罕见疾病

8月1日，英国首相卡梅伦宣布英国将投资3亿多英镑从事全球开创性癌症和罕见疾病基因研究，以革新疾病的诊断和治疗方法。 　　在该笔一揽子投资中，医学研究理事会将投入2400万英镑，以提供正确分析和解读患者数据的强大计算能力，为医生和研究人员提供参考。 　　在历时四年的该项目中，科学家将从事前沿性研究，破解10万个人类基因组。英格兰基因组学有限公司(Genomics England)和基因测序龙头公司Illumina将为此形成新的伙伴关系，提供基础设施和专长，以把计划变为现实。 　　对癌症和罕见疾病患者的基因进行测序能帮助研究人员和医生更好地了解疾病的发病状况。通过全新的测试、药物和疗法对医疗的未来进行革新，该项目有望为成千上万的罕见遗传疾病以及癌症患者家庭带来福音。

新冠疫情促使mRNA技术快速发展的同时也使人们开始高度关注核酸药物这一领域。核酸药物包括反义核酸（ASO）、小干扰RNA（siRNA）、微小RNA（miRNA）、小激活RNA（saRNA）、信使RNA（mRNA）、适配体（aptamer）、核酶(ribozyme)、抗体核酸偶联药物（ARC）等，是基因治疗的一种形式。除mRNA药物外，其他几种核酸药物，基本上都是由100个以内的核糖核苷酸或脱氧核糖核苷酸单链或双链组成，所以也称为寡核苷酸药物。与mRNA药物编码产生目的蛋白不同的是，寡核苷酸药物主要是通过碱基互补配对原则与DNA、mRNA或者pre-mRNA配对，通过基因沉默、非编码RNA抑制、基因激活等一系列机制来调节基因表达。已上市寡核苷酸药物化学结构（Nature reviews drug discovery）寡核苷酸药物对比于小分子药物及蛋白药物，具有多方面的优势，首先可根据目标靶点设计碱基序列，靶点明确、特异性强；其次寡核苷酸药物从转录后水平进行治疗，可选择的靶点丰富，特别是能覆盖蛋白质不可成药的靶点以及开发由基因缺陷导致的遗传性疾病的相关靶点；另外寡核苷酸药物由于序列短，可采用化学合成方法，完成目标序列的装配，并结合生物学测试筛选有效序列，能够避免盲目开发，节省研发时间。但是寡核苷酸药物在研发中也面临着诸多挑战。寡核苷酸在细胞外稳定性低，易被核酸酶降解，加上分子量及负电荷的因素，难以进入细胞，因此在研发过程中，使其保持稳定的结构以及能够有效递送的传递载体是主要考虑的两个因素。寡核苷酸核酸分子的改造主要包括磷酸骨架，碱基以及糖环的修饰，在改造中需要考虑多个因素，包括稳定性、药代动力学、碱基配对的亲和力等，最重要的是能够保留被功能酶及功能蛋白所识别的功能。因此，在前期研发过程中，需要对寡核苷酸进行精确的结构表征及定量。丹纳赫生命科学旗下SCIEX 的高分辨质谱ZenoTOF&trade 7600系统具有一系列对寡核苷酸进行分析的方案，可进行寡核苷酸的分子量分析并进行杂质检测，可对寡核苷酸进行碱基序列鉴定。由于Zeno TOF 7600具有EAD和CID两种互补的碰撞模式，不但能产生丰富的离子碎片信息，还会保留完整的核酸低丰度修饰信息。寡核苷酸分子量及碱基序列的检测高分辨质谱ZenoTOF&trade 7600系统另外，高分辨质谱ZenoTOF&trade 7600系统还能实现对寡核苷酸的定量分析，线性范围可达 5 ng/mL – 10000 ng/mL，可以完成寡核苷酸药物在研发阶段的药代及多种代谢产物同时鉴定及定量分析。在研发阶段，对于采用同一种仪器进行鉴定及定量，可避免定量方法转移时造成的方法优化时间浪费，可帮助用户加快研发进度。艾杰尔-飞诺美寡核苷酸定量分析前处理试剂盒高分辨质谱对寡核苷酸进行定量分析在寡核苷酸药物种类中，反义寡核苷酸由于是单链，分子量小，递送较其他寡核苷酸容易，且反义寡核苷酸功能多样，可上调或下调基因表达，成为研发罕见遗传性疾病药物中最关注的种类。为了帮助研究人员开发这类针对罕见遗传性疾病患者的ASO疗法，FDA还发布了指导这类ASO疗法非临床检测的指南。在已上市的寡核苷酸药物中，大部分都是用于治疗罕见遗传性疾病的反义寡核苷酸药物，特别是杜氏型肌营养不良，已经上市了针对不同基因位点的四款产品。