擴展性攜帶者篩查在單基因遺傳病防控中的應(yīng)用▲

易 升 李孟婷 沈亦平 覃再隆

(廣西壯族自治區(qū)婦幼保健院遺傳代謝中心實驗室，南寧市 530000，電子郵箱：yishenglgf@163.com)

【提要】 隨著高通量測序技術(shù)的快速發(fā)展，遺傳病攜帶者篩查的方式也在不斷進步。擴展性攜帶者篩查通常采用致病基因集組合測序方式，用較低的成本對數(shù)百種單基因遺傳病進行攜帶者篩查，以明確受檢者致病變異基因的攜帶情況后進行生育指導。本文從攜帶者篩查的發(fā)展，開展擴展性攜帶者篩查的關(guān)鍵注意事項，探討全面開展擴展性攜帶者篩查對我國單基因遺傳病防控的意義和面臨的挑戰(zhàn)。

單基因遺傳病具有終生性和家族性等特點，大部分疾病不易診斷，患者病情嚴重，且目前尚無有效的治療方法。雖然大多數(shù)單基因遺傳病較為罕見，發(fā)病率在幾百萬分之一到幾千分之一不等，但其種類繁多，目前已發(fā)現(xiàn)的單基因遺傳病超過6 500種，其中包括約1 800種隱性遺傳病，全球人群發(fā)病率高達1%，是導致新生兒出生缺陷的重要因素[1]。單基因隱性遺傳病的攜帶者篩查是通過檢測無癥狀人群的致病基因攜帶情況，采用合理的生育選擇來有效地避免嚴重缺陷患兒的出生。如地中海貧血防控采用婚前和孕前篩查，有效地避免了地中海貧血患兒的出生，減輕了家庭和社會的負擔。擴展性攜帶者篩查(expanded carrier screening，ECS)依托高通量測序技術(shù)，可根據(jù)不同人群或人種的遺傳背景設(shè)計針對性的篩查方案，同時可對多種嚴重的、高發(fā)的單基因隱性遺傳病攜帶者進行廣譜篩查，是出生缺陷一級防控中不可缺少的環(huán)節(jié)。本文通過闡述攜帶者篩查的發(fā)展情況，分析開展ECS的要點，探討全面開展ECS對我國單基因遺傳病防控的重大意義和面臨的挑戰(zhàn)。

1 攜帶者篩查的發(fā)展

攜帶者篩查最早是在德系猶太人中開展，通過檢測己糖脫氨酶A的活性篩查家族性黑矇性癡呆攜帶者。隨著人類基因組序列第一個完整草圖的發(fā)表和測序技術(shù)的發(fā)展，分子檢測逐漸替代酶學檢測成為遺傳性疾病的篩查方法和診斷標準[2-3]。

20世紀末出現(xiàn)的聚合酶鏈反應(yīng)使基因分型技術(shù)開始被應(yīng)用于臨床表型嚴重的遺傳病(如囊性纖維化)的分子診斷，限于醫(yī)學遺傳學家對致病基因的認識不足和檢測技術(shù)尚未成熟，早期的攜帶者篩查主要針對有家族史的家庭和個人，檢測目標是單一基因或致病突變。隨著基因分型技術(shù)的發(fā)展和單基因遺傳病分子研究的不斷深入，研究人員發(fā)現(xiàn)某些遺傳病在特定人群中的發(fā)病率明顯高于其他族群和地區(qū)，這種現(xiàn)象與奠基者效應(yīng)及雜合子優(yōu)勢等相關(guān)[4-6]。例如，德系猶太人的家族性黑矇性癡呆和囊性纖維化的發(fā)病率明顯高于其他人群，而中國南方、東南亞、中東和非洲等地區(qū)的血紅蛋白病發(fā)病率顯著高于其他地區(qū)[7]。針對這種現(xiàn)象，基于種族的攜帶者篩查在專家的推動和政府的支持下不斷發(fā)展，包括血紅蛋白病在內(nèi)的出生缺陷防控在國內(nèi)外均取得很好的效果[8]。例如，在美國和加拿大的德裔猶太人中，攜帶者篩查使家族性黑矇性癡呆新生兒的發(fā)病率降低了90%以上[9]；廣西地區(qū)的重型地中海貧血患兒出生率從2010年的2.26/萬下降到2020年的0.22/萬，降幅超過90%[10]。攜帶者篩查的社會意義已得到了充分證明，相關(guān)專業(yè)協(xié)會為此頒布了一系列指南及聲明，以推進支持攜帶者篩查工作的開展。2004年美國婦產(chǎn)醫(yī)師協(xié)會(American College of Obstetricians and Gynecologists,ACOG)發(fā)表聲明，推薦在德系猶太人后裔中進行家族性黑矇性癡呆病、海綿狀白質(zhì)腦病、囊性纖維化等特定疾病的攜帶者篩查；2008年美國醫(yī)學遺傳學與基因組學學會(American College of Medical Genetics and Genomics,ACMG)向德系猶太人推薦9種遺傳疾病的攜帶者篩查；2013年ACMG發(fā)布關(guān)于產(chǎn)前/孕前進行ECS的聲明；2015年ACMG、ACOG等5家機構(gòu)發(fā)布在生殖醫(yī)學中進行ECS的聯(lián)合聲明；2017年ACOG發(fā)布了2個攜帶者篩查的意見[11-16]。

