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高峰对话丨邬玲仟教授、刘洪倩教授:深析CNV-seq引领的中国产前诊断变革

2019年4月10日,由中国产前诊断专家联合起草的《低深度全基因组测序技术在产前诊断中的应用专家共识》(以下简称《共识》)在《中华医学遗传学》杂志上发表,该共识明确指出:低深度全基因组测序技术(CNV-seq)可以作为一线产前诊断技术应用于临床。自此,CNV-seq在产前诊断领域掀起了又一轮临床应用热潮。

在随后举办的第四届中国母胎医学大会、第九届中国胎儿医学大会和第八届中国出生缺陷防控论坛等多个妇产科及遗传学科医学大会中,CNV-seq的临床应用均成为临床专家们讨论的热点话题。

在刚刚闭幕的2019中国医师协会医学遗传医师分会年会上,来自中南大学医学遗传学研究中心的邬玲仟教授,对《低深度全基因组测序技术在产前诊断中的应用专家共识》进行了深入解读来自四川大学华西第二医院产前诊断中心的刘洪倩教授,对本院自主开展的近2万例CNV-seq产前诊断应用实践做了详细报告。在大样本临床实践的支持下,我们应该对CNV-seq在产前诊断领域的应用进行哪些思考?

为此,测序中国与《共识》的通讯作者及学科带头人邬玲仟教授,以及《共识》的执笔人刘洪倩教授进行了深入对话,从我国出生缺陷防控现状、现行政策指导、产前诊断技术发展等多维度解析CNV-seq技术对国内产前诊断改革的影响。

对话邬玲仟教授

邬玲仟教授

测序中国:作为《共识》的通讯作者及学科带头人,是什么原因促使您牵头推出这样一个专家共识呢?

邬玲仟教授:大家都知道,我国是一个人口大国,2018年全年出生人口1523万,在出生缺陷发生率高达5.6%的情况下,每年新增出生缺陷人口数量巨大,基本在80-120万之间。这给国家、社会和家庭带来了严重的负担,所以国家对出生缺陷防控是十分重视的。早在1994年,我国就将出生缺陷防控写入了《中华人民共和国母婴保健法》,从政策层面给予了极高的重视与支持。国家卫健委于2018年发布了《全国出生缺陷综合防治方案》,今年又发布了《健康中国行动(2019-2030年)》,对出生缺陷防控提出了更高的要求。

除了国家政策的支持外,促成《共识》最原始的动力,正是我国长期以来,产前诊断供给能力严重不足的现状。即便发展到今天,我们也只满足了7%-8%的产前诊断需求。而导致这一问题的根本原因是一直没找到适合中国产前诊断发展需要的技术。传统的核型分析通量低,人力耗费大,周期长。以2005年为例,我国出生人口1617万,当年约200万孕妇需要接受产前诊断,而当年产前诊断量不到5万例,仅有2.5%有产前诊断需要的孕妇进行了产前诊断,供给严重不足。之后我们逐渐从国外引进染色体微阵列芯片(CMA)技术,与核型分析相比,CMA的分辨率更高,能检出更多的染色体结构异常,但仍然存在通量低的问题,而且成本高,临床收费高。在经济因素对孕育决策起着重要作用的中国,这些都客观限制了产前诊断的发展。因此,找到一项适合中国国情的产前诊断技术,并把其推向临床是我一直想要做的一件事

测序中国:您刚刚提到技术通量是核心问题,让我想到了近几年已经得到普及的无创DNA产前检测(NIPT)技术,它有没有缓解产前诊断供需压力呢?

邬玲仟教授:确实如此,基于高通量测序的NIPT及其升级版NIPT Plus实质上是从需求端缓和了中国产前诊断供给不足的矛盾。它给高龄孕妇,唐筛临界风险孕妇在有创的产前诊断选择以外,提供了一种无创且高精准度的产前筛查选择。所以NIPT和NIPT Plus在中国和世界其他各国都得到了快速发展,目前仅中国每年就有400万左右的孕妇接受了NIPT或NIPT Plus检测。

但因为中国产前诊断的供需关系长期失衡,所以NIPT发展起来以后,与欧美发达国家产前诊断量大幅下滑的情况相反,我国的产前诊断量反而大幅提高。以2017年为例,全国产前诊断量已增长到近30万。即便如此,完成产前诊断的孕妇数量也仅占有产前诊断需求孕妇总数的35%,仍然有2/3的巨大的缺口。我们需要提高产前诊断的供给能力,亟需开发和推广能解决“供给不足”这个核心问题的产前诊断技术。早在2014年,我们与贝瑞基因联合开发了基于高通量测序的CNV-seq技术,并证实其对CNV的检测性能与CMA相当,甚至优于CMA。历经5年广泛的产前诊断临床实践,我们终于有信心得出结论:

CNV-seq正是中国产前诊断领域多年来苦苦求索的一线产前诊断技术。

测序中国:能否请您以实际临床数据给我们介绍一下CNV-seq具有什么样的产前诊断效能,一线应用后将给产前诊断领域带来什么样的变化?

