贝瑞基因:NGS 临床深入应用专家报告

2019-07-01 19:01 来源:丁香园 作者:贝瑞基因
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越来越多的「玩家」开始加入精准医疗领域,企业该如何在发展浪潮中更好地打造自己的品牌呢?

2019 年,丁香园发起主题为精「医」求「精」的品牌系列活动,携手精准医疗领域内的优质企业,分享研究成果,以期能在行业中激起一些启示、创新的浪花,加快精准医疗走进千家万户的步伐。

「解锁医学密码,开启个性化诊疗新时代」,这是我们的初衷,也是我们的坚持。第一期,精「医」求「精」栏目组联合贝瑞基因邀请了医学遗传学领域相关的资深专家,一起探寻精准医疗领域所面临的机遇和挑战。


大咖视角

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梁德生

医学遗传学博士,二级教授,主任医师,博士生导师,享受国务院政府特殊津贴。

现任中南大学医学遗传学研究中心教授、国家生命科学与技术人才培养基地主任,兼任中华预防医学会出生缺陷预防与控制专业委员会候任主任委员、中国医师协会医学遗传医师分会副会长、东亚人类遗传学会联盟常务理事、湖南省遗传学会副会长、湖南省医学会医学遗传学专业委员会主任委员。2005 年 3 月至 2008 年 3 月任职日本国立长崎大学邀请教授。

主持国家科技计划项目 15 项,2005 年获国家科技进步奖二等奖,2016 年获湖南省科技进步奖一等奖,2018 年获第三届中国出生缺陷干预救助基金会科学技术杰出贡献奖,在国际杂志发表 SCI 收录论文 100 余篇,出版专著 5 部;担任自然期刊 J Hum Genet 和 Hum Genome Var 编委。

主要贡献:鉴定耳垢基因 ABCC11,首次发现单个 SNP 决定人类可见性状;研发 NIPT 和 NIPT Plus  广泛应用于染色体异常的无创产前筛查;建立 cSMART 技术实现单基因病无创产前诊断,被国际同行誉为「分子诊断的革命性突破」;研发基因编辑工具 TALENicase 并应用于多拷贝位点基因打靶,建立多种严重遗传病病人 iPSCs 基因原位修复治疗技术。

梁德生教授:NIPT Plus  技术适宜作为一线产前筛查方法

2018 年 8 月,国家卫生健康委员会下发《关于印发全国出生缺陷综合防治方案的通知》。通知提到,我国出生缺陷总发生率约 5.6%,给社会家庭造成了严重的卫生负担。通知还指出,为减少严重出生缺陷儿出生,应广泛开展产前筛查,普及产前筛查适宜技术,规范应用高通量基因测序等技术。

无创产前 DNA 检测(NIPT)正是一项基于高通量测序而发展起来的产前检测技术。与传统的血清学检测方法相比,这项技术具有无创、准确率高等优点。该技术的应用成功打开「无创性」产前遗传病检查的大门,极大程度地推动了我国出生缺陷儿的产前防控工作。但应予以重视的是,NIPT 并非万能,对于其检测范围之外的染色体异常,如染色体微缺失/微重复综合征(MMS)等,则无法检出。

不久前,中南大学医学遗传学研究中心教授、国家生命科学与技术人才培养基地主任梁德生联合贝瑞基因,在国际权威学术杂志《Nature》子刊《Genetics in Medicine》上发表了扩展性无创产前筛查(NIPT Plus)的大规模前瞻性队列研究结果,为 NIPT Plus  未来成为一线产前筛查方法提供了有力证据。为此,丁香园与梁教授就这一话题进行了交流与探讨。在他看来,目前的证据充分表明 NIPT Plus  可填补产前检测关键空白,宜作为一线筛查方法,积极稳妥应用于临床产前筛查。

访谈内容如下:

丁香园:在出生缺陷预防工作中,您认为无创产前 DNA 检测(NIPT)应扮演怎样的角色?目前我国 NIPT 应用现状如何?