隨著人口的遷移和跨種族婚姻的普遍性，種族及地理區(qū)域的界限越來越模糊，基于種族及地理分布的攜帶者篩查逐漸向泛種族泛區(qū)域篩查發(fā)展[17]。另一方面，伴隨著高通量測序成本的降低、對致病基因的認識不斷提高及新致病基因的不斷發(fā)現(xiàn)，基于致病基因集的多種疾病篩查(即ECS)開始被嘗試應(yīng)用于防控單基因遺傳病。Bell等[18]對448種嚴重的兒童期隱性遺傳病進行了篩查，發(fā)現(xiàn)在114個無關(guān)個體中平均每人攜帶2.8個致病突變，每個基因的檢測成本低于1美元，開啟了用二代測序同時篩查多種疾病的時代。ECS 也由此得以產(chǎn)生和發(fā)展。

2 開展ECS的要點

2.1 醫(yī)學倫理 作為一種基因檢測項目，開展ECS時需要遵循醫(yī)學倫理的基本原則。同時ECS一般不會對身體造成明顯的傷害，但對受檢夫婦的心理可能存在潛在的影響。因此，參與篩查的決定應(yīng)該由夫妻雙方在進行充分遺傳咨詢后自主決定，咨詢師不宜提出指向性意見，而拒絕參與篩查的夫妻也應(yīng)該得到同等程度的信息及咨詢。

2.2 篩查對象 ECS的受試人群主要是健康的孕前夫婦。此外，輔助生殖技術(shù)供配雙方也應(yīng)該進行篩查，以避免遺傳病在不知情的情況下發(fā)生[16]。

2.3 篩查時間和順序 ECS可在孕前或孕期進行，一般推薦在孕前完成檢測[19]。如果夫妻攜帶同一致病基因組的致病突變基因，在孕前完成ECS檢測則可以確保有充足的時間來考慮所有生殖選項，包括體外受精與植入前遺傳診斷、產(chǎn)前診斷、臍帶血收集等[16]。

ECS的篩查順序有同步篩查或序貫篩查2種方案，夫妻雙方可根據(jù)孕周、對該檢測的接受度和當?shù)蒯t(yī)院的具體情況來進行選擇。同步篩查有利于進行診斷性檢測與生育選擇，因此在檢測周期上有優(yōu)勢，而序貫篩查適合妊娠前進行。

2.4 篩查病種的入選標準 篩查的遺傳病種類和目標基因應(yīng)考慮疾病的遺傳方式、嚴重程度、攜帶頻率與經(jīng)濟效益等因素。ECS的目標疾病一般是常染色體隱性遺傳病，也可以包含部分X連鎖和常染色體不完全顯性遺傳病，納入篩查的疾病的臨床表型一般較嚴重，可縮短患者的預期壽命、影響患者的生活質(zhì)量或缺乏經(jīng)濟有效的治療手段[20]。另外，入選病種需考慮發(fā)病率和經(jīng)濟效益的相關(guān)性，突變攜帶率相對較高的疾病才更具有篩查的經(jīng)濟有效性。根據(jù)2017年ACOG的建議，ECS篩查的遺傳病入選條件應(yīng)包括：致病變異總攜帶率超過1%，表型明確，影響患者生活質(zhì)量，導致患者認知障礙和身體殘疾，需要手術(shù)或醫(yī)療干預及早期發(fā)病[19]。隨著測序成本的進一步降低和對人群基因組變異頻譜的深入了解，ECS病種準入標準不斷變化，比如已有研究表明對致病變異總攜帶率超過0.5%，甚至0.1%的基因進行篩查是有經(jīng)濟有效性的[21]。

