赛福基因公开课第二节《神经系统遗传病基因检测简介》
赛福基因公开课第二节《神经系统遗传病基因检测简介》
赛福基因公开而第二节正式开讲。今天我们来共同探讨一下关于神经系统遗传病基因检测技术的一些简单知识。
这次主要从以下三个方面进行简单的介绍：神经系统遗传病基因检测的一些简单知识，包括OMIM数据库的简单介绍；单基因遗传病的遗传方式以及神经系统遗传病的基因检测技术选择。
第一部分：我们来讲一下OMIM数据库。
由美国Johns Hopkins大学医学院Victor A McKusiek教授主编的《人类孟德尔遗传》(Mendelian Inheritance in Man:Catologs of Human Genes and Genetic Disor ders，MIM)一书，一直是医学遗传学最权威的百科全书，被誉为医学遗传学界的"《圣经》"。MIM 包括所有已知的遗传病、遗传决定的性状及其基因，除了简略描述各种疾病的临床特征、诊断、鉴别诊断、治疗与预防外，还提供已知有关致病基因的连锁关系、染色体定位、组成结构和功能、动物模型等资料，并附有经缜密筛选的相关参考文献。
MIM 制定的各种遗传病、性状、基因的编号，简称MIM 号，为全世界所公认。有关疾病的报道必须冠以MIM 号，以明确所讨论的是哪一种遗传病。然而，现在对疾病基因及其分子医学的研究，用"日新月异"4个字来形容，一点也不夸张。印刷版本的MIM，尽管一厚再厚，但在科学研究已进入数字化年代的当今，显然已很难跟上医学遗传学发展的步伐，有些力不从心。
鉴此，联机形式的"在线人类孟德尔遗传 (Online Mendelian Inheritance in Man，OMIM)于1987年应运而生，并且免费供全世界科学家浏览和下载。OMIM数据库是一个持续更新的关于人类基因和遗传紊乱的数据库。 主要着眼于可遗传的或遗传性的基因疾病，包括文本信息和相关参考信息、序列纪录、图谱和相关其他数据库。
据OMIM数据库记载，截至到2017年4月15号，已明确致病基因的单基因疾病种类有4931种，3342个已知的致病基因。单基因遗传病单个发病率低，但单基因病种类极多，所以总体发病率高，且具有先天性、致死致残性的特点。
第二部分：单基因遗传病遗传方式。
遗传病按照突变类型和遗传方式分，主要分为3大类：染色体病、单基因病、多基因病。第一大类：染色体病，又可以根据常染色体和性染色体分成染色体数目异常（18三体综合征、Turner综合征等）和染色体结构异常（猫叫综合征）。第二大类，单基因病，也是临床中基因检测技术应用最多的一个领域。其按孟德尔遗传方式分类，可以分成常染色体显性遗传病、常染色体隐性遗传病、X连锁显性遗传病、X连锁隐性遗传病和Y连锁遗传病。另一单基因遗传病的大类是线粒体病，其遗传方式不符合孟德尔遗传。第三大类：多基因病，有家族聚集现象，但系谱分析又不符合一般的常染色体显、隐性或性连锁的遗传方式，即同胞中的患病率远低于1/2或1/4，大约只有1%-10%。同时，发病还受到环境因素的重要影响。这些有一定遗传基础的复杂疾病称为多基因遗传病，又称复杂疾病。
以下我们主要介绍一下单基因病的遗传方式。
常染色体遗传病是指决定该病的基因位于第1—22号常染色体上，患病与性别无关。
常染色体显性遗传病（Autosomal dominant--AD）：等位基因之一突变，杂合状态下即可发病。人体中有23对，46条染色体。在形成生殖细胞的过程中，成对的染色体分开，每对染色体中的一条进入精子或卵细胞中，通过受精作用形成的受精卵既含有卵细胞的染色体，又含有精子的染色体，因此人的受精卵中的每一对染色体都是一条来自父方，一条来自母方。
位于一对同源染色体的相同位置上控制某一性状的不同形式的基因称为等位基因。不同的等位基因产生例如发色或血型等遗传特征的变化。等位基因控制相对性状的显隐性关系及遗传效应，可将等位基因区分为不同的类别。在个体中，等位基因的某个形式（显性的）可以比其他形式（隐性的）表达得多。
