【佳學基因檢測】基因檢測降低新生兒遺傳病的新技術

降低出生缺陷的方法導讀

《降低新生出生缺陷的總體策略》指出婚前、孕前基因解碼是最有效的方式，出生前所做的各種檢測也是一種補救措施。在基于基因解碼的基因檢測技術出現以前，新生兒遺傳病篩查目前以代謝物生化指標檢測為主，檢測結果假陽性率較高，且有一定的假陰性，篩查的病種較少?？傮w社會支付成本較高。近幾年逐步開展的新生兒遺傳病篩查基因檢測技術采用了定量聚合酶鏈反應技術（PCR）和高通量測序等分子診斷檢測方法。高通量測序從檢測的信息量及設計邏輯來分又分為基因包測序或者是基因檢測包、全外顯子組測序和全基因組測序。但目前用于新生兒遺傳病篩查的基因技術主要為定量聚合酶鏈反應技術和基因包測序。雖然，減少了篩查的遺傳病的種類，但是在可接受的成本下，讓更多的基因檢測可行。新生兒基因篩查病種由單病種篩查如耳聾、脊髓性肌萎縮及重癥聯合免疫缺陷病等向多病種篩查發(fā)展。而在基因解碼技術的加持下，向全病種檢測的趨勢日趨明顯。新生兒基因篩查結果解讀除遵循美國醫(yī)學遺傳學與基因組學學會聯合分子病理協會在2015年提出的“序列變異解讀標準和指南”外，還需要結合生化指標檢測及其他檢測結果綜合分析。新生兒遺傳病基因篩查的開展需要遵循倫理原則，包括將新生兒基因篩查作為公共衛(wèi)生項目的倫理、新生兒及其家庭成員知情選擇權和隱私權倫理等。新生兒遺傳病基因篩查的開展將使更多的遺傳病患者能夠早期診斷，改善其預后，在新生兒遺傳病篩查領域具有里程碑意義。

本文關鍵詞簡明扼要的表明主要內容

新生兒遺傳病發(fā)生率降低所使用的主要技術有：聚合酶鏈反應（polymerase chain reaction，PCR）;存活運動神經元（survival motor neuron，SMN）;美國醫(yī)學遺傳學與基因組學學會（American College of Medical Genetics and Genomics，ACMG）;基因解碼，致病基因鑒定，關于這些技術與名詞的含義不是本文的重點。本文主要介紹基因檢測是如何降低遺傳病的發(fā)生率及出生缺陷的。

遺傳病及出生缺陷的科學普及

遺傳病是英語中的genetic diseases。從字面意思上來講，可以是遺傳性疾病，也可以是基因類的疾病。根據《遺傳病是怎么產生的》，凡是基因信息變化引起的疾病都可以稱之為基因病，現在被人們認識的名稱是遺傳病。但是在公眾領域，遺傳病會被理解為從上一代遺傳下來的疾病。因此《人的基因序列變化與人體疾病表征》倡導使用基因病取代遺傳病。遺傳病的種類繁多, 極端效果的遺傳病危害大, 患者病死率及致殘率較高。但是大多數可遺傳的沒有被稱之為病，它只是人類的一些性狀。在這里，《出生卻陷入防治要點》將遺傳病局限在那些具有重大危害的疾病上面。這些病將來可能會被用來定義胚胎的質量，從而從根本上改善生殖支術。極端遺傳病，主要是指導致自主生存能力受損的疾病，影響心臟功能的疾病、影響感知世界能力的疾病，嚴重影響智力的疾病及在50歲以前罹患的癌癥?！冻錾毕莅l(fā)生的基因原因》可以清晰地發(fā)現這些疾病的背后或者是基因序列的變化，或者是遺傳物質染色大小片段的缺失或者是增加。新生兒遺傳病篩查可使患兒在出生后數天至數十天內得到診斷及治療, 以避免因遺傳病所致的死亡、致殘或減輕殘疾的程度。目前新生兒遺傳病篩查是在嬰兒出生后48~72?h，利用專用濾紙片采足跟血, 通過檢測疾病特異代謝物篩查某些遺傳代謝病的方法。隨著檢測技術的發(fā)展, 篩查技術從最初的細菌抑制法, 發(fā)展到熒光免疫法及串聯質譜法。篩查病種從一種擴增到數十種。但這些技術均屬于生化指標檢測, 存在較多的不足：①篩查結果受胎齡、出生體重、營養(yǎng)、用藥、地域/種族差異等多種因素的影響, 易出現假陽性結果，從而導致產婦及家屬的焦慮；②部分疾病篩查假陰性率高, 如citrin蛋白缺乏所致新生兒肝內膽汁淤積癥、多?；o酶A脫氫酶缺乏癥、鳥氨酸氨甲酰轉移酶缺乏癥等，其在新生兒期或未發(fā)病時代謝物通常無異常, 導致漏診；③代謝物檢測不能確定遺傳病基因型；④篩查病種不夠多, 未涵蓋一些發(fā)病率較高的疾病, 如成骨不全、黏多糖貯積癥、肝豆狀核變性等。近幾年, 基因解碼機構及部分基因檢測單位將基因檢測技術用于新生兒遺傳病篩查研究 , 從基因層面通過一次實驗可以檢測數十種至數千種疾病, 有助于新生兒遺傳病篩查的廣泛開展。目前，用于新生兒疾病篩查的基因檢測技術較多, 篩查的疾病也從單種到數百種, 如何選擇基因檢測技術及病種值得探討。

