研究：光學基因組圖譜技術能有效幫助診斷罕見病DMD

21月齡男童獨自走路不穩，易摔跤，雙側腓腸肌肥大、肌力低下。2歲時通過光學基因組圖譜技術識別出系杜氏肌營養不良症（DMD），實現了這名患兒的“分子診斷”。

近日，上海交通大學醫學院附屬新華醫院小兒內分泌遺傳代謝科主任醫師、教授張惠文在《臨牀兒科雜誌》上發表的研究文章《利用光學基因組圖譜技術診斷杜氏肌營養不良1例報告》（以下簡稱“《報告》”）得出結論，光學基因組圖譜技術能夠成功識別出DMD基因的倒位突變，有望成爲該病的補充診斷手段。

該病致病基因是人類最大的基因之一

杜氏肌營養不良（Duchennemusculardystrophy，簡稱“DMD”）是一種X連鎖隱性遺傳的肌營養不良症，在活產男嬰中的患病率約爲1/6000-1/4000，是一種罕見病，女性病例較爲罕見。該病的致病基因位於染色體Xp21的抗肌萎縮蛋白基因，有79個外顯子，是人類最大的基因之一。

澎湃新聞此前曾報道，DMD又被稱爲“罕見病中的常見病”。患者一般在3至5歲出現症狀，肌肉萎縮，若不及時干預治療，通常在12歲前失去行走能力，並在20至30歲左右死於心肺衰竭。國內尚無特效藥上市。

前述研究顯示，DMD基因編碼抗肌萎縮蛋白主要分佈在骨骼肌和心肌細胞的細胞膜上，起支架作用，能保護肌細胞膜在肌肉收縮時免遭損傷。DMD基因變異導致抗肌萎縮蛋白功能異常，引起肌細胞損傷，進而出現進行性肌肉壞死、萎縮，可導致兩種肌病——貝氏肌營養不良和杜氏肌營養不良，後者較重，主要表現爲進行性肌無力、發育遲緩和/或發育倒退，最終出現呼吸衰竭及心力衰竭等，體格檢查可發現腓腸肌假性肥大、肌力下降等體徵。

目前，在DMD患者中發現了幾千種不同的DMD基因變異，約60%-70%爲片段缺失，5%-15%爲片段重複，另有20%爲點突變、小缺失或插入，而倒位突變較爲罕見，不足1%。針對片段缺失或重複檢測的“多重連接賴性探針擴增分析”（multiplexligation-dependentamplification，簡稱“MLPA”）爲DMD的主要檢測手段。對於MLPA陰性者，可選擇二代測序技術，以發現一些微小變異。

該《報告》通過回顧性分析，對2020年6月在上海新華醫院兒內分泌遺傳科就診的1例DMD病例進行研究。該患兒2020年6月12日（7月齡）因肺炎住院治療。當時患兒能翻身、能獨坐，無明顯大運動發育落後，查體未發現腓腸肌肥大，針對DMD基因的MLPA檢測未發現缺失/重複。10月齡時，進一步進行全外顯子組測序檢測，未檢出相關基因變異。21月齡時，家長髮現患兒走路不穩，容易摔跤。自發病以來，患兒智力、語言發育正常。

OGM檢測顯示患兒存在倒位突變

該《報告》內容介紹，光學基因組圖譜（opticalgenomemapping，簡稱“OGM”）是一項基於納米通道的基因作圖技術，利用基因組中的特定序列位點直接對大分子DNA進行熒光標記，實現DNA分子的線性光學成像，在識別基因組的結構變異方面具有獨特優勢。OGM可一次性檢出多種不同類型的基因結構突變，包括缺失、易位、倒位、重複、插入、環狀染色體、複雜重排和等臂染色體等。

該患兒在MLPA和全外顯子測序未發現致病變異後，通過OGM檢測，成功識別出1個臂內倒位突變，涉及DMD基因44-55號區段的12個外顯子，破壞了該基因的正常結構，屬於致病性變異，實現了“分子診斷”。

MLPA可快速且準確地檢出基因的大片段缺失或重複變異，故成爲DMD患兒的首選檢測手段，但該技術無法檢出非缺失與重複的突變。外顯子靶向捕獲二代測序和全外顯子測序是DMD患兒常用的診斷手段。但二代測序屬於短讀測序，在識別結構突變時存在固有的侷限性。此外，目前臨牀上常用的方法還有核型分析、熒光原位雜交法等。

但即使綜合上述幾種基因檢測方法，目前仍有約7%的患者找不到致病變異。以往的指南推薦進行肌肉活檢以確認抗肌萎縮蛋白的表達情況，但肌肉活檢爲有創性檢查，家長接受度低。

與傳統的染色體結構變異的檢測手段相比，OGM具有更高的分辨率，並且能精確提供斷裂位點信息與插入方向。此前，相關研究發現OGM能準確識別出8例DMD患者攜帶的各種結構突變，並能夠提供結構突變的斷裂位點信息。

有研究對來自孤獨症譜系障礙或智力障礙、先天性畸形、生殖障礙、染色體病和產檢異常的85個樣本進行驗證，涉及缺失、重複、異位、倒位、環狀染色體和複雜重排等多種類型的結構突變，結果發現OGM對於結構突變的檢測結果與傳統方法達到100%的一致性。

OGM除了能發現DMD患者的致病變異外，還能識別母親攜帶的結構突變，在DMD診斷及攜帶者篩查中具有重要的臨牀意義。DMD基因區域結構的複雜性決定了變異的多樣性，因此，DMD的基因診斷需結合多種檢測方法。而OGM能夠成功識別DMD基因的倒位突變，有望成爲DMD患兒的重要補充診斷手段。

此外，OGM技術也存在一些侷限性。其分辨率受限於標記密度，故不能檢出較小的突變，也無法檢出斷裂點或融合位點位於人類參考基因組序列的空白區域的平衡性結構變異。但隨着人類基因組序列的完善，OGM對於這些區段的結構變異檢測也將逐漸成爲可能。