作者：孔令蓉,孙路明等，同济大学附属妇产科医院产前诊断及胎儿医学科,上海交通大学医学院附属新华医院产科胎儿医学与宫内儿科诊治中心
胎儿结构异常是指胎儿在发育过程中出现的器官或系统形态学异常,可能涉及多个系统,发病率约3%。导致胎儿结构异常的常见原因包括遗传因素、环境因素以及母体因素。其中遗传因素是胎儿结构异常的重要病因之一,且预后较差。遗传疾病病因复杂,染色体结构异常、染色体片段微缺失/微重复以及单基因变异均可导致胎儿结构异常。然而
1 全外显子测序的优势
1.1 提升结构遗传病因额外检出诊断率 相关研究发现,骨骼系统异常的WES诊断率最高,通常在40%~50%。骨骼发育涉及大量基因,且许多骨骼发育不良综合征与特定基因突变相关。例如,FGFR3基因突变与软骨发育不全密切相关,COL1A1/COL1A2基因突变与
1.2 发现新致病基因与突变谱扩展 WES在扩展遗传疾病突变谱方面展现出巨大潜力,不仅能够验证已知致病基因的突变,还能识别新的疾病相关基因。在骨骼发育异常领域,WES研究发现纤毛相关基因如DYNC2H1和WDR35的突变可导致短肋-多指综合征等罕见骨骼疾病,这些发现为理解骨骼发育的分子机制提供了新视角[3]。对于肾脏发育异常,WES研究揭示了PKD1和PKHD1基因的新型突变模式。一项纳入120例胎儿多囊肾的研究显示,WES可将诊断率提高至65%,其中15%为新发突变,这些发现促使临床重新评估多囊肾的分类标准并优化了遗传咨询策略[6]。在生殖遗传学领域,TUBB8基因突变的发现具有里程碑意义,通过对50例卵母细胞成熟障碍患者进行WES,研究者鉴定出TUBB8的致病性变异,为不孕症的分子诊断开辟了新途径。这些案例表明WES在发现新致病基因方面的独特价值,通过大规模测序数据分析不断丰富人类遗传病数据库,为临床诊断和遗传咨询提供更全面的科学依据。
1.3 优化临床决策与遗传咨询 WES结果显著改变了临床决策流程,如对于致死性畸形如致死性骨发育不良,WES提供的分子诊断可使临床决策时间提前2~3周。一项前瞻性研究显示,接受WES检测的家庭中83%表示检测结果直接影响其
2 全外显子测序的局限性
2.1 技术局限性 WES的技术局限性主要表现在覆盖范围限制、结构变异检测不足和数据解读挑战3个方面。首先,WES仅检测外显子区域可能遗漏内含子或调控区变异,研究表明约15%的致病突变位于WES检测范围之外,例如SCN1A基因的内含子突变可导致Dravet综合征但常规WES可能漏检[9]。其次,对于>50 bp的片段异常,WES的检出率不足60%。相比之下,长读长测序技术对此类变异的检出率可达90%以上[10]。最后,胎儿表型有限导致变异解读困难,一项多中心研究显示在WES检测到的变异中约30%因表型信息不足被归类为“意义未明”。这些技术限制促使研究者开发补充检测方法,如结合RNA测序和长读长测序来弥补WES的不足,同时也推动了生物信息学分析工具的不断创新以提高变异解读的准确性。
2.2 临床与伦理问题 产前WES应用面临诸多临床与伦理挑战,首先是表型-基因型关联困难,由于胎儿超声仅能检测约60%的结构异常,且无法评估神经系统功能,导致部分WES结果难以准确解读。此外,成人期疾病报告存在显著争议,美国医学遗传学与基因组学学会(American College of Medical Genetics and Genomics,ACMG)推荐的56个可报告基因中约40%与成人期发病疾病相关,而欧洲指南则建议限制此类信息的报告。研究表明,意外发现导致15%的孕妇出现焦虑症状,需要专业心理干预[11]。这些伦理困境促使各国制定差异化的管理规范,同时也推动了动态知情同意模式的创新,使患者能够根据自身意愿选择接收特定类型的遗传信息,在保障知情权的同时降低心理风险。
2.3 知情同意与隐私保护 动态知情同意模式正成为WES检测的标准流程,最新研究显示分层同意模式可使患者满意度提高25%,但数据安全仍是主要关切,约20%的患者因隐私顾虑拒绝检测[12]。国际数据共享面临法律障碍,欧盟《通用数据保护条例》(General DataProtection Regulation,GDPR)实施后跨国基因组研究合作减少30%,这在一定程度上阻碍了罕见病研究的进展。为应对这些挑战,许多机构开发了新型同意管理平台,通过模块化设计让参与者自主选择数据使用范围,同时采用区块链等新技术加强数据安全保障。这些创新实践正在重塑基因组医学中的伦理框架,以寻求在诊断发展与个人权益保护之间的平衡。