新生兒遺傳病篩查基因檢測技術

隨著基因解碼技術為特點的后基因組時代的來臨，更多的疾病的基因原因被證實，以PCR技術、基因測序技術為支撐的基因檢測技術快速發(fā)展，基因檢測越來越廣泛地應用于新生兒遺傳病篩查領域。基于基因測序衍生出的不同篩查方案，各有其檢測適應證、優(yōu)勢及局限性。在選擇標準上，《基因病正確檢測的技術選擇參考》指出當一個疾病表型確定時，只需選擇相對明確的基因進行檢測，而對于遺傳異質性表型疾病則須選擇相對全面的方案。此外，還須結合檢測陽性率、費用和時效等因素，合理選擇適宜的基因檢測技術。但是這里表型確定是一個沒有清晰界定的形容詞描述，而建立人體疾病表征與基因序列突變的關系則可以提供直接使用的參照。

定量PCR技術

定量PCR技術是指在PCR擴增反應體系中加入指示信號，這些信號一板是生色物質，可以實時指示基因檢測反應過程中生成的物質，從而間接指示人體基因序列突變的存在。結合基因檢測技的標準操作指南，設定標準曲線可以對新生兒樣本中的基因序列進行定量檢測，從而提供是否存在某個序列，以及特定的遺傳信息的數量是否發(fā)生異常增減的結論依據。因其具有敏感度高、操作簡便、檢查費用低等優(yōu)勢，適合對致病基因或致病位點明確的單基因遺傳病進行大規(guī)模檢測。其缺點是可涵蓋的基因數量及基因位點受限，檢測病種相對較少，只能檢測已知致病突變位點，不能檢測新發(fā)突變。這與臨床場景中病人的病因是未知的這一臨床實踐相矛盾，從而遭到基因解碼技術流派的唾棄。此項技術多用于不要求正確找到致病基因的普篩性疾病如耳聾和脊髓性肌萎縮的部分發(fā)病原因的篩查。

另外，高分辨率熔解曲線分析是一種高效、穩(wěn)定的PCR技術，其不受突變堿基位點及其類型的局限，且不需要序列特異性探針，在PCR結束后即可直接進行突變檢測和基因型分析，具有快速、簡便、靈敏、閉管操作、低成本等優(yōu)點，目前已用于多種致病基因已知突變位點的遺傳代謝病篩查，如甲基丙二酸血癥合并同型半胱氨酸血癥、肝豆狀核變性及法布里病等。但高分辨率熔解曲線分析對于PCR要求高，且在多態(tài)性或富含GC等復雜基因片段檢測中的應用尚存在爭議。

高通量測序

高通量測序是從數量上來講是超過在幅度超過一代測序的規(guī)模、大量片段的測序反應同時進行的一種大規(guī)模平行測序技術。根據獲取基因信息量的多少、范圍不同，可分為單基因全長測序、基因包測序（Panel測序）、全外顯子組測序和全基因組測序。

