单基因病扩展性携带者筛查的发展与挑战

杨 锴 刘晓婷 闫有圣

1.北京大学国际医院(102206)；2.解放军总医院 3.国家卫生健康委科学技术研究所

我国每年新增出生缺陷数约90万例[1]，其中大部分由遗传因素导致，而单基因遗传病是遗传性出生缺陷的重要组成部分。单基因遗传病中，“携带者”是对隐性遗传方式而言，不表现与之相应的疾病，但会将其传递给后代，使其后代有较大的患病几率[2]。了解适龄夫妻是否为携带者状态，可为他们生育选择提供帮助。目前，致病基因明确的单基因病有5000多种，其中有1000多种属于隐性遗传方式[3]。单基因病携带者筛查有几十年的发展历史，传统的模式是基于种族、地域等因素对某些特定病种和突变进行筛查，或针对某一特定病种推广人群普筛，并依此为阳性携带者提供遗传咨询和生育指导。近年来，扩展性携带者筛查(ECS)在欧美国家出现，它不针对特定地域和人群，能一次性筛查几十、几百乃至上千种单基因病，有取代传统筛查模式的趋势[4]。然而，这种筛查方式目前还处于发展阶段，面临着诸多挑战。本文将对ECS的演化历程、发展现状、面临的问题以及未来展望进行综述。

1 携带者筛查的发展与现状

早期的单基因病携带者筛查，主要针对特定种族和地域的人群进行。例如，德裔犹太人高发的隐性遗传病筛查[5]，地中海沿岸、东南亚等地的血红蛋白病筛查[6]；或者是仅就个别或几种疾病开展人群普筛，如囊性纤维化(CF)和脊肌萎缩症(SMA)等[7]。随着人类基因组计划的完成，致病基因明确的单基因病数持续增加。同时，基因测序技术发展迅速，基因包、外显子测序等检测产品的通量更高，成本不断下降。此外，千人基因组计划的数据表明，普通人群中每人都可能携带2～5种遗传疾病的致病突变[8]。这些理论和实践基础使得增加遗传病筛查的病种成为一个趋势。2010年，最早的ECS项目出现[9-10]，其理念是在孕前或早孕期全面了解夫妻的遗传背景，以评估其后代罹患多种遗传疾病的风险，从而为选择最适宜的生育选项提供可靠证据[11]。经过几年发展，ECS在欧美国家得到广泛的推广(表1)，目前美国每年有超过20万名受检者选择这项检测[14]。然而，ECS还有很多问题需要加以解决和规范化。

表1 有代表性的ECS研究数据汇总

AR为常染色体隐性遗传；XR为X连锁隐性遗传

多年来，我国的遗传病携带者筛查仅针对某一特定病种(类)，如遗传性耳聋[15]、SMA[16]、地中海贫血[6]等，并无权威的指南和共识对筛查的执行加以规范和指导。近几年，国内多家第三方检测机构推出了ECS产品，但尚未获得国家食品药品监督管理局(CFDA)的资质授权；并且各产品的设计策略、具体内容、临床服务水平差异较大；各检测方也尚未积累可靠的大样本数据作为改进参考。

2 各专业学会对于ECS的意见和建议

2013年，美国医学遗传学与基因组学协会(ACMG)首先针对ECS提出了其基因包所纳入的致病基因和突变应当满足的5条标准，并对产品说明、知情同意、相关咨询的问题做出建议[17]。2015年，美国五家行业协会发表联合声明[18]，就典型的ECS范例、开展相关事宜、知情同意、检测后咨询、其基因包应满足的条件、结果解读、ECS研究方向等方面做出了详尽的阐述。2016年，欧洲人类遗传学会也发表政策性文章[19]，指出现有的ECS尚缺乏足够的真实性指标，还可能面临诸多伦理学、社会学方面的问题；同时针对筛查时间、生育选择、信息和支持、知情同意、质量控制、科普等具体方面提出建议。2017年，美国妇产科协会(ACOG)发表2篇协会意见[20-21]，对CF、SMA、血红蛋白病、脆性X综合征等几种常见的遗传疾病建议进行广泛筛查，并做出详细说明；同时也针对ECS的panel设计、相关咨询等问题提出建议，并阐明其目前仅为一种选项不能全面代替传统筛查。我国的专业协会尚未就遗传病携带者筛查出台相关指南和共识，但相关专家也在持续关注该项目的发展。近期有文献阐述了在我国推行ECS需要遵循的基本规则以及需要克服的困难，并指出我们需要有适合国情的ECS产品和推广模式[22]。

