臨床基因檢測

許多基因組檢測方法正在迅速發展並納入一系列臨床腫瘤學研究，包括癌症治療和癌症風險評估的結合。一些機構和公司提供腫瘤檢測，一些單位正在開發腫瘤基因組檢測的精準醫學項目，以識別驅動基因的影響，以為病人帶來治療益處。許多這些基於腫瘤的方法使用生殖細胞的DNA序列做為對照組以辨別DNA的變化僅存在腫瘤內或是可能會遺傳。

在遺傳諮詢和癌症風險評估中，使用多基因檢測來評估遺傳性癌症風險將變得越來越普遍，而提供多「基因檢測」服務來檢測一系列癌症風險變化的機構和公司，也可能在不久的將來成為常規。基因檢測技術的進步除了確定與適應症相關的基因變異之外，還包括一些與檢測目標疾病無關的發現，稱為偶然或次要發現，也是目前臨床、倫理、法律和諮詢辯論的部分來源。

背景

DNA 檢測技術自 2005 年開始進入大規模定序，包含「次世代定序」(NGS)技術崛起以來，正進行著快速發展。NGS 是一種能夠平行處理多個 DNA 序列的高通量測序技術，該技術的方法涉及將 DNA 剪切和固定在固體表面上，平行進行同步測序反應（數百萬到數十億）。

NGS 技術的主要優勢包括一次測序數千個基因的能力、以較低的成本檢測多種基因組改變的能力，例如插入、缺失、拷貝數改變、和重新排列。其技術限制是可能遺漏特定基因區域、運轉時間可能還是不夠快速以及大量遺傳數據處理的信息學支持仍舊落後於測序能力。NGS數據的一個公認瓶頸是尚缺乏先進的計算設施搭配來保存、處理和分析大量遺傳數據。從 NGS 獲得的變異量是指數級的，需要適合的生物信息學方法評估遺傳變異以預測疾病生物學中的功能後果，另外還需要生物信息學產品來分析和整合遺傳數據。

以下術語幫助更好地理解「次世代基因定序」(NGS)檢測的臨床應用和報告結果的含義：

• 遺傳變異：最常見的DNA核苷酸序列的改變。變異可用於描述可能是良性的、致病的或意義不明的改變。”變異”一詞越來越多地用於代替”突變”，特別是用於生殖細胞的改變。下表對與疾病因果相關的序列變異進行分類。
• 「生殖細胞」變異：生殖細胞（卵子或精子）中的基因變化，被遺傳到後代體內每個細胞的 DNA 中。生殖細胞包含的變異可以從父母傳給後代，因此是遺傳的。
• 「體細胞」突變：受孕後發生的DNA 改變，並且不存在於生殖細胞中。除生殖細胞（精子和卵子）外，身體的任何細胞都可能發生體細胞突變，因此不會遺傳給後代。體細胞突變可以（但不一定）導致癌症或其他疾病。
• 次要發現：與外顯子組或基因組測序的適應症無關，但可能對醫師、病人或病人家屬具有醫學價值或實用性的基因檢測結果。
• 可運用的遺傳訊息：可能用於告知臨床管理的腫瘤中是否存在遺傳變異的訊息。

NGS的新興臨床應用

NGS 具有多種潛在的臨床應用。在腫瘤學中，兩個主要應用是：1）評估腫瘤的「體細胞」改變以告知預後和/或標靶治療；2) 評估「生殖細胞」以確定癌症風險基因。

「體細胞」測試 (Somatic testing)

有多種方法可以檢測體細胞變異的腫瘤。通過靶向多基因檢測，可以同時評估許多不同的基因。這些靶向多基因測試在所包含的基因上可以有所不同，並且可以針對個體腫瘤類型進行定制。靶向多基因檢測限制了需要分析的數據量，並且只包括已知基因，因此解釋會比全外顯子組或全基因組技術更加直接。此外，靶向多基因檢測的覆蓋深度可能更大。覆蓋深度是指一個核苷酸被測序的次數；覆蓋深度越大，測序錯誤就越少。深度覆蓋還有助於區分測序錯誤和單核苷酸多態性。

