上海儿童医学中心王剑:下一代测序技术(NGS),掀开遗传病诊断的新篇章

近些年来,随着基因组学技术的迅猛发展,精准医学的理念逐渐得到推崇并日益深入人心,遗传性疾病的诊断迎来了新气象。根据此前统计数据,我国新生儿出生缺陷率约为5.6%,而且呈逐年上升态势,在巨大的人口基数下,我国出生缺陷患儿的绝对数量十分庞大,每年新增出生缺陷儿约90万例,平均每30秒就有一名缺陷儿出生,每年国家和社会的经济负担高达数千亿元。在如此残酷的生育数据背后,无数家庭正承受着出生缺陷带来的不幸…… 随着现代医学的进步,所有学科在临床工作中都将面临遗传疾病的挑战。近日,测序中国对话了上海交通大学医学院附属上海儿童医学中心分子诊断实验室主任王剑,共同探讨了下一代测序技术为遗传病诊断带来的机遇与挑战。

迈入遗传病诊断的新时代

测序中国:王剑教授,您好!随着分子检测技术的高速发展,遗传性疾病的诊疗迎来了新的机遇。您能否介绍一下目前遗传病诊断的常用方法?下一代测序技术在其中发挥了怎样的作用?

王剑教授:人类基因组变异的范围大小可以从单个碱基到整条染色体不等,主要可分为染色体异常、拷贝数变异以及单个或多个碱基的变异。根据变异大小的不同,经典的基因检测方法有染色体核型分析、基因芯片、荧光原位杂交、多重连接依赖的探针扩增和一代(Sanger)测序等,但这些传统方法均有一定的局限性。下一代测序(Next generation sequencing,NGS)是最近十年诞生的全新的DNA测序技术,它能同时对几十万至几亿的DNA分子进行平行测定,与传统的一代测序技术相比,具有高通量、高敏感性等优势,因此也称为“高通量测序技术”,可以说是对传统Sanger 测序革命性的改变。

随着NGS技术的成熟、费用的降低和实验周期的缩短,基因检测技术在大规模人群中的运用逐渐成为现实。目前NGS正越来越广泛地被应用于科学研究和疾病的临床诊断中。

在科学研究方面,NGS已成为目前鉴定罕见病新致病基因最重要的研究工具,同时也可以帮助寻找肿瘤等多基因疾病的致病易感基因、探索致病机理等。在疾病的临床诊断方面,随着NGS技术的不断完善和生物信息学技术的高速发展,近几年来NGS正逐步被用于临床诊断的实践领域,利用测序信息结合临床表型可对遗传性疾病做出正确的分子诊断。只要有生命传承,就有发生遗传病的可能,毋庸置疑,在遗传病的诊断中,NGS技术已逐渐成为一项不可或缺的检测手段,也必将在未来发挥出更加关键的作用。

缩短遗传病诊断周期:标准化和自动化是关键

测序中国:当前阶段遗传病诊断存在诊断率低、诊断周期长等问题,造成这种情况的原因有哪些?基于这些问题,我们应该如何进行改进?

王剑教授:提高诊断率、缩短诊断周期可以间接降低医疗成本,使临床尽早采取合理的治疗决策,为病人提供精准的治疗方案,在临床上有着重要的意义。而诊断周期的很大程度上取决于测序周期。因此,对于这两个问题,我认为主要有以下几方面原因及解决策略。

1.缺乏标准化和自动化的实验流程。NGS实验流程复杂,建库、杂交等步骤需要大量的手工实验,实验时间长且容易出错,这是遗传病诊断周期长的重要原因。唯有采取无缝运营的流程,大幅度缩短测序周期,才能缩短诊断周期,最终提高诊断效率。实验室方面需要对测序数据进行严格的质量控制及有效性评估,并逐步往自动化实验、信息化管理发展。

2.在选择基因检测项目和变异解读方面,目前从业人员所掌握的专业知识及经验“良莠不齐”,有可能会遗漏真正的“致病性”变异或选择了不合适的基因检测项目。比如脊髓性肌萎缩症SMA,因为多为7,8号外显子缺失且有同源基因序列干扰,所以一般应该选择MLPA、荧光定量PCR等方法,如果选择NGS就容易漏检。这就需要培养大批训练有素的临床遗传医师和遗传咨询师,因全外显子组测序这样复杂检测的需要,因此也需要培养临床基因组专家。

