兒科基因組學：在兒童罕見病診斷中的應用連載（三）

新聞 02-28

乾貨 | 靠譜 | 實用

導讀

昨天的推送中介紹了兒科基因組學的數據整合和解讀，今天這篇文章主要介紹其臨床應用的考量。

臨床應用的考量

臨床評估基因組變異診斷的重要性，並將值得關注的結果傳達給家庭和其他衛生專業人員，這些過程應具備的專業知識，是在衛生保健系統中引入NGS檢測的必要前提。一個拖延多年懸而未決的診斷難題，常常會在新技術(如NGS)和新知識(如新致病基因的發現)的出現時迎刃而解，它們在當今的出現使得診斷成為可能，而這在數年前是不可能的。適當使用WES和WGS，有可能為罕見和極罕見的兒科疾病患者大大縮短診斷的「長篇史詩」，還能避免經常需要進行的侵入性和昂貴的檢查手段，例如肌肉活檢和腰椎穿刺。

然而，特別是對於非常年輕的患者，那些可能促進臨床診斷的檢查應繼續與WES或WGS並行，因為這些檢測結果可能有助於確定由診斷流程中發現的候選變異所提示的診斷的有效性（或恰恰相反）。在NGS檢測之後可能還需要進行後續的檢查（例如酶活性檢測或頭顱磁共振成像MRI掃描），用以確認在候選診斷中通常出現的特徵是否存在，以及提示的診斷在臨床上是否合理。患兒呈現的臨床表型特異性越低（例如新生兒張力減退），確定候選變異是否是相關的發現就越難。在新生兒重症監護病房（NICU）仔細選擇患兒後，可以在26小時內為危重症嬰兒完成基因診斷，但在大多數醫療機構中，由於缺乏有關的專業知識和相應的準備工作，且目前這種快速檢測的成本過高，這樣的加急診斷仍然無法實現。然而，它表明了快速診斷是可行的，並且為改進現有的以月、而非以天為單位的檢測周期提供了強大的驅動力。（譯者註：2018年2月，這一快速診斷的世界紀錄被刷新至19.5個小時）

臨床專業知識

雖然對於少數病症(如軟骨發育不全，GeneticTesting Registry MIM 100800)可以從基因型或可靠的臨床判斷中作出明確的分子診斷，但對於大多數罕見病，建立可靠的基因診斷需要整合分子遺傳或基因組數據（基因型）與患者的臨床特徵（表型）的相關性 (FIG. 3)。在大多數情況下，尚無法準確確定所需要的表型層級，通常建議由具有罕見疾病專業知識的臨床醫生來進行專家評估，以確保嚴重遺傳疾病患兒的分子診斷是有依據的。同樣，分子診斷結果能否完整解釋患兒的臨床表型，或者是否存在混合表型，也是值得專家評估的。對患有嚴重疾病的年輕患者提供終身基因診斷服務，這對於患者及其家屬實現安全及恰當的持續管理至關重要。根據遺傳變異的不同，這一過程通常需要對近期主要的出版物進行回顧，並進行額外的臨床評估和調查，以確定臨床適用性，並證實或排除之前所提示的分子診斷結果，同時進行家系共分離分析以確定提示的分子診斷結果是否符合所觀察的家系中的遺傳模式。此外，對於罕見/極罕見疾病患者，應投入時間去充分調查研究試驗性療法的可行性。這一系列的醫療關懷是非常耗時的，但對基因組醫學的安全實踐至關重要。在一般的兒科諮詢中，履行上述關懷所需的時間和專業知識可能不容易達到，因此轉診到臨床遺傳學服務單位可能更為合適。

在哪個場景需要臨床基因組學專業知識的參與，是在提交檢測申請時，還是在評估候選變異時，還是兩種情況都需要，目前尚不清楚。基因組陣列分析的臨床實踐經驗表明，一旦確定了候選變異就需要臨床專家對其進行評估，以確定它們是否是可靠的基因診斷結果，因此在此時專業知識的介入為最佳。對於最初WES或WGS檢測報告為陰性但遺傳學仍提示可疑的這類患者，也將從遺傳學專家的評估中受益。隨著WGS的應用越來越廣泛，臨床上對WGS數據的再分析可能成為臨床遺傳學家關注的重點，因為以表型信息的獲取和以患者為核心的分析可以提高診斷率。如果可以確定一個可能的臨床診斷，那麼可以在不太嚴格的情況下以及用更多的分析策略對現有的NGS數據進行重新分析，以嘗試識別標準診斷分析流程中所忽略了的那些變異。