如图示例：线条位置代表等位基因，其中红色表示该条染色体上的基因发生了突变，黑色代表正常。符合常染色体显性遗传方式的疾病患者，若双亲中有一方为存在杂合突变的患者，则生育患病孩子的概率是50%。
祖孙三代中，奶奶患有癫痫，爷爷是正常的。他们的两个儿子都患有癫痫，虽然发病的年龄和频率略有不同。其中大儿子、小儿子、大孙子都是癫痫患者。小孙子，现年一岁半，目前还没有发病。所以家里比较担心这个小孙子，会不会也是癫痫患者，并会在日后发病。
我们通过全外显测序筛查到了和该家系疾病表征相符的致病基因突变，LGI1，LGI1基因突变导致的常染色体显性遗传的颞叶癫痫，其癫痫对应的典型表型症状为听觉功能失常并由感觉性失语，属于常染色体显性遗传。不管是发作症状还是遗传模式均与该家系相吻合。
全外显测序和一代验证均证实：奶奶、大儿子、小儿子、大孙子的LGI1基因均发生了杂合突变，小孙子该基因未见突变信息。那么如果大孙子以后结婚生育的话，若伴侣该基因正常，则生育患病孩子的概率是50%。
常染色体隐性遗传病（Autosomal recessive--AR）：基因性状是隐性的，即只有纯合子时才显示病状。如果父母双方都是病理性基因杂合突变携带者，则下一代1／4发病、2／4为携带者、1／4为正常。如果父母一方为病理性基因杂合突变携带者，一方为正常人，则下一代外表上均无病，但1／2为携带者，1／2为正常人。常染色体隐性遗传病的特点为：病儿双亲都无病，但都是致病基因携带者；病者子女中一般不发病，所以看不到连续传递，多数为散发或隔代遗传；在近亲婚配时，子代发病的风险增高。
如我们分析的这一个实例，检出的与患者表型相符的致病基因为ASAH1，对应的疾病是伴随进行性肌阵挛性癫痫的脊肌萎缩，属于常染色体隐性遗传。该患者的父母是近亲婚配，患者检出ASAH1基因的纯合突变位点，而父母都是致病基因杂合突变的携带者，哥哥也是杂合突变的携带者。
X连锁显性遗传病（X-linked dominant）：如同常染色体显性遗传病，杂合子即患病。突变基因位于X染色体，只有男性患者的子女的信息可将X连锁遗传与常染色体显性遗传病进行区别。该病的遗传特征为：男性患者的女儿总是患者，儿子正常，没有父-子传递现象；女性患者将疾病传递给男女后代的机会都是1/2；若患者的生育率正常，家系中女性患者的数目要比男性患者多约一倍。
X连锁隐性遗传病，男性较女性多。双亲无病时，儿子可能发病，致病基因只能从携带者母亲传来，如血友病、进行性肌营养不良假性肥大型。
对于X连锁遗传病来说，由于男性只有一条X染色体，另一条Y染色体，所以无论致病基因是显性或隐性，只要X染色体上有了致病基因就会发病。另外，父亲X染色体不能传给儿子，而只能传给女儿，因此男性的X连锁基因只能从母亲处传来，将来只能传给女儿。
致病基因位于Y染色体上，并随着Y染色体而传递，故只有男性才出现症状。这类致病基因只由父亲传给儿子，再由儿子传给孙子，女性是不会出现相应的遗传性状或遗传病，这种遗传方式称为Y连锁遗传（Y-linked inheritance）
以下简单介绍一下针对于部分神经系统的单基因遗传病，我们该如何选择基因检测技术。
神经系统类的单基因病变异种类主要有5大种，包括单核苷酸突变SNV、插入缺失InDel、线粒体基因突变、拷贝数变异CNV和动态突变。
上一次课程中我们讲过突变的类型，感兴趣的老师可以再翻阅一下上次课程的PPT。图中的两张图展示了两种突变类型的mapping图。
那么这两种突变类型，市场上最主要使用的测序手段就是全外显子组测序和目标区域捕获测序（基因panel）。
全外显子组测序是指利用序列捕获技术将全基因组外显子区域DNA捕捉并富集后进行高通量测序的基因组分析方法。其是对人体内所有的蛋白质编码区进行测序。而基因panel则是对于某个或者某些遗传病相关的致病区域进行捕获并测序的方法，举个比较极端的例子，现在只对gene1基因的1号和2号外显子的部分区域感兴趣，那就只需要在这两个区域进行捕获富集，再测序就可以了。
