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Nature Medicine丨新生儿外显子组测序可协助筛查先天性遗传代谢缺陷

新生儿疾病筛查公共卫生服务可在人群范围内确定需要紧急干预的罕见可治疗疾病。随着基因测序的兴起,目前基因测序技术已被普遍用于诊断罕见疾病,几乎所有重症监护病房中的重症患儿都被推荐使用基因测序;与此同时,基因测序还被推荐用于改善所有新生儿的个性化医疗保健,并被投入市场以进行新生儿筛查。许多提供基因检测服务的健康科技公司向父母们承诺,可以在新生儿中发现罕见的遗传性代谢病,进而及时展开治疗。然而,对新生儿筛查中测序效果进行评估的人群规模研究却鲜有报道。

在近日发表于Nature Medicine杂志的一篇题为《外显子组测序在新生儿先天性遗传代谢缺陷病筛查中的作用》(The role of exome sequencing in newborn screening for inborn errors of metabolism)的文章中,由加州大学伯克利分校、加州大学旧金、塔塔咨询服务公司以及华盛顿大学西雅图分校等机构研究人员开展的一项回顾性研究结果表明,对新生儿干血滤纸片(dried blood spot,DBS)样本进行外显子组测序(WES)具有发现先天性遗传代谢缺陷病(Inborn Error of Metabolism,IEM)的潜力,其方式可补充基于传统质谱技术的新生儿筛查方案。

对于遗传性代谢病,既往由于检测方法的限制,这类疾病患儿往往不能够得到及时确诊。近年来国际上开展的串联质谱(MS/MS)能够检测DBS样本中的氨基酸谱和酰基肉碱谱,为临床诊断氨基酸、有机酸和脂肪酸代谢性疾病提供了技术支持,结合气相色谱-质谱(GC-MS)尿有机酸检测,使诊断更加可靠,推动了遗传性代谢病的筛查、诊断和治疗。事实上,新生儿筛查的准确性至关重要。如果漏诊病例,重症婴儿将无法得到及时治疗进而造成严重的后果,例如苯丙酮尿症治疗不及时会造成患儿认知障碍;但是对健康的婴儿进行不必要的治疗也会引起医疗资源的浪费,而且会让家庭陷入不必要的压力。尽管基于质谱技术的筛查方法已经较为成熟,但假阳性问题仍然存在,特别是对于新生儿重症监护病房的患儿,往往因为出生体重不足或早产而表现出代谢失衡。

为此,包括加州大学旧金在内的多家机构于2015年启动了一项名为“Newbie Seq”(NBSeq)的研究项目,旨在将测序数据和质谱检测结果相结合,进而降低新生儿代谢性疾病检测的假阳性率。作为NBSeq项目的一部分,研究团队合作探究了WES在新生儿先天性遗传代谢缺陷病筛查中的应用。研究人员获取了2005年至2013年间在加利福尼亚出生的450万婴儿中几乎所有IEM病例的存档残留干血滤纸片和数据,并从中抽取了1,190例新生儿干血滤纸片样品作为代表,其中包括805个IEM患者,385个通过MS/MS检测的呈现假阳性的非患者。研究主要针对48种IEM疾病关联的78个基因展开WES分析。

研究结果显示,WES的整体灵敏度为88%,特异性为98.4%,而MS/MS分别为99.0%和99.8%,尽管不同IEM的效果各不相同。因此,对于大多数新生儿IEM筛查而言,仅WES不够灵敏或不适合作为主要筛选工具。但是,作为对MS/MS筛查异常婴儿的辅助检查工具,WES可以减少假阳性结果,有助于及时解决病例,在某些情况下甚至可以提供比最初诊断更合适或更具体的诊断。

据悉,这项研究是迄今为止受IEM影响的整个病例群体中最大的测序研究,从而可以无偏倚地评估WES作为群体筛查工具的可能。事实上,新生儿IEM筛查为评估基因测序在人群筛查中的作用提供了理想的模型,因为这些大多数是孟德尔疾病,影响人们熟知的生化途径,其中许多疾病已经得到了广泛的研究。此外,基于测序的IEM检测的灵敏度和特异性可以直接与当前MS/MS筛查的灵敏度和特异性进行比较。通过对WES的研究来识别已经包含在新生儿筛查中的IEM,还可以表明它对于MS/MS无法检测的、可进一步治疗疾病的潜在效用。

对于测序方法在IEM筛查中可能存在的问题,研究人员也进行分析。论文第一作者、加州大学旧金山分校人类遗传研究所Aashish Adhikari博士表示:“尽管这些都是经过充分研究的单基因疾病,但这并不意味着我们已经找到了与它们相关的所有基因。其中可能涉及其他基因,以及可能限制我们仅根据DNA序列预测疾病的其他生物学和环境因素。”另一方面,这些疾病都较为罕见,以至于科学家没有太多的序列可供分析。除此之外,由于以前的研究大针对北欧血统人群,而加利福尼亚州的新生儿具有高度多样的遗传背景,并且许多变异从未分析过。

虽然本项研究中WES的灵敏度明显低于传统的质谱型IEM筛查手段,但论文共同通讯作者、加州大学旧金山分校人类遗传学研究所Steven Brenner博士也强调:“如果目前的质谱检测结果不明确,测序则可能会揭示解决这一奥秘的基因变异。对其他经过仔细检查的疾病进行测序筛查,可以使目前尚未被发现的某些患病儿童及时得到治疗,避免为时过晚而无法进行最佳干预。”

参考资料:

1. Adhikari, A.N., Gallagher, R.C., Wang, Y. et al. The role of exome sequencing in newborn screening for inborn errors of metabolism.Nat Med (2020). https://doi.org/10.1038/s41591-020-0966-5

2. Genomic Sequencing as a Standalone Newborn Screening Tool Falls Short, But May Help Diagnose Uncertain Cases

https://www.ucsf.edu/news/2020/08/418236/genomic-sequencing-standalone-newborn-screening-tool-falls-short-may-help

3. Newborn Exome Sequencing Shows Potential to Help Find Inborn Errors of Metabolism

https://www.genomeweb.com/sequencing/newborn-exome-sequencing-shows-potential-help-find-inborn-errors-metabolism#.XzTkRHot1PY

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本文由 测序中国 作者:戴胜 发表,转载请注明来源!

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