《International Journal of Molecular Sciences》：Efficiency of Rapid Whole-Genome Sequencing in Pediatric Intensive Care Units: Experience in a Diverse Population
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单基因疾病是导致婴幼儿在重症监护病房死亡的重要原因之一。许多这类遗传性疾病已有可用的治疗方法，可能延缓疾病进展并改善患者生活质量。然而，临床医生通常会在病程后期才识别出潜在的遗传病因，此时可用治疗已无法逆转疾病进展。快速全基因组测序（rapid whole-g
单基因疾病是导致婴幼儿在重症监护病房死亡的重要原因之一。许多这类遗传性疾病已有可用的治疗方法，可能延缓疾病进展并改善患者生活质量。然而，临床医生通常会在病程后期才识别出潜在的遗传病因，此时可用治疗已无法逆转疾病进展。快速全基因组测序（rapid whole-genome sequencing, RWGS）越来越多地被用于罕见病的早期诊断。目前尚不清楚哪些临床指征最有利于提供可操作的遗传学诊断，同时，在群体基因组数据较少的多样化人群中RWGS的效能也未得到充分研究。研究人员报告了来自美国新泽西州一个大型医院系统内四家医疗中心为期三年的RWGS结果，该地区拥有美国最多样化的人群之一。这些患者因各种严重/危及生命的表现从新生儿重症监护病房（NICU）和儿科重症监护病房（PICU）被转诊接受RWGS检测。所有患者均在同一个实验室中心使用相同的基因组测序和分析技术进行检测，以消除不同实验室间检测效能的差异。研究人员在52例受检个体中确定了19例（36.5%）的致病性遗传病因。在原因不明的生长迟缓（failure to thrive, FTT）患者中观察到最高的阳性诊断率。对于大多数阳性个体，遗传学诊断为疾病特异性、支持性或延缓进展的靶向治疗、更充分的遗传咨询或调整护理级别提供了可操作的依据。该研究提供了RWGS在多样化人群中检测效能的信息，并比较了主要转诊指征间的检测效能，有助于指导此类检测的转诊决策。
研究背景与目的
在线人类孟德尔遗传数据库（Online Mendelian Inheritance in Man, OMIM）收录了超过7600种单基因疾病表型，涉及5000多个单基因。自2014年以来，该数据库每年新增约300种新发现的单基因疾病。约70%的单基因疾病在儿童期发病，及时诊断和管理若尽早开始，可改善长期临床结局。早期诊断还有助于确定最合适的管理方案并支持家庭生育计划。快速全基因组测序（rapid whole-genome sequencing, RWGS）正成为重症监护病房患病新生儿和幼儿的标准诊疗手段，因为该患者群体中遗传病患病率很高。然而，此类检测的指征及其在不同人群组中的效能仍不明确。既往研究未针对特定指征分析RWGS的效能。研究人员报告了新泽西州四个医院中心52例个体的RWGS评估结果。尽管该研究采用了相似的检测指征，但纳入了高度多样化的患者群体。此外，该研究提供了关于不同转诊指征下实现遗传诊断效能的有限初步数据，并详细描述了阳性检测患者的结局。该研究可能有助于优先确定RWGS的临床指征。
研究方法与技术
