全基因组与外显子组测序在临床诊断中的应用
全基因组或外显子组测序的临床应用，称为临床基因组和外显子测序( Clinical genome and exome sequencing，CGES）。由于该技术检测范围广，可以同时检测2000多个基因的变异，对于临床罕见病、疑难疾病、复杂疾病，特别是孟德尔遗传病的诊断是一种强大而有效的方法。
全基因组测序（Genome sequencing）是针对个体的所有基因序列进行测序分析，测序范围广，数据多，分析困难，专业性强，费用昂贵，目前还难以大规模应用于临床。而外显子组的序列只占全基因组序列的1%，大多数与疾病相关基因变异位于外显子区域，因此，与全基因组测序相比，外显子组测序（Exome sequencing）以其经济有效的优势广泛用于鉴定遗传性疾病的基因变异。但是，由于运用该技术鉴别成因性变异的成功率仅约为25% ，这就使得临床医生了解该技术的基础原理以及如何选择最有可能从中受益的患者显得非常重要，同时还应该熟悉外显子组测序的诊断适应症才能更加有效地运用于临床实践。
1、 CGES的局限性
CGES是检测单核苷酸替代、插入以及8-10个甚至更少的核苷酸缺失突变的最有效的方法，而对于拷贝数变异、染色体的非整倍体、长插入缺失变异、DNA重复序列等形式的基因变异则没有那么精确。同时，不管是全基因组测序还是外显子组测序都存在测序覆盖率的问题，一般情况下，测序所得出的数据仅能覆盖目标序列的85~95%。因此，即便运用全基因组测序，仍然存在致病性变异漏检的可能。
2 、CGES的应用
CGES是疑似罕见的孟德尔疾病的最佳诊断方法。当患者已经排除常见的单基因缺陷，同时又考虑到多基因缺陷的检测方法太昂贵时，CGES就是最好的选择。由于很多遗传性疾病都是在童年出现临床表现，因此实施CGES检测的患者是以儿童为主，它不仅可能帮助患者及其家属找到病因和疾病治疗相关方法，同时还可以了解疾病的再发风险。
若考虑患者需要做CGES检测，测试前的咨询至关重要。首先，最主要是要确定患者的真实期望，以及提醒患者或者家族成员：阳性的结果并不意味着一定可以改变治疗方案和改善预后[9]。其次，还必须告诉患者，与欲检测疾病不相关的基因突变也可能发现并出具于报告中。在大多数情况下，外显子组测序较单个基因测序更加高效。
除此之外，医生还需要准备四个要素：收集家系的信息、系统评估患者的表型、查找医学文献和数据库和签署知情同意书。一份完整的家系可以用于评估家系其他成员中有没有相似或者相关的表型，以确定疾病遗传模式。同时，先证者和家系中的其他患者也必须排除其他的潜在相关的临床表现。当有了一个完整的家系资料、全面的表型特征、相关疾病的文献综述以及数据库，便可以基本明确患者是否是患有罕见的遗传病。
那么如何选择家系中的成员进行测序分析呢？这个和遗传模式（显性或者隐性）以及家系中的其他成员是否具有相类似的临床表现有关。当怀疑某个变异是新发异时，患者的双亲通常也要进行相关检测，若患者的双亲证实没有携带相关变异，而他们的亲缘关系是确定的情况下，患者所携带的变异即认定为新发[10]。但是，当主要的遗传条件受到质疑的情况下，患者的父母，兄弟姐妹、甚至远房亲戚都应该检测，这主要取决于家系的特殊性以及家系成员之间的亲缘关系。而在另外一些情况下，如果只针对患儿行CGES检测，随后对患病和非患病的亲属进行基因型分型，如果可以表现出变异和疾病的共分离现象，也可以说明变异的致病性。
CGES可以发现已知的致病性变异和以前没有报导过但对人类有明确致病性的基因变异。另外，部分实验室也报告一些新的基因突变，但是并不确定它是否可以引起人类疾病。因此，开展一些基因突变的致病机制研究显得十分必要。
3 、CGES的结果评估
在部分CGES报告中，可以直接明确疾病的成因性变异；然而，有些报告中基因变异的意义需要由医生和遗传咨询师共同来鉴别。实际上，在大多情况下，报告并没能鉴别出看似合理的突变。
评估CGES结果最主要是要考虑到测序和临床的正确性。分析的正确性是衡量患者是否真的携带CGES检测结果中的特殊基因型，是由实验的准确度决定的。而临床的正确性则更复杂，更难评估，这取决于一种特殊的疾病是否是真正由特殊的基因突变所致以及这种突变是否有明确的致病性。
CGES的阳性发现往往是非常准确的，但是假阴性率则根据基因组的区域不同而不同。正是这个原因，CGES才一直没能真正替代可疑目的基因测序或者特定条件下优化了的基因panels的测序[11]。大部分实验室验证CGES的阳性结果都是运用PCR扩增和Sanger测序。如果测序公司没有对CGES的实验结果提供实验验证，若要基于CGES结果实施医学干预，那么实施之前都应该运用Sanger测序进行验证。
