近3万例新生儿！大规模前瞻性研究表明：基因测序或可作为新生儿一级筛查的关键方法

前言

近日，《JAMA Network Open》上发表了题为《Genomic Sequencing as a First-Tier Screening Test and Outcomes of Newborn Screening》的研究文章。该研究结果为基因筛查作为一级筛查方法来改进现有新生儿筛查项目提供了重要的数据支撑，对临床医师、遗传学家和家庭提供更好的医疗保健和咨询服务具有重要意义。据了解，这是目前最大规模的评估基因测序用于新生儿一级筛查潜在益处的前瞻性研究。

研究背景

在过去的几十年里，通过新生儿筛查来识别严重但可治疗的疾病，已经在全球范围内取得了极大的成功。随着技术的发展，例如串联质谱的使用，新生儿筛查已经可以同时进行多种疾病的筛查。但这种基于干血斑（DBS）样本中代谢物的生化指标检测方法，筛查的病种有限、假阳性率高，仍需进一步鉴别诊断。基因测序技术被认为是一种可以最大限度降低新生儿筛查的假阳性率、辅助疾病快速诊断的方法；但高成本限制了其临床应用。既往研究存在样本量少或把基因测序作为二级筛查，即生化筛查阳性后再进行基因测序的问题。将基因筛查作为一级筛查纳入到现有新生儿筛查的效益仍不明确。相较于全基因组测序或全外显子组测序，针对特定基因的目标区域捕获测序（Panel）是一种检测成本可控的检测技术，因此该研究探讨了基因Panel在新生儿一级筛查中的应用价值，这也是第一个将基因Panel测序纳入新生儿筛查的研究，以作为大规模人群中的一级筛查策略。

研究内容

2021年2月到2021年12月期间，共招募了29,989名新生儿（其中51.2%男婴），在出生3-7天内采集DBS样本，同时进行生化筛查（bNBS）和基因筛查（gNBS）。其中生化筛查于新筛中心常规开展，检测内容包括：荧光分析法检测葡萄糖-6-磷酸脱氢酶（G6PD）缺乏症，促甲状腺激素（TSH）方法检测先天性甲状腺功能减退症（CH）和高TSH血症（HTT），串联质谱方法检测38种氨基酸、有机酸、脂肪酸类的代谢性疾病。基因筛查由华大基因负责检测，采用目标区域捕获测序技术对128种疾病相关的142个基因上的致病或疑似致病变异进行检测，变异类型包括SNV/InDel及部分基因的CNV（DMD连续2个及以上外显子的缺失重复、SMN1的EX7 DEL、HBA1/HBA2/HBB的常见缺失型别）。128种疾病中43种疾病可同时通过生化和基因测序进行筛查；另外85种疾病仅能通过基因筛查，涉及代谢、内分泌、血液、免疫、神经肌肉、泌尿和眼科等系统。

跟踪随访：

对生化筛查或者基因筛查结果提示阳性的患儿进行跟踪随访和确诊，另外将生化筛查和基因筛查阳性及确诊数据进行统计分析。

研究结果及分析

除388名（1.3%）因基因筛查检测数据质量未达到要求而未被纳入统计外，在29,601名（98.7%）有筛查结果的新生儿中，813名（2.7%）基因筛查结果呈阳性。后续获得随访结果的共797名（797/813，98.0%）新生儿，包括343名生化筛查结果和基因筛查结果均阳性，454名仅基因筛查结果为阳性。随访结果显示，有402名婴儿（1.4%）被诊断患有26种疾病（随访的中位年龄为1.2岁）。

将基因筛查作为一级筛查有助于完善现有新生儿疾病筛查方案

1.基因筛查可扩展新筛疾病，发现更多潜在患者

值得注意的是，该项目通过基因筛查所发现的402名患儿中，有59名是生化筛查未检出的。这意味着，每500名新生儿中就有1名可受益于基因筛查的应用，从而获得及时的临床干预和管理。其中，20名患者为生化筛查漏检，包括G6PD缺乏症（10名）、CH或HTT（8名）、氨基酸、有机酸、脂肪酸类的代谢性疾病（2名）；39名患者所患的13种疾病是仅基因测序所筛查到的（表1），患者平均4.8月龄时出现疾病相关的临床症状，通过基因测序，5例患儿及时接受治疗，4例患儿安排专科进一步治疗，27例患儿建议积极监测，3例患儿临床诊断后失访。

表1.仅通过新生儿基因筛查的疾病患者的特征

2.基因筛查可提高筛查的阳性预测值

除女性新生儿的G6PD缺乏症外，新生儿基因筛查的阳性预测值（PPV）相较于生化筛查有着显著优势。具体表现在氨基酸、有机酸和脂肪酸类的代谢性疾病的检出性能上，生化筛查检出真阳性21例，假阳性376例；基因筛查检出真阳性17例，假阳性7例。基因筛查氨基酸、有机酸和脂肪酸类的代谢性疾病的PPV（70.83%）显著高于串联质谱法的PPV（5.29%）（P＜0.001）。假阳性的大幅降低将有助于减轻父母的压力和焦虑，减少随访次数。

