伯科定制化WES Plus助力临床科研与应用转化
2021-02-25
基于临床科研与应用转化需求，伯科能设计添加不同区域大小的Spike-in Probes，满足用户对个性定制化WES Plus的需求。
图1. WES Plus定制化路线
肿瘤检测WES Plus
肿瘤突变负荷（TMB）是指导免疫治疗的有效生物标记物之一，2019年TMB检测被列入NCCN指南。虽然NGS Panel可以进行TMB的计算，但Panel需要达到一定基因组覆盖范围才可有效检测TMB [1]。例如2017年 FDA批准的F1CDx（324基因，全长2.2Mb，CDS区约0.8Mb）、2019年FDA批准的Omics Core（19,396基因，全长39Mb，CDS区约33.7Mb）和2020年FDA批准的肿瘤NGS Panel（507基因，全长2.23Mb，CDS区约1.33Mb）三款产品都可以检测TMB。然而肿瘤免疫治疗的生物标志物不仅只是TMB，还包括PD-L1表达、微卫星不稳定性（MSI）、错配修复缺陷（dMMR）以及肿瘤浸润淋巴细胞（TIL）[2]。许多特定的肿瘤Panel检测产品由于覆盖不全，依然可能存在着漏检、忽略罕见基因突变及免疫特性无法全面评估等缺陷，上述Omics Core WES检测无法给8.6%携带融合基因的患者提供合适的治疗决策[3]。
定制化肿瘤临床科研与应用转化的WES Plus囊括了更多检测位点，在标准的全外显子组基础上，可以灵活增加外显子组毗邻剪接区、重要启动子区、基因融合区域、HLA区域等检测区域，同时提供肿瘤遗传性评估、多种病毒主要亚型。通过一次检测，兼具靶向、免疫、内分泌治疗用药评估、遗传性评估、病毒分型等内容，综合各项检测指标，为肿瘤临床研究提供更加全面的参考分析，为患者提供全方位的个性化治疗方案。
图2. WES Plus与Omics Core WES对比
心血管疾病WES Plus
最新《中国心血管病报告》统计数据显示，我国心血管疾病患者人数超2.9亿[4]。临床基因检测技术有利于发现心血管疾病上可控的基因突变，而且也使得罕见遗传疾病的诊断更加简易以及降低检测成本。
心血管疾病分为单基因遗传性心血管疾病和复杂心血管疾病。不同的单基因遗传性心血管疾病诊断和治疗方案不同，但由于疾病临床异质性高，增加了诊断的难度。基因检测则完美地解决了这一问题。针对目前临床上较常见的、致病基因明确的23类单基因遗传性心血管疾病的诊治，2019年中国制定了《单基因遗传性心血管疾病基因诊断指南》其中包含169个基因，目前国内市场大部分都是基于这些基因设计心血管检测Panel产品。而在指南中提及的CYP11B2和CYP11B1基因融合与家族性醛固酮增多疾病相关，F5基因FVL变异和F2基因PT20210A变异与遗传性易栓症有关，SCN5A基因内含子基因突变导致Brugada综合征，这部分变异检测一般在标准WES中是不包含的。
图3. 《单基因遗传性心血管疾病基因诊断指南》部分疾病对应基因
针对复杂性心血管疾病，基因检测同样大有可为。患者需要长期服药，药物的治疗效果却因人而异，这与药物基因的多态性密切相关。不同基因型的患者对每种药物的代谢吸收程度不一样，最终导致了药物的治疗效果以及毒副作用的差异。研究显示，50%的高血压药物没有起到良好的降压效果。所以，对于这部分长期服药的患者，服用的药物的有效性更加重要。随着COX－1、GPⅡb/Ⅲa、CYP2C19、CYP2C9、VKORC1、ALDH2等与药物吸收、分布、代谢和排泄相关的重要基因的单核苷酸多态性(SNP)被陆续发现。临床开展基因检测，根据基因检测结果实施个体化给药治疗，将大幅提高药物治疗效果，在此基础上开展精准治疗，具有重要的临床价值[5]。同时，近年研究显示HPV感染与心血管疾病有关联性。《Circulation Research》报道6万人的随访数据显示高危 HPV 感染和突发性心血管疾病之间的显著关联，在非肥胖和肥胖人群中，高危型HPV阳性女性的心血管事件风险分别提高10%和73%；在非代谢综合征和代谢综合征患者中，高危型HPV阳性女性的心血管事件风险分别提高9%和99%[5]。HPV病毒的影响并不局限于女性。2017年发表于《Journal of the American Heart Association》的研究就显示男性HPV阳性头颈癌患者的中风或短暂性脑缺血发作风险竟然高达HPV阴性患者的4倍多，同时Covid-19、SARS和MERS等病毒感染对心血管疾病都具有关联[6]。因此心血管疾病方向的定制化WES Plus同样具有临床科研与转化的意义。