分析CGES数据的一般方法是将基因变异数据和已知的变异数据库比对，进而根据描述了变异和表型关系的文献报道分析。然而，在临床医生综合分析测序结果时，应该充分了解和疾病发生无关的变异，同时认识到由于CGES测序是同时测出成千上万基因的序列，所以测序结果出现错误归因的概率是较高的。
明确疾病特异性基因变异主要的临床意义是对过去难以诊断的复杂疾病或遗传疾病进行诊断。有时，病因明确后可以给出特殊的治疗策略并对临床预后产生预想不到的改变。而在大部分情况下，致病基因的发现并不能改变临床的治疗策略以及预后，但是，它不仅可以为患者减少后续的一些昂贵的或者侵入性的检测手段，还可以提供疾病再发风险评估以及为患者及其亲属提供孕前干预或者胎儿的产前诊断。对于一些成年后发病的疾病来说，患者可以在在临床症状出现前对致病性基因突变进行检测，还对有发病风险的兄弟姐妹进行致病基因筛查和预防性治疗来改善临床预后。
4 、CGES结果解释和沟通
临床医生需要综合考虑由实验室遗传学者提供的CGES结果，并将结果放在相关的医学环境中分析。一个明确的基因变异可能的结局有以下几种：1、提示患者过去的疾病既往史；2、提示患者还需要做一些额外的医学检查；3、揭示出过去没有明确诊断的疾病综合征；4、检测出来的基因变异和患者的疾病本身无关。
在有些情况下，由临床检测实验室提供的CGES中，如果诊断出一个基因中的致病性突变（隐性遗传疾病时为两个），并且具有特异性时，便强烈提示该突变相关的遗传疾病的诊断。实验室遗传学者得出的结论是综合了患者递交的疾病相关临床信息和测序后筛选出的突变相关疾病信息而得出[2]。在这种情况下，临床医生都还应该先确认实验室报告给出的结论是否符合临床，然后综合相关医学数据资源做出诊断，并告知患者以及患者家属疾病基因的遗传率、显性率、表现型以及预后，以及可能为患者提供的特殊治疗。
在其他一些情况下，实验室提供的CGES报告显示一个或者多个候选基因变异或者测序结果中的变异并非与当初开具此项检查时想要检测的表型相符。此时，如果检测出来的变异中包含致病性突变，便要查阅大量的文献和数据库，从候选的基因变异中筛选出致病性突变。这种测试后的临床评估方法需要在遗传学和生物信息学都非常精通的专家完成[16]，因为做好此类评估，不仅要熟悉患者疾病的临床特征以及鉴定出来变异或者基因的相关表型知识，还需要遗传学家和疾病专家的共同商讨以及他们对患者及其家系的研究。
如果CGES结果阴性，则可能促进某些基因变异在知识水平上更新认识，也就是过去在CGES报告中认为是无法解释的变异有可能是真正的致病性的突变。到目前为止，虽然对于CGES报告的再分析方法还没有建立，但是未来仍然应该定期对过去的报告进行再分析以鉴定出过去未知的突变。另外，医生要和一个患者家系沟通阴性结果报告很困难，因为患者可能很难接受一个阴性结果的结局，毕竟CGES是一个大范围筛查的昂贵的检测项目。此时，最重要是要和患者或者患儿父母沟通说明，即便是一个阴性的CGES报告也不代表排除了致病性突变的可能。如果患者个人或者家系比较明确指向某种特殊的遗传病，而CGES报告中却没有找到引起疾病或者可能引起疾病的突变时，应该和患者解释，该检测技术并不是一个可以检测到疾病相关的所有致病性突变的技术。
5 、意外数据的处理
CGES可以产生一些临床上有价值但是与原始测序目的不相关的数据，这些结果可以避免患者日后做不必要的检查。为此，美国医学遗传学和基因组学学会建议，临床实验室要常规提供至少56个基因，24种疾病的特殊突变的查询和报告[17]。有报道称在接受CGES检测的患者中有1~3%会有上述疾病相关的意外突变的发现[18]。一个具有专业知识的临床医生在鉴别某个疾病时也需要综合患者及其家系的其他临床表现，同时还必须有合适的遗传咨询和医学服务才能得出结论。
6 、展望
对于很多临床问题，CGES都是一种非常有价值的诊断方法，正在被临床遗传学家和其他的专科医生所应用。我们在本文所列举的方法和应用都在不断的更新发展，临床的各种疾病综合征的相关数据越来越多，数据的解释也在不断更新改进，CGES也不断应用在新的临床领域（如新生儿科）。如果临床医生能够在测试前和测试后作出很好的评估，同时熟知该检测的局限性，那么CGES检测报告价值将发挥到最大，临床医生也将越来越自信地将该项检测运用于临床实践中，让更多的患者从中受益。
专家介绍
洪葵 ：留日医学博士，留美医学博士后，现任南昌大学二级教授，主任医师，硕士生/博士生/博士后导师，南昌大学第二附属医院心内科科副主任，心律失常病区主任，江西省分子医学院重点实验室主任。主要从事心律失常与心肌病的遗传学基础和规范化防治、异常心电图的机制解析研究。国家百千万人才领军人才“万人计划”获得者, 教育部创新团队带头人。发表论文100余篇。以通讯或第一作者在SCI杂志发表论文37篇，影响因子累计达110分。
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