2.4 标准化与质量控制缺失 WES标准化面临实验室间差异、报告格式不统一和室间质评不足等主要问题。美国病理学家学会(College of American Pathologists,CAP)调查显示不同实验室的检测敏感度差异达15%,仅60%实验室完全遵循ACMG报告标准,而在发展中国家仅30%实验室参与国际质评[13]。这种标准化缺失导致临床解读的一致性和可靠性受到影响,可能产生诊断差异。为此,国际组织如ACMG和CAP已发布多项技术标准,推动实验室认证体系的建立,同时通过定期室间质评提升检测质量。近年来,一些大型医学中心开始采用实验室信息管理系统(LIMS)实现全流程质量控制,这些努力正在逐步改善WES在临床实践中的规范性和可靠性。
3 解决方案与未来方向
3.1 技术优化与整合 多组学联合分析显著提升WES的诊断价值,WES与转录组测序(RNA-seq)结合可将诊断率提高10%~15%,而长读长测序技术使结构变异检出率提升至90%。人工智能算法的应用节约了40%的变异解读时间,大大提高了分析效率[14]。这些技术进步促使实验室建立集成化检测平台,将多种组学数据与临床表型深度整合。例如,部分领先医学中心已开发自动化分析流程,能够同时处理WES数据、拷贝数变异和表观遗传标记,为临床提供更全面的分子诊断报告。随着单细胞测序和空间转录组等新技术的成熟,未来WES将进一步融入多组学分析框架,实现更高精度的产前诊断。
3.2 临床流程标准化 国际产前诊断学会(International Society for Prenatal Diagnosis,ISPD)指南推荐建立多学科团队(MDT)来优化WES临床应用,实践表明这种模式可使诊断准确率提升20%[15]。指南明确将多发畸形且CMA阴性的病例作为优先适应证,并强调标准报告应包含ACMG三级分类。这些规范正在重塑产前诊断路径,许多医疗机构已建立从超声筛查到分子诊断的一体化流程,包括标准化的样本采集、检测顺序和报告格式。随着经验积累,WES的临床应用指征正在逐步扩展,从最初的多系统畸形逐步纳入部分单系统异常伴特殊表型的病例,这种循证医学驱动的标准演进正使更多家庭受益。
3.3 伦理与政策框架 近年来伦理与政策框架不断完善,动态知情同意平台的使用率增加了40%,显著提升了患者的自主选择权。美国NSIGHT项目建立了系统的产前WES伦理框架,为临床实践提供指导。心理支持服务的引入使患者满意度提升,缓解了遗传信息带来的心理负担。这些进展反映了基因组医学伦理从原则性指导向操作性规范的转变,许多机构已建立专门的伦理审查委员会和遗传咨询团队,针对WES检测中的特殊问题制定具体解决方案。不同国家和地区正根据文化背景制定差异化的伦理政策,例如在亚洲国家更强调家庭共同决策,而在欧美国家则更注重个人自主权,这种多元化应对策略值得在全球化背景下深入探讨。
3.4 数据共享与国际合作 全球基因组数据共享取得显著进展,DECIPHER数据库已收录超过30000例临床病例,为罕见病诊断提供重要参考。亚洲基因组数据库的建立填补了人群特异性变异的空白,提高了非欧裔人群的诊断率[16]。这些合作正在突破地理限制,通过云端平台实现实时数据交换和分析工具共享。值得注意的是,数据共享也面临标准化和伦理挑战,为此全球基因组与健康联盟(GA4GH)开发了系列标准和技术框架,在保障数据安全的前提下促进科研合作。未来,随着区块链等新技术的应用,基因组数据共享有望在保护隐私的同时实现更大范围的知识共创。
未来,WES的发展方向包括:多学科协作与标准化流程,需建立由遗传学家、产科医生、实验室专家组成的团队,制定统一的变异解读标准和报告规范;技术优化与成本控制,提升测序深度、缩短报告周期(如广东省妇幼医学遗传中心报告系统升级至2.0版,缩短周期并支持动态数据重分析[4]);伦理与法律框架完善,明确意外发现的披露范围,平衡患者知情权与心理负担。此外,人工智能和机器学习将在WES数据分析中发挥重要作用,可通过自动化变异筛选与致病性预测提高解读效率,同时降低人为误差。
总之,WES显著提升了胎儿结构异常的遗传诊断能力,尤其适用于复杂或多发畸形的病例。然而,其应用需结合临床表型、家系分析和多学科协作,以最大化技术价值并规避潜在风险。随着技术迭代和数据库完善,WES有望成为产前诊断的核心工具之一。同时,数据共享与人工智能辅助解读将推动WES在精准医学领域的广泛应用,提高胎儿疾病诊断的准确性和效率。
参考文献略。
来源：孔令蓉,孙路明.全外显子测序技术在胎儿结构异常产前诊断中的应用[J].实用妇产科杂志,2025,41(08):620-622.
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