在心肌病诊断中更好的整合基因检测-欧洲心脏协会临床共识2025
- boke
- 2025-06-27
- 6:02 下午

一
摘 要
正如2023年ESC心肌病指南建议的那样,欧洲心脏协会(ESC)心血管基因组学工作组的这份临床共识声明旨在推动将基因检测纳入心肌病患者的常规心脏治疗。在现代,处理心肌病患者及其家属的心脏科医生需要熟悉诊断流程的每个环节,包括从临床表型特征评估到基因检测的解读。本文介绍了目前可用的基因检测类型,并就其检测方案,以及基因检测结果告知后的咨询提供建议,包括对意义不明确变异的患者及家属的处理策略。
二
心脏病专家在基因检测中发挥关键作用
负责治疗心肌病患者及其家属的心脏病学家,应例行系统地收集家族病史信息,并记录详细的临床表现。这些信息对于帮助制定检测前的假设、进行遗传检测的指征以及检测方案的选择至关重要。应向患者告知心肌病是遗传导致的可能性,以及进行遗传检测的原因,并告知如果检测结果阳性,对患者家属的影响。当前最佳实践是,个人应提供知情同意书。完成遗传检测后,心脏病专家,可能需要与遗传学家或遗传咨询师等专业人士合作,告知检测结果,并解释其临床意义以及可能的后果。
心血管专家在基因检测的每个环节都发挥作用:例如,对患者和家属进行表型分析;决定是否进行基因检测;开具合适的基因检测;解释基因变异结果;将结果告知患者;并制定家庭筛查和管理方案。越来越多地,至少一些心脏病专家需要参与对罕见VUS进行功能分析(例如,使用RNA和蛋白质研究),特别是当有明确的家族史时。心脏病专家还应准备好处理继发性基因发现,美国医学遗传学院(ACMG)和分子病理学协会(AMP)建议分析和报告这些结果。对于由综合征导致的心肌病,临床医生应了解其伴随的其他非心脏症状,以便进行相应的多学科评估。整个过程很复杂,最好由有经验的专家和团队来协调基因评估。

心血管科医生在心肌病基因筛查中的关键作用
三
基因检测方法
用于心肌病的基因诊断检测,分析所有经过验证的致病基因,以发现相关的基因病因。如果疾病并非单基因导致,则检测结果为阴性,也可能是由于检测方法或设计存在局限性。

