Cell子刊：35家研究机构综述罕见遗传病诊断现状
关键词：罕见遗传病诊断 国际罕见病联盟
医学应用外显子方案
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【概要】基因检测如何帮助遗传病诊断？16年来受SMA折磨的患者因为基因靶向药物，可以摆动手指够到脚尖。治疗始于诊断，据预估临床遗传病的诊断率仅为50%，其中30%的成功诊断病例得益于基因诊断。5月4日，国际罕见病联盟在《Cell》子刊《AJHG》上发表罕见病综述文章，同时，医学应用外显子提供了解决方案。参考资料见文末。回复“AImedExome”即可获得文献pdf。
作者：基因慧（转载请联系授权）
图：患SMA的患者丹尼。图片来自Nexstar Broadcasting
在丹尼6个月大的时候，医生告诉他的父母，可以做最后的告别了，他被诊断为一种叫做SMA（脊髓性肌萎缩症）的重型疾病[1]。丹尼的父母没有放弃，做了无数次手术，包括脊柱手术来纠正脊柱侧凸，以及类似清理肺部的日常护理，两岁开始坐在轮椅里，丹尼目前在上高中，非常擅长代数和物理。
SMA的发病原因是人体内SMN1基因的缺失或异常突变，导致SMN蛋白缺失或显著减少。没有这种蛋白，神经细胞就有可能萎缩并最终死亡，从而导致肌肉的无力。幸运的是，2016年FDA批准一种叫做Spinraza的SMA药物，他能改变SMN2基因的剪接来增加SMN蛋白的产生。丹尼的医生给他注射这种药物后，他的右臂上升到胸前。 他可以用他的手指够到自己的脚。
图：SMN1基因影响SMAN蛋白产生，继而影响肌肉。图片来自互联网
罕见病的诊断和治疗一直是医疗领域的重点课题。不仅仅是患者、患者家人以及医生，对于研究也有着重要的意义。因为其中有很大一部分是单基因遗传病，对于病理研究、基因功能以及常见病的诊疗提供线索。国际罕见病联盟（IRDiRC）自2011年起，组织研究者和相关机构共同提高罕见病诊疗水平。
5月4日，CHEO（Children’s Hospital of Eastern Ontario Research Institute）的Kym M. Boycott教授联合华盛顿大学、Orphanet等35家研究机构的学者，在Cell子刊《The American Journal of Human Genetics》（AJHG）上发表罕见病的综述文章，梳理罕见病诊断资源、瓶颈和相关建议[5]。以下为主要内容。
20万和1/2000
罕见病在美国定义为患病人数少于20万的疾病；在欧洲定位为患病率低于1/2000的疾病。
7000种
其中一部分罕见病由于单个基因改变引起的，这些被称为罕见及遗传疾病（Rare Genetic Diseases, RGDs)，也被称为孟德尔遗传病或单基因病。根据医疗和遗传信息预估，目前RGDs达7000余种（编者按：据研究者估计我国罕见病患者超过2000万）。
数据库 名称 | 发表 文献 | 上线 时间 | 疾病数目 | 基因数目 |
| OMIM | 1966年 | 1987年 | 4500 | 3209 |
| Orphanet | / | 1997年 | 3551 | 3654 |
| ClinGen | 2015年 | 2013年 | 1288 |
注：疾病和基因数分别基于2016年9月版本（OMIM和Orphat）以及2017年5月版本（ClinGene)统计
其中OMIM主要以基因为依据对疾病进行分类；Orphanet按照临床疾病分类；ClinGen将公开发表的基因-疾病的关联进行评分。
从上世纪80年代到本世纪初，对基因的传统研究主要策略：
连锁分析
定位克隆
候选的少数基因的测序
但是大多数研究都是基于假设。（hypothesis driven）
NGS(next generation sequencing，下一代测序)技术的兴起，自2010年起，加速了对基因和疾病的关联研究。主要策略：
Panel分析（特定疾病相关的基因集）
医学应用外显子（明确报道遗传相关基因集）