药品名治疗疾病药物种类上市时间Fomivirsen巨细胞病毒视网膜炎反义寡核苷酸1998.8（已退市）Pegaptanib年龄相关性黄斑变性核酸适配子2004.12Mipomersen纯合性家族性高胆固醇血症(hoFH)反义寡核苷酸2013.1（已退市）Defibrotide肝静脉闭塞反义寡核苷酸2016.3Eteplirsen杜氏型肌营养不良（DMD基因外显子51）反义寡核苷酸2016.9Nusinersen脊髓性肌萎缩症 （SMN2基因外显子7）反义寡核苷酸2016.12Patisiran遗传性甲状旁腺素淀粉样变性小干扰RNA2018.8Inotersen遗传性甲状旁腺素淀粉样变性反义寡核苷酸2018.10Waylivra家族性乳糜微粒血症综合征反义寡核苷酸2019.5Givosiran急性肝卟啉症小干扰RNA2019.11Golodirsen杜氏型肌营养不良（DMD基因外显子53）反义寡核苷酸2019.12Viltolarsen杜氏型肌营养不良（DMD基因外显子53）反义寡核苷酸2020Lumasiran原发性高草酸尿症I型小干扰RNA2020Inclisiran成人高胆固醇血症及混合性血脂异常小干扰RNA2020Casimersen杜氏型肌营养不良（DMD基因外显子45）反义寡核苷酸2021.2.25已上市的寡核苷酸药物（根据网上资料整理）由此可见，对罕见病的诊断也非常重要，很多罕见遗传病是由几十甚至上百种突变引起的，而且不同区域的患者可能存在不同的基因变异位点，NGS是现在进行高通量基因检测的重要手段。丹纳赫生命科学旗下Integrated DNA Technologies（IDT）公司（中文名称：埃德特）是全球领先的NGS试剂供应商，其外显子捕获产品Exome Research Panel V2特别适合进行遗传性疾病的全外显子组测序，助力遗传性疾病的诊断。V2由 415,115 条单独合成且经过质控检验的 xGen Lockdown 探针组成。探针组跨越人基因组的 34 Mb 目标区域（19,433 个基因），并且覆盖 39 Mb 的探针空间（即由探针覆盖的基因组区域）。探针是使用全新的“捕获感知”(capture-aware) 算法进行设计的，并进行了专有的脱靶分析，确保实现完整的设计覆盖度。探针组中的所有探针均严格按照 ISO 13485 标准进行生产。每条探针均经过质谱法和双定量测量检验，确保探针的质量及在探针库中具有适当的代表性。IDT Exome Research Panel试剂盒

覆盖可能会影响拷贝数变异（CNV）检测。此外，在WES诊断中，其他结构变体（SV）如倒位或调节区或内含子区域的变体通常会被遗漏。考虑到这些局限性，在所有疾病实体中，有5-50%的患者可以检测到潜在的疾病变体。WGS原则上允许检测外显子组以外的疾病相关基因组变体，如DNA结构改变、内含子变体、非编码区变体或重复扩增。诊断NGS代表了一种新颖、独特的诊断工具，它以基因为目标，超越编码区，并允许阐明已建立和新的非编码基因组疾病。近日，在European Jounal of human genetics杂志上发表了一篇题为“Recommendations for whole genome sequencing in diagnostics for rare diseases”的文章，文章指出，在WGS工作中审查了2016年NGS应用指南中的所有38项声明，并进行了更新。更新后的建议现在由44份原始、更新和新的声明组成。这些建议涵盖了从评估和建立诊断性NGS应用的基本原理到NGS结果报告的各个方面，包括实验室程序和生物信息学管道不同方面的质量控制、变体解释和数据库。提供NGS诊断的必要条件当然是其临床实用性、使用最先进的测序技术、诊断路线（即在实验室中针对特定疾病进行基因测试的路线）和变异分析，以及在诊断环境中生成报告。一般性建议WGS技术和应用在不断变化，并且仍在改进。这不应妨碍在诊断中实施WGS，然而，在临床诊断环境中实施之前，该测试需要充分验证。●建议1：建议在诊断环境中引入WGS分析，以提高质量、效率和/或诊断产量。●建议2：罕见疾病和癌症的诊断工作组（以及其他基因检测方法）只能在经认可的实验室进行。●建议3：未经可接受的试验验证，不应将NGS转移到临床实践中。●建议4：向患者确认、解释和传达在研究环境中获得的结果前，应该在诊断实验室对（最好）独立样本进行重新测试。诊断路线一般来说，诊断路线应选择最有效诊断策略来实现分子诊断（时间和成本）。虽然WGS（和WES）越来越多地被作为一级诊断测试来实施，但临床医生应该意识到可能有更有效的特定疾病诊断测试。●建议5：实验室应向临床医生提供信息，以确认基因测试的变异类型。●建议6：应考虑WGS的局限性，并将其告知临床医生。●建议7：出于诊断目的，应仅报告与疾病明确相关的基因。一份独立的研究报告可能会列出功能未知的基因变体。●建议8：诊断测试应针对回答临床问题。建议最好分析一个（或多个）基因面板，并使用过滤策略，并对经常由从头变异引起的疾病使用三组。●建议9：对于导致单基因疾病的基因变体的解释，应使用“5层分类系统”。●建议10：大型CNV应使用包括细胞基因组畸变在内的数据库进行解释。●建议11：建议仅当外显子组外的变异（可能）具有致病性时，才分析和报告这些变异。