什么时候进行WES重分析？哪些因素影响诊断率且看这篇文章

背景介绍患者怀疑患有遗传病时越来越多地通过外显子组测序ES来寻求分子诊断MolDx。尽管这类检测能全面覆盖基因的编码区域且相比针对特定疾病的多基因panel检测具有更高的分子诊断率但仍面临重大挑战。虽然编码区仅占基因组的约1%但单个患者的ES数据中包含大量变异使得从海量良性变异中识别出致病性变异或多个变异变得十分困难。目前超过一半接受ES检测的患者在初次分析后无法获得分子诊断结果。当结合新信息或新工具重新审视这些未确诊病例时部分病例可能转化为确诊从而随时间推移提高诊断率。然而外显子组数据应以何种频率进行再分析目前尚无定论。新的基因-变异-疾病关联知识、患者新出现的临床特征以及改进后的生物信息学工具都可能在初始结果报告后促成分子诊断MolDx的实现。这种情况通常通过两种机制之一发生。第一由于对变异水平的重新评估可能得出新的诊断因为临床变异分类是一个不断演进的过程会持续整合新的知识和工具。例如当在更多具有相似临床表现临床病例的个体中观察到先前报告的临床意义未明变异后该变异可能被重新分类为致病性从而向此前检出相同变异的其他患者发布更新后的报告。第二可通过病例水平的重新评估达成新诊断即使用最新版本的生物信息学工具和最新的知识对特定外显子组中所有检出的变异重新进行全面分析有时还包括由临床医生主动更新此前未报告或新出现的临床表现。患者临床和遗传数据随时间快速积累同时新工具不断涌现因此在新知识背景下对已有患者数据进行常规性重新分析长期以来被认为具有临床应用价值。一项针对未确诊病例重新分析的荟萃分析显示诊断率提升了约10%然而重新分析的时间间隔存在差异部分分析在初次检测后3至5年才进行。不同临床实验室对重新分析的时间安排政策各异许多实验室在一年后提供重新分析或需满足额外条件才启动该流程且极少采用自动化分析方式。尽管重新分析具有潜在临床价值但其最佳时机和策略仍不明确。此外目前尚不清楚哪些年龄组或临床表现的患者能从中获益最多也不清楚重新分析在多大比例上能产生可指导疾病临床管理的、具有实际意义的分子诊断结果。对这些数据进行常规性、自动化的外显子组重新分析我们考察了在初次检测后三年内每半年进行一次重新分析的影响每位患者最多接受六次重新分析。我们描述了一条重新分析流程该流程结合使用由人工智能AI驱动的工具Apollo™和Moon™并配备专业科研人员持续从科学文献中整理基因-表型关联并整合这些多样化数据以识别可疑变异供人工复核。本研究旨在进一步明确重新分析的时间、方法及患者特征对初次及后续多次重新分析的诊断率所产生的影响。方法略结果临床队列包含2,791名患者其中以男性n 1,503占53.9%、18岁以下儿科患者n 1,945占69.7%以及自我报告为白人n 1,433占51.3%的患者为主。检测申请中平均包含16.6±11.3均值±标准差个HPO术语范围为1至177个。完整队列详情见补充表1。共有301名10.8%独特患者获得了更新后的报告平均每名患者收到1.1份更新报告。研究开始时的诊断率为510/2,79118.3%。对剩余2,281份无明确诊断或阴性报告进行重新分析后新增60例确诊使诊断率额外提升了2.6%60/2,281相对提高11.8%最终诊断率达到570/2,79120.4%图1A。总共产生了67项新的分子诊断MolDx其中包括6名患者被发现存在双重诊断即在第二个不同的基因中获得分子诊断。此外有1名患者的诊断报告因对致病基因的分子机制重新评估后被降级为非诊断性报告。重新分析中诊断率最高的时间段为首次报告发布后19至24个月在此期间32份更新报告中有14份为诊断性报告43.8%图1B。按年龄分层分析显示成年患者在19-24个月时诊断率最高而儿科患者则在25-30个月时达到最高诊断率补充图3。图1 Updated reports and diagnostic yield resulting from exome reanalysis. A) Total counts and percentages of diagnostic, non-diagnostic, and negative results in the initial reports and at the end of the study. B) For each six month interval across a 36 month period, total updated reports, total new molecular diagnoses, and proportion of molecular diagnoses among all updated reports. C) Among updated reports that changed diagnostic status, the direction of change is illustrated. Reports that did not change status (e.g., uncertain uncertain) are not depicted (n 186).研究期间共进行了9,897次重新分析产生了337份3.4%更新后的报告图1B。在这些更新的报告中151份44.8%改变了诊断状态61份40.4%从阴性变为无诊断意义28份18.5%从无诊断意义变为阴性18份11.9%从阴性变为有诊断意义43份28.5%从无诊断意义变为有诊断意义1份从有诊断意义变为无诊断意义图1C。其余186份报告在未改变诊断状态的情况下进行了更新例如在原本无诊断意义的报告中新增了第二个意义未明的变异。通过重新分析获得新分子诊断的病例平均诊断延迟时间为14.7个月447.2天图2。图2 Timeline of genetic diagnostic journey for patients who received a new molecular diagnosis via an updated report. Each row represents an individual patient.源自新信息337份更新报告中158份46.9%是由于变异水平的重新评估所致158份46.9%是由于病例水平的重新评估所致21份6.2%源于医生主动发起的更新图1C。在67例新的分子诊断中36例53.7%由变异水平的重新评估促成28例41.8%来自病例水平的重新评估其余3例4.5%源于医生主动发起的更新图1C。临床特征及对诊断率的影响通过对HPO术语进行层次聚类共识别出21个不同的患者表型簇各簇规模从36例到305例患者不等图3A。