梁德生博士: cSMART技术，国际率先突破单基因病无创产前诊断

【编者按】

        中南大学湘雅医院邬玲仟教授带领的研究团队，于2014年11月在美国分子诊断杂志《Clinical Chemistry》在线发表了题为“Noninvasive Prenatal Testing for Wilson Disease by Use of Circulating Single-Molecule Amplification and Resequencing Technology (cSMART)”的研究论文，该论文在线发表后，相继被美国临床化学协会(American Association for Clinical Chemistry，AACC)报道[1,2], 且被列为年度亮点论文。另外，该论文的共同通讯作者梁德生博士，应杂志主编Nader Rifai邀请，于2014年12月11日美国东部时间上午10点接受了AACC著名主持人Bob Barrett的专访，采访内容已于2015年2月3日在Clinical Chemistry Podcasts播出。

        Bob Barrett:

        该篇报道来自美国分子诊断杂志《Clinical Chemistry》，该杂志由波士顿儿童医院医学实验室主办，我是主持人Bob Barrett。

        采用血液样本而不是侵入性取样的产前检测，已成功应用于常见染色体异常及具有重要临床意义的染色体拷贝数变异的检测。然而，由基因突变引起的单基因病的检测，仍是临床上的一个挑战。

        2015年1月《Clinical Chemistry》杂志上发表的一篇研究中，来自中国湖南长沙一所医学遗传学实验室的研究人员，阐述了一种采用“环化单分子扩增和重测序技术”检测威尔逊病的新型非侵入性产前检测技术。

         该专访，就是邀请了这篇研究的作者之一梁德生博士。梁博士现任中南大学医学遗传学国家重点实验室教授，副主任；中国首席遗传学家，湖南家辉遗传专科医院行政总裁；中华预防医学会出生缺陷预防与控制专业委员会副会长。

         梁博士，您好。检测威尔逊病等由基因突变引起的单基因病，目前仍是临床上的一个挑战，您能说一下为什么检测这类疾病会存在一定难度吗？

         梁德生博士：

         检测这类疾病的难度在于，母血浆中的胎儿游离DNA，是以随机断裂的小片段DNA形式存在。检测胎儿基因的一个或多个突变点，必须获得足够多的靶DNA。

         这种DNA的随机片段化大大降低了基于传统扩增的检测方法(如PCR)中可用的模板数量。正如我们所知，外周血中母源DNA片段的平均长度大于胎源DNA片段，PCR更偏向于扩增短片段，因此会造成等位基因比例的检测结果与真实值产生偏差。

        此外，母源DNA片段和胎源DNA片段在长度分布上的不同会促使这些DNA片段线性扩增和指数扩增的量发生改变，从而进一步加大了这种偏差。

        为此，我们与合作单位贝瑞和康，共同研发了一种 “环化单分子扩增和重测序技术”，简称 cSMART技术。

        该技术，具有独特barcode的单分子扩增物被富集和测序，但只计数一次，以消除潜在的PCR扩增偏差，确保原始血浆样本中DNA突变位点比例的更精确定量。

        也就是说，cSMART技术可以巧妙地分出母血浆中单个的DNA突变片段，因此避免了模板丢失和等位基因比例偏差的问题。通过母血浆中DNA的突变比例就可以确定胎儿是否患有单基因病。

        梁德生博士：

        从理论上说，cSMART技术适用于任何突变位点已知的遗传病。该研究中，我们采用cSMART技术成功检测了由ATP7B基因突变引起的威尔逊病。

        这是我们第一次成功研究的案例。紧接着我们也将cSMART技术在PUK、DMD(杜氏肌萎缩症)等多种疾病检测中成功验证。可以说，我们非常看好该技术的发展前景。当然，在发展该技术的同时，我们也很关注该技术可能引起的伦理和法律问题。

         Bob Barrett:

         确实非常值得兴奋！那么cSMART技术的哪些应用适用于普通人群呢？

         梁德生博士：

         cSMART技术是革命性的，第一次实现了仅需抽取母亲的一管血，就可以准确判断胎儿是否携带某些遗传突变。对于某些遗传性疾病，如RhD，可能会导至母亲和胎儿的溶血性输血反应，如果侵入性采样，可能存在风险。而cSMART技术将是这类遗传病患者的首选。

         此外，对于严重的遗传病，cSMART技术像NIPT一样，因其简单、适用范围广、良好的经济适用性，为未来单基因疾病的产前筛查开辟了新天地。也就是说，cSMART技术可用于致病基因携带者及妊娠早期胎儿单基因病的检测，也可用于多种单基因病的同时检测。

        Bob Barrett:

        梁博士，目前您的实验室将cSMART技术应用于检测，还是处于研究或试验阶段？

        梁德生博士：

        现在，在我们实验室，cSMART技术是可以应用的。

        Bob Barrett:

        除了遗传病检测，cSMART技术还可应用于其它疾病的检测吗？

        梁德生博士：

        毫无疑问，cSMART技术也可应用于肿瘤的检测。众所周知，体细胞的DNA突变在癌症发生中起着关键性作用。肿瘤和妊娠有很多相似的地方。类似母血浆中存在胎儿游离DNA，肿瘤患者的血液中也存在肿瘤DNA，这就是所谓的循环肿瘤DNA即ctDNA。

        长期以来，科学界和医学界一直在寻找一种可以利用患者的血液样本检测体细胞DNA突变的既灵敏又特异的方法，我们称之为“液体活检”。经过我们积累的大量证据证实，cSMART技术可应用于 “液体活检”。

        我们的合作单位贝瑞和康，目前正在进行评估该方法灵敏度和准确性的临床试验。若结果如我们所期望的，我们将很快可以通过检测癌症患者的一管血，就可以了解到癌症患者的突变基因型，并获知患者是否处在癌症的早期或经过治疗后肿瘤是否缩小等信息。

参考链接

1. https://www.aacc.org/media/press-release-archive/2015/clinical-chemistry-highlights-the-molecular-diagnostics-research-that-is-changing-medical-testing
2. https://www.aacc.org/media/press ... in-prenatal-testing