如果后续研究可以提供更多致病性信息，才需报告VUS（variants of uncertain significance）。●建议12：对于变异的解释，有必要拥有患者的临床信息，最好是以标准化的术语，如HPO。●建议13：诊断实验室必须实施/使用结构化数据库为所有分类变体进行最新注释。。●建议14：报告的变异应通过将其提交给联邦、区域、国家和/或国际数据库来共享，实验室遗传学家和研究人员可以访问这些数据库。生物信息学生物信息学管道被定义为从原始数据分析到变体注释所使用的所有软件。还对数据格式、存储和验证程序提出了建议。●建议15：建议使用最新注释的参考基因组版本。●建议16：应使用标准数据格式。●建议17：生物信息学管道必须针对所使用的技术平台进行定制。●建议18：建议制定和定义一个协议，以使用于变体识别和变体注释的生物信息学工具保持最新。●建议19：参考样品应用于生物信息学工具的验证和标准化。●建议20：诊断实验室必须定期使用标准数据集验证生物信息学管道的所有部分（公共领域工具或商业软件包），并在实施相关变更（新版本）时进行验证。●建议21：应采用质量参数来监测分析过程（过程控制）和测量所用技术的性能。对于编码区域，一般数据质量应至少与WES数据的质量相似。应准确描述诊断程序中使用的所有NGS质量指标，最好将其存储在数据库中。●建议22：生物信息学管道应针对所有可报告的变异类型进行验证，至少包括SNV、小型插入缺失和CNV。●建议23：应对所有WGS变体进行注释。●建议24：建议在内部数据库中记录变体频率。●建议25：诊断实验室应实施长期存储所有相关数据集的协议。质量评估内部验证和测试性能比较旨在确保产品的结果满足用户的操作需求。它是关于测试/方法的性能和使用，不应与变体的验证/确认混淆。●建议26：应报告的范围，即可以生成可靠识别的临床目标部分，必须在测试开发期间定义，并应提供给临床医生。●建议27：如果对来自不同组织类型（如血液和唾液）的DNA进行诊断性测试，则应分别对每种组织类型的湿和干实验室程序进行验证。●建议28：每当对试验进行重大更改时，必须检查质量参数，并且必须重新运行一组验证样品，作为验证的一部分。●建议29：应在分析评估期间处理样品跟踪和安装barcode以识别样品，并将其纳入平台验证。● 建议30：符合预定义质量指标的变体不需要第二种技术进行确认。伦理考虑WGS的实施增加了检测到除初始临床问题外的易感疾病变体的可能性。●建议31：实验室应该有一个明确定义的协议，用于在启动测试之前处理未经请求的发现。●建议32：临床医生应在临床WGS之前提供遗传咨询并获得知情同意。●建议33：实验室应预测因传播未经请求的调查结果而可能进行的后续研究。●建议34：除非明确要求或为质量保证活动，否则实验室不会系统地重新分析数据并报告新发现。●建议35：诊断测试的结果，特别是通过分析整个基因组的结果，可能不是决定性的，但可能会产生假设。●建议36：只有在获得充分知情同意的情况下，WGS数据才能用于研究目的。报告基因检测报告应为临床问题提供清晰、简洁、准确、充分解释和权威的答案。●建议37：对于每个NGS试验，实验室必须提供以下内容：诊断策略、检测到的遗传变异类型、其可报告范围、分析灵敏度和精密度。●建议38：NGS分析报告应在一页上总结患者的身份和转诊原因、测试的简要描述、结果摘要和主要发现。●建议39：每份报告中均应提及参考基因组构建和基因参考转录本版本（如适用）。●声明40：如果可用，应报告OMIM参考(https://www.omim.org/).●建议41：在提供这类分析之前，实验室应根据国际建议制定报告基因组变异的地方政策并记录在案。●建议42：只有当与相应（疾病）基因相关的表型与患者的临床特征相匹配，并且可以进行后续研究以获得有关变体致病性的更多信息时，才应报告VUS。●建议43：应报告超出临床诊断确认或排除范围的探索性发现。●建议44：WGS报告应提交给转诊医生。报告中必须包括告知患者及其家人接受遗传咨询的建议。总结与讨论随着WGS的实施，诊断产品的范围已大大扩大，应对与给定表型相关的所有已知基因组改变进行全面诊断分析和解释。此外，在这些建议中，WGS数据中线粒体DNA（mtDNA）变体或体细胞变体的解释有意未被提及，主要是因为当前WGS技术的技术限制。短读测序技术的一个限制是，它不能直接捕获表观遗传DNA修饰，从而无法捕获相关表观遗传表型的标记。这部分诊断谱在这些建议中没有具体说明。未来，长读（单分子）测序和DNA修饰鉴定技术将是诊断工具箱中可预见的附加组件。这将需要开发额外的诊断（软件）工具，以提高诊断工作组的分辨率、实用性和价值。精彩会议预告：点击图片免费报名参加“第五届基因测序网络大会”