本研究纳入来自新泽西州四家主要医院中心转诊接受RWGS的52例患者，时间跨度为三年。所有基因组检测均在Rady儿童基因组医学研究所（RCIGM）临床基因组中心完成，该实验室获得美国病理学家学会（CAP）认证和临床实验室改进修正案（CLIA）认证。从全血中提取基因组DNA，制备无PCR文库后进行全基因组测序（whole-genome sequencing, WGS），测序平台为Illumina NovaSeq 6000或NovaSeq X Plus，测序覆盖度≥30×。序列读数比对至人类参考基因组（GRCh37/hg19或GRCh38），使用DRAGEN生物信息学流程鉴定单核苷酸变异、插入/缺失、拷贝数变异、结构变异、线粒体DNA变异、非编码基因变异以及SMN1/SMN2拷贝数。额外分析包括使用经过验证的计算方法进行重复扩增和单亲二倍体检测。研究人员使用Fabric Genomics Enterprise/GEM平台基于基因型、遗传模式、表型和既定的基因-疾病关联对变异进行注释和优先级排序。表型驱动的分析整合了人类表型本体论（Human Phenotype Ontology, HPO）术语，同时也进行了表型无关的分析。由基因组分析师、分子遗传学家和遗传咨询师组成的多学科团队根据美国医学遗传学与基因组学学会/分子病理学协会（ACMG/AMP）标准和临床基因组资源对变异进行解读。变异按ACMG/AMP标准分类为致病性、可能致病性、意义不明确的变异（variant of uncertain significance, VUS）、可能良性或良性。报告的发现包括解释或可能与参与者表型相关的致病性和可能致病性变异，以及在认为具有临床信息价值时选择的表型相关VUS。偶然发现（包括次要发现）根据ACMG建议和RCIGM报告政策进行报告。需要确认的临床可报告变异通过正交方法（包括Sanger测序、多重连接依赖性探针扩增或其他经验证的检测方法）进行验证。最终临床报告通过电子病历系统发送给开具检测的医生。检测结果在收到标本后5天内可获得。
研究结果
确诊个体比例：快速全基因组测序（RWGS）在52例转诊检测患者中鉴定出19例（36.5%）的致病性染色体或单基因变异。图1展示了致病性变异和意义不明确的变异（VUS）的比例。表1显示了各人口统计学组的阳性结果比例。在黑人和西班牙裔/拉丁裔参与者中，观察到的诊断成功率低于平均水平。然而，由于样本量较小，这些差异在卡方检验中未达到统计学显著性。这表明差异可能反映了所研究人群中可用的基因组数据较少。图2列出了导致RWGS转诊的主要临床表现及各转诊组的阳性发现比例。表2列出了阳性个体、相应的主要检测转诊原因、检测发现以及由此产生的管理变化。病例1-24和1-31此前已有报道。表3显示了变异的HGVS分类。
讨论与结论
本研究的诊断率与既往研究报告的结果相当。少数族裔群体在本研究中得到了良好代表，但在这些人口统计学组中观察到的诊断率较低，可能是因为这些人群的基因组数据更为有限。这些差异未达到统计学显著性，很可能是由于样本量较小。该研究进一步强调了将非欧洲人群纳入基因组分析的必要性。有趣的是，因原因不明的生长迟缓（failure to thrive, FTT）和多发先天性畸形而转诊的患者中，基因组诊断的比例最高。同样，由于样本量有限，研究人员未能使这些差异达到统计学显著性。癫痫发作和呼吸窘迫是最常见的转诊原因，也与较高的诊断率相关。对于所有获得基因组诊断的个体，检测有助于更好的家庭生育计划（认识到未来妊娠的复发风险以及能够对所鉴定的遗传病进行产前或植入前诊断）和疾病特异性支持性护理，包括监测未来可能的疾病表现。对于其中三名患者，检测有助于提供疾病特异性靶向治疗以减缓疾病进展：ID 1-13患者检测有助于实施甲基丙二酸血症的特异性代谢管理；ID 1-24患者检测有助于实施Menkes病的特异性铜组氨酸治疗；ID 4-5患者检测有助于启动生长激素治疗。对于两名阳性患者（ID 1-25和1-31），由于疾病预后不良，检测有助于过渡到姑息治疗。VUS或阴性检测结果的患者在初次检测后每两年接受一次重新分析。该研究的一个主要局限性是研究患者数量较少。尽管如此，该研究证明了在诊断过程中早期使用RWGS的价值。罕见病的早期诊断可能有助于在相当比例的患者中提供靶向治疗。此外，该研究提示需要进行更大规模队列的研究，以更好地解决不同人群组和特定转诊原因下的检测效能问题。本研究已获得罗格斯大学机构审查委员会（IRB）批准。
