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基因测序技术正在临床应用中为病患家庭带去福音

日期:2016-05-05 10:09:28 来源:中华检验医学网 作者:来源:测序中国 点击:

    从Nic Volker的案例开始,当时看起来非常新颖的测序技术如今在临床中已经逐渐较为常见。虽然在数据的解读方面依然存在瓶颈,但基因测序技术使得整个精准医疗时代的开启成为可能,承载着众多家庭的希望。

走进临床实践

 图. Teddy Blondheim患有一种罕见遗传病

   去年,在威斯康辛州儿童医院,基因测序检测到一个快满3岁的小男孩Teddy Blondheim患有一种罕见遗传疾病。Teddy的父母了解到,这种疾病没有治愈方法,且大多数患儿活不过3岁。但是他们依然感激能够得到诊断结果,他们在网络上找到了一个小型社区,里面有来自澳大利亚、波兰以及美国其他地区的患有同一疾病的儿童的父母。

 

 

 

图. Ryan Freund、他的妻子Melissa和18个月大的女儿Adair

     基因测序没能为18个月大的Adair Freund提供诊断结果,这迫使她的父母不得不面对一个事实,那就是到目前为止Adair的心脏问题、手畸形以及髋关节发育不良的成因仍然是个谜。Adair的父亲Ryan Freund说,“至少我们能排除一些可能。”

    已经有数百万美国人发现,基因组医学能够改变他们的生活。Adair的家庭也意识到,虽然目前没有诊断结果,但这并不代表着终结,他们还有可能更深层次地了解孩子的基因图谱,科学家如今已经测序了Adair的外显子组。

    这两个孩子只是全球数百万接触到这种新的医疗模式的病人中的个例。六年前威斯康辛州的医生成功地利用基因测序技术诊断出一个小男孩Nic Volker的怪病,并利用已知的知识对他进行了治疗。从那时起,基因测序开始走进了临床实践。

 

 

 

图. Nic Volker的案例成为医学研究的一个转折点

    Nic Volker的案例是医学领域的一个转折点。一长串的碱基代表着我们的性状——从头发和眼睛的颜色到患有某种疾病的几率——因此可以被用来提升人类健康水平。自Nic基因测序检测的案例后,致力于破解遗传密码来揭示人类复杂疾病的研究产出了大量结果,有拯救生命的成功,也有令人沮丧的失败。

    国家人类基因组研究所主任Eric Green说,“从Nic Volker的案例开始,在那时候看起来非常新颖的技术如今已经成为了一种非常常规的检测。在成百上千的案例中,病人在相对早期的诊断过程中进行了外显子测序。”

应用逐渐广泛

    测序技术开始影响新一代出生婴儿的生活,甚至在出生前就产生了影响。

    堪萨斯城和圣地亚哥的研究人员在9月份时说,他们利用一种新的技术进行基因组数据分析,将危重病新生儿的诊断时间降至26小时。Stephen Kingsmore是这项研究的通讯作者,也是圣地亚哥瑞迪儿童医院的儿科基因组学和系统医学研究所的所长兼CEO。他说,“诊断患重病的婴儿是一件争分夺秒的事情,即使多等一天都会事关生死。”

    塔夫茨医疗中心的产前遗传学家Diana W. Bianchi说,孕妇血液循环中的胎盘DNA检测正在帮助数千位母亲,不需要进行羊膜穿刺就可以检测孩子是否患有染色体异常疾病,例如唐氏综合征。

    Bianchi说,2011年初,血液DNA检测首次在中国应用于临床,同年10月在美国临床上应用。相关检测产品在2012年推出市场,由威斯康辛医学院教员Aoy Tomita-Mitchell和她的丈夫Michael Mitchell研发。

    Bianchi说,“令人惊讶的是,不过4年的时间,基因检测就已经渗透到临床管理中,到目前为止全世界至少有200万女性接受了检测。”

    和很多测序检测产品一样,胚胎血液检测也引发了一些潜在的棘手的道德问题。不同于其他基因组测序检测,胚胎血液检测包含了两个人的DNA,母亲的和孩子的。所以母亲在检测自己的孩子是否存在基因异常时,可能会无意中发现自己患有癌症或者其他疾病。这个观点是Bianchi和他的同事去年夏天在《美国医学会杂志》(JAMA)上提出的。

     Green说,DNA测序还渗透到了其他关键的医学领域,帮助健康调查人员追踪埃博拉病毒、Zika病毒和其他病毒的爆发,还为医院提供了一种更加精准的抗生素耐药性感染监测方式。

    2015年4月,来自英国和加拿大的研究人员用标准的航空行李箱将一种新款微型DNA测序系统带到了几内亚,并使用它实时监控了埃博拉病毒疫情的传播。测序过程仅需15分钟,研究人员能够在接收样本后的24小时内得到结果。

仍处于早期阶段

    然而专家强调说,基因组医学仍处于发展初期。就如Nic Volker的医生们在2009年第一次讨论对他使用测序技术检测肠道疾病的成因时预见的那样,问题仍然是人类基因组海量数据的分析。

    Green解释道,“我们对数据的解读已经进步很多,但是仍然处在早期阶段,仍然存在瓶颈。”

    部分原因仍然是一个基础科学问题:大部分基因组的作用到底是什么?

