从维京基因研究看遗传结果返还与群体筛查的突破

　　

引言

在基因测序技术不断发展的当下，临床外显子或基因组测序为报告额外偶然发现、实现疾病诊断和预防性干预带来了机遇。美国医学遗传学与基因组学学会（ACMG）制定的基因报告基准列表，其中 v.3.2 版本包含 81 个基因，这些基因需满足特定变体致病且有有效医学干预措施的严格标准，该列表在相关研究中应用广泛。

此前，许多研究队列（如英国生物银行 UKB）的参与者同意书并不允许返还可操作变异（AVs）或基因型的研究结果。不过，部分美国新队列（如 All of Us）致力于让参与者获取研究结果，包括遗传性疾病风险。

苏格兰北部群岛（奥克尼和设得兰群岛）的人群在遗传上高度隔离，拥有独特的遗传结构，存在大量罕见和低频功能变体。维京基因（Viking Genes）项目包含多个队列研究，旨在探索疾病的遗传成因，其参与者多为奥克尼或设得兰群岛居民的后代，且都同意进行 DNA 分析和后续联系。本研究利用 Viking Genes 队列，描述了可操作遗传结果的分析流程、返还过程及相关挑战，为后续研究提供了重要参考。

研究对象与方法

研究志愿者招募和 DNA 收集

维京基因项目在 NHS 洛锡安东南苏格兰研究伦理委员会批准下开展，参与者需签署知情同意书，同意进行 DNA 测序（强制）和可操作结果返还（可选）。项目包含奥克尼复杂疾病研究（ORCADES，2005 - 2011 年招募）、VIKING I（2013 - 2015 年招募）、VIKING II/III（2020 年 1 月 - 2023 年 3 月在线招募）三个队列研究。参与者的血液或唾液样本经标准流程收集、处理和存储。

维京基因谱系信息

通过苏格兰总登记处的出生、婚姻和死亡记录，结合参与者提供的关系信息、当地家族史学会资料及在线族谱，使用 RootsMagic 软件构建谱系，并依据基因型数据修正个体间的遗传亲属关系。

基因分型与外显子测序

对所有参与者的 DNA 进行全基因组基因分型，采用 GSA BeadChip（Illumina）在再生元遗传学中心进行。去除单态基因型、高缺失率和不符合哈迪 - 温伯格平衡（HWE p < 10^?6）的基因型，以及高缺失率个体，并通过生物性别和亲属关系排除样本混淆。同时，在再生元遗传学中心按照 UKB 的流程制备质量控制的外显子序列数据集，确保 94.6% 的靶向碱基具有 > 20× 的覆盖度。

分析流程开发

为确定可操作基因型，研究人员从全外显子序列（WESs）中提取与 ACMG v.3.2 列表基因相关的所有变体，并用 dbsnp v.151 注释，再与 ClinVar 数据合并以评估致病性。通过筛选 ClinVar 注释，保留致病或可能致病（P/LP）且符合特定条件的变体，并进行人工审核。此外，还利用全基因组测序（WGS）数据和 Sanger 测序对结果进行验证。

其他方法

研究还涉及参与者信息与临床审核、电子健康记录（EHR）数据链接、英国生物银行（UKB）数据参考等方法，以确保研究的准确性和全面性。例如，通过 EHR 数据链接获取参与者的临床信息，与 UKB 数据对比分析变体频率等。

研究结果

外显子测序与验证

对 4198 名 Viking Genes 队列参与者进行外显子测序，尝试对 149 个潜在 AV 基因型进行验证，验证成功率达 98.7%。其中，两个未通过验证的变体被判定为假阳性，一个在DES基因的变体因可能是体细胞嵌合体未被纳入计数。

潜在 AVs 的识别流程

经过质量控制的外显子序列数据经分析流程处理，共观察到 59 个潜在 AVs，涉及 26 个不同基因。最终确定 104 名个体（2.5%）具有 108 个可操作基因型，涵盖 39 个变体、23 个基因，且未发现 X 连锁 AVs。

