扩展性携带者筛查在单基因遗传病防控中的应用▲

2023-01-03李孟婷沈亦平覃再隆

广西医学 2022年8期

易升李孟婷沈亦平覃再隆

(广西壮族自治区妇幼保健院遗传代谢中心实验室，南宁市 530000，电子邮箱：yishenglgf@163.com)

【提要】随着高通量测序技术的快速发展，遗传病携带者筛查的方式也在不断进步。扩展性携带者筛查通常采用致病基因集组合测序方式，用较低的成本对数百种单基因遗传病进行携带者筛查，以明确受检者致病变异基因的携带情况后进行生育指导。本文从携带者筛查的发展，开展扩展性携带者筛查的关键注意事项，探讨全面开展扩展性携带者筛查对我国单基因遗传病防控的意义和面临的挑战。

单基因遗传病具有终生性和家族性等特点，大部分疾病不易诊断，患者病情严重，且目前尚无有效的治疗方法。虽然大多数单基因遗传病较为罕见，发病率在几百万分之一到几千分之一不等，但其种类繁多，目前已发现的单基因遗传病超过6 500种，其中包括约1 800种隐性遗传病，全球人群发病率高达1%，是导致新生儿出生缺陷的重要因素[1]。单基因隐性遗传病的携带者筛查是通过检测无症状人群的致病基因携带情况，采用合理的生育选择来有效地避免严重缺陷患儿的出生。如地中海贫血防控采用婚前和孕前筛查，有效地避免了地中海贫血患儿的出生，减轻了家庭和社会的负担。扩展性携带者筛查(expanded carrier screening，ECS)依托高通量测序技术，可根据不同人群或人种的遗传背景设计针对性的筛查方案，同时可对多种严重的、高发的单基因隐性遗传病携带者进行广谱筛查，是出生缺陷一级防控中不可缺少的环节。本文通过阐述携带者筛查的发展情况，分析开展ECS的要点，探讨全面开展ECS对我国单基因遗传病防控的重大意义和面临的挑战。

1 携带者筛查的发展

携带者筛查最早是在德系犹太人中开展，通过检测己糖脱氨酶A的活性筛查家族性黑矇性痴呆携带者。随着人类基因组序列第一个完整草图的发表和测序技术的发展，分子检测逐渐替代酶学检测成为遗传性疾病的筛查方法和诊断标准[2-3]。

20世纪末出现的聚合酶链反应使基因分型技术开始被应用于临床表型严重的遗传病(如囊性纤维化)的分子诊断，限于医学遗传学家对致病基因的认识不足和检测技术尚未成熟，早期的携带者筛查主要针对有家族史的家庭和个人，检测目标是单一基因或致病突变。随着基因分型技术的发展和单基因遗传病分子研究的不断深入，研究人员发现某些遗传病在特定人群中的发病率明显高于其他族群和地区，这种现象与奠基者效应及杂合子优势等相关[4-6]。例如，德系犹太人的家族性黑矇性痴呆和囊性纤维化的发病率明显高于其他人群，而中国南方、东南亚、中东和非洲等地区的血红蛋白病发病率显著高于其他地区[7]。针对这种现象，基于种族的携带者筛查在专家的推动和政府的支持下不断发展，包括血红蛋白病在内的出生缺陷防控在国内外均取得很好的效果[8]。例如，在美国和加拿大的德裔犹太人中，携带者筛查使家族性黑矇性痴呆新生儿的发病率降低了90%以上[9]；广西地区的重型地中海贫血患儿出生率从2010年的2.26/万下降到2020年的0.22/万，降幅超过90%[10]。携带者筛查的社会意义已得到了充分证明，相关专业协会为此颁布了一系列指南及声明，以推进支持携带者筛查工作的开展。2004年美国妇产医师协会(American College of Obstetricians and Gynecologists,ACOG)发表声明，推荐在德系犹太人后裔中进行家族性黑矇性痴呆病、海绵状白质脑病、囊性纤维化等特定疾病的携带者筛查；2008年美国医学遗传学与基因组学学会(American College of Medical Genetics and Genomics,ACMG)向德系犹太人推荐9种遗传疾病的携带者筛查；2013年ACMG发布关于产前/孕前进行ECS的声明；2015年ACMG、ACOG等5家机构发布在生殖医学中进行ECS的联合声明；2017年ACOG发布了2个携带者筛查的意见[11-16]。

