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外显子组测序（WES）助力中国儿童罕见病分子诊断！
发布时间：2018-06-01
导读
近 年来，二代测序技术（NGS）无疑是基因检测行业的“明星”，因其通量高、成本相对低等特点，已被广泛应用于临床实践。二代测序方法中全基因组测序 （WGS）、全外显子组测序（WES）和靶向基因测序是最为常用的方法。在相同经济成本下：WGS覆盖了最广泛的基因组区域，但通常测序平均深度低，发现 的突变的置信度可能下降；疾病相关基因的靶向测序所需的测序量较少，获得的测序深度大，但不适合用于罕见的、或者相关疾病基因研究不成熟的遗传病，因此在 临床中的应用也较为局限；而WES相比WGS而言，主要关注与疾病相关的基因外显子区域，因此测序量降低，而测序深度提高，使得能够在较低的成本下发现突 变，且结果更加可靠；与靶向测序相比，虽然WES的测序深度没有优势，但检测的基因更多、更全面，在临床中也有其应用价值，尤其是对临床表现不典型的患 者。
2017 年，上海儿童医学中心沈亦平、王剑教授团队在医学遗传学权威学术杂志《Genetics in Medicine》上发表了关于如何利用二代测序技术在中国开展对儿科罕见遗传病的分子诊断的研究。研究表明，国内目前在临床遗传医生、遗传咨询师等专业 人员匮乏的状态下，仅对先证者进行医学外显子测序（Proband-only Medical Exome Sequencing，POMES）具有较高的经济性和临床有效性。本文对这项研究的主要内容进行简要介绍。
研究思路
该 研究回顾了自2015年4月至2016年12月在上海儿童医学中心进行医学外显子测序的1323例患者，其中，门诊患者725人，住院患者598人，这些 患者的检测是由136名临床医生进行推荐的。这1323位患者中包含781位男性，542位女性，其年龄结构如图a所示；752位门诊患者的患病类型 中，451位为儿科门诊患者，占门诊患者的62%，紧随其后的是心血管疾病患者106人，占门诊患者15%（见图b）；598位住院患者的住院科室如图c 所示，大多数住院患者来自心脏病科室（181人），内分泌科（151人），神经科（63人），呼吸科（49人）等等。该研究按照2015年美国医学遗传学 和基因组学协会（ACMG）提出的变异分类指南对所有入组患者通过医学外显子测序鉴定得到的遗传学变异进行了分类评估。
图a：入组患者的年龄与性别分布
图b：门诊患者来源科室分布
图c：住院患者来源科室分布
研究结果
该 项目共检测出了961个变异，研究人员根据2015年ACMG指南对所检出变异进行了分类（见图d），其中意义未明的变异（VUS）占到44%，致病变异 （Pathogenic variants）占33%，可能致病的变异（Probably pathogenic variants）占20%，可能良性的变异（Probably benign）占27.3%，良性变异（Benign）占1%。
512个致病性或可能致病性变异中，45%为错义突变，21%为移码突变，无义突变占到19%，剪接位点变异占8%，其余还包括拷贝数变异（CNVs）、内含子区变异、起始密码子变异等（见图e）。这512个变异中有210个为全球首次报道，这极大的丰富了中国人群罕见疾病突变谱。
图d：检出变异的致病性分布（参照ACMG指南）
图e：检出变异的类型分布
综合患者上述POMES及变异分析结果与患者的临床表型信息和其他临床检测结果，381名患者得到了确诊，诊断率达到28.79%，共检测出罕见遗传病216种，对于肾脏疾病和皮肤病的诊断率超过了40%（见下表）。后续的随访数据显示，分子诊断的相关结果在临床工作中起到了重要的作用：一方面，对28%的确诊患者进行了其他针对性的临床检测或推荐到其他科室做专业的评估；另一方面，分子诊断结果也为45.1%的病人的临床干预治疗提供了方案。
表1：不同疾病组的诊断率
同时，该项目对这些患者门诊和病房的诊断率进行了统计，儿科重症监护室取得了最高的分子诊断率（35%），新生儿重症监护室的患者则最低（10%）。详见图f。
图f：不同科室的诊断率
总结
医 学遗传学作为独立的医学专科在国内发展时间较短，目前存在临床医生遗传学知识相对不足，以及二代测序技术的推广面临的专业人员以及相关医疗保险匮乏等问 题。上海儿童医学中心的这项研究证明：因成本相对低廉，且不完全依赖临床医生的诊断（76.2%的患者在进行POMES检测时没有明确诊断），POMES 技术的应用对这些问题起到了一定的平衡作用，该技术在现阶段发展水平下具有较高的推广价值。
后记
人 类基因组大约含18万个外显子，约85%的致病突变位于外显子区域，因此，WES可以快速、有效地鉴定人类疾病遗传变异。2009年8月，Ng等通过 WES从4名弗里曼谢尔登综合征（Freeman-Sheldon syndrome, FSS）中，准确的找出了致病基因MYH3，首次证明了WES在确定罕见病致病基因上的应用价值。近年来，越来越多的研究者将目光投向WES的临床实践， 尤其在罕见性遗传病的研究。
WES 可对单独依据临床或实验室难以确诊的不典型疾病、检查项目昂贵的疾病和基因突变型未知的疾病做出诊断，从而更加全面地了解疾病的病因和发展史，指导特异性 治疗；WES在单基因疾病诊断中也显现出独特的临床价值：WES能够发现单基因病的复杂表现，这在临床上有益于叠加症状和混杂表型的疾病诊断；此 外，WES对嵌合体的诊断优势明显，还可以发现新的致病基因。因此，WES的数据分析是一种具有高效成本效益的方式，在探索罕见性复杂疾病的功能变异和病 因学研究中发挥了重要作用。
就 复杂疾病而言，传统的关联研究，包括全基因组关联研究（GWAS），虽然能够鉴定出大量的常见变异，但是对于低频变异和罕见变异的检测能力有限。WES可 以达到更高测序深度，所以，无论是针对孟德尔疾病，还是诸如恶性肿瘤、重性精神疾病、心血管疾病等复杂疾病，WES的影响力逐渐显现，现已成为临床疾病诊 断和研究的强大工具！
参考文章
Hu X, Li N, Xu Y, Li G, Yu T, Yao RE, et al. Proband-only medical exome sequencing as a cost-effective first-tier genetic diagnostic test for patients without prior molecular tests and clinical diagnosis in a developing country: the China experience. Genet Med. 2017.doi: 10.1038/gim.2017.195.