可操作基因型的共现

研究发现 4 名个体在两个不同基因中存在可操作基因型，包括癌症易感基因和代谢基因的组合，这可能与基因频率漂移有关。

北部群岛人群中漂移的 AVs

在北部群岛人群中，10 个 AVs 在 7 个基因中频率显著上升，如BRCA1、BRCA2、ATP7B等基因的变体，部分变体频率上升超过 50 倍，甚至高达 3000 倍以上。这些变体大多可追溯到特定岛屿或教区，体现了遗传漂变对基因频率的影响。

超罕见漂移的TTN变体

TTN基因的 c.93396_93400del 变体在其他人群中极为罕见，但在设得兰群岛频率显著升高。该变体导致蛋白产物缺失或破坏，与扩张型心肌病（DCM）相关。携带该变体的个体患心肌病、心房颤动或心力衰竭的风险更高，为其致病性提供了直接证据。

亚群基因池的影响

大多数漂移变体在奥克尼和设得兰群岛之间不共享，且可追溯到特定岛屿或教区，反映了当地亚群基因池的独特性和遗传结构的差异。

遗传下漂

研究发现北部群岛人群中家族性高胆固醇血症（FH）变体频率显著低于 UKB 欧洲血统参与者，可能与遗传漂变导致部分变体频率降低有关。

RoR 过程与初步结果

根据 ACGS 指南和当地临床知识，部分变体未被 NHS 临床团队认定为可返还。研究团队实施了 RoR 流程，向 64 名参与者（或其近亲）发送了结果信。参与者对 RoR 的接受度较高，但回复时间和参与后续调查的意愿存在差异。此外，RoR 流程符合欧洲专家制定的检查清单，为其他研究提供了范例。

讨论

可操作变异的调查

研究观察到 39 个常染色体 AVs，其中 34 个为显性，5 个为隐性，未发现 X 连锁变体。北部群岛人群中部分变体频率显著升高，而常见变体（如 FH 相关变体）频率降低，这与遗传漂变和亚群基因池结构有关。

与其他人群的比较

与全球其他人群相比，奥克尼和设得兰群岛人群的可操作基因型百分比与英国生物银行（UKB）、DiscovEHR 研究及冰岛人群相近，但低于宾夕法尼亚州的老派阿米什人。由于 ACMG 列表和 ClinVar 数据的更新，不同研究间的比较存在一定困难。

RoR 的益处与挑战

RoR 为参与者提供了早期诊断和干预的机会，对改善健康有重要意义，尤其对于一些症状隐匿的疾病。然而，其成本、危害和益处仍需进一步研究，且不同基因的临床意义和效益存在差异。同时，研究还强调了当地遗传亚群的临床相关性，为精准医疗和群体筛查提供了依据。

群体筛查的机会

基于北部群岛人群的遗传特点，对特定岛屿或教区的人群进行靶向基因检测可能提高筛查的成本效益。随着基因分析技术的发展，多基因遗传疾病的检测将更加精准，但也面临着潜在未发现变体和临床服务需求增加等挑战。

数据和代码可用性

研究数据和 DNA 样本可在合理请求并经数据访问委员会批准后获取，ClinVar - exome 管道代码可在 GitHub 上获取，这为其他研究人员进一步分析和验证提供了便利。

研究总结

本研究通过对 Viking Genes 队列的分析，成功实施了可操作遗传结果的返还，并揭示了北部群岛人群独特的遗传结构和疾病风险模式。研究结果为遗传研究、临床干预和群体筛查提供了重要参考，也为未来在其他人群中开展类似研究提供了范例。随着技术的不断进步和研究的深入，遗传结果返还和群体筛查有望在疾病预防和健康管理中发挥更大的作用。}<【从维京基因研究看遗传结果返还与群体筛查的突破】【本文介绍了维京基因研究中可操作遗传结果的返还及群体筛查意义，为遗传研究提供范例。】【维京基因 | 遗传结果返还 | 群体筛查 | 可操作变异 | 致病基因型 | 遗传漂变 | 临床干预 | ACMG 列表 | ClinVar | 基因检测】【国外】【

