全外显子测序在儿科复杂遗传病诊断中的应用
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21698例不明原因发育迟缓、低智，孤独症，多发畸形 芯片（CMA)检测：诊断率15%-20% 核型分析：诊断率仅3%
发育障碍和智力低下等先天缺陷疾病首选CMA
当前国际公认的基因变异临床解释指南： 美国遗传学与基因组学学会指南
诊断率(25%)高于核型分析(3%)， CMA(15-20%)等其他分子检测方法 4位患者是双诊断(250例患者) Incidental findings: 30例有医疗可控的 偶尔发现；13例患者是携带者状态 (ACMG推荐的携带者筛查panel) 许多患者做了核型，CMA， DNA甲 基化，代谢筛查，基因panel或者联合 检测，整体费用是全外检测的3倍多， 并且耗时也长 即使是临床诊断明确的疾病，做了相 应基因panel，也没有发现病因，原因 是新鉴定的与该疾病相关的基因没有在 该基因panel中。 全外数据可以再分析，再解读：诊断 率会提高 N Engl J Med. 2013 Oct 17;369(16):1502-11.
Fu et al. Identification of copy number variation hotspots in human population Am J Hum Genet. 2010;87(4):494-504.
Evolving research and diagnostic tools 研究与诊断技术的演变
Crouzon syndrome
病例5
男 7岁 中度智力低下 运动发育迟缓：现不能独走 肌张力低下，肌肉萎缩 语言发育迟缓 排除SMA, DMD 芯片检测：阴性
全外检测结果：
Hom chrX:73745597 G>T, SLC16A2, NM_006517.4:c.1039G>T (p.Glu347Ter) Allan-Herndon-Dudley syndrome
细胞培养
5-10Mb Yes
需要
致病基因区域20Kb 可精确到单核苷酸
变异
比核型分析检测嵌 Yes
合体更加真实、可
靠
不需要
不需要
产后出生缺陷患儿遗传病诊断
1. 用于检测CNV的染色体芯片（CMA)在 下列情况应作为一线检测手段 非已知综合症的多发畸形 非综合症型的发育迟缓/智力低下 孤独症谱系疾病
Allan-Herndon-Dudley syndrome只发生在男性，是一种影响 脑发育的疾病，会导致中度到重度的智力低下，运动障碍， 语言发育迟缓，肌张力低下，肌萎缩。随着年龄增长，通常 会发展成关节畸形，限制关节运动。肌强直，肌萎缩，会发 生不自主运动。患儿不能独立行走，往往需要轮椅。
病例6
19
临床表型 智力低下 发育迟缓 多发畸形
自闭症 癫痫 两个系统的异常 三个或以上系统的异常
例数 169 296 116
123 127 523 646
阳性率 16.0% 25.0% 26.7%
7.3% 7.9% 29.1% 33.9%
病例分享
病例1
女 2岁 生长发育：身高：85cm(normal) 体重：9.7kg(-1.8SD)
染色体核型分析 染色体芯片
全外显子测序
拷贝数变异
染色体数目异常和 染色体数目异常和 可以检测拷贝数变
显微镜下可见的大 微缺失、微重复结 异, 但不能检测染
片段缺失、重复 构异常，并能够精 色体大片段缺失与
确定位
重复
单核苷酸变异 No
No
Yes
单亲二倍体 No
Yes
No
近亲结婚
No
Yes
No
分辨率 嵌合体
Monogenic disorders Dominant (4,000) Recessive (3,000)
Multigenic disorders Genes + Environments
CNV与人类疾病密切相关
拷贝数变异(copy number variants, CNVs)指大于1 kb染色体变异（基因组
NGS
Cytogenomics BP resolution, genome-wide
CNV, SNP and SV
Cytogenetics
Changes in copy number and regional homozygosity
Chromosomal alterations
核型分析，染色体芯片和全外显子测序技术比较
2. 进一步明确发育迟缓、语言发育落后和 其他尚不明确遗传学病因的症状
3. 对于一些CMA检出不平衡的病例，建议 用细胞遗传/FISH进行确认，同时对父 母进行临床遗传评估和咨询
产后出生缺陷患儿遗传病诊断
The American Journal of Human Genetics 86, 749–764, May 14, 2010
头围： 45 cm (-2SD) 运动发育迟缓： 3个月抬头，8个月独坐，18个月走路 语言发育迟缓：无有意义语言 认知障碍 癫痫： 3个月开始癫痫，呈持续状态，多巴金+开普兰控制 不佳，频繁换药 CMA （-）
全外检测结果：
chrX:99662473 C>G, PCDH19 NM_001184880: c.1123G>C, p. Asp375His
Genet Med. 2018 Jun;20(6):645-654.
