全外显子测序技术在罕见及复杂疾病中的应用

Electronic Journal of Clinical Medical Literature

2019 年 第 6 卷第 79 期2019 Vol.6 No.79

全外显子测序技术在罕见及复杂疾病中的应用

张 强

（广西壮族自治区妇幼保健院遗传代谢中心，广西 南宁 530000）

【摘要】全外显子测序（Whole-exome sequencing,WES）是人类遗传学领域的一项重大突破。它能够直接发现与蛋白质功能变异相关的遗传变异,这大大促进了新致病基因的发现。我们总结了WES技术在罕见疾病和复杂疾病中的临床应用价值。以期可以使临床医生对该技术有更深一步的了解。

【关键词】罕见的疾病；变体检测；全外显子测序；应用价值

【中图分类号】R394 【文献标识码】A 【文章编号】ISSN.2095-8242.2019.79.192.01下一代测序(Next-generation sequencing，NGS)，特别是全外显子测序(WES)，代表了人类遗传学领域的重大突破。WES捕获探针仅覆盖人类基因组的1～1.5%[1]，然而该区域却包含了大约85%的已知致病基因变异[2]

。WES技术可一次性精准检测人类基因组中20000多个基因180000个外显子的致病变异位点[3]

。因此WES技术被认为是一种性价比最高的高通量技术。在过去的几年中，WES技术不断改进，现在正迅速进入临床实验室，并改变了临床检测和诊断的格局。

1 WES在临床罕见疾病诊断中的贡献

目前，罕见病约占人类疾病种类的10%,其中，约有80%的是由遗传因素所致。在过去，连锁分析一直是研究罕见病的主要手段[4]。然而，极其罕见或临床异质性大的疾病，小家系或散发病例并不适合这种方法。在过去的几年中，WES在罕见病的致病变异鉴定方面取得了巨大成功，并克服了连锁分析方法的一些局限。据报道，在2013年，WES就已鉴定了180多个新的致病基因。WES在基因鉴定方面的巨大成功导致了这项技术在临床实践中被广泛的应用。2009年，WES技术首次应用于临床诊断。根据临床特征，该患者最初被诊断为Bartter综合征。后进行了WES检查，发现SLC26A3基因中存在纯合变异，该变异与氯化物腹泻相关，经重新评估后，临床医生确认其是致病原因，并采用了相应的治疗方案，取得了很好的治疗效果。在某些情况下，WES甚至能够检测到先前基因检查方法遗漏的变异。例如Landoure等人曾报道了一例因TRPV4基因突变导致Charcot-Marie-Tooth 2型的病例。该患者最初行Sanger测序检查,但没有发现相关变异，后经WES检测发现了致病位点。这些例子均表明了WES在临床罕见病的检测中有很好的应用价值。特别是对于临床表型没有特异性或涉及大量基因的罕见疾病（如小儿心肌病超过50个致病基因）尤其如此。在某些情况下，不同疾病症状之间的重叠，扩大了潜在候选基因的范围，使得临床诊断更具挑战性，对于这种情况，应用WES可以获得最高的性价比。

2 WES在临床复杂疾病诊断中的贡献

复杂性疾病是一类由遗传和环境因素共同作用而引起的疾病，如自闭症，智力残疾(ID)等。虽然这些疾病可以在家庭中聚集，但遗传方式还不清楚。复杂疾病的研究大多采用全基因组关联研究(GWAS) ，其动机是共同变异/共同疾病假设。应用此方案已鉴定出大量易感基因，但通常每个单一变异只会使风险略有增加，因此这些遗传标记对

课题：广西卫生厅课题（Z20190311）

个体的医疗价值有限。此外，使用GWAS鉴定的大多数变异只解释了很小部分家族性聚集现象。为了解释复杂疾病家族聚集现象的可能原因，有人提出另一假设，即这些复杂疾病的遗传性是由于具有强烈效应的罕见遗传变异造成的。现在通常使用WES方法来确定罕见变异的贡献，特别是在类孟德尔疾病中。例如，使用WES检测出三个新基因(NOTCH3，SORL1和TREM2)与早发性阿尔茨海默病相关。这些患者大多数有家族史。这些患者致病基因的鉴定往往是通过在具有相同表现的患者中寻找来自于相同基因或来自相同通路上的基因突变。由于复杂疾病受累人群较大，因此，研究复杂疾病的遗传原因具有重要的治疗指导价值和社会意义。

大量案例已证实WES是鉴定致病变异的有力工具。然而，这些变异的解释对于临床实验室来说仍然具有挑战性。大多数情况下，基因变异位点由于缺乏相应公共数据库和文献的证据只能被归类为临床意义不明变异。大多数临床医生对此种变异不会采取任何措施。此种报告对患者的治疗和再育也不会有指导意义。但可喜的是，随着技术的进步，这种局面在不断的改善。即使存在种种困难，但WES在检测致病等位基因的能力上仍是目前其他方法所无可替代的。随着测序成本的降低和数据分析能力的进步，我们预计WGS最终将取代WES。虽然WGS在某些方面比WES更具优势，但在今天的医疗环境中，出于测序的成本，技术障碍(数据存储，计算分析)和变异解释方面综合考虑，在接下来的几年中，外显子测序仍会是临床医生用于罕见疾病及复杂疾病的首先检测技术。

参考文献

[1] Ng SB,Turner EH,Robertson PD,et al.Targeted capture and

massively parallel sequencing of 12 human exomes.Nature 2009;461(7261):272-6.

[2] Rosenfeld JA,Mason CE,Smith TM.Limitations of the human

reference genome for personalized genomics.PLoS One 2012;7(7):e40294.

[3] Yang Y,Muzny DM,Xia F,et al.Molecular findings among

patients referred for clinical whole-exome sequencing.JAMA 2014;312(18):1870-9.

[4] Zhang X.Exome sequencing greatly expedites the progressive

research of Mendelian diseases.Front Med 2014;8(1):42-57.

本文编辑：吴 卫