-
生物通官微
陪你抓住生命科技
跳动的脉搏
《npj Genomic Medicine》:Cracking rare disorders: a new minimally invasive RNA-seq protocol
【字体: 大 中 小 】 时间:2025年05月29日 来源:npj Genomic Medicine 4.7
编辑推荐:
为解决罕见病诊断中RNA-seq技术临床应用存在的组织获取困难、数据分析复杂等挑战,比利时根特大学医学遗传学中心团队开发了一种基于外周血单核细胞(PBMC)的微创RNA测序方案,结合环己酰亚胺(CHX)处理技术,成功在46例患者中检测到异常剪接事件,使7个变异获得重新分类。该研究为神经发育障碍等罕见病的精准诊断提供了可推广的标准化流程。
在遗传诊断领域,外显子测序(ES)和基因组测序(GS)的应用虽然将孟德尔疾病的诊断率提升至约50%,但仍有大量变异因功能证据不足而难以分类。RNA测序(RNA-seq)作为补充技术,理论上可增加7-36%的诊断率,却面临两大瓶颈:难以获取病变组织样本,以及RNA数据分析的复杂性。特别是对于神经发育障碍等疾病,传统方法往往无法捕捉组织特异性表达基因的异常剪接事件,而无义介导的mRNA降解(NMD)机制更会掩盖关键转录本异常。
比利时根特大学医学遗传学中心的研究团队在《npj Genomic Medicine》发表的研究中,创新性地开发了基于外周血单核细胞(PBMC)的微创RNA测序方案。该方案通过短期培养PBMC并结合环己酰亚胺(CHX)处理抑制NMD,成功在临床可及组织中实现了高效转录组分析。研究显示,在智力障碍和癫痫基因panel中,PBMC可表达高达80%的相关基因,为神经发育障碍的诊断提供了理想样本来源。
研究采用三阶段技术路线:首先通过转录组测序评估四种临床可及组织(CAT)的基因表达谱;随后建立PBMC培养和CHX处理标准化流程;最后整合FRASER(异常剪接检测)、OUTRIDER(表达异常分析)和单等位基因表达(MAE)分析三大生物信息学工具。研究队列包含46例患者和15名父母对照,重点验证了9例已知剪接变异病例。
在"Up to 80% of our ID/epi panel genes are expressed in fibroblasts and PBMCs"部分,研究团队系统比较了成纤维细胞、全血、PBMC和淋巴母细胞系(LCL)四种CAT的表达谱。通过转录本每百万(TPM)>1的严格标准,发现PBMC在智力障碍和癫痫基因panel中表达79.7%的基因,仅次于成纤维细胞(80.4%),显著优于全血(77.3%)和LCL(75.4%)。这一发现确立了PBMC作为神经发育障碍RNA研究的理想样本地位。
"Cycloheximide treatment can successfully inhibit NMD in CATs"章节验证了CHX处理的有效性。研究选用XPC、TPP1和PPT1基因的截短变异模型,通过qPCR证实CHX处理可使NMD敏感转录本表达提升2-3倍。特别引入SRSF2基因的NMD敏感异构体作为内参,发现CHX处理后其外显子3包含 reads从4.55%增至8.58%,为实验质量控制提供了可靠指标。
核心发现"RNA-seq outperforms in silico prediction tools and targeted cDNA analysis in capturing complex splicing events"显示,在9例剪接变异患者中,RNA-seq检出6例存在异常剪接,而传统cDNA分析仅检出4例。值得注意的是,在SMARCC2和SETD1A病例中,RNA-seq成功捕捉到内含子保留这一复杂剪接模式,而Sanger测序因技术局限未能识别。与SpliceAI等预测工具相比,RNA-seq不仅能确认剪接异常,还能精确揭示变异的具体分子效应。
研究通过"RNA-seq improves variant classification for splice region variants"证明该技术的临床价值。依据ACMG指南重新分类后,7个变异获得升级:WDR26、NIPBL和SETD1A的变异因PVS1证据从3类升至5类(致病性);SMARCC2变异因PS4_PM证据从3类升至4类(可能致病性)。而未被RNA-seq证实异常的3个变异则降级为2类(可能良性),显著提高了诊断精确度。
在"FRASER analyses did not result in novel causal variants in our cohort"和后续章节中,研究团队评估了全局分析工具的诊断效能。虽然FRASER成功识别出87.5%的验证阳性剪接事件,但仅4例达到统计学显著性(p-adj<0.05)。OUTRIDER在4例已知拷贝数变异(CNV)患者中检测到相关基因表达异常,但对ZEB2等单基因病例敏感度有限。单等位基因表达分析虽平均检出405.9个MAE事件/样本,但未能发现新的致病基因。
研究提出的标准化流程(图8)具有重要临床指导意义:对于可疑剪接变异,建议先评估目标基因在PBMC中的表达水平;FRASER分析阴性时需手动检查IGV图谱;OUTRIDER检测到的表达异常需结合DNA数据重新评估;MAE分析应聚焦表型相关基因。这种分层策略平衡了检测灵敏度与临床实用性。
该研究的创新价值体现在三方面:技术上,PBMC培养仅需72小时,配合CHX处理可稳定捕获NMD敏感转录本,大幅缩短诊断周期;临床上,为神经发育障碍提供了微创且高效的RNA诊断方案;科学上,通过46例患者队列系统验证了RNA-seq在变异解读中的增值效应。研究团队特别指出,随着长读长测序技术的发展,未来有望更全面解析复杂剪接事件,而本研究建立的PBMC平台为这一进化奠定了坚实基础。