不同簇之间的患者特征存在显著差异包括平均年龄F 88.0P 0.0001、每位患者关联的HPO术语平均数量F 21.5P 0.0001以及患者性别比例G 151.5P 0.0001补充图4。平均而言每位接受检测的个体有6.35±3.57均值±标准差个“父级”HPO术语图3B。重要的是研究结束时各簇之间的诊断率存在显著差异范围从第13簇的3.9%到第4簇的37.7%G 153.4P 0.0001图3A。通过重新分析获得分子诊断的平均时间在不同簇间也有所不同从2.6个月到30.8个月不等图3A。每个簇对应一组独特的“父级”HPO术语或器官系统的组合图4。与平均年龄小于18岁的簇“儿童簇”相比平均年龄大于18岁的簇“成人簇”在研究结束时的初始分子诊断率较低成人簇均值±标准差为11.1±5.4%儿童簇为21.3±6.1%t 3.7单侧P 0.002且重新分析带来的诊断率也更低成人簇均值±标准差为1.6±0.9%儿童簇为3.1±2.1%t 2.2P 0.018图5。图3 . Patient phenotype clusters. A) Table showing the demographics and characteristics of each cluster. B) Heat map demonstrating the distribution of HPO terms corresponding to the third level HPO terms (e.g. HP:0002715 Abnormality of the Immune System, HP:0000707 Abnormality of the Nervous System abbreviated as “Immune” and “Nervous,” respectively). Abbreviations: sd standard deviation, HPO Human Phenotype Ontology, NA Not available.图4 . Chord diagram showing the most frequent parent Human Phenotype Ontology (HPO) terms applied in each cluster, highlighting the clusters with the lowest (cluster 13) and highest (cluster 4) diagnostic yield by the end of the study, and smallest (cluster 21) and largest (cluster 19) diagnostic rate from reanalysis (for diagram with all clusters indicated see Supplemental Figure 2). Clusters are aligned on the bottom of the diagram while abbreviated third level HPO terms (e.g. HP:0002715 Abnormality of the Immune System, HP:0000707 Abnormality of the Nervous System abbreviated as “Immune” and “Nervous,” respectively) are aligned on the top. Chords indicate the number of times child HPO terms of the specified third level term were seen in the patients within that cluster.影响初始分子诊断及重新分析后诊断的因素我们研究了患者表型簇、检测时年龄、性别以及HPO术语数量对首次报告时获得分子诊断MolDx概率的影响补充表2同时也分析了初始报告结果、自首次报告以来的时间、已完成的重新分析次数以及重新分析所依据的证据类型对通过重新分析获得新诊断的贡献补充表3。对于首次报告n2,791表型簇归属和检测时年龄是影响分子诊断的重要预测因素其中表型簇归属是最关键的特征补充图5A。对于初始结果为阴性或无诊断意义的报告n2,281初始报告结果和已完成的重新分析次数均为显著预测因素其中重新分析的次数是最重要的影响因素补充图5B。当试图预测导致重新分析报告中出现新分子诊断MolDx与新发现的因素时n 301所有预测变量——包括重新分析类型、距首次报告的时间以天数建模、初始结果、表型簇归属、年龄、性别以及HPO术语数量——均无统计学意义补充表4。然而按每6个月区间对重新分析进行分层后不同时间段内产生分子诊断的重新分析比例存在显著差异G 18.08P 0.006这主要由19–24个月区间与7–12个月区间之间的明显差异所驱动。综上这些结果表明新分子诊断的获得受多种因素共同影响不存在单一主导因素同时提示自首次分析以来的时间与新分子诊断之间的关系复杂且呈非线性。结论外显子组频繁且常规性重新分析的广泛应用具有充分依据。我们的研究发现在为期三年、跨越六次重新分析的过程中诊断率呈现出复杂的时序模式其中最高诊断率出现在首次报告约两年后。当对患者人口学特征、检测的HPO指征、报告时间以及报告类型首次报告或重新分析进行综合评估时并未发现单一因素主导分子诊断MolDx的获得。在新获得的分子诊断中具有临床可操作性的结果比例低于首次报告这可能与近期发现的基因-疾病关联中临床可操作性比例较低有关。尽管如此超过半数的分子诊断仍具备临床可操作性表明外显子组重新分析能够提供对患者诊疗具有实际意义的结果。目前尚无法预测何种时间点或何种类型的信息最有助于实现分子诊断因此建议采用系统性策略整合相关流程与工具推动更频繁的重新分析以更及时地为患者提供分子诊断。最全1000植物核基因组数据库IMP (点击图片直达)高颜值免费 SCI 在线绘图(点击图片直达)往期精品(点击图片直达文字对应教程)LinuxPythonR绘图NGS基础GEO高级生信自学生信书籍系列教程心得体会转录组经典宏基因组蛋白质组单细胞系列测序发展史免费在线画图色彩搭配图形排版图形解读ChIP-seqTCGAGSEAWGCNA海哥组学傻瓜系列文章写作CytoscapeExcelPPT机器学习公众号投稿联系陈同 chentong_biology163.com