「智因連載」兒科基因組學：在兒童罕見病診斷中的應用（一）

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智因東方為奮戰在兒科遺傳病診斷戰線上的臨床醫生、遺傳學家奉上一篇《NATURE REVIEWS GENETICS》新近刊登的綜述《Paediatric genomics: diagnosing rare disease in children》（PMID: 29398702）的完整譯文，這篇綜述將NGS用於兒童遺傳病診斷的方方面面進行了闡述，包括以下大家關心的問題：

• 哪些患者需要做基因檢測？
• 選擇哪種檢測策略，是Sanger測序、WES、trioWES還是WGS？
• 核心家系模式（trio）與先證者模式相比有什麼優勢？
• 變異數據該如何過濾、判斷，並與臨床信息整合分析？
• 如何考量基因檢測所涉及的倫理問題？

對上述及其他諸多問題，文章進行了全面的、高屋建瓴的闡述。

本文堪稱鴻篇巨製，是全面深刻理解遺傳病精準診斷的不可多得的綱領性文獻。

以下是譯文，共約2萬字。

兒科基因組學：在兒童罕見病診斷中的應用

Caroline F. Wright, David R. FitzPatrickand Helen V. Firth

譯者：徐柯、權小芳、谷為岳、孫培

摘要：很多罕見病都累及兒童，且這些罕見病患兒的發病情形多數是由於潛在的遺傳因素所導致的。

然而，利用當前的知識和技術對這些罕見病進行分子診斷仍是一項挑戰。

兒科基因組學通過將新一代測序技術，特別是全外顯子組測序(WES)和全基因組測序(WGS)技術，應用到該領域的研究及臨床實踐中以攻克這項挑戰，目前其尚處於一個發展不甚成熟但進展非常迅速的階段。

這種複雜多學科的方法，結合不斷增加的人群遺傳變異數據，已經大幅提高了致病基因的發現率，並促進了兒科罕見疾病的診斷。

重要的是，對於受累家庭，一種更好地了解罕見病遺傳基礎的方法，能夠轉化成更精準的疾病預後、管理、監測和遺傳諮詢，並促進新療法的研究，和提供更好的醫療支持。

罕見病被定義為，在普通人群中發生率低於1/2,000 的疾病。

由於罕見病通常會對生殖適合度產生不利影響，故而這類疾病在一般人群中很少見。

目前約有7,000種罕見病，其中～80％被認為是由於遺傳因素所導致。

多數（50-75％）罕見病累及兒童, 且很多是具有一系列表型、累及多系統的嚴重疾病（FIG.1）。

從整體來看，這些疾病是兒科住院患兒的重要病因，35%的這些罕見病患兒在1歲內死亡；1/3的先天罕見病患兒的生存期將不超過5年。

雖然近1500個基因的罕見變異已被證明可導致發育障礙性疾病（developmental disorders），但仍有許多致病基因有待被發現。

精準診斷——這裡被定義為識別出可解釋罕見病臨床特徵（表型）的精確分子致病原因（基因型）——是安全醫療實踐的基礎。

對於罕見遺傳病的患兒們來說，一種可靠的基因診斷方法，不僅為其得以利用醫學文獻中的豐富信息提供了鑰匙，這些文獻信息提供了疾病管理和治療方面的建議，還有可能使其接觸到特定疾病的支持群體，使這些罕見病家庭不再孤立無援。

強有力的基因診斷也能夠精確測定家庭成員目前和未來的患病風險。

然而，因這些疾病的基因和表型的多變性以及因我們認識的局限性所致，對每個個體進行精確診斷仍然是一個相當大的挑戰。

為應對這一挑戰，國際罕見病研究聯盟（International RareDiseases Research Consortium, IRDiRC）最近發出了2017-2027未來十年的願景：「讓所有罕見病患者在就醫的第一年，都能夠得到精準的診斷、關懷，以及儘可能的治療資源」。

致病性基因變異的範圍，從變異大小來說，可以從單個鹼基對的替換、缺失或重複，到基因結構變異，乃至整個染色體拷貝數的改變（非整倍體），或基因組拷貝數的改變（例如二/三倍體嵌合）。