「WES (全外顯子定序)」和「WGS (全基因體定序)」是更廣泛的技術，目的在發現已知基因和事先未被懷疑的基因中的變異。發現對特定腫瘤類型出乎意料的變異可以導致進行定向治療並改善患者的預後。WES生成基因組編碼區的序列數據（約佔人類基因組的 1%），而不是整個基因組 (WGS)。因此，WES比WGS便宜。

儘管WES和WGS的目標是通過檢測可進行臨床治療操作的基因變異來改善病人治療，仍有需要探討的問題。該測試可以檢測致病變異、「不確定意義的變異 (VUS) 」或未檢測到異常。致病變異可以在被認為與腫瘤發生明顯相關的基因中發現，但也可以在相關性不明確的基因中檢測到。「不確定意義的變異(VUS)」的含義不清楚，因為它們可能會或可能不會破壞蛋白質的功能。上述信息可用於臨床操作的定義也可能會有所不同，臨床可操作性通常用於當發現異常時，可能針對某些治療有相關建議可採用，包含可用的臨床試驗或已知的標靶治療藥品。儘管用上述方法建立臨床治療方案有成功的案例報告，實際相關性的研究仍然持續進行中。

一些商業化或單一的化驗機構只檢測腫瘤細胞，但在腫瘤重要基因中發現的致病變異可能是來自「體細胞」，也可能來自「生殖細胞」，顯示病人可能需要接受遺傳諮詢並考慮進行生殖細胞基因檢測的進一步確認。體細胞測試的評估的基因中不存在變異並不代表不存在遺傳可能。所有個人和家族史可能有遺傳性癌症的病人都應考慮進行生殖細胞檢測，無論其體細胞檢測結果如何。一些正在進行的臨床試驗，儘管主要在「體細胞」測序以評估可作為治療方向的標靶，也將生殖細胞測序納入做為臨床試驗的一個部分。

「生殖細胞」測試 (Germline testing)

生殖細胞檢測的目標是識別與癌症遺傳風險相關的致病變異，並參預癌症風險管理決策（例如，與Lynch 症候群相關的結腸癌的結腸切除術和 BRCA1/BRCA2 致病變異攜帶者的對側乳房切除術的決策）。此外，有新的數據顯示生殖細胞狀態可能有助於確定治療方案（例如，在BRCA1/BRCA2相關癌症中，使用順鉑或PARP抑制劑）。

到目前為止，大多數生殖細胞基因檢測都以有針對性的方式進行，確定與臨床相關的基因變異（例如，遺傳性乳癌和卵巢癌中的BRCA1和BRCA2；或Lynch症候群修復錯配 [MMR] 基因）。然而，現在商業化的檢驗機構可用的靶向多基因測試包含不同的基因組。有些針對所有癌症，有些針對特定癌症（例如，乳癌、結腸癌或前列腺癌）。多基因檢測中的基因包括與特定腫瘤相關的高外顯基因（例如乳癌面板上的 BRCA1/BRCA2）；與不同類型癌症相關的高外顯率基因但對目標腫瘤風險較低的基因（例如乳癌面板上的 CDH1 或 MSH6）；以及臨床效果不確定的中度外顯率基因（例如乳癌面板上的 NBN）。

結論

基因測序技術的進步極大地降低了對個體「全基因組」或「外顯子組」進行測序的成本。WGS和WES 在臨床環境中越來越多地用於檢測體細胞突變和生殖細胞變異。此外，多基因測試現在也可以在商業上或在醫學機構內獲得。圍繞與NGS和基因組相關的臨床、倫理、法律和諮詢方面的爭論頗多。未來的研究也會持續地解決這些問題。

資料來源:“Cancer Genetics Overview–Health Professional Version was originally published by the National Cancer Institute.”

校正: 臺大醫院腫瘤醫學部部主任 葉坤輝教授

更新日期:2022.08.29

 

參考文獻

1. Dancey JE, Bedard PL, Onetto N, et al.: The genetic basis for cancer treatment decisions. Cell 148 (3): 409-20, 2012.

2. Meric-Bernstam F, Farhangfar C, Mendelsohn J, et al.: Building a personalized medicine infrastructure at a major cancer center. J Clin Oncol 31 (15): 1849-57, 2013.