3.临床表型描述不详实,甚至作出错误的表达或诊断,造成后续数据分析变异解读时发生严重疾病方向性偏差。因此,临床需要适当加强医学遗传学知识普及,临床医生需要对临床表型信息进行完整的确认及标准化的表达,并选择恰当的基因检测方法。

4.各个实验室需要考虑经济成本方面的原因,致使文库捕获效率、数据质量方面差异较大。另外,上机测序成本也是目前需要考虑的问题之一,大型测序仪往往可以大大降低测序成本,但中小型实验室往往需要积累很长时间才能凑足上机的样本量,导至实验周期拉长。

建立三位一体的遗传病诊疗体系

测序中国:在遗传性疾病的诊断中,测序机构、临床医生及遗传咨询师等将分别扮演什么样的角色?我们应该如何使三者有机地结合到一起?

王剑教授:临床医生是整个遗传性疾病的诊断中的最重要一环,需要能够初步鉴别遗传性疾病,详细准确地记录并描述患者的表型,并选择合适的基因检测方法。当拿到检测报告后,临床医生还需要结合临床表型与基因型,通过查询病例文献、会诊讨论等,最终诊断是否为遗传病,并采取最有利于患者的处理方法。

测序机构需要不断对检测技术平台及检测项目进行优化、验证等,并建立一个标准化的流程(SOP)和质量保障措施,以保证检测的技术有效性。出具临床报告应该严格遵守ACMG等专业学会指南,报告的变异应该和患者的临床表型有关联,需要分析界定可报、不可报的基因/变异种类。实验室间还需要共享经验,共享变异分析的结果、临床资源等,从而达到共赢的目的。

遗传咨询师的主要工作包括为临床医生及病人就基因检测报告提供针对性的诠释及咨询,包括分析确定遗传模式,评估疾病或症状的发生风险与再发风险以及提供下一步的建议;解释遗传疾病的发病原因、疾病自然发展史、临床表现与可能的干预及治疗措施,预后情况;使用心理评估识别病患及家属在情感、社会、教育以及文化等方面的理解及接受问题;评测客户和/或家庭对出现疾病或存在疾病发风险的理解及反应程度;充分了解并为病人及家属提供有效的医学、教育、经济以及心理等社会资源,包括权威性的信息源(书籍文献网站等),专家库,互助组织等信息;引导病患及家属参与诊断及研究项目,提供知情同意的解释。

这三者是一个彼此紧密联系的有机整体,缺一不可。彼此应该相互尊重、相互学习,共同提高。各方应意识到,大家的目标是一致的,即帮助遗传病患者及家属能够获得及时、准确的诊断,并得到并采取有效的临床治疗决策。

同时,与国外相比,我国遗传医师与遗传咨询师培训体系严重落后,目前主要的任务是培养一批懂基因组科学,也有一定临床知识的遗传咨询师。遗传咨询是个体化医学的具体体现,因为为一个病例家庭都有属于自己的情况,所以要求针对每一个病例有个体化的咨询方式和内容。我们也应该清醒地认识到遗传咨询还远远做不到精准,因为变异的临床意义、疾病的临床表现都有很大的可变性,对于许多疾病在中国病人中的临床表型,我们还了解甚少,我们需要鼓励临床医生不断总结和发表罕见病的自然史、预后、治疗效果等经验,为更精确的咨询提供依据。

遗传病诊断前路光明

测序中国:您认为遗传性疾病的诊断在未来有着怎样的发展机遇?

王剑教授:NGS技术的发展使我们能在较短的时间内以较为合理的成本进行个体化的基因组测序,自2009年用于遗传病的研究与诊断以来,从根本上改变了传统的遗传病基因诊断思路和流程。可以在没有明确的临床诊断的情况下,通过基因突变的证据达到对罕见遗传病的明确诊断,甚至在一些特殊的病例及家系中能揭示新的候选致病基因。

未来,随着对人类疾病研究的不断深入,NGS技术的不断进步以及变异数据库的建立和相关法律法规的完善,NGS在遗传病临床分子诊断领域的应用将逐步普及。我们应该积极与美国等医学遗传学体系较完善国家的相关组织积极沟通交流,并多邀请一些华人遗传学家多参与我们国家的体系建设及人才培养等,以看齐国际先进水平为起点,搭建高标准建设平台,加强国内外的合作和交流,建设具有我国特色的基因产业。我相信,未来必将有更多的遗传病患者及家庭能够获得及时、准确的诊断和个性化的遗传咨询,得到有效的临床治疗决策。

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