     Green说,“我们已经能够比较熟练地分析蛋白编码区,也就是外显子组,但是对于如何分析其余98%的基因组序列,我们还非常的不熟练。”

使精准医疗成为可能

    Howard Jacob是当时决定对Nic Volker进行基因测序检测的医生,同时他还牵头成立了威斯康辛医学院的基因组学中心,他说,早在2009年的时候测序还只是一个科研工具,而如今它已经成为一种临床工具。

    Jacob现在是HudsonAlpha生物技术研究所首席基因组医学专家,他说,“当我们对Nic进行基因测序后,在发表结果时遇到了麻烦,因为每个人都认为我们是不负责任的。如今,我不会说测序已成为医疗的标准,但它变得更为常见。”

    Jacob说,据Illumina公司估算,到目前为止约有20万人接受了临床测序检测。

UBS公司分析员Jonathan Groberg在近期发表的一篇名为“世界正在改变,你准备好了吗?”的文章中提到,如果加上科研方面的应用,已经有40万人进行了基因组测序。

    然而到目前为止已经进行过测序的基因组数目仍然很少,我们仍然处于Groberg所谓 的“基因组学大爆炸”的时代的最初阶段。

    Donald Basel是威斯康辛州儿童医院遗传学部门的临时负责人,该医院有一家基因组医学诊所,每周有4到6名病人。他说,“基因测序技术使得整个精准医疗时代开始成为可能。”

     2014年Illumina推出了HiSeq X Ten系统,可在一年内完成超过1.8万个人类基因组测序。

    “1000美元基因组”的作者和Nature Genetics杂志创始人 Kevin Davies说,“测序(不包括分析)费用大幅下降,病人仅需花费1000美金就可以进行全基因组测序。但是解读和分析这些数据还需要大量工作。”

    Jacob和他的团队当时对Nic进行基因测序时,仅进行外显子组测序就花费了超过7.5万美元。6年后,Jacob最近开办的“史密斯基因组医学家庭诊所”使用Illumina HiSeq X Ten系统对病人的全基因组测序。病人用于测序、分析和解读的总费用是6,500美元。

     根据最近发表在《美国医学会杂志》上的一项研究,测序可以为25%的病例提供立即的诊断。Basel说,在威斯康辛医学院,测序可以为32.5%的病例提供立即的诊断。

病人及其家庭的希望

     Freund和Blondheim两个家庭都表示,虽然他们对DNA测序并不熟悉,但是他们毫不犹豫的选择了进行这项检测。

    Teddy的母亲Kerry Blondheim说,“我们周五预约,周一把表格寄回,然后检测了表格上的所有项目。”

    Freund同样也进行了这些检测,通过这些检测,他们能够利用测序了解那些可治愈的和不可治愈的幼年疾病和成年疾病。

    Adair的父亲Ryan Freund说,家里人认为无论是什么信息都能够帮助他们进一步做计划安排。即使他们面临的是女儿的死亡,他们仍希望知道一切。

    保险报销了Adair的测序费用,但是不清楚是否会承担全基因组测序费用。Freund一家在考虑是否要花钱进行更全面的检测。Freund说,“我唯一关心的就是是否有方法弄清楚什么是对她最好的。”

     符合条件进行测序的家庭经常会争取让保险公司承担检测费用,而保险公司认为这种检测效果不确定且非常昂贵。Jacob说,“保险仍然是一场噩梦,这是一场和保险公司的肉搏战。”

    保险报销了Teddy Blondheim的测序费用。Teddy刚满5个月后就开始出现癫痫发作。随后其他问题也逐渐出现,包括发育迟缓、肌张力差和无法独立行走。

随着Teddy的病情加重,他被送到了儿童医院的基因组医学诊所。2015年末,Teddy两岁半时得到了测序结果,诊断出他患有MCAHS1综合征,只能通过测序发现。

    Teddy的父母说,这种综合征是2011年发现的,Teddy是世界上发现的第15个患者。后来他们通过Facebook上的一个小社区发现了更多患者。

    Blondheim说,现在Teddy已经比较健康了,而且跟以前相比进步了很多。Facebook小组中的很多孩子并没有这样。在最近一次去加利福尼亚的家庭旅行中,Teddy的父母在Teddy的博客上写道,Teddy会咿咿呀呀的说话了,这是其他孩子没有做到的。

     对Nic Volker来说,2009年的测序检测为他提供了诊断结果和治疗,他的怪病再也没有出现过。但是目前已11岁的Nic经历了很多磨难,包括癫痫和创伤后应激障碍(PTSD),这些都是医院的那几年治疗产生的副作用。

Nic的母亲Amylynne Santiago Volker经常会想,如果Nic能够晚一些出生,在刚出生时就接受DNA测序检测,那么他的一生是不是就会不一样。

    她成立了一个非盈利组织——The Nicholas Volker One in a Billion Foundation,增强人们对基因测序检测的意识,帮助那些家庭面对未确诊疾病、罕见疾病以及威胁性疾病,同时也促进了基因组医学的临床实践。Santiago Volker说,“我们真正想传递的信息就是‘放手一搏’。”



(责任编辑:wzx)

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