随着人口的迁移和跨种族婚姻的普遍性，种族及地理区域的界限越来越模糊，基于种族及地理分布的携带者筛查逐渐向泛种族泛区域筛查发展[17]。另一方面，伴随着高通量测序成本的降低、对致病基因的认识不断提高及新致病基因的不断发现，基于致病基因集的多种疾病筛查(即ECS)开始被尝试应用于防控单基因遗传病。Bell等[18]对448种严重的儿童期隐性遗传病进行了筛查，发现在114个无关个体中平均每人携带2.8个致病突变，每个基因的检测成本低于1美元，开启了用二代测序同时筛查多种疾病的时代。ECS 也由此得以产生和发展。

2 开展ECS的要点

2.1 医学伦理作为一种基因检测项目，开展ECS时需要遵循医学伦理的基本原则。同时ECS一般不会对身体造成明显的伤害，但对受检夫妇的心理可能存在潜在的影响。因此，参与筛查的决定应该由夫妻双方在进行充分遗传咨询后自主决定，咨询师不宜提出指向性意见，而拒绝参与筛查的夫妻也应该得到同等程度的信息及咨询。

2.2 筛查对象 ECS的受试人群主要是健康的孕前夫妇。此外，辅助生殖技术供配双方也应该进行筛查，以避免遗传病在不知情的情况下发生[16]。

2.3 筛查时间和顺序 ECS可在孕前或孕期进行，一般推荐在孕前完成检测[19]。如果夫妻携带同一致病基因组的致病突变基因，在孕前完成ECS检测则可以确保有充足的时间来考虑所有生殖选项，包括体外受精与植入前遗传诊断、产前诊断、脐带血收集等[16]。

ECS的筛查顺序有同步筛查或序贯筛查2种方案，夫妻双方可根据孕周、对该检测的接受度和当地医院的具体情况来进行选择。同步筛查有利于进行诊断性检测与生育选择，因此在检测周期上有优势，而序贯筛查适合妊娠前进行。

2.4 筛查病种的入选标准筛查的遗传病种类和目标基因应考虑疾病的遗传方式、严重程度、携带频率与经济效益等因素。ECS的目标疾病一般是常染色体隐性遗传病，也可以包含部分X连锁和常染色体不完全显性遗传病，纳入筛查的疾病的临床表型一般较严重，可缩短患者的预期寿命、影响患者的生活质量或缺乏经济有效的治疗手段[20]。另外，入选病种需考虑发病率和经济效益的相关性，突变携带率相对较高的疾病才更具有筛查的经济有效性。根据2017年ACOG的建议，ECS筛查的遗传病入选条件应包括：致病变异总携带率超过1%，表型明确，影响患者生活质量，导致患者认知障碍和身体残疾，需要手术或医疗干预及早期发病[19]。随着测序成本的进一步降低和对人群基因组变异频谱的深入了解，ECS病种准入标准不断变化，比如已有研究表明对致病变异总携带率超过0.5%，甚至0.1%的基因进行筛查是有经济有效性的[21]。

2.5 残余风险 ECS需要考虑假阴性和假阳性结果等情况，尤其需要关注阴性报告的残余风险[16]。首先，ECS无法涵盖所有基因的所有致病位点，如动态突变(脆性X综合征等)、平衡易位、基因倒位(A型血友病等)一般无法用普通的高通量测序有效地完成检测。另外，对某些位点(同源基因和假基因干扰、特殊序列等)的二代测序结果需谨慎判读，例如有些测序产品对运动神经元生存基因1的检测效能较差，以及大部分测序产品无法有效检出HBA基因缺失突变。同时，目前并不是所有致病变异均被阐明，临床意义不明确的基因变异无法确认一定不致病[22]。除此之外，不同基因检测公司筛查的基因不尽相同，大部分病种在当地的携带频率不得而知，相应的检出率也难以计算，其残余风险无法确定。基于这些不确定因素，无论是实验室工作人员和临床咨询服务人员，还是受检者本人，都必须理解和正视残余风险的客观存在。

2.6 筛查接受度随着筛查病种的增加和基因变异频谱的不断更新，ECS筛查阳性率不断上升，但人群对于ECS的接受度不尽相同。大部分受检者接受遗传咨询后对阳性结果有心理预期，能够接受携带者的身份，愿意提前知晓发病风险。但对另一部分人来说，提前知晓发病风险会带来焦虑情绪，而临床意义不明确的基因变异也会令其困惑。同时受检者担心信息泄露的可能，致病突变携带者的身份使其遭受歧视；而夫妻关系的潜在暴露风险更会加重其对婚姻破裂的担忧。另外，基于检测成本的考虑，很多夫妇也可能拒绝进行ECS。

