
运用基于目的基因捕获的高通量测序技术对新生儿进行常见遗传病基因检测,了解新生儿常见遗传病的发病率及相关基因致病变异的携带率和变异类型,探讨该技术在新生儿遗传病筛查中的应用价值。
收集2019年6月至2020年4月广东地区出生的1 793例新生儿足跟血,采用基于目的基因捕获的高通量测序技术对138个新生儿常见遗传病相关基因的外显子区域进行检测,变异致病性的解读基于《遗传变异分类标准与指南(2017)》,其中已知致病和可能致病纳入阳性变异,采用Sanger测序技术对阳性变异位点进行验证,并采用计数方法对检测结果进行分析。
1 793例新生儿中,男978例,女815例;共筛出阳性158例,阳性率为8.81%,检测出阳性病种11种。在阳性病种中,常染色体隐性耳聋1A型41例(2.29%),Gilbert综合征或Crigler-Najjar综合征40例(2.23%),葡萄糖-6-磷酸脱氢酶(G6PD)缺乏症33例(1.84%),家族性高胆固醇血症19例(1.06%),钠牛磺胆酸共转运多肽缺陷病18例(1.00%),线粒体非综合征型耳聋2例(0.11%),Citrin缺乏症2例(0.11%),全羧化酶合成酶缺乏症、β-珠蛋白生成障碍性贫血、异染性脑白质营养不良各1例(各占0.06%)。972例携带1个或多个基因的阳性变异位点,共涉及85种疾病,其中携带率较高的疾病为Gilbert综合征或Crigler-Najjar综合征(359例,20.02%)、常染色体隐性耳聋1A型(302例,16.84%)和钠牛磺胆酸共转运多肽缺陷病(291例,16.22%),其高频变异位点为UGT1A1基因c.211G>A位点、GJB2基因c.109G>A位点和SLC10A1基因c.800C>T位点。
广东地区新生儿常见遗传病为常染色体隐性耳聋1A型、Gilbert综合征或Crigler-Najjar综合征、G6PD缺乏症、家族性高胆固醇血症和钠牛磺胆酸共转运多肽缺陷病,且存在人群高频携带位点;探索性地对新生儿常见遗传病进行基因筛查,可为新生儿基因筛查的开展积累数据和经验。
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遗传病是指由遗传物质发生改变或致病基因所控制的疾病,其具有先天性、终身性和家族性的特征,是导致新生儿出生缺陷的主要因素。《中国出生缺陷防治报告(2012)》指出,我国出生缺陷发生率约为5.6%,每年新增出生缺陷患儿约90万例[1],出生缺陷是造成儿童残疾的重要原因,也是婴幼儿死亡的主要原因。目前我国通过多种新生儿疾病筛查技术对未出现临床症状的遗传病患儿进行早期诊断和治疗,有效降低了患儿的伤残率和病死率,极大减少了出生缺陷对家庭和社会造成的严重危害[2,3,4,5]。近十几年,随着分子生物学技术和基因组学的飞速发展,基因检测技术已成为多数遗传病诊断的金标准,尤其在生化或酶学方法无法作出诊断,检测结果不明确的情况下,基因检测是重要的确诊手段,但在新生儿遗传病筛查领域,基因检测技术尚未成熟应用,我国多见新生儿耳聋基因筛查逐步开展的报道[6,7,8]。对新生儿常见遗传病进行基因筛查,具有极大挑战,目前很多基因变异位点的致病性尚不明确,且健康个体都可能会携带几个甚至十几个致病性变异位点,如何确定是否发病,何时开始干预,如何进行遗传咨询都是基因筛查面临的问题。复旦大学附属儿科医院周文浩教授团队率先在国内大规模开展新生儿基因筛查研究,取得了一系列重大发现,但由于亚全外显组测序费用较高,因此,本研究筛选新生儿常见遗传性疾病相关的138个致病基因制成捕获芯片,通过高通量测序技术对新生儿进行基因筛查,以了解广东地区新生儿常见遗传病发病率及相关基因致病变异的携带率及变异情况,并探讨基因检测技术在新生儿遗传病筛查中的应用价值。
收集2019年6月至2020年4月广东地区的新生儿干血斑足跟血样本1 793份。其中男978例,女815例。所有标本按照统一的标本收集流程和样本检测流程进行,本研究通过中山大学附属第六医院伦理委员会批准(批准文号:2019ZSLYEC-105),且受试者监护人均签署知情同意书。