2.5 殘余風險 ECS需要考慮假陰性和假陽性結(jié)果等情況，尤其需要關(guān)注陰性報告的殘余風險[16]。首先，ECS無法涵蓋所有基因的所有致病位點，如動態(tài)突變(脆性X綜合征等)、平衡易位、基因倒位(A型血友病等)一般無法用普通的高通量測序有效地完成檢測。另外，對某些位點(同源基因和假基因干擾、特殊序列等)的二代測序結(jié)果需謹慎判讀，例如有些測序產(chǎn)品對運動神經(jīng)元生存基因1的檢測效能較差，以及大部分測序產(chǎn)品無法有效檢出HBA基因缺失突變。同時，目前并不是所有致病變異均被闡明，臨床意義不明確的基因變異無法確認一定不致病[22]。除此之外，不同基因檢測公司篩查的基因不盡相同，大部分病種在當?shù)氐臄y帶頻率不得而知，相應(yīng)的檢出率也難以計算，其殘余風險無法確定?；谶@些不確定因素，無論是實驗室工作人員和臨床咨詢服務(wù)人員，還是受檢者本人，都必須理解和正視殘余風險的客觀存在。

2.6 篩查接受度 隨著篩查病種的增加和基因變異頻譜的不斷更新，ECS篩查陽性率不斷上升，但人群對于ECS的接受度不盡相同。大部分受檢者接受遺傳咨詢后對陽性結(jié)果有心理預期，能夠接受攜帶者的身份，愿意提前知曉發(fā)病風險。但對另一部分人來說，提前知曉發(fā)病風險會帶來焦慮情緒，而臨床意義不明確的基因變異也會令其困惑。同時受檢者擔心信息泄露的可能，致病突變攜帶者的身份使其遭受歧視；而夫妻關(guān)系的潛在暴露風險更會加重其對婚姻破裂的擔憂。另外，基于檢測成本的考慮，很多夫婦也可能拒絕進行ECS。

2.7 遺傳咨詢 遺傳咨詢是一個幫助人們理解和適應(yīng)遺傳因素對疾病的作用及其對醫(yī)學、心理和家庭的影響的過程。臨床咨詢師必須清楚ECS的基本原則、檢測的類型和時間、檢測結(jié)果的解讀和處置及各種篩查的局限性[23]。檢測前咨詢的一個重要過程是臨床咨詢師在受檢者充分知情同意后收集其相關(guān)的家族史和遺傳背景，并向受檢者或其家屬詳細介紹ECS的目標疾病、適用人群、檢出率、費用和流程，同時詳細說明殘余風險。相關(guān)人員要明確新發(fā)變異和生殖細胞嵌合的可能性，完成檢測后臨床咨詢師需要向受檢者解讀檢測報告，主要強調(diào)陰性報告的殘余風險和解釋陽性結(jié)果。遺傳咨詢師要告知受檢者陰性篩查結(jié)果意味著生育目標遺傳病患兒風險明顯減少，但不能完全排除孕育其他遺傳病患兒的可能性。另外，受檢者應(yīng)該被告知ECS不能替代其他檢查。陽性結(jié)果的解讀包括解釋疾病的預后、進一步檢測的選項和伴侶需要進行的檢查。除了隱性遺傳基因的雜合子需要注意下一代的患病風險外，某些基因是雜合狀態(tài)但也有臨床表型的單基因遺傳病也要進行相應(yīng)的遺傳咨詢和臨床處置。例如，β地中海貧血通常被認為是常染色體隱性遺傳病，但已發(fā)現(xiàn)多個β地中海貧血病例是由HBB突變雜合子致病的。而對于臨床表現(xiàn)具有異質(zhì)性的遺傳病，臨床咨詢時咨詢師要充分說明相關(guān)細節(jié)，伴侶是否進行檢測由受檢者決定。臨床咨詢師要詢問受檢者進一步檢測的選擇，受檢者的所有決定均需在其病歷中詳細記錄，作為將來臨床處置的參考。另外，限于目前醫(yī)學遺傳學的發(fā)展，臨床意義不明的變異的報告、解釋和處置還沒有形成統(tǒng)一的意見，這對臨床遺傳咨詢來說是一個無法回避的難點[17]，實驗室在開展ECS前應(yīng)該界定變異的報告原則。