表1 DNA测序不同策略的主要优势与局限性。这张表总结了不同基因检测方法的主要特点。检测策略取决于检测的范围:临床诊断上,很多中心都检测包含 ClinGen 验证所有基因的多基因面板。虽然 WES 和 WGS 的使用越来越多了,但大部分主要的致病基因现在都知道了,而新的疾病相关基因多出现在罕见病症中。不过,WES 和 WGS 仍然是发现罕见心肌病变的强大研究工具。
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单基因检测(验证)
单基因检测可采用常规测序(覆盖外显子和外显子-内含子连接处)或全基因测序(包括外显子和整个内含子)。当检测的基因存在高比例的致病性深内含子变异(例如,肥厚性心肌病 (HCM) 中的MYBPC3)时,全基因测序可能更合适。
单基因检测通常用于确认使用NGS测序检测到的基因变异,但即使在现代,它在评估心肌病时仍具有一定的价值,因为预估具有独特基因诊断的可能性,强烈地依赖于明确的临床、影像学和病理学特征。例如,包括罕见综合征,如丹农病,以及更常见的疾病,如转甲状腺素淀粉样变性。
单基因检测可在检测到生化或组织病理特征后起到确证作用。具体示例包括 Fabry 病、血色素沉着症和家族性淀粉样变性。男性扩张型心肌病 (DCM) 表型,若明确或疑似为X连锁遗传,并伴有骨骼肌受累证据(包括肌酸激酶水平升高),则应考虑对DMD等基因进行检测。肌营养不良蛋白病患者中,高达 80% 的病例携带单外显子或多外显子缺失(70%)或重复(10%),这些通常可通过一线多重连接依赖性探针扩增技术检测到。
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多基因Panel(一线)
临床症状相似但基因异质的心肌病,可通过表型导向的多基因Panel轻松检测,并且是目前心肌病的一线基因检测方法。尽管多基因Panel的基因数量可能从几十到几百个不等,但增加基因数量对检测结果的影响可能有限。商业或定制的临床基因Panel应包含所有经过验证的心肌病相关基因,并随着新基因的发现和确认而进行扩展。
虽然家族史并非基因检测的必要条件,但家族性疾病的诊断率通常高于散发病例。虽然一些评分系统旨在预测阳性检测结果的概率,但目前这些系统对临床决策的影响有限。
无论如何设计用于心肌病的诊断性多基因Panel,都必须包含 ClinGen 确定的 HCM、DCM 和室间隔心肌病基因(这些基因被 ClinGen 分类为明确、强或中等)。这一最低标准保证诊断效用,并促进多中心登记、调查和基因组临床试验的标准化。
多中心登记、调查和基因检测相关的临床试验的实施仍然面临挑战。限制性心肌病(RCM)的诊断仍然存在挑战,因为RCM基因尚未在ClinGen数据库中整理,并且关键诊断指标——限制性心室生理——在不同形态亚型中也较为常见。
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全外显子测序(WES)(儿童患者一线检测方法)
WES分析基因组中编码区及相邻内含子区域(约占基因组的1%至2%),这些区域包含大多数与孟德尔遗传病相关的缺陷(超过85%)。这种方法的优势在于可以检测所有已知的疾病相关基因。它还可能提供关于新候选基因的有价值的信息,这为未来自动重新分析(考虑VUS和意义不明基因的新信息)提供了机会。大多数数据显示,成人心肌病患者的WES诊断率与多基因Panel相当。但儿童患者的诊断情况可能不同,WES的诊断率似乎比多基因检测面板更高。全外显子测序的其他局限性包括需要管理其他发现,识别许多临床意义不明确的VUS,以及在常规解读中缺乏拷贝数变异(CNV)的检测分析。
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全基因组测序(WGS)
WGS提供基因组中所有编码区、非编码区和基因间区域的序列,覆盖率均匀,并有可能检测深层内含子变异和CNV或其他结构变异。与WES一样,WGS能够进行未来的重新分析以促进知识进步。
在一项包含209名心肌病儿童的近期WGS研究中,39%的病例携带已知心肌病基因的致病性编码变异,5%的病例携带额外候选心肌病基因的高风险功能丧失变异。在家族性扩张型心肌病(DCM)中,一线WGS检测表现出高变异检测率、准确性和识别结构变异的能力,但其临床应用价值的提升受到DCM相关功能证据的限制。与WES一样,WGS的局限性包括其他发现,以及临床可操作性低概率的VUS,以及需要进行功能测试以证明变异对突变蛋白的影响。

表2 可能导致NGS测序基因检测出现阴性/不确定结果的影响因素。 导致阴性检测结果的原因包括检测不充分、acquired phenocopies、特定基因区域覆盖不充分(通常是深内含子变异)或技术测序问题(所有检测)来解释。基因变异的解读错误可能会影响所有检测结果。a.测序质量低或分析困难。b. 多基因缺陷效应。c. 多基因Panel和临床外显子组可能未涵盖所有与心肌病相关的基因,或一些尚未被确认为疾病基因的基因。d. WGS检测大的插入、易位和倒位,但准确性通常有限,通常需要结合其他方法(例如阵列比较基因组杂交)来确认。
四
基因型-表型不一致
临床医生越来越关注的是基因型-表型不一致(即已识别的基因变异与患者的疾病表型不符),或根据计算机模拟和群体数据预测为致病的基因变异体,但在家族中却未表现出与表型的关联。图1和图2展示了一些案例,这些例子对比了通过家系筛查和对亲属的预警监测来解决临床差异(图1)和仍未解决的情况(图2)。我们的主要观点是,临床决策的出发点和落脚点都是临床表型(包括患者和亲属)。检测到致病基因变异可以确认临床诊断,并提供额外的、可能重要的预后信息,这可能带来显著的治疗意义。但基因检测不能忽略表型与基因型之间的差异。