邬玲仟教授:自2014年10月起,家辉-贝瑞与全国230多家产前诊断中心的网络已积累了超过10万例CNV-seq产前诊断数据。随访至今,还未发现>100kb致病性CNV(pCNV)漏诊的案例。期间已发表数十篇相关文献皆证实,检出的pCNV均可经其他平台验证一致,未发现假阳性案例。当然,CNV-seq的临床检测效能是由建库方法、测序平台、测序数据量、生信分析水平、数据解读能力及遗传咨询能力等综合因素决定的。所以临床在选择不同CNV-seq产品的时候要注意坚持实践是检验真理的唯一标准。

CNV-seq技术具有通量高,成本低,实验操作简便,检测分辨率高,临床应用成熟稳定等特点在一定程度上彻底改变了中国产前诊断供给不足的局面。使得中国产前诊断的核心痛点逐渐从“供给不足”转移到“遗传咨询能力不足”的问题上来了。随着中国产前诊断供给能力的提升,大规模产前诊断临床实践经验和基于中国人CNV大数据的积累必定会大大推动中国产前遗传咨询能力的提升。我们一定要珍惜当前基因组学迅猛发展的时代机遇,迎难而上,不断学习提高,推动高新技术在临床中的转化应用,造福更多的老百姓。

测序中国:从您的回答中,我能听出来近几年我国的产前筛查和产前诊断技术可以说都有了突飞猛进的发展,您是怎样评价这些发展的呢?

邬玲仟教授:中国的产前筛查与产前诊断起步比欧美发达国家要晚,但发展很快,从初期核型分析和CMA等项目的落后追赶,到NIPT能与国际同步甚至还略微领先,再到今天的CNV-seq产前诊断我们完全是领先国际的,已经走出了适合中国国情的产前诊断发展道路。只要我们不害怕学习新技术新进展,不被动等待国外指南来规范指导我们;以实事求是的心态不断探索研究,拥抱时代和技术的变化;以解决临床问题为导向直面临床需求;只要我们能扎根中国出生缺陷防控的实际需要,坚持“不逃避,不退缩,不观望”的态度,我有信心,未来在国际上,我国将会持续引领产前筛查与产前诊断技术的发展。

测序中国:您对未来中国产前诊断领域的发展有什么期待?

邬玲仟教授:在产前筛查与产前诊断领域,CNV-seq与NIPT Plus基于同一平台,实现了筛诊一体的闭环,从现在到未来很长一段时间它们都会是我国染色体病二级预防的一线手段。随着高通量测序技术的快速发展,CNV-seq与全外显子组检测(WES)的联合应用值得关注,我们已经在产前进行了一些这方面的临床探索,已有的数据显示出了非常好的临床效能,这是将来一个重要的发展趋势。另外,临床医生的遗传咨询能力亟需大幅提升,这是中国产前诊断发展的下一个瓶颈,我们要花大力气,通过更多的专业培训和交流去解决。很高兴看到国家近几年对这个方面越来越重视,国家卫健委已经实施了很多有效的举措。我对中国产前诊断的未来发展,充满信心。

对话刘洪倩教授

刘洪倩教授

测序中国:您是从什么时间开始接触到CNV-seq这项技术的?是什么原因让您决定开始使用CNV-seq技术进行产前诊断?

刘洪倩教授: 我是从2015年开始接触并思考CNV-seq技术的特点及其临床应用方向的。

决定开始在临床中使用这一技术是基于两个原因。一方面,染色体畸变占出生缺陷遗传学病因的80%以上,致病性拷贝数变异(pCNVs)是发病率仅次于结构畸形的第二大常见出生缺陷,也是染色体畸变中的第一大原因。随着NIPT在产前筛查的广泛应用以及CNV检测临床应用越来越深入,染色体病产前诊断的范围和重心从染色体非整倍体的检测逐渐转向了致病性CNVs的检测

另一方面,随着孕妇高龄化和产前诊断意识的提高,产前诊断需求量显著增加。这导致我们的细胞遗传团队长期超负荷工作,如履薄冰。同时,CMA虽然能有效提高染色体畸变检出率,但费用较高,且通量受限,越来越难满足中国产前诊断的现实需要。

于是,经过一年多的酝酿、评估和筹备,我们在2017年2月正式开展CNV-seq检测当时的初衷是想利用CNV-seq这项技术,获取较核型分析更高的染色体畸变检出率,提高通量,同时又不明显增加孕妇的经济负担。

测序中国:采用CNV-seq技术进行产前诊断以来切实解决了之前存在的哪些问题?