Genet Med. 2016 Sep;18(9):898-905.
由于临床表型的 复杂性，靶向检 测应用于临床检 测是很困难的； 此外有很多基因 是novel（在本研 究中43%变异在 2010年或之后新 发现的）或者 ultra-rare (例如 AKT3, GRIN2B, ADNP, FOLR1, CACNA1D, ARID1B, SOX5, SCN3A, UBA5; 基因),或者之前未 报道与癫痫相关 的基因（SOX5, UBA5）。
出生缺陷
出生缺陷
遗传因素
染色体异常（所有新生儿中，染色 体异常占少 数为新发）
环境因素（理、化、生物因素、生活方式）
遗传+环境因素
遗传病：遗传物质发生突变所引起的疾病。 种类：确定的遗传疾病超过7000种。
① 单基因病--涉及一对基因，AR、AD、XR、XD、Y连锁遗传病。隐性 遗传4000，显性遗传3000。 ② 多基因病--多对基因和环境共同作用所导致的疾病。 ③ 染色体病--数目异常及结构异常引起的疾病。 ④ 体细胞遗传病--体细胞突变如肿瘤。 ⑤ 线粒体病--线粒体功能异常为主要起因的一大类疾病。 特征：垂直传递、终生性、发病率低、危害严重、家族性发病、多无有效治 疗。成为危害人类健康的主要疾病。
全外显子测序在儿科复杂遗传病 诊断中的应用
东莞市妇幼保健院生殖与遗传研究所 医学优生遗传科 袁海明
出生缺陷
也称先天异常，是指由于遗传因素、环境因素或两者共同作用于孕前或 孕期，引起胚胎或胎儿在发育过程中发生解剖学结构和/或功能上的异常。 2012年卫生部统计我国出生缺陷率达5.6%，每年新增出生缺陷患儿90120万例。 随着二胎政策的全面放开，孕妇年龄增加及环境因素影响，估计出生缺 陷数量还会增加。 保守估计，我国有上千万的罕见病群体，几乎无法得到有效诊断和治疗 ，甚至遭到严重歧视。
病例4
患者信息 女 2岁 生长发育：身高 80 cm (-2SD) 体重 10.5 kg (-1.6SD) 头围 45.5 cm (-1.5SD) 运动发育：正常 语言发育：单音或2个音节 智力发育：稍低于同龄 颅缝早闭 特殊面容
芯片结果：正常 全外检测结果：chr10:123279599C>A, FGFR2, NM_022970.3:c.833G>T (p.Cys278Phe)
Front Genet. 2018 Feb 7;9:20.
70-80%癫痫是由遗传 因素导致
由于基因panel所包含 基因数量和特异性的问 题从而影响检出率
全外显子测序能够快 速鉴定致病基因并且对 治疗方案的选择提供有 价值的信息
CNV detection rate in seizure patients
PCDH19:癫痫性脑病 - 智力低下 - 发育迟缓 - 50%患者发育倒退 - 癫痫，伴发热 - 自闭症行为 - 攻击性行为 - 强迫性的特征 - 精神异常 司替戊醇可有效治疗
病例2
患者信息 女 2岁 癫痫 精神发育迟缓
全外检测结果：
NM_015192.3(PLCB1):c.783dupA (p.Leu262fs) 杂合
Genetic/Genomic Disorders
Genomic disorders (number) Trisomy 21 Trisomy 18 Trisomy 13 Mosaic trisomies of other chromosomes
Genomic disorders (structure) More than 400 known disorders
INHERITANCE- Autosomal recessive NEUROLOGIC Central Nervous System - 复发难治性癫痫 - 肌张力低下 - 精神运动发育迟缓 - 发育倒退 - Two unrelated patients have been reported (last curated December 2012)
变异），包括核型分析检测不到的基因组微缺失和微重复，被发现广泛存
在于人类基因组中。已有大量研究证实CNVs与许多疾病相关，包括数百
种染色体微缺失、微重复综合征，是先天畸形和神经发育障碍的主要遗传
病因，包括智力低下，发育迟缓，多发畸形，自闭症 ，癫痫，肥胖，先心
病，精神分裂症等。
Feuk et al. Hum Mol Genet, 2006,15(1):R57–66. Freeman et al. Genome Res, 2006, 16:949–961. Friedman et al. Am J Hum Genet, 2006, 79:500–513. Wagenstaller et al. Am J Hum Genet, 2007, 81:768–779. Marshall et al. Am J Hum Genet, 2008, 82:477–488. Sebat et al. Science, 2007, 316:445–449. The Autism Genome Project Consortium. Nat Genet, 2007, 39:319– 328. Stefansson et al. Nature, 2008, 455:232–236. Walsh et al. Science, 2008, 320:539–543.