新生儿常见遗传病基因检测内容包括133种遗传病相关的138个基因,检测疾病种类涵盖目前所有新生儿串联质谱筛查范围内的遗传代谢病,如氨基酸代谢病、有机酸代谢病及脂肪酸代谢病,以及其他串联质谱无法筛查但在我国发病率较高、且早期发现对于患儿及家庭有重大临床意义及社会效益的遗传病,如溶酶体病、糖原贮积症、肝豆状核变性、遗传性耳聋、β-珠蛋白生成障碍性贫血等。基因与遗传病相关信息参考OMIM(Online Mendelian Inheri-tance in Man®)及Orphanet等数据库。
用打孔器取直径5 mm圆形滤纸片,采用磁珠法血卡基因组DNA提取试剂盒和磁珠法核酸提取仪提取基因组DNA。目标基因序列捕获采用多重PCR扩增方法,覆盖所有外显子区域及相邻的内含子区域(±50 bp),138个基因共设计3 801个扩增子,分6个扩增体系完成。经扩增-纯化-再扩增-再纯化后得到目标序列文库,使用Qubit®3.0荧光定量仪(Thermo Fisher Scientific,美国)进行文库定量、Aglient 2100生物分析仪(Agilent,美国)进行文库长度测定(228~378 bp)。
经稀释、加入测序引物的文库,在Illumina NextSeq 500/550平台进行测序(PE150)。测序原始图像数据文件经碱基识别(Base Calling)分析转化为原始测序序列(Raw Data或Raw Reads)FASTQ文件,再过滤去除接头、低质量序列。有效测序数据通过BWA(Burrows-Wheeler Aligner)软件比对至人参考基因组(Human_B37),使用GATK(Genome Analysis ToolKit)分析变异信息、ANNOVAR软件进行变异注释,包括dbSNP数据库、千人基因组计划和其他已有数据库的注释信息,注释内容涵盖人群频率、变异类型、功能预测(SIFT、Polyphen2、Mutation Taster等)、HGMD/Clinvar等致病性分类信息。变异致病性解读基于《遗传变异分类标准与指南》[9] ,共分为已知致病、可能致病、意义不明确、可能良性及良性5类,本研究把已知致病和可能致病归为阳性结果。最后,对于阳性患儿采用Sanger测序法进行位点验证及其父母验证。
应用SPSS 21.0统计学软件对检测结果进行分析,计数资料采用率(%)表示。
在1 793例新生儿中,基因筛查结果显示阳性158例,阳性率为8.81%,其中纯合或半合子变异144例,复合杂合变异14例;携带1个或多个基因阳性变异位点共972例,携带率为54.21%;不携带阳性变异位点共663例,阴性率为36.97%。
972例携带1个或多个基因阳性变异位点,共涉及85种疾病,其中携带率较高的疾病为Gilbert综合征或Crigler-Najjar综合征(359例,携带率20.02%)、常染色体隐性耳聋1A型(302例,16.84%)、钠牛磺胆酸共转运多肽缺陷病(291例,16.22%)、β-珠蛋白生成障碍性贫血(56例,3.12%)、葡萄糖-6-磷酸脱氢酶(G6PD)缺乏症(39例,2.17%)、Citrin缺乏症(35例,1.95%)、克拉伯病(28例,1.56%)、肝豆状核变性(27例,1.50%)、原发性肉碱缺乏症(24例,1.33%)、Pendred综合征(21例,1.17%)、苯丙酮尿症(12例,0.67%)、糖原贮积症Ⅱ型(10例,0.56%)和甲基丙二酸尿症合并同型半胱氨酸尿症cblC型(10例,0.56%)。
携带率较高的疾病中均有高频变异位点出现,其相应基因的高频变异(携带率>1%)见表1。

新生儿1 793例基因筛查样本中高频变异位点的携带率情况(携带率>1%)
The carrier rate of high-frequency variant sites in 1 793 newborns(the carrier rate greater than 1%)
新生儿1 793例基因筛查样本中高频变异位点的携带率情况(携带率>1%)