刘洪倩教授:2016-2017年,在华西二院CNV-seq临床应用的初期,我们最关注的是这项技术能否比核型分析带给孕妇更多的好处。结果CNV-seq在我院开展4个月后,就已经分担了核型分析接近一半的工作量,有效改善了我院产前诊断供给不足的困难。

2017年2月-8月,我们共完成了3429例羊水样本的CNV-seq检测,阳性样本中有91.9%的染色体畸变同时采用了另一种方法进行验证,符合率100%。与核型分析相比,CNV-seq能将染色体畸变的检出率提高55.6%,阳性率从1.8%提高到2.8%;如果这些羊水全部仅接受分辨率≥10Mb的核型分析检测,36%(35/97)的染色体畸变患儿可能会出生。

经过一系列的临床实践,我们的结论是,CNV-seq提高通量的同时显著提高了染色体畸变检出率,可作为一线产前诊断技术。2018年5月,相关研究结果发表在了妇产科领域影响力排名第二的American Journal of Obstetrics & Gynecology(《美国妇产科杂志》)上。

2018年以后,CNV-seq临床应用逐渐成熟,关注点转到CNV-seq和CMA两种拷贝数变异检测方法是否具有同样的检测效能。我们有了更成熟的临床应用经验和更多的数据积累,期间也有很多临床专家非常关注这个问题,做了很多很好的研究。这些数据和研究均表明CNV-seq在拷贝数变异检测的稳定性和准确性上与CMA具有同等效能。

随着基因组学研究的飞速发展,OMIM数据库平均每天就会新增1.5个基因。CMA探针设计无法跟上这样的更新速度,那必然会导致已知致病性区域的漏检。然而CNV-seq是基于全基因组测序技术,无选择性偏倚,在拷贝数变异检测上兼具时效性和前瞻性。除此之外,CNV-seq在临床应用中所需的起始DNA量低至10ng,是CMA所需DNA量的5%,检测成功率更高。

我们两年多近两万的数据与前期3429例数据得出的结论是一致的,CNV-seq可作为一线产前诊断方法应用于临床,适用人群包括高龄、产前筛查高风险、超声异常等。2019年《共识》的发表为我们临床应用提供了强有力的支撑。

测序中国:您能为我们介绍一下近2万例CNV-seq产前诊断临床数据统计分析所得出的主要成果吗?

刘洪倩教授:2017年2月-2019年8月,我们共完成18,801例羊水样本的CNV-seq检测,检测成功率为99.34%。核型分析不能检出的小于10Mb的染色体畸变占所有阳性样本的38.17%。随访至今,还没有发现漏诊的致病性染色体微缺失/微重复综合征。对嵌合体检测效能也比较好,能检出嵌合比例10%及以上的嵌合体。

值得一提的是,CNV-seq跟NIPT、NIPT Plus及单基因病panel检测等都在同一个高通量测序平台上完成,我们从实践中逐渐探索出了以高通量测序为核心的遗传病产前诊断和产前筛查新技术体系。

测序中国:请您跟我们分享一下CNV-seq临床应用时需要注意的问题。

刘洪倩教授我认为,CNV-seq作为一个新的技术体系,在临床应用时有两个核心问题需要重视:

一是技术平台的选择:

我们经历了CNV-seq技术在产前诊断领域从最初崭露头角到逐渐发展成熟的全过程。CNV-seq的临床检测效能是多个因素综合决定的,除了《共识》提到的是否采用PCR-free建库方法以外,关键的因素还包括:

1. 严格的实验室质控标准。数据质量是核心,数据质量不好,后面怎么分析都弥补不了。我们全流程自主开展CNV-seq检测,数据质量的质控标准是Q30>85%,实际Q30高达93%以上。数据量质控标准为:唯一比对测序条带数(Uniq reads)>2.5M,平均的Uniq reads数在4M~5M左右,范围从2.5M~10M。在Uniq reads>2.5M的数据量下,我们的数据证实对>100kb的致病性CNV具有很好的检测效能。高标准的数据质量从根本上支撑了CNV-seq的良好检测效能。由于不同测序平台的数据质量存在差异,各个技术平台应建立相应的质控标准,具体应以临床实际检测效能为准。

2. 成熟稳定的生信分析软件。核心是要有临床应用大数据验证其检测效能。高通量测序的数据分析比较复杂,涉及的步骤比较多。临床机构选择CNV-seq分析软件的时候需要对软件性能进行评估和检验。

二是拷贝数变异分析及咨询能力的提升:

拷贝数变异的分析及检测前后遗传咨询的能力,是临床医疗机构和医务人员需要苦练的“内功”。好的新技术和检测产品只有交到临床医疗机构里有良好咨询能力的医务人员手里,才能更好的发挥真正的临床效能。随着CNV-seq技术在临床应用的逐步推广,如何能将CNV-seq与多种技术合理结合,互为补充,不断提高产前诊断的精准度和遗传咨询水平?如何利用这个技术,扩充中国人CNV大数据库,并深入研究CNV的致病机制,推动医学对CNVs的认知?这是我们下一阶段要面对和解决的核心问题。

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本文由 测序中国 作者:王迪 发表,转载请注明来源!

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