作者：林佑軒/有勁基因

 

　　「罕見疾病」1，指的是盛行率在萬分之一以下的疾病；這些疾病的患者約有5到7成是兒童，且患者體內經常出現多重器官系統的嚴重異常狀況。依照統計，約有三分之一的罕病兒童無法活過五歲年齡2；而照顧罕病兒童的這段期間，對任何家庭而言都是非常辛苦的，因此多少也會對父母親後續的生育意願造成影響。罕見疾病目前約有8成被認為是基因變異所造成3，基因檢測除了可以幫助找出確切致病的原因、協助醫師選擇適當的治療方式之外，也對病童父母未來的生育計劃有正面的鼓勵作用。

 

　　傳統臨床基因檢測主要有單基因檢測(single-gene tests)與細胞遺傳檢測(cytogenetic tests)兩類4。單基因檢測主要是利用桑格定序法(Sanger sequencing)或其他基因型分型(genotyping) 方法去針對特定的基因進行檢測，這類的基因檢測較適合用在特定單一基因異常所導致的疾病上，而該疾病的病徵必須非常明確且容易判別，醫師才能從病徵評估出可能發生異常的基因，然後決定以單基因檢測來作為確診的工具。細胞遺傳檢測則主要用來分析染色體倍數或結構是否有異常發生；常見的檢測方法例如：「核型分析(karyotype)」，此法是透過特殊染色方法(例如G顯帶G-banding)將染色體染色，然後利用顯微鏡去觀察染色體的形態是否有發生變化。細胞遺傳檢測能檢測出染色體多倍體之類的疾病，例如唐氏症；也能確認染色體是否發生大片段增加、缺失或易位的狀況。細胞遺傳檢測的另一種常見檢測方法是「微陣列檢測(microarray)」，此法能透過鑲有數千或數萬個核酸探針的晶片去偵測比核型分析能測得的更小片段的染色體倍數或結構異常。與核型分析的5百萬至7百萬鹼基對(5-7 Mb)解析度相比，微陣列檢測能針對5萬至10萬鹼基對 (50-100 kb)左右的小片段，偵測出有可能致病的拷貝數變異(copy number variants; CNVs)。

 

　　傳統臨床基因檢測大多需要先從病徵去推測可能的病因與發生異常的基因。然而有許多疾病很難從病徵去預先推測出來，若想利用傳統的臨床基因檢測去確認可能的疾病與致病基因，會需要針對所推測的不同基因去不斷嘗試檢測，除了得花很多時間之外，最終仍可能無法確認是哪些基因發生異常，這對罕病患者及其家庭而言，是非常艱熬的過程。

 

　　相較之下，次世代定序技術能在短時間內定序出大量DNA序列；針對病徵複雜、難以推測可能病因的患者，還可以透過全基因體定序(whole genome sequencing; WGS)或全外顯子定序(whole exome sequencing; WES)，再配合生物資訊分析，於短時間內找出患者基因體中的所有變異(variants)。除此之外，WGS與WES也能偵測拷貝數變異以及其他染色體倍數或結構異常所造成的疾病；因此，WGS與WES被認為是檢測複雜病徵致病原因的重要方法。

 

　　正因為WGS與WES能提供大量的患者基因序列，要如何從多達數千或數萬個可疑的變異位點或染色體結構異常中，確實找出導致疾病的基因，這後續的判斷診斷既重要且困難。醫療團隊必須要去比對患者的所有病徵，先將較不相關的基因排除；還需分析患者的家族史，推測出可能的遺傳模式，再將不符合該遺傳模式的變異排除。在診斷過程中，甚至可能連患者的父母也需要一併進行WGS或WES檢測；在經過複雜的篩選程序後，才有機會定位出最可能致病的基因，最後再輔以傳統的臨床基因檢測作為驗證。目前雖然已有許多資料庫與分析軟體可以協助判斷最有可能的致病原因，但整個過程仍然需要具相當經驗的醫療團隊來進行判讀；而且最後仍有可能會因為致病基因資料庫的資料不足，而找不出致病原因。

 