图 1 家系基因型-表型不一致和检测不充分示例。该图展示了家系受影响成员中致病变异的未分离现象,以及未携带先证者致病变异的年轻亲属表型却随着时间进展。II:1和II:2的基因型与表型混乱。此外,III:3病情缓慢进展但在最开始并未发现致病变异,在其父亲被确诊为BAG相关心肌病后,III:3的遗传致病原因才得以确认,即最开始的检测不充分。因此,在结束基因诊断之前,需要进行完整的临床评估和基因重分析。

图 2基因型-表型不一致的原因多种多样:临床和基因筛查可能发现多种变异,包括意义不明的变异和可能致病的变异;合并症也会混淆表型的解释。在本图所示的家系中,患者在患有肥厚性心肌病的临床诊断后接受了基因检测。检测结果对表型来说不确定,因为在 PKP2 基因中发现的可能致病变异,与肥厚性心肌病没有关联。III:2和III:3临床筛查阴性也没有进行基因检测。。
五
变异的致病性解读与生物信息学作用
ACMG/AMP 分类法提供了一种标准化的基因变异解读方法,并已通过各种改进项目(例如美国临床基因组学序列变异解读工作组)进行了改进。然而,在缺乏临床数据的情况下,当前的生物信息学工具软件应用ACMG变异解读标准时,依赖于从群体数据、临床遗传数据库和计算机预测工具中得出的预先确定的标准。经过验证的功能测试和家系分离数据通常缺失。以这种方式确定变异致病性时,不同的变异解读生物信息学工具软件可能会对同一变异给出不同的结果,这取决于每个软件包使用的算法。

附表1 生物信息学工具对同一遗传变异的不同ACMG分类
六
VUS的解读与功能测试的运用
意义不明确的变异体是罕见的(或独特的)变异体,不符合先验的或预先设定的B/LB或P/LP类别解释标准,或存在相互矛盾的ACMG分类。临床基因组学协会2020年罕见病变异体分类最佳实践指南目前将VUS分为六个子类,基于其致病风险的估计概率(图3)。在这种情况下,在家族中检测“热点”VUS可能是合理的,当相应表型与之共分离时,有助于更好地解释其致病性。对于大多数心肌病,高估VUS重要性的临床风险低于低估LP/P变异体的风险;这与例如在BRCA1/2等基因中高估VUS的后果形成对比,因为将致病性归咎于这些基因可能会导致预防性乳房和卵巢手术。
我们的主要信息是,尽可能地,VUS的解释应该超越计算和预先确定的统计方法,通过采用基因型-表型相关性研究、家系分离以及在可行的情况下,病理学和功能研究。