The carrier rate of high-frequency variant sites in 1 793 newborns(the carrier rate greater than 1%)
| 基因 | 变异位点 | 氨基酸改变 | 致病性 | 例数 | 携带率(%) |
|---|---|---|---|---|---|
| UGT1A1 | c.211G>A | p.Gly71Arg | PAT | 316 | 17.62 |
| c.1091C>T | p.Pro364Leu | LP | 34 | 1.90 | |
| GJB2 | c.109G>A | p.Val37Ile | PAT | 287 | 16.00 |
| HBB | c.126_129delCTTT | p.Phe42LeufsTer19 | PAT | 29 | 1.62 |
| SLC10A1 | c.800C>T | p.Ser267Phe | VUS | 291 | 16.22 |
| SLC25A13 | c.852_855delTATG | p.Met285ProfsTer2 | PAT | 28 | 1.56 |
| GALC | c.1901T>C | p.Leu634Ser | PAT | 19 | 1.06 |
注:PAT:已知致病;LP:可能致病;VUS:意义不明确
PAT:pathoge-nic;LP:likely pathogenic;VUS:variant of unknown significance
此外,在基因筛查结果中,还发现较多常见遗传病的基因有高频变异位点:10例携带MMACHC基因(甲基丙二酸尿症合并同型半胱氨酸尿症cblC型)变异,其变异位点为c.609G>A和c.658_660delAAG;9例携带PRODH基因(高脯氨酸血症Ⅰ型)变异,其变异位点均为c.1322T>C; 7例携带ACADS基因(短链酰基辅酶A脱氢酶缺乏症)变异,其变异位点均为c.1031A>G; 5例携带NAGLU基因(黏多糖贮积症ⅢB型)变异,其变异位点均为c.1562C>T;5例携带SLC25A20基因(肉碱-酰基肉碱转位酶缺乏症)变异,其变异位点均为c.199-10T>G;2例携带MUT基因(甲基丙二酸血症mut型)变异,其变异位点均为c.1663G>A;2例携带IVD基因(异戊酸血症)变异,其变异位点均为c.158G>A。
在1 793例新生儿基因筛查中,共筛出阳性158例,其中常染色体隐性遗传的纯合变异90例,常染色体隐性遗传的复合杂合变异14例,常染色体显性遗传的杂合变异19例,X连锁遗传的半合子变异33例,线粒体母系遗传的同质性变异2例。共筛查出阳性病种11种,其中常染色体隐性耳聋1A型41例(2.29%),Gilbert综合征或Crigler-Najjar综合征40例(2.23%),G6PD缺乏症33例(1.84%),家族性高胆固醇血症19例(1.06%),钠牛磺胆酸共转运多肽缺陷病18例(1.00%),线粒体非综合征型耳聋、Citrin缺乏症各2例(各占0.11%),全羧化酶合成酶缺乏症、β-珠蛋白生成障碍性贫血、异染性脑白质营养不良各1例(各0.06%)。基因突变情况见表2。所有阳性结果进行Sanger测序验证,高通量测序结果和Sanger测序结果符合率为100%。

新生儿基因筛查158例阳性样本的疾病种类、基因变异位点及频率
The disease types,gene mutation sites and frequencies of 158 positive samples through newborn genetic screening
新生儿基因筛查158例阳性样本的疾病种类、基因变异位点及频率
The disease types,gene mutation sites and frequencies of 158 positive samples through newborn genetic screening