引言

在基因测序技术蓬勃发展的时代，临床外显子或基因组测序为发现额外遗传信息、实现疾病早期诊断和预防性干预带来了新契机。美国医学遗传学与基因组学学会（ACMG）制定的基因报告基准列表，在相关研究中占据重要地位，其 v.3.2 版本包含 81 个基因，这些基因需满足特定变体致病且有有效医学干预措施的严格标准。

然而，过去许多研究队列（如英国生物银行 UKB）的参与者同意书并不允许返还可操作变异（AVs）或基因型的研究结果。但如今，一些美国新队列（如 All of Us）积极推动研究结果向参与者开放，包括遗传性疾病风险信息。

苏格兰北部群岛（奥克尼和设得兰群岛）的人群在遗传上高度独特，是英国和爱尔兰遗传隔离程度最高的群体，拥有丰富的罕见和低频功能变体。维京基因（Viking Genes）项目致力于探索疾病的遗传根源，其参与者大多是奥克尼或设得兰群岛居民的后代，且均同意进行 DNA 分析及后续联系。本研究借助 Viking Genes 队列，深入探讨了可操作遗传结果的分析流程、返还过程及面临的挑战，为相关领域研究提供了宝贵经验。

研究对象与方法

研究志愿者招募和 DNA 收集

维京基因项目在 NHS 洛锡安东南苏格兰研究伦理委员会的批准下开展。参与者需签署知情同意书，同意进行 DNA 测序（强制）和可操作结果返还（可选）。项目涵盖奥克尼复杂疾病研究（ORCADES，2005 - 2011 年招募）、VIKING I（2013 - 2015 年招募）、VIKING II/III（2020 年 1 月 - 2023 年 3 月在线招募）三个队列研究。研究人员通过标准流程收集参与者的血液或唾液样本，并进行处理和存储。

维京基因谱系信息

研究人员借助苏格兰总登记处的出生、婚姻和死亡记录，结合参与者提供的关系信息、当地家族史学会资料及在线族谱，使用 RootsMagic 软件构建谱系，并依据基因型数据修正个体间的遗传亲属关系，从而更准确地了解遗传信息的传递。

基因分型与外显子测序

对所有参与者的 DNA 进行全基因组基因分型，采用 GSA BeadChip（Illumina）在再生元遗传学中心进行。研究人员去除单态基因型、高缺失率和不符合哈迪 - 温伯格平衡（HWE p < 10^?6）的基因型，以及高缺失率个体，并通过生物性别和亲属关系排除样本混淆。同时，在再生元遗传学中心按照 UKB 的流程制备质量控制的外显子序列数据集，保证 94.6% 的靶向碱基具有 > 20× 的覆盖度，为后续分析提供高质量的数据基础。

分析流程开发

为确定可操作基因型，研究人员从全外显子序列（WESs）中提取与 ACMG v.3.2 列表基因相关的所有变体，并用 dbsnp v.151 注释，再与 ClinVar 数据合并以评估致病性。通过筛选 ClinVar 注释，保留致病或可能致病（P/LP）且符合特定条件的变体，并进行人工审核。此外，还利用全基因组测序（WGS）数据和 Sanger 测序对结果进行验证，确保结果的准确性和可靠性。

其他方法

研究还涉及参与者信息与临床审核、电子健康记录（EHR）数据链接、英国生物银行（UKB）数据参考等方法。通过 EHR 数据链接获取参与者的临床信息，与 UKB 数据对比分析变体频率等，为研究提供更全面的视角。

研究结果

外显子测序与验证

对 4198 名 Viking Genes 队列参与者进行外显子测序，尝试对 149 个潜在 AV 基因型进行验证，验证成功率高达 98.7%。其中，两个未通过验证的变体被判定为假阳性，一个在DES基因的变体因可能是体细胞嵌合体未被纳入计数，确保了研究结果的准确性。

潜在 AVs 的识别流程

经过质量控制的外显子序列数据经分析流程处理，共观察到 59 个潜在 AVs，涉及 26 个不同基因。最终确定 104 名个体（2.5%）具有 108 个可操作基因型，涵盖 39 个变体、23 个基因，且未发现 X 连锁 AVs，为后续研究提供了重要的遗传信息。