正常 人
携带 者
父亲 母亲
父亲 母亲
患者
受检者为 患者
受检者为携带 者
通过父母验证证实母亲携带NM_015192.3(PLCB1):c.783dupA (p.Leu262fs) 杂合突变； 父亲携带chr20:8,346,227-8,600,159杂合缺失涉及PLCB1基因
病例3
患者信息 女 3岁 生长发育：身高90cm (-1.6SD) 体重10kg (<-3SD) 头围43cm (<-3SD) 运动发育：不能走路 语言发育：无语言 发育倒退 肌张力低下 特殊面容：小头，宽眼距，眼睑下垂，伸舌，下嘴唇厚，牙齿发育不良 行为：ADHD，喜欢玩手。 肌张力低下
母亲高龄41岁
Het chrX:153296471 G>A, MECP2, NM_001110792.1:c.844C>T (p.Arg282Ter) Rett syndrome:
出生后6-18月可有正常的发育 严重的语言发育迟缓，脑发育异常，严重智力低下 发育迟缓，小头 自闭症，刻板的没有目的玩手 呼吸问题 癫痫 磨牙 脊柱侧凸和睡眠障碍
女，1岁 生长发育：身高73cm (N) ，体重7.5Kg(-2SD), 头围 45cm (N) 运动发育：5月抬头，9月独坐，精细运动相当于5.5M 语言发育：无有意义语言 认知障碍 特殊面容：前额突出，宽眼距，牙齿发育不良，张口
芯片检测：阴性
全外检测结果：
chr6:42975003 G>A, PPP2R5D, NM_001270476: c.592G>A (p.Glu198Lys)
发育障碍和智力低下等先天缺陷疾病首选CMA
当前国际公认的基因变异临床解释指南： 美国遗传学与基因组学学会指南
诊断率(25%)高于核型分析(3%)， CMA(15-20%)等其他分子检测方法 4位患者是双诊断(250例患者) Incidental findings: 30例有医疗可控的 偶尔发现；13例患者是携带者状态 (ACMG推荐的携带者筛查panel) 许多患者做了核型，CMA， DNA甲 基化，代谢筛查，基因panel或者联合 检测，整体费用是全外检测的3倍多， 并且耗时也长 即使是临床诊断明确的疾病，做了相 应基因panel，也没有发现病因，原因 是新鉴定的与该疾病相关的基因没有在 该基因panel中。 全外数据可以再分析，再解读：诊断 率会提高 N Engl J Med. 2013 Oct 17;369(16):1502-11.
Fu et al. Identification of copy number variation hotspots in human population Am J Hum Genet. 2010;87(4):494-504.
