全基因組測序在血液惡性腫瘤中的應用：基因組時代髓系和淋系腫瘤分析
- 研究人員針對急性髓系白血病、骨髓增生異常綜合征、骨髓瘤和慢性淋巴細胞白血病等癌癥的研究大大改善了個性化治療。
- 傳統(tǒng)的檢測方法包括核型、FISH（熒光原位雜交）、染色體微陣列芯片和基因panel。
- 全基因組測序只需一個工作流程就能檢測出與這些疾病相關(guān)的所有關(guān)鍵異常和變異類型。
簡 介
1973年，芝加哥大學的Janet Rowley發(fā)現(xiàn)了慢性髓系白血�。–ML）的細胞遺傳學基礎(chǔ)——在她研究的幾乎每一個細胞中，都發(fā)現(xiàn)了9號染色體和22號染色體之間的易位。這一發(fā)現(xiàn)建立在1959年P(guān)eter Nowell和David Hungerford對CML患者費城染色體的鑒定之上，這標志著首次發(fā)現(xiàn)與癌癥的直接遺傳聯(lián)系。20世紀90年代，分子表征發(fā)現(xiàn)，這種相互易位事件會產(chǎn)生一個融合基因——BCR-ABL1，它來自B細胞受體BCR和ABL1的激酶結(jié)構(gòu)域。BCR-ABL1融合基因的鑒定為靶向治療鋪平了道路。伊馬替尼是首個針對CML中BCR-ABL1蛋白開發(fā)的酪氨酸激酶抑制劑。該藥物于2001年獲得美國食品和藥物管理局批準，標志著癌癥治療進入了一個新紀元，在CML患者中取得了前所未見的成功，五年生存率高達89%。
大多數(shù)CML病例（超過95%）都具有典型的t（9;22）易位特征。其他髓系惡性腫瘤，如急性髓系白血�。ˋML）和骨髓增生異常綜合征（MDS），以及淋巴系惡性腫瘤，如多發(fā)性骨髓瘤（MM）和慢性淋巴細胞白血�。–LL），都具有遺傳異質(zhì)性的特點，變異種類繁多。例如，在AML中，主要的遺傳學發(fā)現(xiàn)包括反復的染色體易位，如t（8;21）、inv（16）和t（15;17），以及FLT3、NPM1、CEBPA、IDH1/2和DNMT3A等基因的突變，這些發(fā)現(xiàn)定義了具有不同預后影響的特定AML亞型。這些基因改變會影響疾病行為、治療反應和風險分級。這種遺傳結(jié)果的多樣性是其他髓系腫瘤和淋巴細胞白血病的典型特征。
白血病治療的一般工作流程包括通過血細胞計數(shù)和骨髓活檢進行初步診斷、分類、使用基因組工具進行風險分級，以及通過化療、干細胞移植和維持療法進行治療。適當?shù)姆诸惡惋L險分級對患者管理至關(guān)重要，對干細胞移植和其他干預措施的關(guān)鍵臨床決策也是必不可少的。
目前，血液腫瘤的基因和分子檢測采用多模式方法，這些實驗室結(jié)果被用于根據(jù)世界衛(wèi)生組織和其他臨床指南對疾病進行分類和風險分級。傳統(tǒng)的細胞遺傳學（核型分析）用于檢測染色體變異，而熒光原位雜交（FISH）則有助于確定特定的重排和隱匿性易位。聚合酶鏈反應（PCR）和逆轉(zhuǎn)錄PCR可檢測特定基因突變（如FLT3、NPM1）和融合轉(zhuǎn)錄本，有助于診斷和監(jiān)測微小殘留�。∕RD）。新一代測序（包括靶向panel）為風險分級提供了全面的突變分析。染色體陣列和光學基因組圖譜方法可在特定情況下使用。
事實證明，全基因組測序（WGS）是一種高效的替代方法，它能提供全面的基因組圖譜，檢測所有相關(guān)的基因異常，包括染色體變化、結(jié)構(gòu)變異以及細胞遺傳學和FISH等傳統(tǒng)方法可能遺漏的隱性突變。由此實現(xiàn)了更有效的分類和風險分級，一項針對AML/MDS的研究表明，與目前的標準檢測方法相比，使用WGS時，近25%的患者獲得額外的診斷結(jié)果，約17%的患者獲得不同的風險分級1。WGS還能幫助新興領(lǐng)域（如基于血漿樣本的MRD檢測）擺脫使用骨髓穿刺液進行檢測的做法。WGS通過統(tǒng)一的工作流程，將多項檢測合并為一項檢測，簡化了診斷流程，周轉(zhuǎn)時間更短，僅需五天左右。雖然WGS在歷史上一直被認為是一種昂貴的檢測方法，但測序成本的降低使其變得更加經(jīng)濟可行。此外，該方法已被納入美國國立綜合癌癥網(wǎng)絡AML/MDS管理指南，并享受醫(yī)療保險報銷。
血液腫瘤WGS概覽