　　傳統臨床基因檢測與次世代定序技術所延伸出的基因檢測，各有特色(如圖一所示) 4。目前還沒有任何技術能全面適用於所有罕見疾病的檢測；因此醫療團隊仍然需要審視患者病徵，判斷可能涉及致病的變異基因數量，然後再參考個別檢測法的特性，去選擇最適當的檢測方法(如圖二所示)。例如：從患者的病徵若推測罹患囊腫性纖維化(Cystic Fibrosis)，則可使用單基因檢測技術去確認第7對染色體長臂上的囊腫纖維化跨膜傳導調節蛋白基因(cystic fibrosis transmembrane conductance regulator; CFRT) 是否有發生變異。若患者疑似罹患聽力障礙，因已知有超過一百個可能的致病基因，無法以單一基因檢測的方法逐一確認，所以較合適的測試方式為基因組(gene panel)檢測；先利用特殊設計的探針(probe)或引子(primer)，透過捕獲(capture)或增幅(amplification)的方式將和遺傳性聽力障礙有關的變異區域分離出來，再用次世代定序去分析出可能的變異位點，如此一來，便能有效確實地找出導致聽力障礙的變異基因。若患者出現智力障礙(Intellectual disability)的病徵，由於和引發智力障礙有關的基因數量非常多，因此難以事先推測出可能的基因變異位點。倘若醫療團隊從其他病徵也無法判斷出可能病因，那麼就可以考慮採用WGS或WES檢測，從大量的基因定序資料中，搜尋出所有可能的基因變異，再依照患者病徵、其他臨床檢測數據、可能的遺傳模式、或致病基因資料庫的比對結果，去篩選出最有關聯的致病基因。

 

圖一、各種基因檢測方法特色比較

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各種基因檢測方法皆有不同的特色，由左至右依照檢測解析度(由低至高)列出五種常見的檢測方法。針對染色體倍數異常(Aneuploidy, polyploidy)或結構異常(Entire chromosome)的檢測，用低解析度的檢測方法就可以了。但若需要檢測小片段的拷貝數變異(Copy number variants)或是基因序列上的基因變異，便需要使用具高解析度的檢測方法。解析度越高，就能偵測到越多的基因變異，也更有機會得到檢測前未曾預期到的意外發現(Incidental findings)。由於解析度越高的檢測能夠提供較多的資訊，檢測費用也因此較昂貴。(圖片來源：Wright, C.F. et al., Nat Rev Genet. 2018 Feb;19(5):253-268.)

 

 

圖二、如何選擇合適的基因檢測

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X軸由左至右為可能涉及致病的基因數量，Y軸代表從病徵做出的判斷是否能高度專一性地連結到某特定疾病。越靠近圖的左下方，代表越能從病徵明確地判斷出特定疾病，而涉及該疾病的變異基因數量也較低。右上方(例如：Intellectual disability)則代表難以從病徵專一性地連結到特定疾病，且和該病徵有關的基因變異，涉及的基因數量很多。單一基因檢測(Single gene diagnostic testing)適合用來偵測靠近左下方的病徵案例。若可能致病的基因多達上百個，則基因組檢測(Gene panel diagnostic testing)為較合適的檢測方法。圖片右上方的病徵則適合採用WES或WGS去做較全面性的基因變異檢測。(圖片來源：Wright, C.F. et al., Nat Rev Genet. 2018 Feb;19(5):253-268.)

 

 

　　相較於傳統的臨床基因檢測，次世代定序技術所發展出的WES與WGS檢測方法有機會協助找出過去未知的致病原因。然而，要從龐大的變異基因資料中找出真正導致疾病的基因並不容易，醫療團隊因此需要具備相當程度的實際經驗。畢竟一旦判斷錯誤，就有可能造成後續治療無效、甚或醫療糾紛；所以對於WES與WGS的臨床應用，需要訂定更精確的篩選原則與施行準則4，如此才能有效協助罕見疾病的進階診斷。

 

　　臺灣罕見疾病基金會長年關注罕病患者及其家庭，提供社會關懷、醫療諮詢、罕病研究、促進政府制定相關保障政策等服務。該基金會所製作的20周年系列紀錄片《翻轉罕見人生：罕病20周年紀錄片》5，介紹許多罕病患者的故事、以及罕見疾病從發現到後續治療的相關內容，可以讓更多人對罕見疾病有更進一步的認識。

 

參考文獻

1. 衛生福利部國民健康署婦幼健康組 (2020 年3月)。罕見疾病問答集：什麼是罕見疾病？檢自：https://www.hpa.gov.tw/Pages/Detail.aspx?nodeid=805&pid=4298

2. European Organisation for Rare Diseases. (2005 Nov). Rare Diseases: Understanding this Public Health Priority. Retrieved from EURORDIS https://www.eurordis.org/publication/rare-diseases-understanding-public-health-priority

3. Amberger, J. et al. Mckusick′s online mendelian inheritance in man (OMIM®). Nucleic Acids Res. 2009 Jan; 37(Suppl 1):D793-D796. Retrieved from https://doi.org/10.1093/nar/gkn665

4. Wright, C.F. et al. Paediatric genomics: diagnosing rare disease in children. Nat Rev Genet. 2018 Feb; 19(5):253-268. Retrieved from https://doi.org/10.1038/nrg.2017.116

5. 臺灣罕見疾病基金會(2019年10月16日)。翻轉罕見人生：罕病20周年紀錄片。摘自：https://www.youtube.com/playlist?list=PLHFGLT4RZ7-crCLF3EeE0gw3CAHK_0mzw

 

 

 

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