文献解读：高通量测序联合光学基因组图谱技术对A型血友病实现精确诊断

发布日期：2022-04-20

光学基因组图谱技术（optical genome mapping, OGM）是一种新型高分辨率细胞遗传学分析技术，该技术可以利用单个DNA分子基因组限制性内切酶图谱快速生成高分辨率、有序的全基因组限制性内切酶图谱，在检测基因组结构变异的方面具有重大应用价值；这一技术进而可以与现有的高通量测序技术（next generation sequencing, NGS）相结合，优化涉及遗传病、肿瘤、血液病等多个领域的检测流程。

OGM技术流程简介

A型血友病

（HEMA）

A型血友病（HEMA）是一种 X 连锁隐性遗传的出血性疾病，在男婴中的新生儿发病率约为1/5000，主要的特征表现为患者血浆中的凝血因子VIII缺乏，病情较轻的患者约为正常水平的6%至30%，中度则为2%至5%，在重症患者中则低于正常水平的1%；轻度、中度和重度病人分别占整体病例的40%、10%和50%。

HEMA在临床上表现为患者的关节和肌肉出血、容易瘀伤，经历手术或机械损伤后出血时间延长，病情严重的患者可能发生运动障碍或永久性残疾。HEMA是由染色体Xq28上的F8基因突变导致的，该基因编码的蛋白正是凝血因子VIII。

F8基因包含26 个外显子，长度为186932 bp，距离Xq28染色体的端粒很近，具有较高的大结构变异发生率；43%-45%的重症HEMA由22号内含子的倒位引起，另有2%-5%由1号内含子的倒位引起。

F8蛋白结构示意图

利用NGS和OGM联合技术

对A型血友病患者进行精准诊断

来自麦吉尔大学的Somayyeh博士等人在2021年9月的Haemophilia期刊上发表了一篇题为A full molecular picture of F8 intron 1 inversion created with optical genome mapping的文章，他们利用NGS和OGM联合技术对A型血友病患者进行了精准诊断。在既往的研究中，F8基因的突变类型呈现出很大的异质性，例如在一篇涉及1000多名血友病患者的报道中就提到，分子检测的结果显示出的突变类型包括了点突变、染色体倒位、染色体缺失和一些未能识别的突变类型，分别占受检重症患者的46%、42%、8%、4%以及轻度至中度患者的91%、0%、0%和9%，这对HEMA的诊断提出了艰巨的挑战。

NGS可以对轻度和中度病情的患者普遍涉及的点突变起到较大的筛查作用，但重症HEMA患者的一个常见病因是复杂的基因重排（complex genomic rearrangements, CGRs）；由于许多断点位于低拷贝数重复区域以及Alu元件中，即使使用先进的NGS等手段也难以对CGRs进行十分精确的鉴别，这时新兴的OGM技术就展现出了在结构变异检测中的重要作用；特别是对于还有4%的未能在F8基因中找到致病突变的重症HEMA患者，刨去误诊的因素以及位于 F8 编码区之外的致病变异，更大的可能就是CGRs了，OGM技术就是针对CGRs疑似病例的最佳解决手段。

Somayyeh等人报道了一个HEMA家系，首先对于先证者及其无症状的母亲和同样受累的叔叔进行了F8基因22号内含子倒位情况的排除，结果显示三人均没有携带这种变异；随后还对先证者叔叔进行Sanger测序，未发现该基因外显子区域及剪接位点的突变，于是实验者提出了该患者可能是由CGRs致病的假设，并通过OGM技术检测进行验证。结果证明在患者F8基因的1号内含子上发生了一段长达141.5kb的倒位，断点位于1号内含子以及上游端粒区域的重复片段中；值得注意的是，这两段区域仅有一个碱基的差异，它们的非等位基因重排导致了倒位的发生，使F8基因的1号外显子反转并向端粒位移了约141kb的距离，致使F8基因失去功能。

F8基因1号内含子倒位基因结构

OGM技术的优势

OGM技术的几大优势体现为：

①分辨率高，可达500bp，对于核型分析手段可能遗漏的小片段插入/缺失、拷贝数变异等均可进行精确的检测；

②解析片段的长度长，可达Mb级别，在最大程度上完整体现待测基因组的真实结构；

③在功能上可与NGS等分子检测技术进行互补，发现平衡易位、倒位等结构变异结果；

④OGM技术还能发现一系列包括染色体碎裂、隐匿性结构变异、复杂性染色体断裂重排等之前罕有报道的致病性结构变异。

相比于传统的细胞检测技术例如核型分析以及荧光原位杂交（FISH）等，OGM技术不仅具有更高的分辨率，还可以发现复杂的重排事件，对于绝大部分各种类型的染色体畸变也可以在一次操作中进行检测，解决包括传统细胞检测技术难以分析的细节性的插入方向、异常基因来源和重复片段区域等问题。

韦翰斯作为全面遗传病解决方案的提供者，不仅具备成熟的各类高通量测序手段，还拥有最新的搭载OGM技术的Bionano Saphyr平台，该平台在结构变异检测上具有出色的灵敏度和特异性，是一款能够全面并一站式检测结构变异的细胞遗传学工具；在得出分析结果之后，我们专业、负责的团队会针对检测出的数据进行人工解读，并迅速出具详实可靠的报告，为广大客户提供优质的遗传咨询服务。

参考文献：

[1]Fahiminiya S, Rivard G E, Scott P, et al. A full molecular picture of F8 intron 1 inversion created with optical genome mapping[J]. Haemophilia: the official journal of the World Federation of Hemophilia, 2021.

[2] Lam ET, Hastie A, Lin C, et al. Genome mapping on nanochannel arrays

for structural variation analysis and sequence assembly. Nat Biotechnol. 2012;30(8):771-776.

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sequence assembly. Nat Methods. 2011;8(1):61-65.

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breaking intron 1 of the factor VIII gene is a frequent cause of severe

hemophilia A. Blood. 2002;99(1):168-174.

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