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复杂疾病基因组学

为马西莫执行任务

全基因组测序简直是大海捞针

为马西莫执行任务
2015年2月26日

“有几个人说这就像洛伦佐的《石油》第二部。被相提并论,我的意思是,这真是令人难以置信的羞愧,因为这从来都不是我的本意。我只是想给我儿子诊断一下。”六年前,斯蒂芬·达米亚尼(Stephen Damiani)的儿子马西莫(Massimo)患上了一种神秘的疾病。斯蒂芬坚定地认为,将他自己、妻子莎莉和儿子的基因组进行比对,就能找到导致马西莫疾病的独特基因变异。

在他的第一年,马西莫达到了一个健康婴儿的所有典型里程碑。他在预期的时间开始滚动和爬行。他曾经茁壮成长、快乐快乐,但在2009年7月他一岁生日前夕,他表现出了一些令人不安的迹象,似乎有些不对劲。他很难站起来,当他坐在地板上时,他会失去平衡。

一系列的诊断测试表明,他的大脑和脊柱出现了异常,这与一种被称为脑白质营养不良的神经系统疾病相符。脑白质营养不良是一种危及生命的疾病,它影响了大脑神经纤维周围髓磷脂的形成。这种疾病大约有40种已知的变体,但遗憾的是,50%的白质营养不良症仍未被遗传分类,治疗的希望渺茫,未来未知,几乎肯定会有悲惨的结局。经过472天的详尽且经常是侵入性的测试,马西莫落入了这个可怕的类别。

斯蒂芬和他的妻子莎莉选择先对马西莫的基因组进行测序,然后再对他们自己的基因组进行比较。当时,这是一个不小的壮举,是第一个用于临床诊断的家族基因组三重奏测序。测序并不是最大的挑战,然而,它是找到一个愿意分析和理解惊人数量数据的人。与昆士兰大学(University of Queensland)基因科学家瑞安·塔夫脱(Ryan Taft)博士的一次偶然相遇,将被证明是了解这一新领域科学的关键一环。

2011年秋天,经过几个月的分析,瑞安发现了DARS基因的变异。DARS基因以前并没有与人类疾病联系在一起,但瑞安认为它是马西莫患病的原因。一开始,人们对这一发现保持沉默,并提出了一个难以忽视的事实:

N = 1

样本中只有一个孩子。为了证明他们最终找到了导致马西莫疾病的基因,他们必须在一项或多项其他研究中显示支持的结果。他们需要找到另一个马西莫。

2009年,Massimo加入了髓磷脂疾病生物登记项目,这是一个由华盛顿特区国家儿童医疗中心的Adeline Vanderver博士建立的研究项目。她与来自荷兰的同事一起,在生物登记处寻找其他与马西莫相似的孩子,他们可能能够证实这一发现。

DNA样本被送到瑞安那里进行测序和分析。2012年9月初,6名患者中有2名被证实存在DARS基因变异,证实了最初的发现。发现了一种新的疾病,并将其命名为脑干和脊髓受累和腿部痉挛(HBSL)。

一个答案带来的结果超出了所有人的预期

在对马西莫和他的家人进行首次测序的两年内,瑞安和一个由医学和基因专家组成的全球团队能够开始改变马西莫和其他孩子的生活。

在相当短的时间内,研究小组诊断出了几种以前未被诊断出的疾病,其中一些是全新的疾病。根据Ryan的说法,“我们从帮助一个生病的孩子到帮助许多孩子,现在他们患有一种新发现的疾病。以及其他以前没人能识别的疾病——新的疾病基因。我们想,‘这似乎真的起作用了,我们第一次为许多这样的家庭找到了答案。’”

研究小组选择了“最难的孩子”——那些已经经历了漫长的诊断测试的孩子。通过建立一个网络界面和创建一个计算算法的管道,他们可以很容易地看到数据,他们能够实时地与全球的临床医生分享信息。

“这需要整个社区的努力,”瑞安说。其他参与者包括墨尔本皇家儿童医院和阿姆斯特丹自由大学医学中心的临床医生,以及格拉斯哥大学癌症科学研究所医学基因组学主席肖恩·格里蒙德。最终,与贝勒医学院和蒙特利尔病童医院建立了其他关系。

Ryan承认:“Massimo之后的一切都是团队的共同努力。虽然我可能是那个谈论他的人,但有五七十个人和我站在一起,使这项工作成为可能。”

真相时刻

Stephen和Ryan有机会见到了2012年证实Massimo诊断的两个女孩,并在洛杉矶儿童医院发表演讲,分享了他们如何获得诊断的故事。很快发现,这种疾病的范围很广。

在他们的演讲结束时,斯蒂芬给澳大利亚打了一个Skype电话,把他们介绍给马西莫的神经科医生。里克·利文特博士最初通过斯蒂芬问了一个问题,斯蒂芬回答说:“你为什么不自己问他们?然后把镜头对准了其中一个挥手打招呼的女孩。“公平地说,他对他们与马西莫的发展差异感到惊讶,”斯蒂芬说。

作为婴儿,这两个女孩最初被误诊为急性播散性脑脊髓炎(ADEM),并给予每月大剂量静脉注射皮质类固醇的脉冲方案。医生解释说,在女孩接受类固醇治疗后,她们总是有一段时间的改善,而不仅仅是稳定。

Stephen说:“也许类固醇的早期干预使女孩们在神经系统形成的关键阶段产生了更多的髓磷脂,这可能解释了她们对Massimo的截然不同的表现。”

马西莫开始了为期12个月的脉冲实验。在他的治疗过程中,马西莫的医疗团队观察到他的行为和身体都有了显著而持续的改善。他不那么易怒了,更投入了,并且尝试着接受和表达两种交流方式。他的精细运动技能得到了改善,下肢痉挛也大大减轻了。注射放松小腿和腿筋的时间间隔从两个月增加到六个月。然而,这些观察仍然是主观的。

2014年10月,马西莫接受了后续的核磁共振扫描。不仅疾病的进展停止了,他大脑的两个区域也有所改善。更重要的是,他现在正努力站起来。去年秋天,他说出了他的第一个字,那就是“妈妈”。

接下来是什么?

在找到22名患有马西莫氏症的患者并确定了5种新疾病之后,瑞安和他的团队下一步要做什么?在努力的过程中,Ryan离开了学术界,加入了Illumina和该公司的临床服务团队。

“我从学术界跳到工业界的原因是,我们如何将这项技术全部投入使用是一个巨大的挑战。我相信我们有道义上的责任让这项技术尽快投入临床。我们必须尽一切努力确保我们测序的基因组的质量尽可能准确——我们称之为变异,为患者和临床医生提供数据的传递机制,从而节省成本。”

Ryan指出,如果全基因组测序是一线筛查测试,那么许多孩子可能不会被误诊。

“我们真的在努力确保Illumina在医学全基因组测序方面绝对是一流的,并能成为我们希望世界将做的事情的典范。”

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