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2018年3月21日，BioRxiv在線發(fā)表了一篇題為《Single-molecule optical mapping enables accurate molecular diagnosis of facioscapulohumeral muscular dystrophy (FSHD)》的文章，本研究由北京協和醫(yī)院、福建醫(yī)科大學附屬第一醫(yī)院、美國費城兒童醫(yī)院、賓夕法尼亞大學佩雷爾曼醫(yī)學院、北京大學醫(yī)學部、北京協和醫(yī)學院及北京希望組生物科技有限公司共同合作完成，實現了基于Bionano 光學圖譜成像技術對面肩肱型肌營養(yǎng)不良癥（Facioscapulohumeral muscular dystrophy，FSHD）的精準診斷。
研究背景
FSHD是一種繼杜氏肌營養(yǎng)不良癥和強直性肌營養(yǎng)不良癥后的第三位神經肌肉系統疾病，其發(fā)病率約為1/20,000。大部分病人在20歲之前已有癥狀產生，臉、肩、上臂等部位的肌肉受其影響最為嚴重，且會出現逐漸加重的肌力減退及肌肉的萎縮。
FSHD患者病情進展緩慢，且具有很強的遺傳異質性，即使家族內成員，也會出現高度可變的臨床表型。大部分FSHD病例屬于家族遺傳，但1/3左右的病人表現為散發(fā)，為新發(fā)突變。因此FSHD患者不容易被確診或易被誤診為其他肌營養(yǎng)不良癥，其他肌營養(yǎng)不良癥也易被誤診為FSHD， 所以對FSHD患者進行遺傳性基因檢測至關重要。
雖然傳統診斷方法經過不斷優(yōu)化，滿足了部分FSHD患者診斷需求。但面對長約3.3kb的D4Z4重復單元和幾個或幾十個的重復數目，以及區(qū)分與4q35相似的10q26非致病性同源序列，二代測序技術讀長短無法解決，目前大部分的診斷只能將基因組限制性酶切后借助脈沖電泳與Southern Blot，但是這些解決方案費時費力且無法精確定量重復數目及嵌和突變率。
本文利用Bionano SaphyrTM光學圖譜成像技術的超長讀長、無PCR過程、高通量等優(yōu)勢，開發(fā)了新型FSHD基因診斷方法，可正確區(qū)分4q35與10q26同源序列并精確計算D4Z4重復單元數目，同時可明確識別4qA、4qB變體結構并準確檢出嵌合體類型，從而使FSHD患者得到精準診斷。
研究結果
Bionano光學圖譜成像技術通過酶切（Nb.BssSI 酶和Nt.BspQI 酶）和熒光標記分析，可準確區(qū)分4q35和10q26同源區(qū)域、精確計算D4Z4重復單元數目并識別4qA和4qB變體結構。
患者（ID: P02）兩個等位基因分別存在3個D4Z4和28個D4Z4重復，且兩個等位基因均為4qA變體結構
患者(ID: P01）兩個等位基因分別存在4.3±0.3個D4Z4和22.4±0.2個D4Z4重復，且兩個等位基因一個是4qA變體結構，另一個是4qB變體結構
本文對5例經Southern blots檢測過的患者（Patient cohort 1）進行Bionano檢測，其中2例患者經Southern blots檢測后被懷疑為嵌合體突變，但無法精確確定D4Z4重復單元數目和親本來源。研究通過Bionano光學圖譜成像技術對患者進行檢測，從而精確檢測出嵌合突變及D4Z4重復單元數目和親本來源，同時也證明了Bionano檢測結果的準確性。
此外，為進一步證明Bionano檢測FSHD的有效性，對2例疑似患有FSHD且未接受過其它FSHD分子診斷的患者（Patient cohort 2）進行檢測，。結果表明，其中1例患者為嵌合體突變（如下圖所示），D4Z4的重復單元數目分別為2（4qA）、15（4qB）、27（4qA），而另外1例患者的D4Z4重復單元數目為4（4qA）和20（4qA）。
開發(fā)FSHD的精準檢測方法，一直是臨床研究的重點和難點。本文開拓性的應用Bionano光學圖譜成像技術，配合完善的實驗檢測流程和生物信息分析方法，可對FSHD進行精準診斷，不僅彌補了FSHD精準檢測的空白，為我們提供了“眼見為實”的基因檢測，而且有助于加速對FSHD的深入研究，為FSHD病友帶來福音的同時，也為由復雜基因組結構變異導致的其他遺傳病的研究提供了重要參考，開啟了更完整更真實的長片段DNA技術應用于遺傳病診斷的新篇章，推動醫(yī)學檢測進入一個新的階段！
參考文獻
Yi Dai，Pidong Li，Zhiqiang Wang, Fan Liang, Fan Yang, Li Fang, Yu Huang, Shangzhi Huang, Jiapeng Zhou, Depeng Wang, Liying Cui, Kai Wang. Single-molecule optical mapping enables accurate molecular diagnosis of facioscapulohumeral muscular dystrophy (FSHD). BioRxiv preprint first posted online Mar. 21, 2018; doi: http://dx.doi.org/10.1101/286104.
