长读测序在全面表征地中海贫血相关结构变异中的应用价值：发现一种新型大片段重复并文献综述

《Orphanet Journal of Rare Diseases》：Application value of long-read sequencing in full characterization of thalassemia-associated structural variations: identifying a novel large segmental duplication and literature review

为解决地中海贫血患者结构变异（SVs）难以全面准确检测的问题，研究人员开展了对地中海贫血相关 SVs 的研究。通过对一个中国家庭的检测，发现了新型大片段重复（αααα280 ），证明长读测序（LRS）检测罕见 SVs 优势显著，有助于提高诊断准确性。

　　地中海贫血，这个名字或许对很多人来说并不陌生，但它带来的危害却不容小觑。在热带和亚热带地区，地中海贫血就像一个隐匿的 “健康杀手”，悄然影响着无数家庭。它是一种常见的单基因遗传病，全球约 5% 的人口携带地中海贫血变异，每年至少有 60000 名患病个体出生。重型 α- 地中海贫血（Hb Bart's 水肿胎儿综合征）会导致胎儿窒息和水肿，常常在子宫内就夺走小生命；重型 β- 地中海贫血则会让患儿出生后严重贫血，需要定期输血才能维持生命，这给当地的医疗系统带来了沉重的负担。

准确诊断地中海贫血基因型，是为患者提供恰当临床治疗和帮助家庭的关键。然而，地中海贫血是由 α 和 β- 珠蛋白基因簇的变异引起的，这些变异类型繁多，其中结构变异（SVs）由于分子结构复杂，一直是地中海贫血分子诊断的重点和难点。传统的检测方法，如缺口聚合酶链反应（Gap-PCR）只能检测常见的 SVs，多重连接依赖探针扩增（MLPA）和短读测序（SRS，即下一代测序 NGS）虽然能检测到罕见 SVs，但难以确定断点的精确物理位置和基因组重排的结构特征。

为了攻克这些难题，来自惠州市第一妇幼保健院、南方医科大学等机构的研究人员展开了深入研究。他们的研究成果发表在《Orphanet Journal of Rare Diseases》上。

研究人员采用了多种关键技术方法。首先，收集了一名患有中间型 β- 地中海贫血的中国男孩及其家庭成员的外周血样本。然后，运用 MLPA 进行初步检测，接着使用基于长读测序（LRS，也称为第三代测序 TGS）的地中海贫血等位基因综合分析（CATSA）技术，对样本的基因组 DNA 进行检测。为了精确确定重复片段的断点，还使用了 Gap-PCR 和桑格测序（Sanger sequencing）。

研究结果如下：

• 临床表型：先证者是一名男孩，表现为中度贫血（Hb 78 g/L），经初步诊断为中间型 β- 地中海贫血。当地医院常规检测发现他携带来自父亲的杂合 β- 地中海贫血变异（HBB:c.316 - 197 C>T），但这一变异无法完全解释他的病情，于是研究人员对其家庭成员进行进一步研究。
• 基因检测结果：MLPA 分析检测到 α 珠蛋白基因存在大片段重复，但无法确定具体范围。基于 LRS 技术的 CATSA 检测也未能明确基因重排的精确结构。随后，长读全基因组测序（LR-WGS）分析发现，在 hg38/chr16: 28,580 - 309,033 区域存在一个约 280 kb 的串联重复。通过设计引物进行 PCR 扩增和 Sanger 测序验证，确定了这个新型大片段重复（αααα²⁸⁰ ）。先证者及其父亲为复合杂合子，携带已知的 β⁶⁵⁴突变和 αααα²⁸⁰大片段重复，这种重复导致 α- 珠蛋白基因数量增加，加剧了 α- 珠蛋白和 β- 珠蛋白链比例的失衡，从而引发中间型 β- 地中海贫血。

研究结论和讨论部分意义重大。研究人员成功鉴定出一种新型的 α- 珠蛋白基因簇 SV，证实了 LRS 在检测新型罕见 SVs 方面具有显著优势。当传统方法无法完全识别复杂 SVs 时，合理运用 LRS 能够显著提高地中海贫血的诊断准确性。

此外，研究人员还对已知的涉及 α- 珠蛋白基因的重复事件进行了总结，发现不同的重复类型在不同地区的分布有所差异。同时，他们系统地回顾了已知的 SVs，并根据结构特征将其分为简单缺失、简单重复、融合基因和复杂重排四类。对比了 MLPA、SRS 和 LRS 三种检测技术，发现 LRS 在同时检测 α- 和 β- 珠蛋白基因簇、样本通量、全面表征 SVs（包括拷贝数、范围和结构等方面）以及区分变异的顺式或反式构型等方面具有明显优势，不过其高昂的仪器和试剂成本限制了在临床实践中的广泛应用。

总的来说，这项研究为地中海贫血的分子诊断提供了新的思路和方法，虽然 LRS 目前存在成本问题，但随着技术的发展，有望在未来更广泛地应用于临床，帮助更多地中海贫血患者及其家庭。