| 疾病 | 基因 | 基因OMIM | 遗传方式 | 变异位点 | 基因型 | 致病性 | 阳性例数 | 阳性率(%) |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 常染色体隐性耳聋1A型 | GJB2 | 121011 | AR | c.109G>A | 纯合变异 | PAT | 39 | 2.18 |
| c.235delC & c.109G>A | 复合杂合变异 | - | 2 | 0.11 | ||||
| 葡萄糖-6-磷酸脱氢酶缺乏症 | G6PD | 305900 | XLD | c.1478G>A | 半合子变异 | PAT | 13 | 0.73 |
| c.1466G>T | 半合子变异 | PAT | 7 | 0.39 | ||||
| c.185A>G | 半合子变异 | LP | 5 | 0.28 | ||||
| c.482G>T | 半合子变异 | LP | 3 | 0.17 | ||||
| c.1094C>A | 半合子变异 | PAT | 2 | 0.11 | ||||
| c.607T>C | 半合子变异 | PAT | 1 | 0.06 | ||||
| c.682C>T | 半合子变异 | PAT | 1 | 0.06 | ||||
| c.1450C>T | 半合子变异 | PAT | 1 | 0.06 | ||||
| Gilbert综合征 | UGT1A1 | 191740 | AR | c.211G>A | 纯合变异 | PAT | 31 | 1.73 |
| Crigler-Najjar综合征 | c.211G>A & c.1091C>T | 复合杂合变异 | - | 9 | 0.50 | |||
| 家族性高胆固醇血症 | APOB | 107730 | AD | c.10579C>T | 杂合变异 | PAT | 4 | 0.22 |
| LDLR | 606945 | AD | c.1747C>T | 杂合变异 | PAT | 3 | 0.17 | |
| c.1721G>A | 杂合变异 | LP | 3 | 0.17 | ||||
| c.344G>A | 杂合变异 | LP | 1 | 0.06 | ||||
| c.811G>A | 杂合变异 | LP | 1 | 0.06 | ||||
| c.691T>G | 杂合变异 | PAT | 1 | 0.06 | ||||
| c.682G>C | 杂合变异 | PAT | 1 | 0.06 | ||||
| c.1897C>T | 杂合变异 | PAT | 1 | 0.06 | ||||
| c.1784G>A | 杂合变异 | PAT | 1 | 0.06 | ||||
| c.1474G>A | 杂合变异 | PAT | 1 | 0.06 | ||||
| c.1238C>T | 杂合变异 | LP | 1 | 0.06 | ||||
| c.1166C>T | 杂合变异 | PAT | 1 | 0.06 | ||||
| 钠牛磺胆酸共转运多肽缺陷病 | SLC10A1 | 182396 | AR | c.800C>T | 纯合变异 | VUS | 18 | 1.00 |
| 线粒体非综合征型耳聋 | MT-RNR1 | N/A | N/A | m.1555A>G | 同质变异 | PAT | 2 | 0.11 |
| 全羧化酶合成酶缺乏症 | HLCS | 609018 | AR | c.1522C>T | 纯合变异 | PAT | 1 | 0.06 |
| Citrin缺乏症 | SLC25A13 | 603859 | AR | c.852_855delTATG | 纯合变异 | PAT | 1 | 0.06 |
| c.852_855delTATG & c.615+5G>A | 复合杂合变异 | - | 1 | 0.06 | ||||
| β-珠蛋白生成障碍性贫血 | HBB | 141900 | AR | c.126_129delCTTT & c.52A>T | 复合杂合变异 | - | 1 | 0.06 |