單基因全長測序

有些基因的全長達到數萬以一至于數十萬個堿基，一代測序及其他檢測技術不能揭示全部基因突變的可能，基因解碼技術要求采用高通量測序，對該基因的全長進行測序。

基因包測序、又叫做基因檢測包

基因包測序可對某些疾病的相關基因進行目標基因測序，可同時檢測數種至數百種基因?；虬鼫y序檢測基因數量少，檢測成本相對低，且具有針對性強、覆蓋范圍廣、周轉時間短等優(yōu)勢，但其無法發(fā)現一些未知基因和特殊突變。基因包測序適用的遺傳病特點為：①具有明顯臨床表型多樣性；②多個疾病中存在表型重疊現象，需要進行鑒別診斷；③遺傳位點的異質性，多個基因同時控制一個代謝通路。由于其可以自由搭配基因種類及數量，臨床多用于某一類或幾類遺傳病基因檢測。目前，多種新生兒遺傳病篩查多采用此方法。相對于全外顯子測序的基因解碼，基因檢測包的正確率要高于少量位點的PCR檢測，但是明確低于基于全外顯子測序的基因解碼。

全外顯子組測序

全外顯子組測序由于檢測疾病范圍廣、檢測性價比高等優(yōu)勢，現用于識別臨床未確診疾病患者的基因檢測。相對于獲得更多、更全基因信息的全基因組測序來說，其局限性在于不能獲得完整的基因組信息、無法檢測DNA結構突變、難以有效覆蓋高度同源區(qū)、易出現假陽性和假陰性結果，而且檢測成本高、檢測周期長、生物信息學分析對于臨床醫(yī)生是一個難以客服的挑戰(zhàn)，故目前不適用于由醫(yī)院獨立開展、面向全部國民的新生兒疾病篩查。但是其對結構突變的檢測和對未知突變的檢測要優(yōu)于基因檢測包及單基因測序。

全基因組測序

即對生物體整個基因組序列進行測序，是檢測基因突變的出色手段。全基因組測序可以獲得個體全部差異和變異信息，較全外顯子組測序覆蓋的區(qū)域更廣，且在鑒定單堿基突變、插入缺失突變、拷貝數突變和結構突變中更具優(yōu)勢。目前，第二代STATseq項目可以在26?h內進行初步診斷，且敏感度和特異度均超過99.5% 。但全基因組測序面臨致病突變體的鑒定、臨床意義不明突變結果的解釋、短時間內進行大量數據儲存和分析、相對高成本等諸多挑戰(zhàn)，其在臨床的適用性仍須進一步評估。目前，全基因組測序多用于臨床疑似遺傳病及現有檢測技術未能明確病因的患者，不適用于新生兒遺傳病篩查。

新生兒遺傳病基因篩查的臨床應用

新生兒遺傳病基因篩查的疾病選擇及基因選擇

新生兒遺傳病篩查病種的選擇主要參考1968年世界衛(wèi)生組織Wilson-Jungner標準，即危及生命或可能導致嚴重殘疾，易于篩查且具有有效治療或干預方案的疾病。在此基礎上，新生兒遺傳病基因篩查的疾病應選擇：①目前開展篩查的疾病；②當地患病率及發(fā)病率較高且危害重的疾??；③遺傳機制清晰及基因型與表型明確的疾病；④有第二種方法可輔助診斷的疾?。虎菘梢灾委煹募膊?。

新生兒遺傳病基因篩查選擇的基因包括某一種疾病的全部致病基因或優(yōu)勢基因。美國新生兒基因組測序（BabySeq）項目中包含三類基因：①對兒童期發(fā)病的疾病具有很高預測價值的基因；②具有中度證據和（或）外顯率的基因，兒童期干預可防止嚴重后果或成人期發(fā)病但兒童期的干預可能顯著改善臨床癥狀；③缺乏導致疾病證據的基因，具有低、中度外顯率或與成人期發(fā)病條件有關，尚無證據表明兒童期非侵入性治療起作用，但與患者的癥狀相關。對于可由多個基因突變導致的疾病，如高苯丙氨酸血癥、甲基丙二酸血癥及楓糖尿病等，可由數個至十幾個基因突變引起，為了節(jié)約實驗室成本、生物信息學分析成本及檢測時間成本，需要選擇占比較高的基因，如苯丙氨酸血癥可選擇 PAH和 PTS基因，甲基丙二酸血癥可選擇 MMACHC、 MMUT、 MMAA和 MMAB基因。

新生兒遺傳病單病種基因篩查

耳聾基因篩查

耳聾患者中70%及以上是由遺傳因素引起的，新生兒聽力篩查雖然可以快速檢查聽力，但不適于遲發(fā)性、進行性或藥物性耳聾篩查。耳聾基因篩查有助于提高遺傳性耳聾的檢出率。目前采用的篩查方法為針對數個基因及突變位點的定量PCR技術，已取得了顯著效果。

