊断率已经达到40%左右 (尽管这个数字随着临床指标的变化而变化)，随着人类知识的增长，该数字还将继续增长。目前仍然有许多未知有待发现，甚至关于疾病的根本致病原因，目前约有70%的编码蛋白的基因还没有确定人类疾病表型。然而，我们对儿科罕见病的基因组结构和各种单变异或组合变异导致疾病的多种机制的理解，都可能会持续丰富。进一步深入了解大多数罕见病的分子基础，也将带来治疗效益：治疗方案将被简化，现有的药物可能被重新使用，新的靶向疗法将被开发出来。囊性纤维化疾病的最近研究表明通过分子遗传学基础对疾病进行分层，可以进行更严格的临床试验来评估新疗法。通过一款简易的软件更新，能快速地将新发现实施到WGS/WES临床检测中， 每次更新便可将一个新的基因添加到panel中，从而避免了重新设计、测试和销售一个新的检测产品。此外，从基因组数据的综合性本质可以看出，它已成为所有儿童常规护理不可分割的一部分。基因组数据可用于促进新生儿筛查, 的改善，通过鉴定对特定的感染的易感性来进行靶向免疫，并协助风险分级管理和个性化的治疗。这些方面不仅对儿科罕见病可以实施，也可应用于常见的儿科疾病。

尽管，显而易见，通过计算机模拟分析无疑可以改进基因变异的解读，但基因型所引起表型本身所固有的生物复杂性，在很大程度上对仅依靠自动化功能预测的尝试带来挫败。努力记录临床基因型-表型之间的关联对于支持基因组医学的安全实践至关重要。需要进一步调研来评估影响基因组诊断可靠性的因素和临床效用。此外，还需要更多的研究来确定，安全实施基因组诊断所需的表型信息的数量和类型，并且在诊断流程中最好将这些信息都纳入。尽管如此，随着这些领域的不断进步，随着测序成本的不断下降以及人类相关知识的积累，我们可以期待未来几乎所有患有严重罕见遗传病的儿童都能够获得精准且特异的基因诊断。（转化医学网360zhyx.com）