WES（whole exome sequencing, 外显子分析）
WGS（whole genome sequencing, 全基因组分析）
图：根据OMIM统计NGS与传统研究发现疾病相关基因的对比，2010年来依赖NGS发现的基因逐渐增加，2013年后NGS发现的疾病相关基因几乎是传统方法的3倍。图片来自AJHG
图：根据Orphanet统计NGS发现疾病相关的新基因和新疾病基因，从2010年开始持续增长，从2013年持续下降。图片来自AJHG
数据库 类型 | 数据库示例 |
| 注释 | HPO, PhenomeCentral, 12 DECIPHER, the UK10K Project, OMIM, Ensembl, Reactome, IUPHAR, Geneatlas |
| 术语 | HPO, PhenoDB, Orphanet, Elements of Morphology, POSSUM, SNOMED, MeSH, MedDRA,UniProtKB, HGNC |
| 分类 | ICD-10 |
| 外显子 | ExAC, ESP, 1000 Genome Project, gnomAD |
| 搜索 | GA4GH |
基因诊断流程中当前的瓶颈
临床数据
非特异性临床表现（例如发育迟缓和低张力）
超罕见且无法识别的遗传病
缺乏涵盖人类完整范围的本体论
表型
本体使用不足或3D面部表情分析
表型不一致的多学科方法对患者评估
无法说明和比较年龄特异性疾病介绍
基因组数据
WES的技术限制（例如，CNV和SV不能很好地捕获）
缺乏标准化的技术和信息学方法
人口特异性的对照数据集不完全
数据挖掘和分享
缺乏广泛采用的数据共享框架
缺乏共同的数据共享标准
缺乏系统的记录数据使用条件的方式
缺乏隐私保护
参加者
遗传证据
孤立的数据集
缺乏和使用数据共享基础设施
功能注释证据
缺乏对变体影响的标准化和相当通量的分析
缺乏对大多数人类基因功能的生物学认识
新发现疾病机理
缺乏对非编码变体分析的专业知识
其他机制，包括组织特异性嵌合、甲基化和二/寡基因遗传
IRDiRC的目标：诊断所有的RGDs，需要发掘出每个疾病的遗传机制，包括但不限于：
制定表型和产生其结果的基因突变的完整目录
研究发现非传统遗传方式的RGDs的遗传机制方法
建立工具和信息库以将技术转化为临床方案
要实现这样的目标，需要研究机构、国际组织、政府基金、产业界等共同推进，需要努力的地方，包括但不限于：
提高基因数据分析在临床应用的转化和资金支持，而不是仅仅局限于新发现的研究中。
鼓励临床实验室、研究者和病友群分享数据
开发简单并可复制的方法，使得临床基因数据的存储在一定标准和术语框架下进行
连接本地临床数据成为一个“遗传知识库网络”（类似ClinVar，LOVD，DECIPHER等），链接不同数据类型（比如芯片和测序数据，单碱基突变和大片区变异等）
对现有数据库假阳性信息的修正
复合多组学信息对基因突变分类（包括代谢组、转录组、蛋白组
对罕见遗传病（RGDs）的诊断不仅对于病患极其家属非常有意义，而且对于新生儿筛查预防，基于诊断的精准治疗，以及让更多人参与队列研究和临床试验中提高新药和新方法的应用都具有重要的价值。
回到当下，诊断罕见遗传病，对于中国超过2000万的患者的基因诊断，是否有可操作性的方案？
对于当前的NGS基因诊断方法，全基因组分析（WGS）可以分析所有基因组序列，全外显子分析（WES）可以分析所有基因编码序列。同时，仍然有两个重要因素需要考虑：
成本
WGS综合测序、分析和解读的成本在万元人民币级别；WES约为三分之一，对于普通临床患者有一定的经济压力。
证据
WGS和WES可以获得较大规模的基因数据，但其中有相当一定比例的基因数据仍然缺乏注释或者文献支持依据。
因此，另一种检测方法“医学应用全外显子”成为临床上的一个重要选择。“医学应用全外显子”，即与遗传疾病相关且有明确报道的基因集。