那么外显子组测序为什么可以应用于遗传病的检测呢？是因为现已报道的绝大多数单基因遗传病的致病的突异约85%都发生在基因的外显子区。
全外显子组测序相比于基因panel具有哪些优势呢？主要包括以下几个方面：1、由于WES测序的范围很全，所以相比于panel具有筛查全面，准确率高，阳性致病基因检出率高的优点。2、当测序的样本量足够大的情况下，我们可以发现新的疾病相关的致病基因。而对于单例患者样本或者是家系样本来说，发现新的新发突变位点则是有可能实现的。3、随着疾病基因数据库的不断更新，若现在检测结果为阴性的患者WES数据，使用相同的数据可以再一次进行分析并最终发现疾病分子层面的相关信息。实现一次测序，终生受用的目的。而基因panel由于其捕获范围有限，所以其成本较低，临床售价也相对的会比WES便宜。但是其的阳性检出率肯定是要比WES低的。而且这批数据也只是当时有效，若结果为阴性，但还是怀疑是基因突变导致的疾病患者，则只能选择再次测序了。
我们的报告当中，除包括与患者表型相关的检出的致病基因突变之外，还会根据现有的参考文献将与该基因对应的相应的治疗建议也会列在报告当中。而且除和患者主诉相关的致病基因报告之外，在征得患者的知情同意之后，我们还会参考美国医学遗传学会（ACMG）推荐的59个单基因遗传病的相关基因中发现的致病或疑似致病变异同时进行报告（此类遗传疾病很可能与患者目前临床表现及诊断无关，但均涉及可以进行早期干预的严重疾病）。
表中为所列的59个致病基因和其对应的疾病及遗传方式。
在我们所做的一个癫痫患者的例子中，我们除了找到和该患者疾病表型对应的癫痫致病基因之外，我们也检测到了其中的一个补充医学发现的致病突变：SCN5A,对应的疾病是Brugada 综合征，这是一种离子通道基因异常所致的原发性心电疾病，属心源性猝死的高危人群。Brugada综合征是导致青壮年猝死的主要原因。一旦诊断成立，立即植入ICD（及早置入心脏除颤器（ICD））是防止患者猝死的唯一有效的办法。所以对于该患者来说，即使现在没有患该疾病，在其以后的生活当中，也应该对该疾病引起足够的重视。
那么我们现在看一下神经系统都有哪些疾病适合进行全外显子组测序呢？
该表中列出了神经系统疾病中适合WES测序的部分疾病种类，还请各位老师参考。
线粒体病主要是由于遗传缺损引起线粒体代谢酶缺陷，致使ATP合成障碍、能量来源不足导致的一组异质性病变。其按照突变来源分可以分成线粒体DNA突变导致，以及由核基因突变导致（WES可检出）。对于线粒体DNA突变导致的疾病具有母系遗传的特征，其可以通过对线粒体基因组进行基因组测序或位点测序进行确定。
表中列出了线粒体DNA突变和核基因突变导致的部分线粒体相关疾病的一个疾病列表，请各位老师参考。
CNV检测现在主要的是以下三种技术：比较基因组杂交技术 (aCGH)、SNP-array、多重连接探针扩增技术 (MLPA)和低倍基因组测序。如果患者存在畸形，精神发育迟滞，多系统疾病等，可以考虑先进行CNV检测。
但是适合CNV检测的疾病进行CNV检测也并不能保证100%的检出率。比如我们接到的这样一个病例，患者的临床表型和SMA很相符，而SMA患者中约 95-98%是由 SMN1 基因纯合缺失引起，其余由 SMN1 基因杂合缺失、转换及点突变导致，而 SMN2 基因拷贝数在修饰 SMA 表型方面起一定的作用。SMA 的基因诊断一般通过检测 SMN1 基因外显子 7 的拷贝数来完成。 我们在使用MLPA检测之后，结果是阴性。而在对该加下进行全外显测序之后，则发现了致病的基因单核苷酸变异。所以对于临床患者来说，如果想将阳性检出率提高，有时我们会推荐WES和CNV检测同时进行。表中列出了部分神经系统疾病适合选择该种检测手段的疾病列表，请各位老师参考。
神经系统中还有一种致病突变为动态突变（详细资料可参考上一期）。
表中列出了适合进行动态突变检测的疾病列表，请各位老师参考。