现阶段符合临床科研与应用转化需求的定制化WES Plus产品还有如下方面问题亟需解决：
a、定制化Panel根据最新文献研究与指南报道，缺乏高效持续的更新。
b、优化方案不能及时的满足临床科研与转化应用需求，如融合基因在DNA水平出现假阴性等。
c、定制化Panel更新设计与采购周期太长。
伯科公司的WES Plus设计与合成技术平台能有效加入各类型的“基因补丁”模块，为临床分子诊断提供更多的研究与解决方案：
图4. 定制化模块信息
全流程标准化的WES Plus定制化服务：
方便快捷实现基因检测临床科研与应用转化需求，添加2Mb以内的区域能在7个工作日内极速完成。
伯科的技术优势
伯科通过“实验-学习-验证”的系统测试方法，已建立探针特异性（长度、GC、错配和Gap等参数）与捕获效率的数学模型，形成了其独有的Panel On-target预测系统（图5A）。在一个项目中，用户直接提供探针区域用于合成，伯科设计研发团队在预测On-target并与用户沟通后，删除了不涉及临床热点突变的~0.5%的“Bad”探针，验证实验表明，在删除“Bad”探针后，Panel A（170Kb）和Panel B（230Kb）的On-target从18.4%和13.9%，提升至69.5%与79.5%，满足产品预期（图5B）。在另一款定制产品中，针对用户提供的~700Kb的内含子区域，该公司探针设计覆盖率达到89%，远高于国际竞品指标的64%，同时，On-target达到85%以上，表现优异（图5C）。
图5. 伯科探针设计平台对探针特异性进行有效预测
在精准、稳定的合成平台和高性能探针设计软件的支撑下，伯科Gene Panel的捕获数据表现非常稳健。对于大小从80Kb到~2Mb的DNA-Cap Panel， On-Target均大于60%，覆盖均一性方面，0.2 X Mean Depth大于99%，0.5X Mean Depth大于93%，伯科Gene Panel在特异性、均一性等多个参数上，均表现出明显优势(图6)，可以覆盖多平台、多种类型；满足基因组捕获，转录组、甲基化等Panel的设计与开发需求。
图6. 伯科基Gene Panel优异的表现
参考文献：
[1] Endris V et al. Measurement of tumor mutationalburden (TMB) in routine molecular diagnostics: in silico and real‐life analysisof three larger gene panels[J]. International journal of cancer, 2019, 144(9):2303-2312.
[2] Strosberg J et al. Efficacy and safety ofpembrolizumab in previously treated advanced neuroendocrine tumors: resultsfrom the phase II KEYNOTE-158 study[J]. Clinical Cancer Research, 2020, 26(9):2124-2130.
[3] Skoulidis F, Heymach JV. Co-occurring genomic alterations in non-small-cell lung cancer biology and therapy. Nat Rev Cancer. 2019 Sep;19(9):495-509.
[4] 《中国心血管病报告2018》
[5] Joo E J et al. High-risk human papillomavirus infection and therisk of cardiovascular disease in Korean women: a cohort study[J]. Circulationresearch, 2019, 124(5): 747-756.
[6]Xiong T Y et al. Coronaviruses and the cardiovascular system: acuteand long-term implications[J]. European heart journal, 2020.
