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WES在遗传性疾病分子诊断中的应用


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        随着测序技术、测序仪器、生物信息学分析方法和基因组学的快速发展，以及大规模人群数据库的建立，全外显子组测序（WES）对遗传性疾病的诊断效能持续提高。WES在临床诊断中的推广，一方面显著加快了疾病致病基因的发现、促进了对遗传性疾病分子遗传机制的认识；另一方面也显著提升了遗传性疾病的诊断能力。但在实际临床应用中，WES对不同疾病/表型的诊断效能、在不同类型遗传变异的检测性能上仍存在较大的差异，今天跟大家介绍一篇专家述评，从WES捕获试剂、过程的性能验证和质量管控以及WES检测的变异类型阐述WES在遗传性疾病分子诊断中的应用。



01:不同的WES捕获试剂存在差异

        目前市面上WES捕获试剂盒主要来自罗氏、安捷伦和IDT。不同厂家的WES捕获试剂盒由于基因覆盖范围(侧翼序列长度、UTR)、探针类型及长度等的不同，因此具有不同的侧重点，从而导致检出的基因变异、数量、质量等方面存在差异，故不同实验室的WES数据在基因覆盖质量上呈现出很大的不一致性。因此，在WES临床实际应用中，特别是在WES检测结果阴性的时候，需要重点关注临床疾病/表型密切相关致病基因的覆盖水平，以免假阴性的发生。


02:需要注重性能验证和质量管理

性能验证

        WES是高度复杂的实验诊断项目，分为湿实验和干实验，每个部分均涉及很多步骤。作为临床诊断项目，任何一个开展WES检测的实验室均需对其进行充分的性能验证。湿实验方面一般会把标准品NA12878作为实验样本进行性能验证；干实验方面，除了NA12878的数据集，HapMap、1000 Genome数据集，另一个全基因组数据集(NA19240)也可作为虚拟样本用于WES的性能验证。


质量管理

        临床WES检测的质量管理主要分为日常质量控制和周期性实施的质量保证两部分。湿实验的日常质量控制主要是在污染风险较高的实验步骤避免污染以及如何避免样本混淆等方面；而干实验的日常质量控制主要是评估测序数据质量是否符合设定的质量参数阈值以及定期对数据分析过程中的软件版本、监控软件、参考序列、数据库等进行更新管理和审核，以确保分析结果的准确。周期性实施的质量保证主要是参加实验室外部的能力验证（PT）活动或其他替代评估活动可对WES进行周期性、持续性的质量保证措施。


03:WES可以检测多种基因变异

        WES可以检测多种基因变异，包括单核苷酸变异(SNVs)和小插入/缺失变异(Indel)、拷贝数变异（CNV）、嵌合变异。


单核苷酸变异(SNVs)和小插入/缺失变异(Indel)

        据估计，95%致病性基因变异存在于人类基因组中包含的约20 000个蛋白编码基因序列中，而WES可以高效地检测与遗传性疾病致病相关的罕见SNVs和Indel。迄今，已有大量研究分析评估了WES的诊断效能，发现WES对遗传性疾病的临床分子诊断率为25%~50%，在成年患者(大于18岁)中诊断率稍低。


拷贝数变异（CNV）

        拷贝数变异(CNV)是发育迟缓、智力障碍、多发畸形及自闭症谱系障碍等疾病的重要致病原因，已有多个国内外指南/专家共识建议染色体芯片分析(CMA)作为上述疾病的一线分子诊断方法。现在基于WES测序数据上也可进行CNV分析，能将遗传性疾病总体诊断率提高约2%。


嵌合变异

        WES技术具有检测低丰度基因变异的能力，能显著提高此类变异在遗传性疾病，如神经发育性疾病、先天性心脏病、自闭症等中的检出率。


        综上所述，WES在遗传性疾病的实验诊断中发挥了巨大的提升作用，但WES还需要在CNV 分析、杂合性缺失（AOH）/单亲二倍体（UPD）分析及短串联重复序列分析等方面进一步完善。除此之外，与WES相关的算法、软件、数据库和知识库也需要进一步提升，从而进一步促进WES在遗传病疾病诊断中的应用。



参考文献：

郑昭璟, 傅启华. 全外显子组测序在遗传性疾病分子诊断中的应用[J]. 国际检验医学杂志, 2020, 41(7)