梁德生教授:严重遗传病是导致出生缺陷的主要原因,其新生儿发病率约为 2%,主要由染色体异常综合征和严重单基因病组成。

传统的产前筛查方法是血清学唐筛,主要筛查的疾病包括 21 三体综合征、18 三体综合征和神经管畸形 。血清学唐筛的高风险孕妇,需根据孕周大小选择绒穿、羊穿、脐穿等穿刺操作,进行最终的产前诊断,但这存在一定的宫内感染和流产风险。统计结果显示,约 98% 血清学唐筛高风险孕妇接受了不必要的穿刺,而且每 10 个唐氏儿中约有 3-4 个会被漏诊。

2012 年以来,更为精准、安全和快速的无创产前 DNA 检测(NIPT)技术逐渐被大家认可和接受。目前已应用于全球 90 多个国家。仅在中国,每年就有逾 400 万孕妇接受 NIPT,大大减少了出生缺陷的发生。

丁香园:NIPT Plus  与传统 NIPT 的主要区别是什么?两者各有何优劣之处?

梁德生教授:常规 NIPT 的筛查目标只包括 21 三体综合征(T21)、18 三体综合征(T18)、13 三体综合征(T13)三大染色体非整倍体综合征,仅占染色体疾病的 20% 左右;剩余的大部分染色体异常综合征同样可导致严重的出生缺陷,需要在产前筛查和诊断中予以高度重视,特别是染色体微缺失/微重复综合征(MMS)。

MMS 常见的临床表现包括生长发育迟缓、智力障碍、自闭症、多发畸形和功能障碍等。目前,已被发现的 MMS 有 300 余种,综合发病率远高于唐氏综合征。值得注意的是,MMS 的发生与孕妇年龄无关,年轻孕妇更应该及早进行筛查。另外,由于 MMS 的致病性基因组拷贝数变异(pCNVs)通常小于 5M,且表型复杂多样,不仅 NIPT 无能为力,包括产前超声等常规检查也常会漏诊。

因此,将 NIPT 检测范围扩展至包括 MMS 的染色体异常综合征是临床的重大和迫切需求。

NIPT Plus  作为常规 NIPT 的升级产品,在不改变原有 NIPT 临床流程,不增加采血量,不延长报告周期的前提下,通过 PCR-free 建库和 PCA+HMM 算法等一系列创新,将检测疾病种类由 3 种扩展到 100 多种。

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图 1:NIPT Plus  与传统 NIPT 的差异比较

丁香园:据悉,为验证 NIPT Plus  的临床应用价值,研究团队在 2015 年就启动了这项样本量近 10 万的临床前瞻性研究。我们看到您以第一作者的身份在近期的 Nature 子刊上发表了该研究的最新成果,并成为当期唯一接受该杂志专访的专家。能否在此介绍下其主要内容?

梁德生教授:国际上对 NIPT 检测 MMS 的探索从未停止,但对以 DiGeorge 综合征为代表的 MMS 的阳性预测值等检测效能指标一直不理想,无法达到临床一线应用的条件。我们团队的这项研究结果的发表,让人们重新燃起了希望。

2015 年,中南大学医学遗传学研究中心、湖南家辉遗传专科医院、湖南省妇幼保健院等联合贝瑞基因共同启动了这项样本量近 10 万的临床前瞻性研究。该研究招募了 94085 名自然受孕的检测者,通过扩展性 NIPT 技术(NIPT Plus)并行筛查非整倍体综合征和全基因组 MMS。

结果显示,在低测序深度/低成本的基础上,NIPT Plus  不仅保持了非整倍体的高阳性预测值,而且对全基因组 MMS 也获得了理想的检测效能,其中常见的 DiGeorge 综合征的阳性预测值达 93%,远超同期国际同类技术水平。研究共检出 1128 例有临床意义的胎儿染色体异常,NIPT Plus  针对染色体异常综合征的筛查覆盖率达到 80%,大幅提高胎儿严重遗传病的检出率。

丁香园:为什么说这项 NIPT Plus  研究的成果是突破性的?您如何评价其临床应用价值?