3. Sleijfer S, Bogaerts J, Siu LL: Designing transformative clinical trials in the cancer genome era. J Clin Oncol 31 (15): 1834-41, 2013.

4. Green RC, Berg JS, Grody WW, et al.: ACMG recommendations for reporting of incidental findings in clinical exome and genome sequencing. Genet Med 15 (7): 565-74, 2013.

5. ACMG Board of Directors: Clinical utility of genetic and genomic services: a position statement of the American College of Medical Genetics and Genomics. Genet Med 17 (6): 505-7, 2015.

6. Richards S, Aziz N, Bale S, et al.: Standards and guidelines for the interpretation of sequence variants: a joint consensus recommendation of the American College of Medical Genetics and Genomics and the Association for Molecular Pathology. Genet Med 17 (5): 405-24, 2015.

7. Presidential Commission for the Study of Bioethical Issues: Anticipate and Communicate: Ethical Management of Incidental and Secondary Findings in the Clinical, Research, and Direct-to-Consumer Contexts. Washington, DC: U.S. Government Printing Office, 2013. Available online.Exit Disclaimer Last accessed March 10, 2022.

8. National Human Genome Research Institute: DNA Sequencing Costs: Data from the NHGRI Genome Sequencing Program (GSP). 2014. Available online. Last accessed March 10, 2022.

9. Sanger F, Nicklen S, Coulson AR: DNA sequencing with chain-terminating inhibitors. Proc Natl Acad Sci U S A 74 (12): 5463-7, 1977.

10. MacConaill LE: Existing and emerging technologies for tumor genomic profiling. J Clin Oncol 31 (15): 1815-24, 2013.

11. Rizzo JM, Buck MJ: Key principles and clinical applications of "next-generation" DNA sequencing. Cancer Prev Res (Phila) 5 (7): 887-900, 2012.

12. Linnarsson S: Recent advances in DNA sequencing methods - general principles of sample preparation. Exp Cell Res 316 (8): 1339-43, 2010.

13. Fernald GH, Capriotti E, Daneshjou R, et al.: Bioinformatics challenges for personalized medicine. Bioinformatics 27 (13): 1741-8, 2011.

14. Mardis ER: The $1,000 genome, the $100,000 analysis? Genome Med 2 (11): 84, 2010.

15. Schrader KA, Cheng DT, Joseph V, et al.: Germline Variants in Targeted Tumor Sequencing Using Matched Normal DNA. JAMA Oncol 2 (1): 104-11, 2016.

16. Raymond VM, Gray SW, Roychowdhury S, et al.: Germline Findings in Tumor-Only Sequencing: Points to Consider for Clinicians and Laboratories. J Natl Cancer Inst 108 (4): , 2016.

17. Haddow J, Palomaki G: A model process for evaluating data on emerging genetic tests. In: Khoury M, Little J, Burke W, eds.: Human Genome Epidemiology: A Scientific Foundation for Using Genetic Information to Improve Health and Prevent Disease. Oxford University Press, 2004, pp 217-33.

18. ACMG Board of Directors: ACMG policy statement: updated recommendations regarding analysis and reporting of secondary findings in clinical genome-scale sequencing. Genet Med 17 (1): 68-9, 2015.

19. Parsons DW, Roy A, Plon SE, et al.: Clinical tumor sequencing: an incidental casualty of the American College of Medical Genetics and Genomics recommendations for reporting of incidental findings. J Clin Oncol 32 (21): 2203-5, 2014.

20. Everett JN, Gustafson SL, Raymond VM: Traditional roles in a non-traditional setting: genetic counseling in precision oncology. J Genet Couns 23 (4): 655-60, 2014.

21. Catenacci DV, Amico AL, Nielsen SM, et al.: Tumor genome analysis includes germline genome: are we ready for surprises? Int J Cancer 136 (7): 1559-67, 2015.