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陆道培医院分子医学室开展新项目:用转录组测序全面解析血液肿瘤致病融合基因

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近日,陆道培医院分子医学室开展「白血病少见融合基因及融合基因家族成员分析」项目。

该项目用转录组测序全面分析血液肿瘤中的致病融合基因,能够有效分析常见融合基因、融合基因家族和少见、变异型融合基因。项目名称中突出了「少见融合基因」和「融合基因家族」,是为了强调该项目与现有的 PCR 法筛查常见融合基因项目互补,而非替代。

白血病少见融合基因及融合基因家族成员分析

1、项目特点和应用建议

  • 白血病少见融合基因及融合基因家族成员分析

用转录组测序全面分析可能存在的在血液肿瘤中具有病理意义的融合基因;分析内容包括各种可能存在的常见和少见型融合基因,以及常见融合基因的变异型;检测灵敏度约 15%。

需要血液病专业知识和经验丰富的分子病理医师进行结果分析和报告解读。

报告周期较长,约 10-15 个工作日;费用较高,3900 元/项检测。

推荐用于:常见融合基因筛查阴性的患者,进一步分析可能存在的融合基因。

也适用于:初诊和复发白血病患者直接进行全面的融合基因筛查。

  • 白血病融合基因筛查(41 种)

靶向检测相对常见的融合基因和常见的基因型。

报告速度快,1 个工作日;费用较低,1560 元/项检测。

推荐用于:对初诊和复发白血病患者进行常见融合基因筛查。

2、项目开发和分析团队支持

  • 17 年磨一剑,持续改进的项目设计和分析能力

·  融合基因筛查的首倡和持续改进团队

·  超过 2 万例融合基因筛查经验

·  具有综合实力的基因组分析团队

·  超过 1 千例转录组分析实践和高清融合基因图谱数据库支持

血液肿瘤中的融合基因

大多数融合基因是两个正常的基因分别发生断裂,然后错误拼接的产物。如正常的 BCR 基因和 ABL1 基因各自断裂后错误拼接出 BCR-ABL1 融合基因,所产生的 BCR-ABL1 融合蛋白也是正常 BCR 蛋白的一部分与正常 ABL1 蛋白的一部分错误拼接的产物。该融合蛋白的调控和功能发生了紊乱,是导致肿瘤发生,包括慢性粒细胞白血病(CML)、部分急性淋巴细胞白血病(ALL)和少数急性髓性白血病(AML)发生的最关键病因。

陆道培医院分子医学室开展新项目:用转录组测序全面解析血液肿瘤致病融合基因

BCR-ABL1 是当前血液肿瘤中研究最深入,也是靶向治疗最成功的融合基因。伊马替尼、达沙替尼等 BCR-ABL1 靶向药的应用,极大地改善了 CML 的预后,患者的长期生存率已接近总体人群。靶向药的使用还可以帮助 BCR-ABL1 阳性的急性白血病患者获得疗效的改善。

血液肿瘤中还有很多其他的融合基因,也是导致肿瘤发生的主要分子病因,对血液肿瘤的诊断分层、预后评估和治疗选择具有重要意义。因此,目前国际权威的世界卫生组织(WHO)的血液肿瘤分类标准中,已经对数十种融合基因阳性的血液肿瘤分别单独分类,即直接用对应的融合基因来命名白血病的分类,如「BCR-ABL1 阳性的 AML」等。

陆道培医院分子医学室开展新项目:用转录组测序全面解析血液肿瘤致病融合基因

血液肿瘤中融合基因种类众多,目前文献中已报道的已有上千种,最新版 WHO 分类标准中明确列出的融合基因有 110 多种。每种融合基因的特点不同,发生率也有很大差异,有的常见,而更多融合基因单个罕见。同一融合基因也可能有多种序列,如 CBFB-MYH11 有十多种不同的基因型、BCR-ABL1 已报道有数十种变异型。有的基因还可能与多种伙伴基因发生融合,如 KMT2A(MLL)已报道的伙伴基因已超过 200 种,PDGFRB 的伙伴基因已有数十种。

融合基因筛查的发展历史

约 20 年前,血液肿瘤中已报道的融合基因已经有数十种,它们的重要意义也已经被认可。但临床如何有效地检测越来越多的融合基因成为新的问题。当时北京大学第一医院的朱平教授较早认识到:对初诊白血病患者先进行多种常见的融合基因筛查,然后针对阳性的融合基因定期监测,是临床应用最经济有效的方式。

但纳入筛查的目标融合基因的选择、实验平台和方法的选择以及检测方案的设计都是复杂而具挑战性的工作。朱平教授带领研究生们率先在国内开展融合基因筛查的检测方案开发、相关研究和应用推广(中华血液学杂志,2003; 北京大学学报 (医学版),2005),经过十多年的推广应用,对初诊白血病患者进行常见融合基因筛查现已被广泛接受为血液肿瘤的诊疗常规。

刘红星于 2003 年进入北京大学攻读硕士研究生,在导师朱平教授指导下从事阵列式 PCR 基因芯片和融合基因筛查方案的开发研究,并改进了融合基因筛查方案,使之更加高效和实用(北京大学硕士研究生论文,2006; 中华医学杂志,2007;军民两用技术与产品,2007)。

