NGS技术已经彻底改变了罕见病的临床诊断，并可揭示潜在的基因变化，以此支持个体化精准治疗。但即使借助靶向panel或外显子组测序，许多因果变异，包括唯一适合精准治疗的变异，仍然难以捉摸，这使得大多数罕见病患者没有得到准确的分子诊断。
基因组测序具有许多潜在的优势，包括能够检测外显子测序无法轻易检测到的变异。此外，与外显子测序相比，基因组测序中没有外显子捕获步骤，这使得序列覆盖更加均匀，从而提高了对单核苷酸变异（SNV）和某些编码区插入或缺失（Indel）的检测灵敏度。随着基因组测序技术灵敏度的提高，分析负担也随之增加。因此，基因组测序的增量效益仍不清楚。
近日，波士顿儿童医院、哈佛医学院、丹娜法伯癌症研究所等单位的研究人员合作在NEJM发表了题为“Genome Sequencing for Diagnosing Rare Diseases”的文章。研究团队对8000多个疑似罕见单基因疾病家庭成员的外显子组和基因组进行了测序和分析。在该队列中评估了基因组测序的诊断率，并将重点放在基因组测序能够成功诊断的特征，特别是在外显子组测序或其他方法不成功的家庭中。为了评估研究结果的普遍性，研究团队还在独立队列中进行了验证。该研究证实，基因组测序可以为一些受罕见单基因疾病影响的家庭提供诊断，将罕见病的诊断率提高8%。
文章发表在NEJM
2016年4月至2021年3月，744个家庭通过Broad孟德尔基因组学中心（354个家庭）和罕见病基因组计划（390个家庭）进行了基因组测序，其中218个明确了分子诊断。在进行分子诊断的218个家庭中，157个确定的因果变异为先前已知的疾病相关基因，60个家庭的因果变异为新发现的疾病相关基因。
此外，在86个携带意义不明变异的家族中，41个携带的基因变异可能是新疾病相关基因，只是现有的诊断标准尚不适用；45例携带新发现的已知疾病相关基因变异，但尚未有足够的证据证明其致病分类。
图1. 基于表型和先症者的诊断汇总
在获得分子诊断的218个家庭中，有61个家庭需要进行基因组测序以检测因果变异，占确诊病例的28.0%，占初始队列的8.2%（744个家庭）。在这61个家庭中，54个家庭的外显子组测序结果此前为阴性；其中2个家庭的因果基因靶向检测结果无法诊断；剩余的5个家庭通过经验确定需要基因组测序进行诊断，因为它们涉及不太可能通过传统外显子测序识别的变异。
图2. 基于分子诊断的家族分类
在初始队列744个家庭中，有474个家庭此前的外显子组测序结果是非诊断性的，其中148个家庭通过基因组测序进行了分子诊断，这表明这些变异在之前的外显子组测序中被忽略。总体而言，148个外显子组测序阴性的家庭中，有94个通过基因组测序获得了诊断，其中一个家庭既有近期发现的疾病相关基因，还有一个已知基因的变异，该基因被重新解释为致病基因。
总的来说，148个利用基因组测序获得分子诊断的家庭中有79个可以通过外显子组测序数据的重新分析（寻找新的疾病相关基因，将已知疾病相关基因变异重新解释为病因，评估非编码转录物的致病性）找到；有16个可以通过外显子组测序数据的额外分析（拷贝数变异分析、转录组测序分析或线粒体变异评估）找到。
2018年到2022年，研究团队对另外78个家庭进行了基因组测序，这些家庭在之前的评估中获得了非诊断结果。其中，8个是先证者家庭，63个是三胞胎家庭，7个是四胞胎家庭。独立队列的表型与初始队列相似，78例诊断中有60例表现为神经发育迟缓、癫痫或其他神经系统疾病。
总的来说，独立队列的78个家庭中有18个获得诊断或可能诊断，其中6个（占确诊家族的33%，占整个独立队列的8%）需要基因组测序来鉴定致病变异，其余家庭可使用外显子组测序来鉴定。6个家庭中需要进行基因组测序的因果变异包括3个结构变异、2个串联重复序列扩增和1个深内含子变异。
图3. 外显子组测序诊断失败的原因分析
综上所述，该研究共对822个家庭进行了基因组测序，并对744个家族中的218个（29.3%）进行了分子诊断。在218个家族中，8.2%需要基因组测序鉴定其携带的变异，包括编码变异、内含子变异、小结构变异、拷贝中性反转、复杂重排和串联重复序列扩增。此外，研究团队还在独立队列中获得了类似的结果：在33%获得分子诊断的家庭中，8%需要进行基因组测序，这表明这些发现在研究和临床环境中都具有适用性。
研究团队表示：“该研究利用基因组测序为29.3%的罕见病患者找到了合理诊断，而这些诊断通常是之前使用其他类型检测方法漏诊的。该研究结果支持将基因组测序作为罕见病诊断的一线方法，在单一检测中代替外显子组测序和染色体微阵列，因为它具有检测所有类型变异的卓越能力（体细胞嵌合变异除外，因为基因组测序的平均覆盖率较低，因此灵敏度较低）。”该研究结果为当前基因组测序的诊断效用提供了见解。
论文原文：
Wojcik MH, Lemire G, Berger E, Zaki MS, et al., Genome Sequencing for Diagnosing Rare Diseases. N Engl J Med. 2024 Jun 6;390(21):1985-1997. doi: 10.1056/NEJMoa2314761.
https://www.nejm.org/doi/full/10.1056/NEJMoa2314761
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