脊髓性肌萎縮基因篩查

脊髓性肌萎縮是一種常染色體隱性神經退行性疾病，是由于 SMN1基因純合缺失導致SMN蛋白缺乏而致。2017年，美國一項研究利用定量PCR技術對紐約3826名新生兒進行篩查，檢測出1例脊髓性肌萎縮患兒，證實了脊髓性肌萎縮基因篩查的可行性。2019年，我國大陸地區(qū)新穎對脊髓性肌萎縮進行大規(guī)模篩查，采用DNA質譜技術對29?364名新生兒進行篩查，確診3例患兒。該方法具有時間短、成本低、特異度及敏感度高等優(yōu)勢，有助于推動脊髓性肌萎縮的新生兒篩查。

地中海貧血基因篩查

地中海貧血是由于人類珠蛋白基因突變或缺失導致珠蛋白肽鏈異常引起的一組遺傳性溶血性疾病，以α-地中海貧血和β-地中海貧血最為常見。2016年，我國貴州省率先使用高通量測序聯合傳統地中海貧血篩查技術——跨越斷裂點PCR，對18?309名新生兒進行地中海貧血基因篩查，結果顯示該地區(qū)地中海貧血基因攜帶率為12.9%（2362/18?309），且檢測出傳統方法無法檢測出的65例地中海貧血基因攜帶者和相關突變，提示高通量測序結合跨越斷裂點PCR可以有效地識別新的突變，降低誤診率。

重癥聯合免疫缺陷病基因篩查

重癥聯合免疫缺陷病為X-連鎖或常染色體隱性遺傳，是原發(fā)免疫缺陷病最嚴重的類型。定量PCR技術用于測定干血斑提取DNA中T細胞受體切除環(huán)的含量，其敏感度和特異度高，是目前新生兒重癥聯合免疫缺陷病篩查的主要方法。自2008年美國率先利用T細胞受體切除環(huán)篩查重癥聯合免疫缺陷病起，許多國家如英國、法國、西班牙等都紛紛進行了重癥聯合免疫缺陷病篩查研究。2010年，我國臺灣地區(qū)率先進行了重癥聯合免疫缺陷病試點篩查項目，在106?931名受檢新生兒中篩查出2例患兒。

新生兒遺傳病多病種基因篩查

單病種基因篩查一次實驗僅能篩查一種疾病，篩查效率低。遺傳病種類繁多，多病種基因篩查有助于節(jié)約成本，提高篩查效率，實現一次檢測篩查數十種至數百種疾病的目的。高通量測序因其測序速度快、檢測疾病譜廣、不依賴于典型的臨床表現，越來越廣泛地應用于新生兒遺傳代謝性疾病篩查。但目前利用高通量測序進行大樣本新生兒遺傳病篩查的報道較少，多為串聯質譜法檢測后的二級篩查。英國Campen等設計了一個包含 PAH、 ACADM、 TSHR、 CFTR、 HBB的基因包，篩查苯丙酮尿癥、中鏈?；o酶A脫氫酶缺乏癥、先天性甲狀腺功能低下癥、囊性纖維化和鐮刀型細胞貧血等五種疾病，結果顯示敏感度100%，特異度99.96%，正確度99.5%，證實了基因包測序用于新生兒篩查的有效性，且其報告時間僅1周，每樣本檢測成本約62.41英鎊，但其篩查疾病偏少。國內Luo等設計包含573種基因的基因包，利用高通量測序在1127名受檢新生兒中篩查出4例葡萄糖-6-磷酸脫氫酶患兒，1例原發(fā)性肉堿缺乏癥患兒（此患兒串聯質譜法檢測陰性），同時獲得中國常見基因的攜帶率數據?；虬鼫y序聯合串聯質譜法可彌補目前新生兒遺傳代謝病篩查的缺陷，有效地降低假陽性率和假陰性率，使結果更加高效。2020年，我國廣東地區(qū)開展了串聯質譜法聯合高通量測序篩查遺傳代謝性疾病的研究，共篩查20?000名新生兒，結果證實串聯質譜法聯合高通量測序可有效降低串聯質譜法篩查的假陽性率和假陰性率，并及早明確患者致病基因突變位點，為后續(xù)的臨床治療和遺傳咨詢提供依據。

