哈佛医学院沈亦平教授谈基因诊断 (含PPT及解说）
文 | 沈亦平
在刚刚召开的上海儿童医学中心-哈佛临床遗传学论坛上，哈佛医学院沈亦平教授做了精彩演讲，分享演讲PPT如下，附上中文解读（逐字阅读，并添加相关引用信息详情）。
1）医学遗传学和基因组学重要进展
2）基因诊断的策略，工具和案例
3）基因诊断的挑战和机会
已获上海儿童医学中心和沈亦平教授授权
从20世纪基于细菌的实验室诊断传染病，到21世纪基于基因变异的实验室诊断遗传病，通过医学遗传学来治“未病”，诊“已病”。
美国从1933年至今，设立了24个医学专科学会（Broad）。
（编者按：1991年设立的ABMG（American Board of Medical Genetics）在2014更名为ABMGG（American Board of Medical Genetics and Genomics））
美国前总统克林顿在人类基因组计划总结时说到，这对人类大部分疾病的预防，诊断和治疗是革命性意义；2012年JAMA发文提出Genome Medicine，“Genetics factors for all human traits and diseases”；2015年奥巴马提出精准医学计划。
更多测序服务商的参与和测序技术的发展，促进一代，二代到三代测序仪的更新以及成本的急速降低。
基因组变异图谱数据库包括HapMap, 1000 Genome, ExAC, ESP, ENCODE, ClinSeq等。
基因组数据库：dbSNP, Ensembl, dbGap, DGV, HGMD, LOVD, OMIM, ClinVar等；
基因组浏览器：UCSC, NCBI Map Viewer， Ensembl Genome Browser，UTGB，JBrowse等。
由于遗传病的异质性，导致其复杂性和病人的诊断历程漫长（平均>7年）。遗传学和基因组学给临床实践提供从诊断到管理，从罕见病到普通病的精准医疗工具。医学遗传学搭建科学家和病人之间的桥梁，处在一个黄金时代，有机会成为下一代医疗专家。
遗传学研究的根本是探索基因型和表型和相关性。这也是基本原则。
从细胞遗传学观察染色体结构变异；细胞基因组学观察拷贝数变异等结构变异；到下一代测序（NGS）观察每个基因位点的变异，医学遗传信息结构更加精细。
临床基因组诊断的现状是，首先医疗工作者和患者均缺乏对基因数据预测患病风险的整体训练和了解；其次只有部分的经验性数据数据可以用于分析和推断。
临床基因诊断的策略：1. 识别遗传指标信息；2. 临床评估（家族史信息，体格检查，其他影像学等检查）；3. 临床诊断； 4. 选择合适的基因检测； 5. 分析得到表型关联的基因变异结果； 6. 临床相关性分析和遗传咨询。
自闭症，脑动静脉畸形等显著的神经类疾病，先天性心脏病，先天性膈疝，头小畸形等出生缺陷；发育不成比例，偏侧发育过度等发育问题等。
一个完整的家族史包括生物学意义上的三代连续繁衍的家族成员。家族史包括：
1）基本信息：家族关系，性别，年龄，医疗信息，患病年龄，是否怀孕，并发症，死亡年龄和原因等；
2）常见遗传缺陷：出生缺陷，癌症，血液类疾病，发育异常，早死，心脏病等；
3）怀孕，产前，出生，婴儿儿童生长等相关出生发育信息。
1）理论知识体系；
2）经验；
3）数据库（OMIM，Orphanet，Genereviews, MedGen, London Medical Database等)；
4）工具（POSSUM, FACE2GENE等）；
5）互联网搜索引擎（Google等）。
基于前面提到的临床基因组诊断结果，选择合适的基因检测。发表在Genet Med上的文章（2015 Jun;17(6):444-51）提到一个model，供参考。
目前常用的基因测序策略包括单基因检测，基因Panel，全外显子测序以及全基因组测序。根据不同的遗传病和致病机理，患者病情，成本，周期等选择对应策略，这里提供一个研究参考。在成本逐渐下降的趋势中，未来有望全部采用全基因组测序。
