基于WES的CNV分析使trio-WES成为神经发育疾病临床诊断中更有力的工具

2021-06-01

神经发育疾病（Neurodevelopmental disorders，NDDs）是一组影响1-3%儿童的遗传异质性疾病。NDDs有很多表型，其中报道最多的是智力缺陷，认知损害，孤独症谱系障碍和全面发育/运动/语言落后。遗传性因素例如单个基因的致病性变异，染色体结构变异或拷贝数变异被发现是NDDs的主要病因之一。

由于其有效性，全外显子测序（WES）被作为检测孟德尔遗传病相关基因中单核苷酸变异（SNV）和小插入/缺失(small indel)的一线检测方案，特别是在NDDs中应用。孤立性NDDs的阳性检出率有25-38%，在NDD相关综合征中则为41-64%。在孤独症谱系障碍患者中的诊断率为11-24%，智力缺陷患者的诊断率为29-50%，孤独症谱系障碍合并智力缺陷患者的诊断率为29-46%。与单人WES（只有先证者）模式相比，trio-WES（家系模式，先证者和父母）能够判断先证者中检测到的变异是否为遗传的，在判断是否为新发变异时尤其重要。临床实验室中通常通过染色体微阵列分析（CMA）或CNV-seq（一种使用高通量测序的拷贝数变异检测方法）检测临床相关CNV，据报道CNV共导致约10-20%的智力缺陷。WES和CNV-seq的联合应用使NDDs的分子诊断率得到了提升。在一项包含113个病人的NDDs队列研究中，WES+CNV-seq的诊断率（47.8%）比WES-only（32.7%）高。在另一项包含31个NDDs病人的研究中，trio-WES+CNV-seq的诊断率为57.4%，而trio-WES的诊断率为44.4%。但是，目前尚无仅用trio-WES检测结果联合分析SNV/Indel和基于外显子的CNV在NDDs的临床诊断中的评估。

最近发表了许多基于外显子覆盖深度比较的CNV检测算法，例如 XHMM，CoNIFER，ExomeDepth，CONTRA，EXCAVATOR，CANOES，CNVKit和HMZDelFinder。这些算法使得测序深度和拷贝数之间有更直接的相关性，但对来自WES数据的CNV发现具有不同的敏感度和特异度。随着这些方法的优化或组合应用，一些文献提出了在临床WES数据中检测CNV的可能性。使用WES数据除了可以检测大片段CNVs，还可以发现一些高可信度的小型罕见CNV，即使在单个外显子水平。

最近来自郑大一附院的孔祥东主任团队与贝瑞基因合作，在比较了74个NDDs家系的trio-WES检测中SNV/Indel和CNV分析的诊断率，发表于遗传学权威杂志Human Mutation。作者的数据显示，将CNV分析纳入常规WES分析流程，提高了分子诊断率，扩大了trio-WES的临床应用。

结果

队列

队列中共入组了来自74个家系的230个人。没有发现家系中存在父母近亲结婚。74个先证者中有43名男性，31名女性，年龄为8天-29岁。

临床特征

受累最多的是神经系统(66/74, 89.19%)和肌肉系统(41/74,55.4%)，其它受累系统包括代谢，骨骼，内分泌，头/颈，眼/耳，免疫，心血管系统和血液系统。

诊断率

在这个队列中患者的诊断代表NDDs的临床诊断与遗传学诊断一致。整体的诊断率为54.05% (40/74)，其中35.13%(26/74)由SNV/Indel检测确诊，18.92% (14/74)由基于外显子的CNV分析确诊。同单用SNV/Indel检测相比，结合SNV/Indel和CNV分析显著提高了单纯trio-WES检测的诊断率(54.05% vs 35.13%)。

基于WES的CNV检测

基于外显子的CNV流程检测到的CNV数量从6-54不等。其中重复的范围为2-40个，缺失为4-32个。基于外显子的CNV检测共在16个病人中检测到14个CNV，包括2个重复，1个半合子缺失和11个杂合缺失。这些CNV的大小从单个外显子的440bp到大片段的16.86Mb，其中5个（35.71%）CNV长度小于1Mb，9个（64.29%）CNV大于1Mb。值得注意的是，作者的CNV分析流程中发现了SLC16A2基因中的1个单外显子缺失。这个患者的核型分析，CMA和 SNV/Indel分析结果是正常的。

所有的诊断性CNV都经过CNV-seq或RT-qPCR确认。有2个重复出现的诊断性CNV:

16p11.2 (16p11.2微缺失综合征)和 22q11.21(DiGeorge综合征)。

讨论

在这项研究中，作者评估了trio-WES中结合SNV/Indel和基于外显子CNV分析在一个NDDs队列中的诊断率。这个队列中包含了74个家系，共有38个诊断性SNV/Indel变异和14个CNV被发现，来自40个先证者。这个结果显示联合基于外显子CNV分析提高了trio-WES的诊断率（54.05%），而单用SNV/Indel分析只有35.31%。Trio-WES的SNV/Indel和基于外显子CNV联合分析提高了疾病相关基因变异的发现率，为NDDs患者的遗传学诊断提供了一种经济的策略。