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艾吉泰康®医学应用全外显子检测试剂盒（AImedExome）产品正式上线。
AImedExome是专门针对人类常见的遗传性疾病的基因检测产品，基于iGeneTechTM自主研发的液相探针杂交捕获技术TargetSeq®研发，适配于目前的主流高通量测序平台。产品目标区域大小为16.06MB，包含与遗传病相关的5083个基因以及181个有明确报道的致病位点， 所有致病基因及位点信息均来自2017年OMIM、HGMD®数据库最新版本基因组坐标，并有多个权威疾病数据库参考和多家医疗机构指导，结果更加精准。
图：AImedExome产品信息
产品优势
基于热力学模型进行全基因组探针设计，采用叠瓦式探针设计，探针overlap高达80%；
不仅可检测常规InDel和SNP，还可检测大片段CNV、SNV、SV以及fusion事件；
检测结果99. 5%以上覆盖，捕获效率高达65%，200×有效测序深度下均一性表现出色；
选用中国人群多组学标准物质Chinese Quartet（Fudan Cohrt）进行Germline mutation QC质控验证，并且经过多维度数据对照，检测结果更加适合东亚人群；
图：推荐有限测序深度200×，实测Demo数据如图所示
标准实验Protocol，实验步骤简单易掌握、操作周期短；
Kit订购多规格可选，10个工作日快速出货；
中国制造品牌，标准自动化制备工艺，批次间重复性好，价格优势明显；
One on One 客户经理服务，专职实验技术工程师培训指导，24小时内响应任何问题。
图：AImedExome产品订购流程
关于艾吉泰康®
艾吉泰康®一直致力于为基因检测相关企业、科研院所及医院提供开放性基因检测产品的定制及开发，目前已为百余家客户提供了Panel的定制开发与服务，提供成熟的适用于医学应用的标准权威性Panel及个性化定制的整体解决方案：
特定疾病检测捕获试剂盒产品定制
通过临床医生与科研工作者大量的临床经验积累以及权威数据库的校验，确定相关基因列表，定制特定遗传性疾病的专属Panel（如遗传性耳聋、遗传代谢病、神经肌肉病等），多适用于临床研究较为透彻、致病基因及临床表型关联较为明确的疾病。
医学应用版全外显子检测试剂盒
针对临床表型复杂的科研样本，艾吉泰康®完成了疾病相关基因的整合，并研发了医学应用版全外显子检测试剂盒产品（AImedExome），该产品用于临床表型与疾病关联不明确、疾病亚型确认、临床表型多元化的疾病诊断与筛查，对于复杂遗传疾病的诊断具有重要意义。
同时，艾吉泰康®在产品质控中不再使用高加索人群12878 DNA标准品，而是选用中国人群多组学标准物质Chinese Quartet（Fudan Cohrt）进行Germline mutation QC质控验证，并且经过全基因组测序、全外显子组测序、转录组测序以及基因分型等多维度数据对照，让AImedExome 在东亚人群中得到更加准确、合理与真实的论证，使该产品真正实现中国人群医学应用价值。
AImedExome的详细信息、技术资料及产品订购与咨询，请致电4008 190 260。
参考资料：
1. http://wric.com/2017/05/06/in-depth-hope-for-16-year-old-california-boy-fighting-rare-genetic-disease/
2. http://www.smafoundation.org/
3. http://www.curesma.org/?referrer=http://www.curesma.org/
4. https://www.mda.org/disease/spinal-muscular-atrophy
5. http://www.cell.com/ajhg/pdf/S0002-9297(17)30147-7.pdf
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