多组学技术助力提高囊性纤维化的检测特异性及敏感性

囊性纤维化(cystic fibrosis, CF)属于单基因病，且中国患病儿童的基因变异与白种人存在差异。基于中国人群疾病研究，序祯达多组学平台可进行全基因组/外显子检测配合部分的宏基因组检测提高囊性纤维化的检测特异性及敏感性，并能提供更多分子病理信息来帮助囊性纤维化患者快速诊断，协助临床设计更加有效的治疗方案。

囊性纤维化的发现与临床研究进展

囊性纤维化主要由一种基因突变所致，其危害极大，甚至危及生命。通常会出现咳嗽伴随咳出粘液，肺部感染及呼吸短促的问题，以及发育不良或体重增加缓慢，孩子皮肤会出现很咸的味道。

该疾病早在1940年代的末期，就被报道，其表征为因肺部的黏液分泌的粘稠度增加而导致的慢性肺炎[图1]，在患儿生长过程中伴随发育迟滞、营养不良、脂肪泻、肝脏疾病等。在过去几十年的研究中，发现该疾病与1989年被发现的CFTR基因变异有关。在欧美地区的高加索人群中，属于常见遗传病，罹患率可高达3千分之1以上。

在不同的亚洲国家的报道中，认为亚洲人的罹患率在1:2560 to 1:350,000之间。然而，在我国从1974-2016年间的文献中，仅有49例囊性纤维化的病例被报道1。由于儿童的免疫系统调节功能不全，若在未进行过相关的遗传检测的情况下，多数的医生可能仅会针对小儿肺炎的表征来治疗患儿，往往会将患者以感染性疾病的方式予以治疗，而无法发现其真正病因，在过往可能低估了该疾病在中国的发生率，因此关注我国的儿童囊性纤维化是一个相当重要的健康议题。

囊性纤维化分子遗传机制与表型的关联性

遗传性囊性纤维化的大多数病例被发现是与囊性纤维化跨膜传导调节因子(cystic fibrosis transmembrane conductance regulator，CFTR)基因突变有高度的关联性，该基因位于7号染色体长臂(7q31.2)的条带上，基因全长约180 kb（chr7:117120079-117308719）[图2]，其编码蛋白是一种透过环磷酸腺苷（cAMP）激活的氯离子通道蛋白，位于气管上皮细胞膜顶端，会将氯离子转运至呼吸道的腔室中，进而调控气道中表面液体的粘稠度，使气道表面的黏液能透过气道的正常纤毛运动，而将气道中的细菌群正常排出体2。

然而对于患儿来说，他们在CFTR基因上往往携带了1个纯合或是2个反式杂合的致病性位点，这意味着2个等位基因座上所翻译的蛋白均无法正常执行分泌氯离子的功能，导致呼吸道中的黏液变粘稠且加厚而减缓了纤毛运动将黏液中的细菌排出的速度，因此造成大量细菌累积而导致慢性的肺部发炎的表型，因此基于此分子机制的说明解释了其为常染色体隐性遗传的模式[图1及3]。

而CFTR蛋白之所以会影响到非呼吸系统的生理机制，是因为该蛋白的分布范围遍及了肺部、汗腺、消化道甚至于是生殖道的上皮细胞，当这些上皮细胞的CFTR的蛋白功能异常时，亦会影响氯离子的分泌使得钠离子的吸收产生异常时，会导致其他的表型，例如，当汗腺中的上皮细胞因氯离子无法正常分泌的情况下，钠离子无法透过钠离子通道吸收时，就会过量排出盐分，导致患儿的皮肤出现咸味等3。

CFTR致病变异的种类对不同人群的影响

根据过往的研究，CFTR基因的变异类型基于其影响mRNA及蛋白的功能的不同面向可以分为表1中的6种类型，目前所有变异中，在文献中最常见的报道为在CFTR蛋白的第508 氨基酸发生同框缺失时的纯合突变或同时携带其他致病性变异的复合杂合携带者，因此在CFTR的基因检测中，该变异是必需包含的普测热点，并且在现有的CFTR芯片基因检测中，皆包含了该位点。

然而该变异在高加索人的致病频率较高，但在中国人群中，并不如欧美人群常见，因此基于那类芯片来检测的CFTR变异检测套餐，可能在针对中国人群的CFTR基因变异位点的检测率会显著偏低。

在今年3月份，由复旦大学附属儿科医院团队所发表的大型队列研究发现了中国人群的囊性纤维化的相关致病变异呈现出比较高度的多样性4，这说明了现有针对欧美人士为主的CFTR基因检测套餐可能并无法满足中国人群遗传检测的需求，因此若需要进一步了解全国的囊性纤维化的CFTR的相关变异，除了现有基于中国人群致病性变异研究来设计的检测产品外，还需进一步深挖其他新的致病性变异才可评估此病在全国的患病率。

小结

囊性纤维化的表征与部分细菌呼吸道感染性疾病有相似性，因此往往会使家长误以为只是孩子的免疫力不好，才会反复出现呼吸道感染，而忽略了相关表型可能与遗传病有关。但此遗传病常出现的感染为通常为条件致病菌的铜绿假单胞菌5，一般情况下，条件致病菌并不会导致表型。

此外，囊性纤维化的孩子也容易发生因吸入曲霉菌的芽孢而过敏的情况。通过基因组学、蛋白组、宏基因组、转录组等进行多组学联合检测和分析，可实现高度优化数据库的全面覆盖，有助于在标靶中进行更可靠的变异识别，同时序祯达可根据最新科学依据进行专业的医学遗传解读，提高变异评级的准确性。

参考文献：

1. 高立伟, 徐保平.关注儿童囊性纤维化 [J] . 中华实用儿科临床志,2018,33 (4): 309-312.

2. Dechecchi MC, Tamanini A, Cabrini G. Molecular basis of cystic fibrosis: from bench to bedside. Ann Transl Med. 2018 Sep;6(17):334.

3. https://atlasgeneticsoncology.org/teaching/30032/cystic-fibrosis-and-cftr-gene

4. Ni, Q., Chen, X., Zhang, P. et al. Systematic estimation of cystic fibrosis prevalence in Chinese and genetic spectrum comparison to Caucasians. Orphanet J Rare Dis 17, 129 (2022).

5. Huang YJ, LiPuma JJ. The Microbiome in Cystic Fibrosis. Clin Chest Med. 2016 Mar;37(1):59-67.