2.7 遗传咨询遗传咨询是一个帮助人们理解和适应遗传因素对疾病的作用及其对医学、心理和家庭的影响的过程。临床咨询师必须清楚ECS的基本原则、检测的类型和时间、检测结果的解读和处置及各种筛查的局限性[23]。检测前咨询的一个重要过程是临床咨询师在受检者充分知情同意后收集其相关的家族史和遗传背景，并向受检者或其家属详细介绍ECS的目标疾病、适用人群、检出率、费用和流程，同时详细说明残余风险。相关人员要明确新发变异和生殖细胞嵌合的可能性，完成检测后临床咨询师需要向受检者解读检测报告，主要强调阴性报告的残余风险和解释阳性结果。遗传咨询师要告知受检者阴性筛查结果意味着生育目标遗传病患儿风险明显减少，但不能完全排除孕育其他遗传病患儿的可能性。另外，受检者应该被告知ECS不能替代其他检查。阳性结果的解读包括解释疾病的预后、进一步检测的选项和伴侣需要进行的检查。除了隐性遗传基因的杂合子需要注意下一代的患病风险外，某些基因是杂合状态但也有临床表型的单基因遗传病也要进行相应的遗传咨询和临床处置。例如，β地中海贫血通常被认为是常染色体隐性遗传病，但已发现多个β地中海贫血病例是由HBB突变杂合子致病的。而对于临床表现具有异质性的遗传病，临床咨询时咨询师要充分说明相关细节，伴侣是否进行检测由受检者决定。临床咨询师要询问受检者进一步检测的选择，受检者的所有决定均需在其病历中详细记录，作为将来临床处置的参考。另外，限于目前医学遗传学的发展，临床意义不明的变异的报告、解释和处置还没有形成统一的意见，这对临床遗传咨询来说是一个无法回避的难点[17]，实验室在开展ECS前应该界定变异的报告原则。

3 ECS对中国出生缺陷防控的意义和挑战

3.1 ECS对中国出生缺陷防控的意义我国每年新增出生缺陷患儿近百万例，其中约四分之一为临床明显可见的出生缺陷[18]。随着我国强制婚检的取消，以及二胎政策的实施，出生缺陷发生率呈上升态势，其防控工作面临着严峻的挑战与考验。ECS可以帮助孕前夫妻了解自身致病突变的携带情况从而作生育决定，在不孕症的临床实践中ECS也产生重大影响，包括对配子捐助者的招募和资格确认[24]。对人群而言，成功开展携带者筛查可以减少和预防严重遗传病患儿的出生，具有重大的经济效益和社会意义，对提高人民的整体健康和生活质量具有国家战略意义。

3.2 ECS全面开展所面临的挑战 ECS的成功实施与多方面因素相关，包括设计合理的筛查方案、经济有效的筛查技术、严格把控的检测流程以及规范的遗传咨询和易接受的人群教育等。

筛查方案的确定需要医疗机构、检测机构和政府部门的共同参与，筛查的原则是有预见性地对生育选择进行指导。如果政府将ECS作为婚检项目，医生可选择在受检者婚后妊娠前告知其检测结果并做好相应的遗传咨询和心理辅导。由于国内外的医疗水平和文化背景存在差异，国内可参考发达国家开展ECS的方式，但绝不能照搬国外的经验。随着筛查数据的积累和筛查项目的进行，以及测序数据和分析手段的不断进步，用于筛查的产品也应该持续改进。

随着测序技术的发展，ECS的检测范围不断扩大，单种疾病的检测成本持续下降，检测效率和灵敏度方面的优势使其逐渐取代传统筛查方法。但目前仍有部分病种无法通过二代测序完成检测，需要采用经典的筛查方法辅助完成筛查。例如，以往脊髓性肌萎缩症的检测对于二代测序是一个难题，但现在二代测序技术已可以准确地检测运动神经元生存基因1的杂合缺失和点突变[25]。对于HBA基因，基于探针捕获技术的二代测序对致病变异的检出率已明显超过传统的筛查方法[26]。

我国ECS的遗传咨询尚属于起步阶段，临床咨询师的缺口较大，筛查优势的过度宣传和遗传咨询的失位仍客观存在。进行ECS咨询的临床医生应接受涵盖遗传筛查、产前诊断、植入前遗传诊断、遗传咨询等专业领域的系统性培训，国内相关专业协会应就ECS的相关事项达成共识。应对开展ECS的实验室进行严格的审查，持续进行日常质量监控，相关的工作人员须经过适当的培训并具备相应的资质。另外，针对受检者的基础教育也十分重要，人群对ECS的态度和接受程度是决定ECS成功与否的关键。而目前国内的医疗环境、医患比例、普通人群的遗传学知识和经济基础导致我国可能还不具备全面开展ECS 的条件。