表2.生化和基因测序在新生儿疾病筛查中的分析性能

新生儿基因筛查在检测能力上可补充生化筛查，但不能取代

1.基因筛查和生化筛查的检测性能各有优劣

对于生化筛查范围内的疾病，生化筛查结合基因筛查，共检出445名患儿，包括：328名G6PD缺乏症、94名CH和HTT，23名氨基酸、有机酸、脂肪酸类的代谢性疾病。其中，有82名可被生化筛查检出但未被基因筛查检出，20名可被基因筛查检出而未被生化筛查检测出。

表3.生化和基因测序筛查的新生儿疾病

1）G6PD缺乏症

研究共发现328名G6PD缺乏症患儿（男性282名，女性46名）。均可被基因筛查发现，而生化筛查中有10名男性患儿在初筛时未被发现。分析数据显示，荧光测定法检测G6PD缺乏症的灵敏性为96.95%（318/328），特异性为99.71%（25,962/26,038）；基因筛查的灵敏性为100%（328/328），特异性为98.61%（25,677/26,038）；新生儿基因筛查检测G6PD缺乏症的总体PPV为47.61%（男性为99.30%，女性为11.36%），受性别影响显著。由研究结果可以看出，基因筛查在检测能力上可补充生化，但不能取代，特别是对于具有可变外显率的疾病筛查。

2）CH和高TSH血症

研究共发现CH和高TSH血症的患儿96名。基因筛查共纳入了4个致病基因（DUOXA2、DUOX2、PROP1、TSHR），发现的18名患儿致病基因均为DUOX2，其中8例的TSH生化检测结果为阴性。此外，有76名患儿（24名CH，52名孤立性HTT）可被TSH检出，基因筛查未发现。通过CH相关的4个基因筛查可以发现19.1%（18/94）的CH和高TSH血症患儿。

3）氨基酸、有机酸、脂肪酸类的代谢性疾病

串联质谱结合基因筛查在29,601名新生儿中共发现23名氨基酸、有机酸和脂肪酸类代谢性疾病阳性的新生儿；其中，有2名未在串联质谱筛查中发现，6名未在基因筛查中发现。串联质谱法对氨基酸、有机酸、脂肪酸类的代谢性疾病的灵敏性和特异性分别为91.30%（21/23）和98.72%（29,200 /29,578），基因筛查的灵敏性和特异性分别为73.91%（17/23）和99.98%（29,572 /29,578）。

基因筛查也可辅助于疾病早诊断。基因筛查的检测结果提示，2例未被串联质谱发现的新生儿与cblC型甲基丙二酸血症和柠檬酸缺乏症有关；在生化筛查阳性而基因筛查未检出的6名患儿中，通过表型引导的数据分析发现了其中5名患者的候选变异，具体如下：

表4.6例基因Panel未检测到的疾病患者的适应症分析

2.基因筛查结果阳性并不代表一定患病，需结合生化筛查及其他检测结果综合分析

截至随访日期，共有395名（1.3%）新生儿虽基因筛查结果呈阳性但未出现疾病相关表型。除359例为女性G6PD缺乏症新生儿外，其余36例包括：21例甲状腺激素生成障碍6型、4例苯丙酮尿症、2例男性G6PD缺乏症等。进一步分析发现了其中3名的遗传学解释，其余33例可能归因于为儿童期发病或表型为轻度的疾病。

此外，该研究中还发现了94名新生儿在常染色体隐性遗传病相关的同一个基因上检出2个致病性变异。其中55名经进一步家系验证，发现有12.7%（7/55）的新生儿所携带变异呈顺式排列，并非阳性病例。因此，对于基因筛查呈阳性的病例，后续的进一步检测是非常重要的。了解致病变异的来源有助于临床咨询，指导家庭成员未来的生育计划。

将基因Panel应用于新生儿筛查有着与WES相当的性能

文章也探讨了基因Panel与全外显子组或全基因组测序技术在新生儿基因筛查中的性能。虽然不同的研究中所筛查的疾病有差异，但现有研究报道中全外显子组测序技术的整体灵敏性为88%，特异性为98.4%。这与该研究中基因Panel在氨基酸、有机酸和脂肪酸类代谢性疾病中的性能相当（灵敏性73.91%，特异性99.98%）。

总结

在这项前瞻性多中心研究中，每500名新生儿中就有1名可因基因筛查纳入新生儿一线筛查方法而额外受益。基因筛查有着更高的PPV，在检测能力上可作为生化筛查的有效补充，但无法替代。两者结合可以提高疾病检出能力，筛查出更多阳性患者；同时降低假阳性，减轻父母的焦虑，减少随访次数。基因筛查阳性，结合生化筛查结果分析并进一步的随访检查，是至关重要的。与现有研究报道中的全外显子组测序的筛查性能数据相比，基于基因Panel的新生儿筛查表现出了基本相当的敏感性及特异性。该项目研究成果为基因筛查作为新生儿一线筛查关键方法的建议提供了有力的证据支持；也为临床开展新生儿基因筛查项目提供了参考。

*该项目已通过伦理审查，符合国家法律法规及伦理规范，并严格保护参与者隐私及数据安全。

论文链接：

https://jamanetwork.com/journals/jamanetworkopen/fullarticle/2809067