- 精選文章
文章專區
2015-05-01外顯子組定序
545 期
Author 作者
李宜恬／美國貝勒醫學院（Baylor College of Medicine）生物醫學博士。
卡爾文的故事卡爾文（Calvin）是個笑容甜美的小男孩，出生時父母對他有許多期許。但在他十個月大的時候，同年齡的小孩已經可以爬行甚至站立，他卻仍不會翻身也無法爬行，也一直有消化系統的毛病。卡爾文的父母非常擔心，帶著他四處求醫，但看了好幾個醫生、做了無數次檢查仍找不到病因。在絕望的情況下他們決定參與一項臨床基因體定序計劃。
他們將自己及卡爾文的血液提供給美國加州大學洛杉磯分校（UCLA），由奈爾森（Stan Nelson）博士帶領的研究團隊。研究人員從他們的血液中得到DNA，將它放入基因體定序儀（請想像一台小冰箱，但旁邊多了個電腦螢幕）當中。幾天後，由A、T、C、G四種鹼基字母組成的序列資料（平均每個樣本可定序出約10億個鹼基），就可以跟人類基因變異資料庫（Human gene mutation database）裡超過兩萬個已知的基因變異做比對。研究人員再根據病患的症狀跟家族史縮小範圍，最後由專家組成的委員會做出診斷。
在幾個禮拜內，研究人員在卡爾文的第18個染色體上的TCF4基因找到一個變異，已知會造成一種罕見疾病，其症狀包含發育遲緩及消化道問題，與卡爾文的症狀完全吻合！他的病於是有了名字：皮特霍普金斯綜合症（Pitt-Hopkins Syndrome）。這個疾病相當罕見，全世界目前只有250個已知案例，這樣少見的疾病恐怕再有經驗的醫生都難以正確診斷。更何況像發育遲緩這種常見的症狀，可能的原因有上千種；若不是用基因定序的方式，不知道何時才能得到正確的診斷，也可能因此喪失治療的契機。
不過， 對罕見疾病的患者與家人而言，診斷只是第一步。事實上，95％的罕見疾病都是無藥可醫，而30％的罕見疾病患者會在5歲以前過世，這對父母來說無疑是個令人心碎的數字。但至少得到正確診斷後，他們清楚敵人是誰，也對未來比較有心理準備。
診斷罕見疾病新方法
2014年10月，奈爾森將他的研究成果發表在著名的醫學期刊《美國醫學會》（JAMA）。他們總共採集了814個找不到病因的病患血液樣本， 其中三分之一以上的患者有類似卡爾文發育遲緩的症狀。經過基因定序後，有26％的患者找到了致病基因；雖然只佔全部的四分之一，但已經是一大進展。如果除了小孩之外，父母雙方也能同時提供血液樣本的話，診斷率將提高至31％，這是因為跟父母的基因比對之後，較容易快速比對只存在於患者但不存在其健康父母的基因變異。同時，貝勒醫學院（Baylor college of medicine）也在JAMA期刊發表了類似的研究結果。由克思提那（Christine Eng）博士帶領的研究團隊搜集了2000個病患的DNA樣本，用同樣的基因體定序法為25％的患者找到致病基因。
奈爾森與克思提那的團隊是如何達到快速又準確的高診斷率呢？他們使用的是一種新的基因體定序方法，叫做「外顯子組定序」（exome sequencing, ES）。人的基因大約只有1％是會轉譯成蛋白質的序列（exon，稱為外顯子），但約85％的遺傳疾病都是由蛋白質的失常引起的。ES跟傳統基因定序的不同，就在於只集中定序這1％的外顯子部份，忽略其它99％的序列，這樣就能顯著減少時間跟成本、提高效率。 ……【更多內容請閱讀科學月刊第545期】