外显子组测序

利用特异DNA 杂交探针捕获技术将基因组中外显子区域DNA 捕获并富集后进行高通量测序的方法。

简介 

       人类基因中有大约180,000 个外显子，序列大小约30Mb。虽然只占全部基因组的1%，但约有85% 的致病突变发生在外显子区域，因此外显子组相关研究对于疾病识别与研究、种群进化相关的编码区及UTR 区域内的遗传变异具有重要价值。利用测序结果结合大量的公共数据库提供的外显子数据，能够更好地揭示所得变异结构之间的关联和致病机理。相较于全基因组测序，全外显子组测序具有测序数据量小、测序深度高、检测到的突变更可靠等优势，被广泛的应用于各类癌症、单基因病、复杂疾病和罕见遗传病等研究中。

技术路线

技术优势

测序策略

收样要求

您能获得的数据

案例解析 

全外显子组测序分析炎性肠胃病与结直肠癌之间的关系

       长期的炎性肠病（IBD）会增加患结直肠癌的风险，先前研究发现患炎性肠病和不患炎性肠病的结直肠癌患者的基因突变不同。本研究利用全外显子组测序的方法，对31 个炎性肠病相关结直肠癌患者（15 个溃疡性结肠炎（UC）、14 个克罗恩病（CD）型肠病和2 个未确定型结肠炎（IC）的肿瘤组织和健康组织进行研究。

       联合外显子组测序数据和TCGA 上前人发表的散发性结直肠癌测序数据分析得知：除两名患者具有体细胞变异和肿瘤组织的超多变异外，其余患者的平均基因突变数是71 个。TP53 基因是存在于散发性结直肠癌和炎性肠病相关结直肠癌中最普遍的变异基因（频率为63%）。然而，炎性肠病相关结直肠癌患者的肿瘤组织有着特殊的突变谱：APC 和KRAS 基因突变率显著低于散发性结直肠癌患者；SOX9 , EP300, NRG1 和IL16 基因突变在炎性肠病相关结直肠癌患者中高频率甚或特异存在。本研究还对突变基因的通路做了富集分析，发现Rho 和 Rac信号通路发生在10 例UC 型肠癌患者中，在CD 中仅有三例，推测可能在UC 型肠癌患者中Rho 和 Rac 信号通路优先被激活。本研究为炎性肠病与结直肠癌之间相互影响的机制研究奠定了基础。

全外显子测序技术绘制卵巢透明细胞癌基因组突变图谱

       卵巢癌是妇科肿瘤中恶性程度较高的疾病之一，根据病理组织形态可分为多个亚型。其中卵巢透明细胞癌(Ovarian clear cell carcinoma, OCCC）是一种少见的上皮性卵巢癌，对传统的化疗方案较不敏感，预后较其他类型上皮性卵巢癌差。OCCC 常与子宫内膜异位症（内异症）相关，东亚女性发病率较西方高。

       本研究采用全外显子组测序技术分析了5 例内异症相关卵巢透明细胞癌（endometriosis-associated OCCC,

EMS-OCCC）样本和10 例非内异症相关的卵巢透明细胞癌（Non-EMS-OCCC）样本与对应的血液样本。研究结果显示：卵巢透明细胞癌基因组变异复杂，每个样本平均携带178 个体细胞外显子突变及343 个拷贝数变异。其中54 个体细胞突变富集在14 个基因上，包括PIK3CA（40%），ARID1A（40%）和KRAS（20%）；而基因拷贝数的增加富集在NTRK1，MYC 及GNAS 基因上，分别占总样本的33%，40% 以及47%；基因拷贝数缺失则主要出现在TET2（73%），TSC1（67%），BRCA2（60%）及SMAD4（47%）基因上。通过功能富集分析发现，87% 的EMS-OCCC 样本中发生细胞存活和增殖相关信号通路的变化，包括PI3K/AKT, TP53 及ERBB2 通路；而47% 的样本中染色质重塑通路发生变化。统计分析表明EMS-OCCC 与Non-EMS-OCCC 之间基因突变频率无显著差异。本项研究将有助于了解不同病因卵巢透明细胞癌的基因突变情况，为靶向用药治疗及精准医疗提供依据，提高卵巢透明细胞癌的治疗效果。

研究趋势及热点 

1. 癌症研究：癌症遗传易感性，驱动基因挖掘、致病机理分析、癌症异质性研究、癌症分子分型研究与疾病治疗响应机制研究

2. 遗传病研究

3. 复杂疾病研究

4. 罕见病研究

5. 孟德尔遗传病研究

6. 药物基因组学研究

       多数疾病是由于突变引起的蛋白质功能改变造成的，并且疾病关注的多为低频突变或者罕见病变。除此之外，在研究肿瘤异质性及转移复发等方面，这些都需要用高深度的测序来发现丰度较低的癌组织突变，外显子组测序由于其经济，高效的特点，最为适用。

常见问题 

01 外显子测序适用于什么种类的研究？

       在人类基因中大约有180,000 个外显子，外显子CDS 区大小占人类基因组的1~2%，约30 Mb。人类基因组的蛋白编码区大约包含85% 的致病突变。外显子组测序主要针对编码区进行检测，所以适用于编码区潜在变异引起的疾病研究。外显子组测序性价比高，尤其适合高深度、大样本量的测序，可找出常见突变及低频突变。主要应用在孟德尔遗传病及肿瘤等复杂疾病的研究。

02 癌组织为什么要采用高深度测序？

       相对于遗传病的胚系突变（germline mutation）而言，肿瘤组织样品中的体细胞突变（somatic mutation）频率低，需要更高的测序深度。一方面由于肿瘤细胞在肿瘤组织中的占比偏低，另一方面则由于癌症发展后期产生的突变仅存在于少量的肿瘤细胞中。采用高深度测序以尽可能全面地检测到与癌症发生发展相关的变异。通常推荐的外显子测序深度为：癌组织大于100x 测序深度，癌旁组织/ 血液大于50x 测序深度。

03 外显子测序可以检测哪些类型的变异？

       外显子捕获是一个杂交捕获的过程，探针与不同外显子区段的杂交效率并不相同，进而不同外显子区段的覆盖深度便在过程中有差异，因此通常外显子测序不能用于CNV 的检测。但采用国际主流软件和长期优化的分析方法可以针对单个样本进行SNP、InDel 和CNV 变异检测。