梁德生教授:NIPT 技术亟待升级应用,但推广至临床一线应用必须有过硬的临床有效性数据支持。我们的研究是迄今国际上最大规模及完整追踪的 NIPT Plus  前瞻性临床研究,结果得到了同行的高度肯定。

在论文审稿期间,美国医学遗传学和基因组学学会(ACMG)组织的同行专家就临床一线应用 NIPT Plus  将面临的技术、伦理、遗传咨询、卫生经济和保健体制等问题与我们进行了广泛的讨论,认为该研究为 NIPT Plus  作为临床一线筛查技术提供了包括 PPV、阴性预测值(NPV)、假阳性(FP)和假阴性(FN)等临床有效性指标的坚实证据,我们的研究将为相关临床共识和指南的制定提供有力支撑。

丁香园:回顾整个研究过程,在您看来,有哪些核心技术的应用保障了 NIPT Plus  研究的顺利进行和取得如今的重磅结果?

梁德生教授:首先,本项研究的高通量测序设备 NextSeq CN500 基因测序仪系贝瑞基因与全球最大的测序仪器供应商 Illumina 针对中国临床应用联合研发而成,具有操作简便且稳定性高的特点,已在医疗机构和临床检测中心得到广泛应用。

其次,研究团队在进行 NIPT Plus  检测时,采用了 PCR-free 专利技术。该技术可有效避免 PCR 扩增偏移带来的假阴性和假阳性结果,利于检测结果的准确。

最后,在生物信息学分析环节,我们也采用了一些经改良的分析方法和算法,如 RUPA 极速信息分析方法、HMM 优化算法以及 Enliven 变异位点注释系统等。这些方法不仅有利于得到更可靠的结果,还可以帮助临床医生制定更精准的医疗方案。

丁香园:在将 NIPT Plus  检测技术向临床应用推广过程中,您认为需要克服的主要困难有哪些?针对这些可预料的困难,您有何应对计划?

梁德生教授:基于高通量测序平台的 NIPT Plus  检测流程包括 DNA 提取、文库构建、上机测序和生信分析。其中文库构建环节对于检测的精准度至关重要。

常规的高通量测序文库构建需要 PCR 扩增,从而不可避免的引入了扩增错误和偏向性,进而对检测结果的准确性,尤其对于微缺失/微重复(CNV)检测,会造成比较大的影响。我们的临床研究结果表明,采用 PCR-free 建库可以较好地解决上述问题。此外,依托 PCR-free 技术的文库构建流程更简便、稳定性更高,实验室人员通过简单的培训即可自行稳定开展。

更重要的是,我们在染色体异常综合征的诊断和产前诊断方面的丰富经验和长期积累,尤其是建立了大规模中国人群致病性 CNVs 数据库,是正确解读检测结果和遗传咨询的有效保证。

同时,在检测前,要与受检家庭充分沟通,让他们对技术局限性及风险做到充分知情同意。此外,鉴于国际上遗传咨询师资源不足,而我国更是面临医学遗传专科和队伍建设落后、医学遗传服务资源缺乏和区域发展不平衡等挑战,将 NIPT Plus  推广至临床一线筛查,亟需加强技术标准、临床规范、应用网络和学科队伍等支撑体系的建设。

丁香园:谢谢梁教授,感谢您接受丁香园的采访。


专家报告

▲CNV-seq 专家共识解读

▲产前诊断技术的临床应用与案例分析

▲产前筛查技术的临床应用与遗传咨询

▲全外显子组检测在遗传病辅助诊断及产前辅助诊断中的应用


关于贝瑞

贝瑞基因:基因测序在临床转化领域的行业践行者

贝瑞基因是一家先进的创新型生物科技公司,致力于实现基因测序技术向应用的全面转化,专注于用测序技术促进生命科学的研究,现已形成了包括技术研发、产品生产、检测服务、全基因组数据库、基因治疗、健康咨询在内的全产业链并行发展的格局。

公司成立于 2010 年 5 月,总部设在北京,并在北京、上海、成都、重庆、长沙、青岛、福州、香港多地设立医学检验实验室,在杭州拥有试剂和基因测序仪的生产基地。公司正在福州兴建规模超过 26 万平方米的数字生命科学园,该园区是国内较早汇集了研发、检测、生产、治疗全流程的基因技术产业集群。

公司从成立之初就开始建设具有国际标准的研发、生产、市场、销售和客户服务体系,始终保持与国内外一流的科研院所、高等院校和医疗机构的合作与交流,客户覆盖国内外的医疗机构、科研机构、高等院校以及各行业的企业。

2017 年 8 月,贝瑞基因在 A 股主板上市(股票代码:000710)。


图片来源:贝瑞基因

编辑: 虞佳男

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