Evolving research and diagnostic tools 研究与诊断技术的演变
Crouzon syndrome
病例5
男 7岁 中度智力低下 运动发育迟缓：现不能独走 肌张力低下，肌肉萎缩 语言发育迟缓 排除SMA, DMD 芯片检测：阴性
全外检测结果：
Hom chrX:73745597 G>T, SLC16A2, NM_006517.4:c.1039G>T (p.Glu347Ter) Allan-Herndon-Dudley syndrome
细胞培养
5-10Mb Yes
需要
致病基因区域20Kb 可精确到单核苷酸
变异
比核型分析检测嵌 Yes
合体更加真实、可
靠
不需要
不需要
产后出生缺陷患儿遗传病诊断
1. 用于检测CNV的染色体芯片（CMA)在 下列情况应作为一线检测手段 非已知综合症的多发畸形 非综合症型的发育迟缓/智力低下 孤独症谱系疾病
Allan-Herndon-Dudley syndrome只发生在男性，是一种影响 脑发育的疾病，会导致中度到重度的智力低下，运动障碍， 语言发育迟缓，肌张力低下，肌萎缩。随着年龄增长，通常 会发展成关节畸形，限制关节运动。肌强直，肌萎缩，会发 生不自主运动。患儿不能独立行走，往往需要轮椅。
病例6
19
临床表型 智力低下 发育迟缓 多发畸形
自闭症 癫痫 两个系统的异常 三个或以上系统的异常
例数 169 296 116
123 127 523 646
阳性率 16.0% 25.0% 26.7%
7.3% 7.9% 29.1% 33.9%
病例分享
病例1
女 2岁 生长发育：身高：85cm(normal) 体重：9.7kg(-1.8SD)
染色体核型分析 染色体芯片
全外显子测序
拷贝数变异
染色体数目异常和 染色体数目异常和 可以检测拷贝数变
显微镜下可见的大 微缺失、微重复结 异, 但不能检测染
片段缺失、重复 构异常，并能够精 色体大片段缺失与
确定位
重复
单核苷酸变异 No
No
Yes
单亲二倍体 No
Yes
No
近亲结婚
No
Yes
No
分辨率 嵌合体
Monogenic disorders Dominant (4,000) Recessive (3,000)
Multigenic disorders Genes + Environments
CNV与人类疾病密切相关
拷贝数变异(copy number variants, CNVs)指大于1 kb染色体变异（基因组
NGS
Cytogenomics BP resolution, genome-wide
CNV, SNP and SV
Cytogenetics
Changes in copy number and regional homozygosity
Chromosomal alterations
核型分析，染色体芯片和全外显子测序技术比较
2. 进一步明确发育迟缓、语言发育落后和 其他尚不明确遗传学病因的症状
3. 对于一些CMA检出不平衡的病例，建议 用细胞遗传/FISH进行确认，同时对父 母进行临床遗传评估和咨询
产后出生缺陷患儿遗传病诊断
The American Journal of Human Genetics 86, 749–764, May 14, 2010
头围： 45 cm (-2SD) 运动发育迟缓： 3个月抬头，8个月独坐，18个月走路 语言发育迟缓：无有意义语言 认知障碍 癫痫： 3个月开始癫痫，呈持续状态，多巴金+开普兰控制 不佳，频繁换药 CMA （-）
全外检测结果：
chrX:99662473 C>G, PCDH19 NM_001184880: c.1123G>C, p. Asp375His
Genet Med. 2018 Jun;20(6):645-654.
Genet Med. 2016 Sep;18(9):898-905.
由于临床表型的 复杂性，靶向检 测应用于临床检 测是很困难的； 此外有很多基因 是novel（在本研 究中43%变异在 2010年或之后新 发现的）或者 ultra-rare (例如 AKT3, GRIN2B, ADNP, FOLR1, CACNA1D, ARID1B, SOX5, SCN3A, UBA5; 基因),或者之前未 报道与癫痫相关 的基因（SOX5, UBA5）。
出生缺陷
出生缺陷
遗传因素
染色体异常（所有新生儿中，染色 体异常占少 数为新发）
环境因素（理、化、生物因素、生活方式）
遗传+环境因素
遗传病：遗传物质发生突变所引起的疾病。 种类：确定的遗传疾病超过7000种。
① 单基因病--涉及一对基因，AR、AD、XR、XD、Y连锁遗传病。隐性 遗传4000，显性遗传3000。 ② 多基因病--多对基因和环境共同作用所导致的疾病。 ③ 染色体病--数目异常及结构异常引起的疾病。 ④ 体细胞遗传病--体细胞突变如肿瘤。 ⑤ 线粒体病--线粒体功能异常为主要起因的一大类疾病。 特征：垂直传递、终生性、发病率低、危害严重、家族性发病、多无有效治 疗。成为危害人类健康的主要疾病。
全外显子测序在儿科复杂遗传病 诊断中的应用
东莞市妇幼保健院生殖与遗传研究所 医学优生遗传科 袁海明
出生缺陷
也称先天异常，是指由于遗传因素、环境因素或两者共同作用于孕前或 孕期，引起胚胎或胎儿在发育过程中发生解剖学结构和/或功能上的异常。 2012年卫生部统计我国出生缺陷率达5.6%，每年新增出生缺陷患儿90120万例。 随着二胎政策的全面放开，孕妇年龄增加及环境因素影响，估计出生缺 陷数量还会增加。 保守估计，我国有上千万的罕见病群体，几乎无法得到有效诊断和治疗 ，甚至遭到严重歧视。
病例4
患者信息 女 2岁 生长发育：身高 80 cm (-2SD) 体重 10.5 kg (-1.6SD) 头围 45.5 cm (-1.5SD) 运动发育：正常 语言发育：单音或2个音节 智力发育：稍低于同龄 颅缝早闭 特殊面容
芯片结果：正常 全外检测结果：chr10:123279599C>A, FGFR2, NM_022970.3:c.833G>T (p.Cys278Phe)
Front Genet. 2018 Feb 7;9:20.