3 ECS對中國出生缺陷防控的意義和挑戰(zhàn)

3.1 ECS對中國出生缺陷防控的意義 我國每年新增出生缺陷患兒近百萬例，其中約四分之一為臨床明顯可見的出生缺陷[18]。隨著我國強制婚檢的取消，以及二胎政策的實施，出生缺陷發(fā)生率呈上升態(tài)勢，其防控工作面臨著嚴峻的挑戰(zhàn)與考驗。ECS可以幫助孕前夫妻了解自身致病突變的攜帶情況從而作生育決定，在不孕癥的臨床實踐中ECS也產(chǎn)生重大影響，包括對配子捐助者的招募和資格確認[24]。對人群而言，成功開展攜帶者篩查可以減少和預防嚴重遺傳病患兒的出生，具有重大的經(jīng)濟效益和社會意義，對提高人民的整體健康和生活質(zhì)量具有國家戰(zhàn)略意義。

3.2 ECS全面開展所面臨的挑戰(zhàn) ECS的成功實施與多方面因素相關(guān)，包括設(shè)計合理的篩查方案、經(jīng)濟有效的篩查技術(shù)、嚴格把控的檢測流程以及規(guī)范的遺傳咨詢和易接受的人群教育等。

篩查方案的確定需要醫(yī)療機構(gòu)、檢測機構(gòu)和政府部門的共同參與，篩查的原則是有預見性地對生育選擇進行指導。如果政府將ECS作為婚檢項目，醫(yī)生可選擇在受檢者婚后妊娠前告知其檢測結(jié)果并做好相應(yīng)的遺傳咨詢和心理輔導。由于國內(nèi)外的醫(yī)療水平和文化背景存在差異，國內(nèi)可參考發(fā)達國家開展ECS的方式，但絕不能照搬國外的經(jīng)驗。隨著篩查數(shù)據(jù)的積累和篩查項目的進行，以及測序數(shù)據(jù)和分析手段的不斷進步，用于篩查的產(chǎn)品也應(yīng)該持續(xù)改進。

隨著測序技術(shù)的發(fā)展，ECS的檢測范圍不斷擴大，單種疾病的檢測成本持續(xù)下降，檢測效率和靈敏度方面的優(yōu)勢使其逐漸取代傳統(tǒng)篩查方法。但目前仍有部分病種無法通過二代測序完成檢測，需要采用經(jīng)典的篩查方法輔助完成篩查。例如，以往脊髓性肌萎縮癥的檢測對于二代測序是一個難題，但現(xiàn)在二代測序技術(shù)已可以準確地檢測運動神經(jīng)元生存基因1的雜合缺失和點突變[25]。對于HBA基因，基于探針捕獲技術(shù)的二代測序?qū)χ虏∽儺惖臋z出率已明顯超過傳統(tǒng)的篩查方法[26]。

我國ECS的遺傳咨詢尚屬于起步階段，臨床咨詢師的缺口較大，篩查優(yōu)勢的過度宣傳和遺傳咨詢的失位仍客觀存在。進行ECS咨詢的臨床醫(yī)生應(yīng)接受涵蓋遺傳篩查、產(chǎn)前診斷、植入前遺傳診斷、遺傳咨詢等專業(yè)領(lǐng)域的系統(tǒng)性培訓，國內(nèi)相關(guān)專業(yè)協(xié)會應(yīng)就ECS的相關(guān)事項達成共識。應(yīng)對開展ECS的實驗室進行嚴格的審查，持續(xù)進行日常質(zhì)量監(jiān)控，相關(guān)的工作人員須經(jīng)過適當?shù)呐嘤柌⒕邆湎鄳?yīng)的資質(zhì)。另外，針對受檢者的基礎(chǔ)教育也十分重要，人群對ECS的態(tài)度和接受程度是決定ECS成功與否的關(guān)鍵。而目前國內(nèi)的醫(yī)療環(huán)境、醫(yī)患比例、普通人群的遺傳學知識和經(jīng)濟基礎(chǔ)導致我國可能還不具備全面開展ECS 的條件。

4 小 結(jié)

隨著測序技術(shù)的快速發(fā)展，開展ECS對我國出生缺陷的防控意義重大。然而，全面實施ECS還有很長的路要走，需要相關(guān)政府部門、專業(yè)組織和檢測機構(gòu)的共同努力，而擴大遺傳咨詢師的規(guī)模和提高國民對ECS的接受度對ECS的全面開展和規(guī)范實施尤為重要。