3 ECS面临的几点问题

3.1 制定何种标准规范ECS产品设计

目前，并没有哪个协会限定了ECS所包含的具体病种，但对于疾病应满足的属性已经形成初步共识：①早发性的表型严重的疾病；②人群携带率较高(ACOG推荐大于1/100，但这一观点也存在一定争议，因为基因包中很多疾病属于罕见病)；③症状描述很明确；④ 高外显率，等[17-21]。然而实际落实中，一方面各检测机构对于这些属性的理解不尽相同，另一方面各机构实际的产品设计与之也并不完全相符，体现了很强的主观性。Chokoshvili等[11]选取了16个ECS产品进行多方位比较，发现：①这些基因包所涵盖的病种数相差很大；②仅有3种疾病被这些基因包共同纳入，而各检测方对其报告解读的策略也存在差异；③有不少基因包纳入了迟发性疾病、低外显率疾病、表型差异大的疾病以及表型中等或较轻的疾病。相应的，看似相似的两个基因包，也存在着对各个疾病具体所报告突变位点不尽相同的问题。Beauchamp等[22]报道的基因包设计方法以大样本数据作为基础，研究设计严谨，值得效仿。从我国国情出发，最好由相关协会和专家经过严谨的大样本数据积累、调研和讨论，拟定通用型的ECS病种基本框架，以在一定的时间内供各检测方设计作为参考。

3.2 选择合适的检测方法

同时进行上百种疾病的筛查，对于方法的选择和设计是一个挑战。有些疾病的突变分布于整个基因序列，有些则有着热点突变；有些疾病的突变以点突变为主，有些却以小片段缺失为主。无论使用何种方法，都需要明确该方法对其涵盖疾病的检出率、灵敏度和特异度，从而可以计算出进行筛查后患该疾病的残余风险[residual risk=患病率×(1-检出率)]，以满足咨询的需求[23]。理想的筛查方法应当具备经济、灵敏度高、高通量等特点。

目前，基于二代测序技术( NGS)的目标序列捕获分析是ECS产品中主要的方法[10,24]，但也有少数机构使用微阵列芯片(array-based)的方法；还有的机构在捕获测序的基础上进行数据分析的优化，或使用real-time PCR或mlPA的方法加以补充，从而覆盖更多类型的突变。这些方案各有其优势和局限。

3.3 筛查的时间点和策略

孕前是公认进行ECS筛查较理想的时间点[18-20,25]。因为，在孕前进行筛查，对确定为阳性的受试者可提供的生育选项最为灵活，做准备的时间也更充裕[25]。此外，本着有利不伤害原则，携带者筛查不宜在孕期开展，检测本身未必有获益，但一定会给孕妇带来伤害。现阶段，孕前ECS筛查的可行性较差，因为除非有过不良孕产史者或接触过一定的遗传病知识，普通人群对于遗传病筛查的接受程度并不高。早孕期ECS筛查对于医疗机构而言后续的遗传咨询和产前诊断要求较高，压力较大。此外，是先筛查夫妻中的一方还是两人同时进行筛查，这个选项也面临着时效性、卫生经济学等诸多因素的争论[26]，并没有孰优孰劣的共识。总的来说，对于筛查的时间和策略，需要医疗机构通过综合考量各方面因素后得出最适宜的方案。