70-80%癫痫是由遗传 因素导致
由于基因panel所包含 基因数量和特异性的问 题从而影响检出率
全外显子测序能够快 速鉴定致病基因并且对 治疗方案的选择提供有 价值的信息
CNV detection rate in seizure patients
PCDH19:癫痫性脑病 - 智力低下 - 发育迟缓 - 50%患者发育倒退 - 癫痫，伴发热 - 自闭症行为 - 攻击性行为 - 强迫性的特征 - 精神异常 司替戊醇可有效治疗
病例2
患者信息 女 2岁 癫痫 精神发育迟缓
全外检测结果：
NM_015192.3(PLCB1):c.783dupA (p.Leu262fs) 杂合
Genetic/Genomic Disorders
Genomic disorders (number) Trisomy 21 Trisomy 18 Trisomy 13 Mosaic trisomies of other chromosomes
Genomic disorders (structure) More than 400 known disorders
INHERITANCE- Autosomal recessive NEUROLOGIC Central Nervous System - 复发难治性癫痫 - 肌张力低下 - 精神运动发育迟缓 - 发育倒退 - Two unrelated patients have been reported (last curated December 2012)
变异），包括核型分析检测不到的基因组微缺失和微重复，被发现广泛存
在于人类基因组中。已有大量研究证实CNVs与许多疾病相关，包括数百
种染色体微缺失、微重复综合征，是先天畸形和神经发育障碍的主要遗传
病因，包括智力低下，发育迟缓，多发畸形，自闭症 ，癫痫，肥胖，先心
病，精神分裂症等。
Feuk et al. Hum Mol Genet, 2006,15(1):R57–66. Freeman et al. Genome Res, 2006, 16:949–961. Friedman et al. Am J Hum Genet, 2006, 79:500–513. Wagenstaller et al. Am J Hum Genet, 2007, 81:768–779. Marshall et al. Am J Hum Genet, 2008, 82:477–488. Sebat et al. Science, 2007, 316:445–449. The Autism Genome Project Consortium. Nat Genet, 2007, 39:319– 328. Stefansson et al. Nature, 2008, 455:232–236. Walsh et al. Science, 2008, 320:539–543.
正常 人
携带 者
父亲 母亲
父亲 母亲
患者
受检者为 患者
受检者为携带 者
通过父母验证证实母亲携带NM_015192.3(PLCB1):c.783dupA (p.Leu262fs) 杂合突变； 父亲携带chr20:8,346,227-8,600,159杂合缺失涉及PLCB1基因
病例3
患者信息 女 3岁 生长发育：身高90cm (-1.6SD) 体重10kg (<-3SD) 头围43cm (<-3SD) 运动发育：不能走路 语言发育：无语言 发育倒退 肌张力低下 特殊面容：小头，宽眼距，眼睑下垂，伸舌，下嘴唇厚，牙齿发育不良 行为：ADHD，喜欢玩手。 肌张力低下
母亲高龄41岁
Het chrX:153296471 G>A, MECP2, NM_001110792.1:c.844C>T (p.Arg282Ter) Rett syndrome:
出生后6-18月可有正常的发育 严重的语言发育迟缓，脑发育异常，严重智力低下 发育迟缓，小头 自闭症，刻板的没有目的玩手 呼吸问题 癫痫 磨牙 脊柱侧凸和睡眠障碍
女，1岁 生长发育：身高73cm (N) ，体重7.5Kg(-2SD), 头围 45cm (N) 运动发育：5月抬头，9月独坐，精细运动相当于5.5M 语言发育：无有意义语言 认知障碍 特殊面容：前额突出，宽眼距，牙齿发育不良，张口
芯片检测：阴性
全外检测结果：
chr6:42975003 G>A, PPP2R5D, NM_001270476: c.592G>A (p.Glu198Lys)