Figure 3 | 運用二代測序技術，整合臨床和實驗室的工作流程，用以優化罕見病的診斷。

檢測對象

患者的選擇是至關重要的，要確保WES或WGS的適用對象主要是單基因病的患者 (BOX 2)。在這種情況下，將WES或WGS作為常規檢查的一部分用於排除疾病的遺傳原因則是非常有問題的。許多診斷途徑，特別是在兒科神經病學中，使用各種生物化學檢查來排除罕見病，例如先天性代謝缺陷，這種方式的每種個體病症導致臨床表型的先驗概率非常低。這是長期以來建立的部分臨床實踐，這種做法在正常範圍值有充分記錄的情況下可能是恰當的。然而，由NGS產生的大量不確定變異，以及缺乏可靠性使得這些變異被明確指定為良性或致病性，這意味著將WES或WGS用作遺傳病的通用排除性檢測是不合適的；因此，目前NGS的檢測應該對臨床高度懷疑有潛在遺傳病的患者保留檢測。事實上，通過適當的病例選擇，NGS診斷可以變革診療。最近的一項研究為可能是單基因遺傳病的NICU患者建立了WES分子診斷方法，結果顯示32例患者中有23例（72％）的診斷改善了臨床診療。

檢測方法的選擇

檢測的選擇受到許多因素的影響，尤其是臨床診斷的信心度、表型特異性以及NGS測序、分析和解讀的成本和可用性(FIG. 2c)。例如，對於脂肪吸收不良的嬰兒，最恰當檢測方案是88毫摩爾/升的汗液氯化物測量及臨床診斷為囊性纖維化進行CFTR的單基因檢測，而非WES或WGS檢測。一般而言，臨床特徵的基因異質性越高，WES或WGS的適用性就越大。然而，檢測的範圍（即所涵蓋基因的數量）越廣泛，解讀結果所需的專業知識要求就越高，特別是對於許多缺乏簡單的確證性檢測（例如酶活性測定）的疾病。無論是用於研究還是診斷, WES在專家手中都勝過panel檢測，但它在日常臨床條件下，是否能更好地進行精準診斷則是另一個問題，而目前很少有公開的研究來告知和指導臨床實踐。現在精心設計的WES檢測方案包括高效捕獲啟動子、剪接區以及編碼序列，使大多數導致罕見病的SNVs可被檢測到。在2016年，WES的成本不到WGS成本的三分之一（內部數據），所以Trios家系WES 檢測與先證者WGS檢測的成本大致相當。Trios 家系分析的額外優勢是可以檢測新發突變（發育障礙疾病患兒最常見的原因）這一點和我們目前尚無法解讀的非編碼區變異結合起來意味著，在成本是一個限制因素的情況下，對於兒科罕見病的診斷，Trios家系WES檢測模式優於先證者WGS檢測模式。儘管如此，WGS在全外顯子組數據質量方面的優勢，以及對非編碼區變異和染色體結構變異的信息獲取等方面，可能最終將超過WES目前的成本優勢。

複雜性

一些患者存在兩種或更多種的遺傳診斷導致其呈現出混合表型，這種情況為診斷帶來挑戰。據估計，多種遺傳診斷集於一個患者的概率約為5％。因此，臨床醫生需要考慮基因檢測確定的候選診斷能否提供對患者臨床表型的全面解釋，還是僅為部分解釋而主要診斷仍待確定(BOX 3)。即使對於單一陽性診斷的患者，在個體患者中觀察到的臨床特徵也很少是單獨變異的結果。一個基因中的主效應變異，可以與基因中的中等效應的變異以及大量具有微效應的變異（通常位於基因組非編碼區）發生協同作用。這些變異的聯合效應，與環境暴露因素一起作用，可能會影響臨床特徵的外顯度和表現度，從而決定最終呈現出的臨床表型，這也就解釋了具有相同遺傳診斷的個體之間所見到的一些表型差異性。這種複雜性可能又是正常人群中許多行為和發育性狀的基礎。對於一些個體，即使沒有單一的主效應變異，累積的中等效應和微效應的不利變異的累積負荷也可能導致疾病的發生，例如自閉症障礙譜系。隨著時間的推移，我們對這種複雜性的理解可能會得到改善，並可能將來自高度外顯單基因的數據與遺傳風險評分進行整合，從而更好地對患者進行分層，進行個體化的預後評估和管理。