新生兒遺傳病基因篩查結果解讀

根據ACMG聯合分子病理協會在2015年提出的“序列變異解讀標準和指南”，突變位點評級可分為致病性、可能致病性、臨床意義不明、可能良性和良性5個等級。其中，致病性和可能致病性突變對臨床有診斷意義；臨床意義不明不能直接作為臨床診斷的依據，需要結合臨床，必要時進行相應的家系成員驗證、輔助檢查、臨床隨訪等；可能良性和良性為不致病。對于報告結果的解讀，ACMG建議用“陽性”、“陰性”、“不確定”以及“攜帶者”作總結性說明。“陽性”即檢出的致病突變可解釋受檢者的臨床指征；“陰性”即沒有檢出任何可疑的突變；“不確定”即檢出的突變?yōu)榕R床意義不明或常染色體隱性遺傳的疾病只檢出一個雜合致病突變而不足以解釋受檢原因；“攜帶者”則僅適用于隱性遺傳病攜帶者篩查的報告。

由于新生兒基因篩查是在新生兒出生后2~7?d采血進行基因檢測，即使是遺傳病患兒采血時大部分可能并無臨床表現，判斷檢測到的基因突變是否致病時無臨床表型作為依據。故除按照上述基因檢測結果解讀原則對基因檢測結果進行判斷外，尚需結合目前的常規(guī)篩查結果及特異代謝物檢測進行解讀：①對于目前常規(guī)篩查的疾病，需要結合篩查結果進行解讀，包括高苯丙氨酸血癥、先天性甲狀腺功能減退癥、葡萄糖-6-磷酸脫氫酶缺乏癥、串聯質譜篩查疾病及耳聾等；②對于目前未進行常規(guī)篩查但有明確特異代謝物的疾病，如溶酶體疾病、進行性肌營養(yǎng)不良、糖原貯積癥等，基因檢測結果解讀時建議進行特異代謝物檢測，以便診斷或排除篩查疾病；③對于無特異代謝物的遺傳病，基因檢測結果按照上述基因檢測結果解讀原則解讀。

新生兒遺傳病基因篩查相關倫理問題

新生兒遺傳病基因篩查相關倫理問題主要有以下四方面：①政策制訂的倫理學問題。新生兒疾病篩查政策制訂應基于衛(wèi)生經濟學評價及成本效益分析結果，尊重人權?；蚪M技術的引入可為更多新生兒提供早期干預的機會以預防嚴重疾病、障礙或死亡。但必須確保以不損害當前篩查計劃的有效性或社會支持的方式使用基因篩查技術。②新生兒監(jiān)護人的知情選擇權。新生兒疾病篩查應遵循自愿和知情選擇的原則，其知情選擇和決定權由其監(jiān)護人代為行使。在進行新生兒篩查前應將檢查的項目、意義、方法、費用等如實告知監(jiān)護人，給予詳盡解釋，并取得書面同意。③保護隱私權。基因篩查結果信息涉及多方面的關聯，因此在測序數據的存儲、解讀和使用過程中必須注意保護患兒及家庭信息和隱私。此外，在篩查陽性的患兒過程中，涉及具有血緣關系的相關親屬的隱私，須對親屬信息嚴格保密。④篩查過程中的倫理學問題。對于篩查結果陽性的患兒家屬出現焦慮、絕望等情緒時須做好安撫和溝通解釋工作；檢查結果可能出現攜帶者、假陽性、假陰性、不確定性結果等情況，因此如何提請患兒家屬重視的同時不增加其心理負擔，對醫(yī)生的遺傳咨詢能力和報告解讀能力提出了較高的要求。

出生缺陷及遺傳病降低的共識

幾十年來，檢測干血斑特異代謝物的生化篩查技術在新生兒遺傳病篩查中發(fā)揮了重要作用。隨著基因檢測技術的進步，基因篩查有助于擴大新生兒遺傳病篩查病種，部分遺傳代謝病生化指標檢測聯合基因檢測技術將提高新生兒遺傳代謝病的篩查效率。隨著新生兒遺傳病基因篩查的相關研究逐步開展，在新生兒遺傳病基因篩查的疾病種類、基因選擇、基因篩查流程、篩查結果判讀、篩查陽性者隨訪、診斷、治療等方面將陸續(xù)形成專家共識，遺傳代謝病患兒有望得到更早的診斷及治療。

(責任編輯：佳學基因)

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