3.4 检测前(后)的咨询服务

对受试者进行ECS检测前的遗传知识教育，以及检测后详尽的遗传咨询极为重要。研究显示，遗传学知识的充分程度和受试者的焦虑心理呈负相关[27]，所以要让受试者充分了解检测项目的内容、获益和风险、优势与局限等。对检测机构而言，客观充分的告知，不仅是义务和责任，也能最大程度的规避风险。ACMG在指南中指出，检测后的咨询至少应当包括：对于检出突变的解释，相关疾病的详情，受试者及其亲属的患病风险，可能需要的生育选择[17]。

在我国，当前遗传咨询的发展还难以满足临床的广泛需求，经过系统培训的、有足够经验的遗传咨询师很少。另外，虽然我国是世界人口第一大国，但针对华人人群的开放性基因组数据库却寥寥无几，而基于现有公共数据库设计的ECS产品可能无法有效筛检华人群体的高发突变[24]。在致病变异数据库缺乏情况下，检出率和参与风险未必能很好评估，少数的嵌合体情形也需在筛查工作中注意。有共识提出，应做好妇女婚检与孕前优生遗传知识的科普教育，以及不断积累基础研究成果，降低筛查产品的成本，从而逐步开展ECS工作[22]。

3.5 阳性受试者的管理

在不同文化和政策背景下，对于阳性受试者(指夫妻双方同为相同常染色体隐性致病基因携带者)的管理措施也有不同。医疗机构所提供的建议应遵循不伤害原则和自主选择原则[17]。多数情况下阳性夫妻可选择的生育选项有：①针对该疾病的产前诊断；②植入前遗传学诊断(PGD)等。对于第一种选择，基于ECS结果实施无先证者的产前诊断本身就是对传统理念的一个挑战，可能引起行业的争议。对于第二种选择，目前我国已有基于ECS加PGD的成功案例[28]，但这种方案受限于医疗机构的水平，很难广泛推广。此外，有文献指出也可采用第三方捐赠配子的方法，并需对捐赠者同样进行筛查[18]，此方法在我国尚存在政策法规的缺失和伦理学争议。另外，医疗机构应当设立备案，酌情考虑是否需要引入对阳性受试者的心理评估和心理疏导。

3.6 其它问题

在实施ECS及其后续的产前诊断等处理过程中，可能会有一些意外发现，例如：发现胎儿有新发突变；发现胎儿在该致病基因有临床意义未明的变异；发现丈夫并非是胎儿的生物学父亲，等等。这些问题不仅是技术性问题，也是伦理学问题，要求提供ECS的医疗机构要有切实可行的预案。

ECS与“消费级基因检测”有明确的不同，不可混淆，因为后者并非医事服务行为，无医疗机构和医疗人员的参与。另外，应当促进与ECS相关的法律、保险配套尽快制定，满足其发展需求。

4 扩展性携带者筛查的未来展望

目前，单病种和小型panel(以种族或地域为基础)的筛查仍在遗传病携带者筛查中占据较大比重。而经过近十年的发展，ECS已经不存在太大的技术性难题。随着其检测时间和经济成本的进一步降低，以及社会认知水平的提高，ECS会在很大程度上取代上述这类筛查。在我国，第三方检测技术与欧美差距不大，但国内相应的基础性研究工作、遗传咨询水平、生殖服务水平以及民众的认知水平却相对落后，阻碍了ECS的推广。只有做好生殖健康领域多专业的全面建设和科普工作，才能更好地利用这一项目为广大民众服务。

单基因遗传病大多数是罕见病，但我国的人口基数大，“任何的罕见病在中国都不罕见”。为进一步服务“健康中国”的发展战略，降低出生缺陷率，应当进一步积累致病基因和突变的研究基础，提升遗传咨询专业水平，从而研发、推广符合本国国情的ECS项目。