图 3 未知意义变异亚类。(A) 该图根据美国医学遗传学会贝叶斯模型计算的评分系统和致病概率,显示致病性类别(从未知意义变异到致病性)。(B) 该表显示了根据临床基因组科学协会模型的未知意义变异亚类、达到可能致病性阈值所需的得分以及等效标准的组合。(C) 熟悉该系统后,心血管专家可以核实定义高危和中危未知意义变异的评分,并像可能致病变异携带者一样考虑值得临床关注的携带者。PP5标准可以由心血管专家进行批判性评估,他们现在意识到,过去早期研究中被归类为致病的许多基因变异,现在正在被重新评估。
七
体内功能检测
在 VUS 的解读对患者和家属的治疗方案有影响的情况下,可能需要进行功能评估。在其他领域,特别是神经学中,这通常需要对组织样本进行分析;但在心脏病学中则较少这样做。未来,对心肌组织的分析,包括心内膜心肌活检或随机收集的组织样本,可能会有类似的用途。
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RNA检测
除了转录组测序在理解与心肌病相关的基因缺陷病理学方面提供了大量信息之外, RNA测序或定量RT-PCR靶向单基因可以帮助解释变异的致病性。例如,RNA测序可以证明,例如同义突变导致或消除剪接位点,影响调控区(3’UTR和5’UTR变异),以及影响外显子-内含子连接处或深层内含子区域的非典型剪接位点的基因缺陷,会造成破坏性影响。根据基因变异的官方命名,外显子-内含子连接处的典型剪接位点,供体位点为GT,受体位点为AG(±1/2内含子核苷酸位置)。非典型剪接位点是指所有影响非GT供体位点和非AC受体位点的剪接变异。基于DNA检测预测的非典型剪接缺陷的基因报告应进一步确认。
当基于DNA的检测无法得出明确结果、靶基因与表型一致且观察到的疑难变异体(VUS)值得进一步调查以正确解释时,RNA检测对于基因诊断至关重要。尽管许多计算工具可以预测剪接修饰变异,但计算机预测结果不能作为最终结论,理想情况下,应使用RNA测序测试变异效应,并通过研究突变蛋白的表达来确认。当计算机预测工具预测VUS具有剪接改变效应,并且患者及其家属的表型与该基因缺陷一致时,RNA研究可以验证致病性,尤其是在其他相关基因中没有致病变异的情况下。
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同义变异影响剪接
LMNA基因中罕见的同义变异提供了简单的例子,这些变异要么引入新的隐性剪接位点(例如c.768G>A (p.Val256Val)),要么消除典型剪接位点(例如c.513G>A (p.Lys171Lys))或者由计算机预测为VUS但实际上影响剪接的内含子变异,例如MYBPC3基因中的c.2905+5G>T变异,该变异导致供体位点丢失,对蛋白质产生破坏性影响。

图 S2 LMNA:p.Lys171Lys同义突变导致剪接位点破坏,使得蛋白增加了15个氨基酸
最近的研究表明,具有剪接效应的深读内含子变异在导致HCM的MYBPC3基因中比导致DCM的BAG3、DSP、FLNC和LMNA基因中更常见:在后一种的基因中,分析整个内含子序列,对DCM分子诊断效率提升有限。
对于像GLA这样的基因,变异的致病性和类型对治疗方案(例如酶替代疗法或伴侣疗法)至关重要。RNA检测,例如体外迷你基因剪接测定,可能有助于确定不确定性非典型和深读内含子变异的致病性。
虽然难以精确评估RNA检测的临床需求,但许多心肌病基因显示出VUS,其解释可能取决于RNA检测。鉴于仍有50%的疑似孟德尔病患者未确诊,这种需求有望增加。

图4 心肌病诊断平台。该图汇总了有助于基因解读的各项检测与研究组合。
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蛋白质检测
紧随RNA检测之后,探索突变和非突变蛋白表达的组织研究对于遗传疾病的诊断非常有帮助。当代方法包括通过蛋白质印迹法进行多种蛋白表达方法、通过光学显微镜、电子显微镜和激光共聚焦显微镜进行免疫组织化学,以及蛋白质质谱法,后者正越来越多地应用于例如淀粉样蛋白的表征。临床和实验室团队需要密切沟通,以确定是否需要超出DNA检测的信息才能获得精确的诊断(图4)。
由于时间、成本、复杂性、技术和专业知识等多种原因,基于蛋白质的研究在日常临床应用中并不常见。然而,最近的个案研究和小型系列研究表明,针对DNA变异对细胞结构和功能的影响的组织检测,可以确认致病性,并有助于更好地理解疾病的分子机制。
八
结 论
尽管心脏病学家传统上不参与实验室活动,但基因检测技术的管理和应用仍然是他们的临床职责。为了充分利用基因组医学在心脏病学实践中的可能性,临床医生需要积极参与从临床评估到实验室分析的流程。ESC委员会将建设一支新的基因知识工作队伍列为首要任务。
伯科全外芯片 – Core Exome Panel v3.0
TargetCap@ Core Exome Panel v3.0基于伯科高品质DNA探针合成技术开发,全流程国产制造,由~40万条探针组成,以GRCh38/hg38人类参考基因组设计,参考Refseq、CCDS、ClinVar等数据库,覆盖19,524个基因,目标区域为33.9Mb。
捕获性能比较
伯科全外芯片v3.0性能优异与国外友商同类型产品v2相当,中靶率、覆盖率、覆盖均一性等参数均达到国际领先水平。