Box 2 |WES，WGS或panel用於兒科基因組分析的適應症

1. 神經發育障礙性疾病：例如發育遲緩和/或認知障礙（需要或可能需要特殊教育的程度）、癲癇性腦病或嚴重腦癱。

2. 先天性畸形：多發性先天性畸形（兩種或兩種以上的畸形）或單一主要畸形伴有神經發育障礙、生長缺陷、畸形特徵或異常行為。

3. 異常生長參數（身高、體重、頭圍）：兩個或兩個以上的參數異於（大於或小於）正常人群平均值3個標準差以上，或單個參數異於正常人群平均值4個標準差以上（肥胖症除外，其中孤立性肥胖的閾值大於4.5個標準差則強烈提示遺傳病因）。

4. 畸形特徵。

5. 行為異常或極端行為表型，合併上述一個或多個體征，則強烈提示遺傳致病。

6. 通過簡單的遺傳學基礎依據判斷以下情況可能與遺傳病相關：一個家族中數個成員受累；在同一家族中有另一家族成員受累，且其具有罕見的、與先證者一致的和獨特的表型；或與特定嚴重表型相似的單個病例。

價值

精準的基因診斷的益處包括更好地判斷預後、更有針對性的疾病管理以及疾病監測的改善。精準的基因診斷使得能夠向患者及其家屬提供準確的遺傳諮詢，並且可以為他們提供額外的優生選擇，例如通過實現胚胎植入前診斷、非侵入性產前檢測或產前診斷。它還有助於改善患者的健康、教育、社區醫療服務以及來自患者支援團體的信息分享和幫助。一旦有了可靠的分子和臨床診斷，GeneReviews和 Orphanet 等資源庫為臨床醫生提供疾病管理方面的專家建議，Unique 和Genetics HomeReference 等資源庫庫也將能夠為患者及其家屬提供簡潔、便於患者使用的疾病訊息摘要。在早期進行專家評估時，NGS的運用提供了一種經濟有效的方法，既可以提高診斷的機會，又可以顯著縮短診斷時間。在某些情況下，基因診斷還可以帶來更好的、或更個性化的治療。在兒科領域，外顯子組和基因組測序的應用，已經在發現新基因、基因診斷、患兒生活品質改善的案例研究報道中有許多驚人的進展。例如，在一項神經代謝性疾病患者的研究中，WES檢測使68％的患兒得到確診，新發現了11個候選致病基因，並為其中的44％患兒提供建議從而改善了治療。

Box 3 | 案例研究表明需要對候選變異進行專家評審

對某嬰兒癲癇性腦病的患兒進行基因組微陣列分析，檢測到1q21.1上～900kb的de novo致病性大片段重複CNV變異。一個沒有經驗的臨床醫生可能會認為該拷貝數變異即是對該患兒病情的確切診斷，因為大約有15-35％攜帶這種拷貝數變異的兒童會表現出癲癇發作。然而，1q21.1微重複綜合征患兒的癲癇發作通常在兒童期發病，並非嬰兒期，且對一線藥物治療反應良好，所以該變異更可能只參與導致了該患者次要的臨床表型，而主要表型的診斷在本次檢測中尚未得出。對患兒及其父母進行Trios家系模式的全外顯子測序分析（WES）後發現，該臨床表型主要是由於CHD2基因上新發的c.910G>T，p.Glu304Ter截短突變所導致的。由熟悉罕見病診斷的臨床醫師對基因檢測找到的變異進行專家評估是至關重要的，因為這樣可以確定找到的變異是否是導致患兒臨床表型的全部原因，還是協同因素，抑或是無關的發現。

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