基因变异的过滤筛选包括：1.基于临床表型的筛选； 2. 基于系统错误，批次对照和内部数据库对照的技术性过滤；3. 人群频率的过滤（千人基因组，EVS,ExAC等）； 4. 基于变异对蛋白质功能影响的过滤（借助VEP，ANNOVAR, SnpEff等工具）； 5. 基于遗传模式的过滤。
探求表型和基因型的关联：基于文献和知识库（比如OMIM等），集成表型和基因型关联信息；表型用标准化术语定义，形成数据库（比如Elements of Morphology等）；二者结合起来，形成标准化表型和基因型关联知识库，比如HPO。
（编者按：HPO（Human Phenotype Ontology）旨在提供一套描述人类疾病所致的异常表型的标准词语集，已收录约11000个词条，每个词条对应一种异常表型，HPO对OMIM、Orphanet和DECIPHER中记录的7000多种遗传病及其他约4000种常见疾病提供了HPO注释。
2016年初，在华大基因杨焕明院士与HPO创始人Peter Robinson教授的推动下，成立了中文人类表型标准用语联盟（ CHPO）。由华大基因团队、美国医学遗传学学院会员张巍教授和南加州大学生物信息学专家王凯教授共同翻译HPO词条。中日友好医院顾卫红教授，北京协和医学院黄尚志教授付出了很多努力和支持。CHPO Wiki网址：http://www.chinahpo.org/）
选择 RefSeq(Annovar)和 Ensembl(VEP)，在LOF variant（导致功能丧失的基因变异）的结果中只有44%的一致性。
（编者按：为了统一基因变异注释报告，GEN2PHEN (http://www.gen2phen.org) 在2008年赞助了一个会议，包括EBI, NCBI，HGVS， LSDB等。会议成果是创建了LRG(Locus Reference Genomic)系统，为临床基因诊断提供一致的，清晰的参考序列信息（http://www.lrg-sequence.org/）。
除了上面提到的从临床表型，蛋白质功能改变等方面筛选基因变异，还可以从遗传模式上进行考虑。
遗传模式分析除了通过常规的家族史判断，还需要考虑外显率，以及遗传中的生殖嵌合体，复合杂合子等复杂情况。同时根据筛选后的变异在家族原始测序序列的位置和纯/杂合信息反向论证遗传模式。
当我们谈到基因和临床相关性时，需考虑致病突变是否能解释病人当下的表型；是否预测未发生的症状；关联部分还是全部临床表型；出现多个关联基因变异时，报告哪一个变异。
同时，遗传分析得到的致病性突变（pathogenic) 并不完全等于临床表型的原因，因果关系需进一步考究。离真正的精准还有一段距离。
国内遗传咨询的挑战：1. 缺乏专职的遗传咨询师 2. 缺乏遗传咨询的政策，规范和标准；3. 临床基因诊断的复杂性（不完全外显，可变的表现度，表型的一致性等）。
（编者按：对于遗传咨询培训体系，美国的ABMGG成立1991年，共培养了近600[截止2013年]临床分子遗传学行医执照认证专家。培训入选要求是博士或MD，以及四年的临床住院医师经验。形成临床遗传学家，遗传咨询师和临床医师三位一体的遗传诊断体系。国内遗传学会遗传咨询分会的首届培训开始于2015年4月。培训周期一周。）
ClinGen是NIH 资助建立的资源数据库，旨在建立一套权威的定义临床基因相关性信息系统，用于精准医学和科研。
（编者按：基于东西方人群间的异质性，中国要建立这样的数据库系统，需要各方向多层次的合作和资源整合。）
（编者按：医疗工作者在进入临床学习时，都会牢记“健康所系，性命相托”医学生誓言，在临床实践前接受过相对更严谨的理论体系和实践培训。同时，面对复杂的临床表型，基于逐步发展的医疗技术体系，医学实践在部分情况下治愈疾病，大多数时候是帮助缓解疾病，贯穿其中的是安抚病人和家属情绪。
【声明】
PPT作者为沈亦平博士，版权归沈博士本人所有。
欢迎转发给需要的人。转载需作者授权。
（编者：基因慧，微信：brightrain2046）
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