适配高通量流程平台

批次稳定
使用不同批次TargetCap® Core Exome Panel v3.0芯片对NA12878 gDNA进行捕获测序,结果显示,不同批次芯片在不同测序平台上均显示出优异的稳定性,不同位点的相对深度相关性高,批次稳定。

变异检测准确
单核苷酸变异(SNV)和插入缺失 (INDEL)是基因组变异的常见形式,也是引起人类疾病的重要原因。
选取NA12878标准品,与预期SNV和INDEL变异进行比较。结果表明,在MGI与Illumina测序平台,SNP灵敏度为99.1%,INDEL灵敏度为91.6%。

添加线粒体模块临床样本表现
20例全血样本(S1#-S20#),采用1-4 Plex方式使用伯科Core Exome Panel v3.0添加线粒体模块进行过夜杂交捕获;其中,S1#-S10#在Illumina NovaSeq X Plus平台测序, S11#-S20#在MGI MGISEQ-T7平台测序,均采用150PE模式测序。得到测序数据后,抽取8Gb数据进行生信分析。
两种测序平台的数据表现相近,平均深度分别为111x/115x (Illumina/MGI),中靶率优异均> 85%,覆盖均一性极佳(0.2X_MD≥99.3%);仅使用8Gb数据,高达98.5%的捕获区域达到了30X以上,99.5%的捕获区域达到20X以上,为临床样本检测提供了可靠的捕获数据。

≥0.2X/0.5X_MD: Mean Depth,覆盖深度≥平均深度的0.2/0.5倍深度的区域占总区域的比例,用于表征覆盖均一性性能,越接近100%越好。
伯科全外芯片 – Core Exome Panel v7.0
Core Exome Panel v7.0(下文简称BOKE v7.0),该WES Panel增强了基因组hg19传统研究区域的覆盖,兼顾 hg19 & hg38 双版本基因组,可以更好的保证临床科研与转化的延续性。目标区域和捕获区域大小分别为40Mb和49Mb,对 hg19 传统研究区域覆盖提升至99.7%(友商I-v1),hg38传统研究区域覆盖相近(友商A-v8)。同时,新添加数百个具有一定功能与表型的基因,总基因数量达到20000+。

BOKE Core Exome Panel v7.0目标区域大小以及对不同友商产品目标区域的覆盖情况
在捕获性能方面,BOKE Core Exome Panel v7.0依然表现优异,与BOKE Core Exome Panel v3.0表现相近。在测序9Gb条件下,平均深度达到110x左右,20x和30x以上区域占比分别为99.5%和98.5%,Fold 80为1.5-1.6之间,与国际领先产品数据表现相当。

同时,BOKE Core Exome Panel v7.0也可灵活的与拓展模块组合使用,满足不同场景的临床研究的需求及转化应用,包括线粒体、遗传病非编码区变异位点、单基因全覆盖、病毒基因组、肿瘤全景变异检测、重大疾病多基因风险评估模块等。此外,伯科公司自研自造的寡核苷酸合成平台可以快速响应个性化定制的需求,为人类基因组分子遗传学的研究与转化,提供更加全面高效的解决方案。

参考资料
Perry Elliott, Heribert Schunkert, Antoine Bondue, Elijah Behr, Lucie Carrier, Cornelia Van Duijn, Pablo García-Pavía, Pim van der Harst, Maryam Kavousi, Bart Loeys, Luis Rocha Lopes, Yigal Pinto, Alessandro Di Toro, Thomas Thum, Stefan Kääb, Mario Urtis, Eloisa Arbustini, Integration of genetic testing into diagnostic pathways for cardiomyopathies: a clinical consensus statement by the ESC Council on Cardiovascular Genomics, European Heart Journal, Volume 46, Issue 4, 21 January 2025, Pages 344–353, https://doi.org/10.1093/eurheartj/ehae747