第七节
全基因组测序技术在遗传病诊断中的应用

人类基因组测序项目已于2003年完成，耗资约30亿美元。这个基因组序列给人们带来了巨大的希望，它将彻底改变人类对几乎所有疾病的发生机制和治疗手段的理解。人类基因组序列无疑在加速理解许多疾病的病理生物学方面发挥了重要作用。

下一代测序技术的应用

下一代测序（NGS）技术近年来在遗传病检测领域得到了广泛应用，以靶向测序及全外显子组测序为代表的技术已成为遗传病诊断的重要工具。以自身炎症性疾病为例，其核心特征是因自身固有免疫功能异常而持续产生炎症。这些疾病的临床表现多样，可表现在某一特定器官，也可呈现出全身症状，如家族性地中海热（FMF）、高IgD伴周期性发热综合征、荨麻疹-耳聋-淀粉样变性病以及家族性寒冷性荨麻疹等。这20年来，新发现的自身炎症性疾病大体分为两类：一类是老基因、新疾病，相当于对固有免疫系统中已知分子的结构、功能或信号通路的再认识；另一类则是新基因、新疾病，以及与之相对应的新的免疫通路或机制。这些全新内容的出现离不开遗传学技术的帮助，全基因组测序就是其中一种重要手段。研究者已针对临床上疑似自身炎症性疾病的患者制定了MDT诊疗流程（图1-7-1），用来明确这些患者的分子病因。

全基因组测序的应用研究

NGS技术在临床上的应用包括疾病诊断、疾病筛查、产前筛查、药物指导和个体化用药等（图1-7-2）。在遗传病的诊断方面，基于NGS的全基因组测序（WGS）理论上可以同时检测单核苷酸变异、结构变异（含拷贝数变异）及线粒体变异等，有望进一步提升临床遗传病中自身炎症性疾病的检测效能。它可能会彻底改变带有遗传因素的疾病诊断方式，有助于理解许多疾病发展背后的机制。2019年，《中华儿科杂志》刊发《全基因组测序在遗传病检测中的临床应用专家共识》。该共识适用于以NGS技术为主的高覆盖度WGS（通常＞40X）在遗传病临床诊断性检测中的应用，主要针对符合孟德尔遗传规律的基因或基因组疾病。2021年Yan Sun等人证实WGS检测单核苷酸变异和插入缺失片段（SNV/indel）的灵敏度和阳性预测值随着平均深度的增加而增加，并在平均测序深度40X处达到平稳。在＜1 kb的拷贝数变异（CNV）中，不同工具检测CNV的灵敏度有很大的差异。疾病相关基因和CNV的覆盖度随平均深度增加而增加。

除了研究和选定的临床应用之外，关于WGS的实施还有一些重要的、尚未解决的问题，如：WGS技术和基因型表型连锁的假阳性率是多少？如何解决这些问题？有多少患者会因为这些假阳性而接受不必要的、昂贵的、可能有害的手术？此外，对WGS数据进行全面临床解读的人类资源需求仍然是相当巨大的，且对可能引起疾病的基因变异株的分类还存在着很大的不确定性。

全基因组测序的临床适应证

基于对WGS临床应用的争论，以下情况临床医师可推荐患者使用WGS进行基因诊断：①如高度怀疑患者有自身炎症性疾病（临床症状、体征和其他检测结果提示，家族史阳性或近亲结婚家系），但先前经过染色体核型、微阵列芯片或全外显子组测序等一种或多种遗传学检测均未获得明确的分子诊断，WGS可能是进一步评估的最佳选择；②如患者表型为非特异性（原因不明的发热等），为获得时间或经济效益而寻求一次性、全面性的遗传学检测（新生儿或重症患儿等），可推荐使用WGS检测方法；③目标疾病遗传异质性低，虽已有公认的靶向检测方法，但有可能部分致病变异（非编码区变异等）不在靶向检测的范围，这种情况也可使用WGS。

但对于一些疾病，不推荐使用WGS。目标疾病致病基因的相当一部分变异类型不在WGS检测范围，如贝-维综合征（Beckwith-Wiedemann syndrome）等基因印迹疾病，或目标疾病致病基因存在同源区域等情况，如先天性肾上腺皮质增生症（ CYP21A2 基因相关）等，不推荐使用WGS进行基因诊断。

随着测序成本的降低，WGS有可能改变罕见和未诊断疾病的临床诊断方式，在不久的将来成为临床诊疗常规的一部分。

（刘光明 沈君）

参考文献

［1］中国医师协会医学遗传医师分会，中华医学会儿科学分会内分泌遗传代谢学组，中国医师协会青春期医学专业委员会临床遗传学组，等. 全基因组测序在遗传病检测中的临床应用专家共识［J］. 中华儿科杂志，2019，57（6）：419-423.

［2］于仲勋，宋红梅. 自身炎症性疾病的过去、现在与未来［J］. 中国科学（生命科学），2021，51（8）：1031-1039.

［3］CHRYSTOJA C C，DIAMANDIS E P．Whole genome sequencing as a diagnostic test：challenges and opportunities［J］. Clin Chem，2014，60（5）：724-733.

［4］SUN Y，LIU F，FAN C，et al. Characterizing sensitivity and coverage of clinical WGS as a diagnostic test for genetic disorders［J］. BMC Med Genomics，2021，14（1）：102.

［5］DEPRISTO M A，BANKS E，ROPLIN R，et al. A framework for variation discovery and genotyping using next-generation DNA sequencing data［J］. Nat Genet，2011，43（5）：491–498.

［6］MEYNERT A M，ANSARI M，FITZPATRICK D R，et al. Variant detection sensitivity and biases in whole genome and exome sequencing［J］. BMC Bioinf，2014，15（1）：247. m3JPG7bwyt92TKNd1sRDQw+yb6wCMC//z7sgwqUb/9fzqVKZntBAWI5D57t0S4DN