神经系统疾病涉及的疾病种类多，检测方式也较为多样。但是不管哪一种检测方式都离不开将分子层面的结果与患者表型进行联系，所以患者的临床表型除对应选择不同的检测方式之外，对于后期的数据解读也是至关重要的。所以对于检测公司来说，临床表型的收集很是重要。
我们公司现在的惠晶-神经系统疾病基因检测提供了关于神经系统疾病的全套解决方案。欢迎各位老师进行咨询。
以上是关于OMIM数据库、单基因遗传病的遗传方式和神经系统遗传病的基因检测技术选择的一些简单介绍。
感谢各位老师在百忙之中抽出时间收听我们这次课程。下面我们进入提问环节，各位老师有任何相关问题，都欢迎您在群内提出，我们共同进行交流。
现场问答环节
1. 渡小渡老师提问：
有一个孩子是癫痫患者，那么他会遗传给小孩吗？
答：您有做过基因检测吗？检测到了阳性的检测结果吗？
2.渡小渡老师提问：
还没有呢，这个只有做基因检测之后才能确定吗？
答：首先，我们要通过基因检测的技术来看一下是否能检测到阳性的结果，其次我们才能通过检测到的阳性致病基因来判断一下遗传模式。我们还要知道其配偶的对应基因的类型，来预估一下该患者生育健康小孩的几率。
3. 澈王爵老师提问：
您刚才说，一个癫痫患者检测到了一个导致心率失常的基因突变，这个你们的检测技术也是可以实现的吗？
答：是的，老师。我们公司现在主推使用全外显子组测序，这个的检测范围很全，是不只包括和患者现在怀疑表型对应的基因的。所以说如果同一个客户，有不同疾病的分析需求，我们也可以使用同一批数据进行分析。PPT中所说的SCN5A基因的突变位点对应的Brugada综合征，属于ACMG推荐报道的补充医学发现的范畴，在客户选择同意知情这些检测结果时，我们会给出对应的报告。
4.Guohua老师提问：
对于意义不明或证据力度不足的突变信息如何进行解读？
答：我们在报告中会首选报告与患者表型相符的临床意义比较明确的。如果实在找不到很明确的阳性结果，我们也会将最怀疑的临床意义未名突变进行报告，但是我们会对这一类的结果进行详细的解释。对于这种突变，我们不做过度解读。只是报告事实，包括我们参考得文献，文献中如是说。。。这样想进一步了解情况的老师也可以根据我们提供的文献，做深一步的研究。
5.Guohua老师提问：
那这种与临床相符的阳性突变(如有部分文献报道)与疾病的关联性是100%吗？如何鉴别这种文献证据力度？
答：老师，任何检测结果都不能够保证100%的关联性的，我们在给出检测结论时，如果参考各种信息，我们给出了致病突变位点，这种情况下，我们也会将所参考的各种文献列在报告当中。而对应的文献报道信息的可信度是和下的最终检测结论相关的，所以还要具体问题具体分析
6.江南烟雨老师提问：
针对不同的人群，突变比例的差异对于数据结果的解读有影响，你们解读数据结果时是否有中国人群对应的数据库，对于一些研究较少的突变位点，临床数据不多的情况下怎么给出解释?
答：第一，我们现在正在不断的搜集国内的疾病患者对应的测序数据，而且也会将我们测序的数据不断的形成我们对应的国内人的疾病数据库，在不断完善当中。对于第二个问题，如果我们非常确定检测到的罕见突变位点对应的致病基因的表型和患者非常相关，我们的报告中也会给出，但是对应的检测结论我们就会斟酌了，在检测报告中我们也会给出具体的说明信息。我们会特别关注基于人群的大规模数据库（千人基因组， ExAc,Esp6500 等）中，亚洲人群中突变的发生频率。
7.远海老师提问：
请问CMA和CNV的关系。如果要检测CNV，是推荐CMA呢还是MLPA？
答：染色体基因芯片分析(Chromosomal MicroarrayAnalysis,CMA)，包括aCGH 和 SNParray 两种技术， 可同时检测很多种因染色体拷贝数变异而导致的疾病。当患者存在畸形，智力障碍等情况下，我们又不能明确怀疑的致病基因的情况下，可以使用这一种检测技术，但是这种技术也是有局限性的，有些只能检测>10kb以上的片段。而MLPA检测，则是患者对应的疾病有明确怀疑的致病基因对应的CNV突变，这种情况下，我们会推荐MLPA。