| 异染性脑白质营养不良 | ARSA | 607574 | AR | c.1344dupC & c.257G>A | 复合杂合变异 | - | 1 | 0.06 |
注:AR:常染色体隐性遗传;XLD:X染色体连锁显性遗传;AD:常染色体显性遗传;N/A:不适用于本栏目;PAT:已知致病;LP:可能致病;VUS:意义不明确
AR:autosomal recessive inheritance;XLD:X chromosome linked dominant inheritance;AD:autosomal dominant inheritance;N/A:not applicable;PAT:pathogenic;LP:likely pathogenic;VUS:variant of unknown significance
新生儿疾病筛查是在新生儿人群中进行的主动检测,以期在新生儿出现症状之前尽早发现和诊断可治疗、可干预的疾病,其筛查的疾病多为遗传性疾病。随着筛查技术的发展,我国新生儿筛查的疾病种类越来越多,目前常用的方法包括荧光免疫法、酶免疫法、时间分辨荧光免疫分析法、串联质谱技术等,筛查技术也从一次实验检测一种疾病发展到一次实验检测多种疾病,实现了新生儿筛查的重大突破。但目前新生儿疾病筛查仍存在一些问题,如酶免疫法筛查时,比较费时且多为半定量结果;串联质谱检测技术用于遗传代谢病筛查,其可检测多个病种,且速度快、成本低,但存在一定假阳性率,且一些迟发型的遗传病不能被检出,甚至有些患儿在检测结果出来前已经死亡,未及时保存基因标本进行检测。因此新生儿疾病筛查技术仍需不断的改进和发展。随着分子生物学技术和基因组学的飞速发展,基因检测技术为多数遗传病的疾病诊断提供了非常重要的确诊途径,其检测精度越来越高,检测费用越来越低,这使基因检测技术对新生儿进行基因筛查成为可能,此外,基因检测技术可根据实际需求灵活设计检测的基因数量,可使新生儿筛查的范围更科学、更全面,目前国内外均有使用基因检测技术进行新生儿遗传病筛查的报道[10,11,12,13,14,15,16],其研究结果均令人满意,但也面临着新的挑战,如怎样确定筛查的基因、未知变异位点的致病性如何确定、携带致病性变异位点的个体是否发病、基因筛查阳性患儿若无临床表型如何治疗和干预、对基因筛查的个体如何进行遗传咨询等。
本研究筛选新生儿常见的遗传性疾病相关的138个致病基因制成捕获芯片,通过高通量测序对1 793例新生儿进行遗传病基因筛查。结果显示,共筛查出阳性158例,阳性率为8.81%;携带1个或多个基因致病变异位点共972例,携带率为54.21%,提示新生儿常见遗传性疾病的致病变异在广东地区有较高的发病率和携带率。研究显示,在携带率较高的疾病中,均有高频变异位点出现,该结果提示UGT1A1基因c.211G>A位点、GJB2基因c.109G>A位点、SLC10A1基因c.800C>T位点是广东省地区人群的高频变异位点,这与相关研究结果[17,18,19]一致。
常染色体隐性耳聋1A型的致病基因为GJB2基因,本研究发现41例阳性结果中,有39例因c.109G>A位点纯合变异引起;此外,在302例常染色体隐性耳聋1A型的携带者中,有287例c.109G>A位点杂合变异,提示c.109G>A位点是常染色体隐性耳聋1A型发病的高发位点,其人群携带率为16.00%,这与国内多项研究结果基本一致[20,21]。研究表明,c.109G>A位点纯合变异只可导致轻度或中度的耳聋,且一部分纯合变异者无听力损失的症状,因此该位点在临床上的致病性一直颇有争议,2019年ClinGen听力损失专家小组收集多家机构共享的数据,对每个证据进行严格审查,最终判定c.109G>A位点为"对具有可变表达性和年龄依赖性外显率的常染色体隐性非综合征性听力损失具有致病性"[22]。GJB2基因纯合变异的患儿可能在出生时耳聋,也可能为迟发性耳聋,3岁前可以大致正常,随着年龄增长可慢慢出现耳聋症状,也有部分患儿不出现耳聋症状,所在做遗传咨询时,建议患儿家属对患儿进行长期密切的听力监测,定期检查耳声发射和听性脑干反应,出现异常及时进行干预,本研究检测阳性患儿中出现出生后2次听力检测均通过,第3次检测未通过,提示密集定期听力监测对常染色体隐性耳聋1A型阳性患儿有重要意义。