不僅由這些變異單獨導致疾病的情況非常罕見或極罕見（＜100,000），而且通常還存在由於疾病外顯率差異以及同種疾病不同患者的表現度差異所呈現的臨床表型的多變性。

這種遺傳病的多變性部分甚至全部（在極端條件下）可歸因於基因座異質性（locus heterogeneity）和等位（基因）異質性（allelic heterogeneity）；例如「智力障礙」的臨床特徵，可能是由一個或多個（＞700個）不同基因的單個等位基因變異或雙等位基因變異引起的。

其他導致遺傳病多變性的原因還包括一個基因或多個其他基因（修飾）的多個遺傳變異和環境因素，但目前我們對這些因素很難進行識別和量化。

因此，大多數罕見遺傳病並不具有高度特異性的臨床表型，並且臨床上通過經典方法難以診斷，所謂的經典方法，即依賴於臨床表型模式一致性的識別，如發育異常、特異部位的畸形以及特徵性面容等表型的組合。

此外，並不是所有兒科罕見病病因都歸因於遺傳，在世界範圍內仍有很小一部分但非常重要的原因是由於致畸物的接觸（如胎兒酒精綜合徵，先天性弓形蟲病或茲卡病毒感染）。

因此到目前為止，大多數罕見病患兒，尤其是發育障礙的患兒，仍未得到確診。

新一代測序技術（NGS）大大提升了獲得基因診斷的預期，因為在用這種方法時，這些患兒的基因型和臨床表型是不可知的。

對基因組中每個基因同時測序，能檢測出個體基因組中存在的絕大多數可能致病的基因變異，使得跨越一系列複雜的兒科臨床表型進行診斷成為可能（FIG.1），甚至對於罕見和極其罕見的病例，包括那些兒科臨床醫生可能都很陌生的罕見病，也可望得到診斷。

一旦某綜合徵的遺傳基礎得到確認，其被發現的臨床表現往往會增多（稱為綜合徵擴張），因為我們已經認識到，相同的分子遺傳基礎可以表現為輕微表型或部分表型的組合。

基因組檢測技術的進步對兒科罕見病有著特殊的影響，與成人罕見遺傳病相比，兒科罕見病因其早期發病以及致病變異性質和發生頻率的差異，意味著診斷陽性率通常會較高。

嚴重發育障礙性疾病的生殖適合度通常很差；沒有強大的平衡選擇（相對罕見），或受到社會上和/或地理上隔絕的婚配的影響（相對常見），這類疾病的基因變異在人群中難以傳代維持。

因此，嚴重兒科遺傳病的致病變異預期應該是極罕見變異和往往是新發（de novo）變異（顯性遺傳模式），或在近親婚配人群或奠基者人群中富集的變異（隱性遺傳模式）。

儘管人類基因組在不同的個體之間存在大約400萬至500萬個的多態性變異位點，但這些變異位點絕大多數是常見且良性的變異。

那些罕見危害性新發變異（和雙等位變異的組合）不太可能出現在成人對照群體中，故兒科罕見病的基因診斷可以由此而簡化。

上圖中給出了每個表型類別的全外顯子組測序的診斷率和相應的PubMed文獻識別號（PMID）；僅採用了病例數≥10的臨床病例系列，且僅包括已知或可能致病基因的致病性或可能的致病性變異。

除了神經發育障礙性疾病以外，其他許多種類的疾病缺少相應的研究報導。

上圖中圖框的大小與在兒科臨床實踐中統計的疾病表型流行率大致成正比。

本文主要綜述了基因組學在兒科罕見病診斷中的應用，不涉及腫瘤的體細胞變異或基因組學在兒科癌症診斷或管理中的應用。

我們首先概述了從傳統的基因診斷檢測轉向NGS檢測的益處。

接著，我們著重討論了數據分析的一些問題，並認真考慮了全外顯子測序（WES）或全基因組測序（WGS）在目前臨床上應用的主要適應症。

最後，我們從工作流程的改進、更廣泛的應用和治療機會等三方面討論了兒科基因組學的未來。

關於兒科基因組學：在兒童罕見病診斷中的應用的後續內容更加精彩，請繼續關注……