可操作基因型的共现

研究发现 4 名个体在两个不同基因中存在可操作基因型，包括癌症易感基因和代谢基因的组合，这可能与基因频率漂移有关，为进一步研究遗传与疾病的关系提供了新线索。

北部群岛人群中漂移的 AVs

在北部群岛人群中，10 个 AVs 在 7 个基因中频率显著上升，如BRCA1、BRCA2、ATP7B等基因的变体，部分变体频率上升超过 50 倍，甚至高达 3000 倍以上。这些变体大多可追溯到特定岛屿或教区，体现了遗传漂变对基因频率的显著影响。

超罕见漂移的TTN变体

TTN基因的 c.93396_93400del 变体在其他人群中极为罕见，但在设得兰群岛频率显著升高。该变体导致蛋白产物缺失或破坏，与扩张型心肌病（DCM）相关。携带该变体的个体患心肌病、心房颤动或心力衰竭的风险更高，为其致病性提供了直接证据。

亚群基因池的影响

大多数漂移变体在奥克尼和设得兰群岛之间不共享，且可追溯到特定岛屿或教区，反映了当地亚群基因池的独特性和遗传结构的差异，为深入了解遗传多样性提供了依据。

遗传下漂

研究发现北部群岛人群中家族性高胆固醇血症（FH）变体频率显著低于 UKB 欧洲血统参与者，可能与遗传漂变导致部分变体频率降低有关，进一步揭示了遗传漂变对群体遗传特征的影响。

RoR 过程与初步结果

根据 ACGS 指南和当地临床知识，部分变体未被 NHS 临床团队认定为可返还。研究团队实施了 RoR 流程，向 64 名参与者（或其近亲）发送了结果信。参与者对 RoR 的接受度较高，但回复时间和参与后续调查的意愿存在差异。此外，RoR 流程符合欧洲专家制定的检查清单，为其他研究提供了范例。

讨论

可操作变异的调查

研究观察到 39 个常染色体 AVs，其中 34 个为显性，5 个为隐性，未发现 X 连锁变体。北部群岛人群中部分变体频率显著升高，而常见变体（如 FH 相关变体）频率降低，这与遗传漂变和亚群基因池结构有关，为遗传研究提供了独特视角。

与其他人群的比较

与全球其他人群相比，奥克尼和设得兰群岛人群的可操作基因型百分比与英国生物银行（UKB）、DiscovEHR 研究及冰岛人群相近，但低于宾夕法尼亚州的老派阿米什人。由于 ACMG 列表和 ClinVar 数据的更新，不同研究间的比较存在一定困难。

RoR 的益处与挑战

RoR 为参与者提供了早期诊断和干预的机会，对改善健康有重要意义，尤其对于一些症状隐匿的疾病。然而，其成本、危害和益处仍需进一步研究，且不同基因的临床意义和效益存在差异。同时，研究还强调了当地遗传亚群的临床相关性，为精准医疗和群体筛查提供了依据。

群体筛查的机会

基于北部群岛人群的遗传特点，对特定岛屿或教区的人群进行靶向基因检测可能提高筛查的成本效益。随着基因分析技术的发展，多基因遗传疾病的检测将更加精准，但也面临着潜在未发现变体和临床服务需求增加等挑战。

数据和代码可用性

研究数据和 DNA 样本可在合理请求并经数据访问委员会批准后获取，ClinVar - exome 管道代码可在 GitHub 上获取，这为其他研究人员进一步分析和验证提供了便利。

研究总结

本研究通过对 Viking Genes 队列的分析，成功实施了可操作遗传结果的返还，并揭示了北部群岛人群独特的遗传结构和疾病风险模式。研究结果为遗传研究、临床干预和群体筛查提供了重要参考，也为未来在其他人群中开展类似研究提供了范例。随着技术的不断进步和研究的深入，遗传结果返还和群体筛查有望在疾病预防和健康管理中发挥更大的作用。