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外显子测序在肾病诊断中的应用

来源:NEJM作者:Emily E. Groopman

通过外显子测序对基因组的蛋白质编码区进行靶向捕获和测序,越来越多地被应用于临床医学的一线诊断,尤其是用于诊断儿童的代谢和神经发育障碍,以及检测癌症的因果突变。

然而,这种方法的有效性还没有针对大多数成人疾病,进行系统地研究。

由于外显子序列的诊断率可能因临床疾病和研究人群的不同而不同,因此需要对不同的体质疾病进行彻底的调查,以了解其在临床实践中的应用。

全球超过10%的人患有慢性肾脏病,其发病率和死亡率都很高,医疗支出负担也很重。

一些小规模的研究支持外显子测序在早期发病或家族性肾病诊断中的有用性;这些发现是否可以扩展到更广泛的患者群体(主要由散发病例的成人组成)尚不清楚。

为了解决这个问题,我们对3315名患者进行了仅先证者外显子序列测定,其中1128名患者来自一项评估常规血液透析受试者使用瑞舒伐他汀的研究: 这项研究旨在评估常规血液透析受试者中瑞舒伐他汀的使用情况:生存率和心血管事件评估(AURORA),这项临床试验涉及2773名50至80岁的终末期肾病患者,这些患者均来自于来自25个国家的280个医疗中心,2187名患者来自哥伦比亚大学慢性肾脏病基因医学研究中心(CUMC)。

根据标准方案,从患者样本中分离出基因组,使用Roche或集成DNA技术(IDT)试剂盒捕获,在Illumina平台上进行测序,并使用内部管道进行分析,以确定患者肾病的诊断变体。

在外显子测序研究中,我们对3315例慢性肾脏疾病患者进行了一个多样化的、主要是成人的联合队列研究,在307例患者中检测到了诊断变异(9.3%)。

这一结果与癌症观察到的结果相似。我们确定了66种不同的单基因疾病,具有很高的单核基因诊断率。

此外,我们还注意到在281例(17.1%)不明原因肾病患者中,有48例(17.1%)存在诊断变异,这一人群可能占新诊断的终末期肾病患者的15%,传统的诊断方法往往是显示不到或显示不当的。

总的来说,这些发现强调了遗传性肾病的高度遗传和表型异质性,并显示了遗传检测在多大程度上有助于解决临床诊断问题。

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在CUMC队列中,对167例中的57例进行了回顾,利用这些发现对疾病进行重新分类,并一些提供了未确诊肾病的原因,强调了外显子测序方法的有效性,该方法评估了可能在使用单基因或表型驱动的测试时未被评估的基因。

我们还发现,这些更具针对性的方法将成为对特定临床表现的患者(如ADPDD)有效的一线替代方法。

就如3名临床诊断为不明原因肾病和诊断性pkd1变异的患者所显示的,更广泛的基因检测有助于解决非典型病例。

此外,对通过外显子测序发现的307例诊断变异患者的分析显示,应用表型特异性框架,解决了136例(44.3%)。

详细的病例水平回顾显示,对于大多数患者,基因诊断提供了新的临床见解。

此外,我们的研究结果强调了遗传发现,通过利用多学科护理,改变医疗管理的潜力,在某些情况下,还影响了治疗的选择。

例如,91例有col4a3、col4a4或col4a5突变的患者中,56例没有典型相关肾病(alport综合征或薄基底膜疾病)的临床诊断。

遗传诊断建议将这些患者转诊到眼科和耳鼻喉科,对临床诊断为局灶性节段性肾小球硬化的患者15例,不赞成免疫抑制疗法。

相反,负外显子测序结果也可以为临床管理提供信息。

例如,在局灶性节段性肾小球硬化症患者中,肾小球基底膜结构成分的遗传突变缺失会表明该疾病的获得性免疫原因,并支持使用免疫抑制。

在34名患者身上,选自2187名评估患者,59个ACMG药物作用的基因中,我们检测到已知或预期的致病性变体,这一发现与之前涉及未经选择的成人的研究一致。

虽然从经典的角度来看是次要的发现,但这些基因的发现对所有病例的肾脏病治疗都有意义。

患者的肾病也可能改变这些遗传性疾病的管理——例如,通过影响遗传性癌症患者化疗药物的选择。

这些结果突出了全基因组评估的一个关键价值和挑战:我们可以检测出与评估中的疾病无关的遗传变异,但是,这些变异仍然可以影响疾病的管理。

由于大多数接受诊断基因组测序的患者选择接受与主要检测指标无关的基因的发现,我们的数据加强了多学科合作解决此类“次要”发现的日益增长的需求。

外显子测序的已知局限性包括一些临床相关区域的次优覆盖,如线粒体基因组或pkd1的重复区域。无法检测内含子和拷贝数的变体是一个额外的限制。

因此,我们的研究可能低估了肾病患者遗传疾病的总体负担。

除了这些技术限制之外,我们的研究还说明了在不同种族的成年人中实施外显子测序的更广泛挑战,其中,家庭成员的生物样本和先前的健康记录往往不可用。

与先证者外显子测序相比,家族检测可以提高诊断率。

此外,有30例显示,检测到假定的致病性变体,但是,要么不能解释患者已知的肾表型,要么由于缺乏额外的临床信息或支持家族研究而无法完全判定。

这种变异可能代表与所评估的疾病、新的表型扩展或简单的临床错误分类无关的共存遗传疾病。

我们预计对他们的解释——以及由此产生的对更深层表型的需要,包括相关的亚种转介——将挑战遗传学家和医学专家。

我们的研究结果支持外显子测序在肾脏疾病不同临床类别中的诊断实用性,并强调了基因检测的潜力,以准确指导患者进行相关临床试验和靶向治疗,鼓励在其他亚种进行类似的研究。


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参考文献

Diagnostic Utility of Exome Sequencing for Kidney Disease


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