對血液惡性腫瘤進行全面的基因組分析需要評估多種變異類型，包括小變異（單核苷酸變異和插入缺失小于50 bp）、拷貝數(shù)改變（CNA）、結(jié)構(gòu)變異（SV）（如易位）和雜合性缺失（LoH）計算。這些海量信息的分析離不開強大的數(shù)據(jù)分析能力。DRAGEN(Dynamic Read Analysis for GENomics) 是由Illumina因美納開發(fā)的高性能生物信息分析平臺，依托全基因組、全外顯子組、轉(zhuǎn)錄組、甲基化、單細胞等分析模塊，支持精準高效的基因組數(shù)據(jù)分析。
針對血液腫瘤，DRAGEN Somatic WGS Heme Tumor Only方案結(jié)合使用變異檢出、覆蓋深度分析、斷裂端檢測和其他算法，可為血液惡性腫瘤相關(guān)變異提供準確而全面的結(jié)果。
圖1：適用于DRAGEN Somatic的DRAGEN Somatic WGS Heme Tumor Only方案
體細胞變異的檢測能力在很大程度上取決于樣本的測序深度。在圖1中，我們對從癌癥參考細胞系（Seraseq Myeloid Mutation DNA Mix、NOMO-1、Kasumi-1和HCC1187）中提取的DNA進行了滴定實驗，以計算不同覆蓋深度下變異的檢測限（LoD）。140×的覆蓋度可實現(xiàn)等位基因頻率大于或等于5%的小變異檢測限。為保持一致性，表1進一步詳細列出了在140×覆蓋度下評估時其他變異類型的LoD。如圖2所示，根據(jù)特定研究應用的需要，可以通過增加或減少測序覆蓋度來改變LoD。
圖2：不同覆蓋深度小變異的檢測限分析靈敏度（檢測限）
表1：140×覆蓋度下確定的小變異、結(jié)構(gòu)變異、CNA和LoH的分析靈敏度（檢測限）
我們與研究人員合作，對23個患有血液惡性腫瘤的臨床樣本進行了PCR-Free WGS，平均覆蓋度約為220×（見圖3）。我們的團隊在這組樣本中正確檢測出所有臨床相關(guān)的小變異（n=73，包括4個FLT3-ITD）、結(jié)構(gòu)變異以及超過96%的CNA。具體來說，共評估了兩個長度分別約為45 Mb和56 Mb的倒位、8個易位、22個從4.5 Mb到100 Mb的CNA和7個全染色體事件。
為了進一步評估WGS的性能，我們評估了另外30份AML研究參與者的外周血或骨髓穿刺液標本，并將WGS的變異檢出結(jié)果與腫瘤全景變異分析（“NGS大panel”）TruSight Oncology 500的結(jié)果進行了比較。表2匯總了此項研究的結(jié)果，并顯示了相關(guān)變異類型的高性能。
表2：研究隊列中約200×覆蓋度的WGS檢測性能
基因組時代
發(fā)表在《血液》（Blood）雜志上的一篇論文指出：“在髓系腫瘤患者中，全基因組測序有可能取代傳統(tǒng)的細胞遺傳學和測序方法，提供快速、準確的全景變異分析”2。
與傳統(tǒng)方法相比，因美納針對血液惡性腫瘤的全面全基因組測序和信息學解決方案可在單一平臺上實現(xiàn)統(tǒng)一的工作流程，從而提高實驗室效率和臨床療效。從大型染色體重排到單核苷酸變異，每一個細節(jié)都可以通過這一新技術(shù)平臺進行準確評估。
如何開展？
現(xiàn)有的因美納產(chǎn)品和工作流程可用于從血液惡性腫瘤患者的標本中生成全面、高質(zhì)量的基因組。根據(jù)研究情況，從外周血和/或骨髓穿刺樣本中提取的DNA適合作為起始材料。對于體細胞變異的檢測，建議采用更深的平均覆蓋度，因為關(guān)鍵事件可能只出現(xiàn)在部分細胞中。為了達到更高的測序深度，通常使用相對較少的文庫進行混合。
表3：可優(yōu)化血液惡性腫瘤WGS研究的現(xiàn)有因美納產(chǎn)品
參考文獻1.Duncavage EJ, Schroeder MC, O’Laughlin M, et al.Genome Sequencing as an Alternative to Cytogenetic Analysis in Myeloid Cancers.N Engl J Med.2021;384(10):924-935. doi:10.1056/NEJMoa2024534
2.Duncavage EJ, Bagg A, Hasserjian RP, et al.Genomic profiling for clinical decision making in myeloid neoplasms and acute leukemia.Blood.2022;140(21):2228-2247. doi:10.1182/blood.2022015853
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