2006 年硕士毕业后,刘红星加入陆道培医学团队,继续推广融合基因筛查的应用并指导项目的持续改进。包括通过多项技术发明,使整个检测流程更稳定高效;通过新扩增酶的使用和优化的实验流程设计,大幅缩短检测时间,加快报告速度;根据研究进展,合理增加所检测的融合基因等。

朱平教授的博士研究生陈雪,2011 年开始进入陆道培医院分子医学室从事科研课题研究,2015 年博士毕业后留在陆道培医院,主要负责融合基因项目的报告和持续改进。她对陆道培医院和北京大学第一医院的超过 2 万例融合基因筛查数据的回顾分析发表于国际学术期刊(Leukemia Research,2018; Leukemia & Lymphoma,2019; Cancer Gene Therapy,2020),影响 BCR-ABL1 靶向治疗的基因多态性研究发表于 Nature Medicine(2014)。

团队关于融合基因的相关研究还包括对变异型 BCR-ABL1 的检测和研究(中华临床医师杂志 (电子版),2008; 中华医学杂志,2009)、提出「融合基因家族」的概念(中华医学杂志,2019; International Journal of Medical Reviews,2019)等,正式发表的学术论文已有 20 多篇。

 

陆道培医院分子医学室开展新项目:用转录组测序全面解析血液肿瘤致病融合基因

但血液肿瘤融合基因种类繁多,存在复杂的序列变异情况;并且融合基因的总体分布存在显著的长尾现象,即少见甚至罕见的融合基因,他们单个发生率低,但总数并不少。这些特点都为全面有效鉴定血液肿瘤患者中可能存在的融合基因带来挑战。常见的几十种融合基因筛查在初诊 AML 中的阳性率约 41%,ALL 中阳性率约 29%(Leukemia Research,2018; Leukemia & Lymphoma,2019)。

对于一多半常见融合基因筛查阴性的血液肿瘤患者,有必要应用新的方法帮助他们确定是否存在较为少见,但对该患者具有重要临床诊疗指导意义的融合基因。这不是通过简单的增加融合基因检测数目可以解决的问题,需要方法学的革新。

陆道培医院分子医学室开展新项目:用转录组测序全面解析血液肿瘤致病融合基因

基于基因组(转录组)测序的全面的融合基因分析

近年来分子生物学的一大进展是基因组测序技术的成熟和推广应用。转录组测序是基因组测序的一种形式,理论上可以分析所有形成融合转录本的融合基因序列。但转录组测序也带来新的挑战:每一份标本测序所得到的数据信息量达到 10 G(可粗略理解为 1 份测序数据所占用的硬盘空间),对应约 110 亿个碱基的序列信息,而其中用以判定关键融合基因的碱基序列仅数千或数百个。

 

陆道培医院分子医学室开展新项目:用转录组测序全面解析血液肿瘤致病融合基因

所以从转录组数据中分析融合基因序列,如同从浩瀚的星空背景中,捕捉微弱但关键的遥远的黑洞相关的信号。转录组分析融合基因,是一个从海量的基因序列背景中,发现少量关键基因序列的过程。而且,海量的测序背景中,还会有一些非致病的基因融合序列存在,如何正确判断和解读融合序列的临床病理意义非常重要。

陆道培医院分子医学室开展新项目:用转录组测序全面解析血液肿瘤致病融合基因

陆道培医院分子医学室自 2017 年 11 月开始建设基因组分析团队,团队成员分别具有检测技术、生物信息分析、分子病理医师和临床药理学专业背景,共同分析和解读基因组测序所得到的海量基因序列中的临床意义。

在转录组测序用于融合基因分析的项目开发过程中,陆道培分子医学室分析了一千多例急性白血病转录组测序数据和临床资料。已新鉴定数百个具有重要临床意义的少见或罕见型融合基因,并且构建了一个「高清」的血液肿瘤融合基因图谱。

部分成果已发表学术论文与同行分享,包括:对少见型融合基因的鉴定(British Journal of Haematology,2019,2020; Molecular Genetics & Genomic Medicine,2020; British Journal of Cancer,2019);结合基因组测序揭示 MN1 基因易位和导致的基因融合和过表达规律(Cancer Gene Ther,2020)等。

陆道培医院分子医学室开展新项目:用转录组测序全面解析血液肿瘤致病融合基因

这个高清的融合基因图谱将为转录组分析融合基因提供很好的参考地图,而我们提出的「融合基因家族」的概念可以更好地帮助明确方向。两者结合起来,可以帮助我们更好地「按图索骥」。基于一千例数据的高清融合基因图谱、成熟的生物信息分析流程、具有丰富血液病知识和融合基因分析经验的分子病理医师和临床药师,是我们面向临床开展转录组分析融合基因项目的基础。

以卓越的团队实力促进血液病诊疗进展

陆道培医院分子医学室开展新项目:用转录组测序全面解析血液肿瘤致病融合基因

感谢朱平教授和他的研究生们倡导和持续推进血液肿瘤融合基因筛查。陆道培医院分子医学团队将结合技术和研究的进展,以及不断积累的工作经验,持续优化和改进我们的检测服务,帮助血液病患者得到更好的诊断和治疗。

 

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