此外,本研究将钠牛磺胆酸共转运多肽缺陷病的致病基因SLC10A1的c.800C>T位点纳入新生儿遗传病筛查,该症以婴幼儿期显著而持续性的高胆汁酸血症为主要临床特征,在新生儿期高胆红素血症和婴儿早期胆汁淤积症的基础上出现显著而持续性的高胆汁酸血症,c.800C>T位点的纯合变异可严重影响钠牛磺胆酸共转运多肽对胆酸和牛磺胆酸的摄取功能,从而导致持续高胆汁酸血症。虽然在美国医学遗传学与基因组学学会(the American College of Medical Genetics and Geno-mics,ACMG)指南中c.800C>T位点的致病性被定义为意义未明,但越来越多的临床研究证实该变异是一个可影响胆汁酸摄取功能的致病性变异[23,24,25]。在1 793例样本中,本研究共发现由c.800C>T位点引起的18例阳性和291例携带者,其阳性率和携带率分别为1.00%、16.22%。有研究显示中国、韩国和越南人群中SLC10A1基因的c.800C>T位点携带率分别达到了7.4%、3.1%和9.2%,并且在广州市人群中高达10.9%[19,26],本研究结果与之相似。研究显示该变异的等位基因频率具有明显种族差异,在非裔/欧裔美国人和西班牙语人群中携带率极低,而在东亚人群频率较高[19]。因为该症患儿通常预后良好,迄今未发现因本病出现死亡或肝硬化等严重预后的报道,所以本研究将SLC10A1基因的c.800C>T位点纳入新生儿遗传病筛查,主要是为了解释部分伴有显著而持续性高胆汁酸血症的新生儿高胆红素血症、婴儿早期胆汁淤积症患者的病因,避免医师和家属因为不清楚高胆汁酸原因而采用肝脏穿刺等创伤性检查和过度治疗,对患儿造成的伤害。
本研究结果还发现,一些基因的变异位点在广东地区人群具有特异性,在1 793例样本中,共发现10例携带甲基丙二酸尿症合并同型半胱氨酸尿症cblC型的MMACHC基因变异,其变异位点均为c.609G>A或c.658_660delAAG;9例携带高脯氨酸血症Ⅰ型的PRODH基因变异,其变异位点均为c.1322T>C;7例携带短链酰基辅酶A脱氢酶缺乏症的ACADS基因变异,其变异位点均为c.1031A>G;5例携带黏多糖贮积症ⅢB型的NAGLU基因变异,其变异位点均为c.1562C>T;5例携带肉碱-酰基肉碱转位酶缺乏症的SLC25A20基因变异,其变异位点均为c.199-10T>G,这些基因变异位点在人群的携带率相对较低,但是具有高度的特异性。这些疾病中,肉碱-酰基肉碱转位酶缺乏症、甲基丙二酸血症mut型、高脯氨酸血症Ⅰ型等均可引起新生儿死亡,广东省多起新生儿猝死导致的医疗纠纷经过基因和代谢分析最终表明是肉碱-酰基肉碱转位酶缺乏症患儿;甚至有个别家庭连续死亡5例患儿才最终查明该病致病的原因,教训惨痛。因此有必要进行人群大样本的基因筛查统计,特别是不明原因突然死亡的新生儿要尽量进行全面的家系全外显组测序和基因拷贝数变异(CNV)分析以明确病因,一方面可减少医疗纠纷;另一方面可查明原因,通过第3代试管婴儿技术避免同样悲剧的发生。统计这些特异性位点的人群携带率,也有助于判断是否需要进行已经怀孕或者准备怀孕人群携带者筛查以降低相关致死性疾病患儿的出生。
综上所述,本研究通过基于目的基因捕获的高通量测序技术对新生儿常见遗传病进行基因筛查,初步研究结果显示了广东地区常见遗传病的人群携带率和变异类型,并提示该地区高发遗传病为常染色体隐性耳聋1A型、Gilbert综合征或Crigler-Najjar综合征、G6PD缺乏症、家族性高胆固醇血症和钠牛磺胆酸共转运多肽缺陷病,这为相关疾病人群筛查或者预防提供了理论依据。此外,此次筛查也发现了158例阳性患者,这为遗传病早诊断、早治疗提供了可靠的分子诊断依据,体现了该技术在新生儿遗传病筛查中的应用价值。
所有作者均声明不存在利益冲突





















