Hum Genomics：中国赣南地中海贫血基因突变谱分析，揭示NGS可有效识别新/罕见突变并降低误诊率

地中海贫血是一类由球蛋白基因缺陷引起的遗传性血液疾病。球蛋白肽链是形成血红蛋白的重要单元，球蛋白基因缺陷会导致球蛋白肽链的合成减少甚至完全缺失，最终导致慢性溶血和贫血等临床症状。根据受影响的球蛋白类型，地中海贫血可分为α、β、δ和γ地中海贫血。

血红蛋白病在地中海沿岸地区、非洲、中东、东南亚和中国南部广泛流行，给这些地区带来了重大的公共卫生问题和负担。因此，全面了解地中海贫血高发地区的疾病分子谱，对于采取适当的措施来预防和治疗这种疾病至关重要。地中海贫血的早期诊断有利于重症地中海贫血的及时预防和治疗，地中海贫血携带者筛查和基因咨询是减少严重地中海贫血最有效的解决方案。

近期，赣南医学院研究团队及合作者在Human Genomics发表了题为“Next-generation sequencing analysis of the molecular spectrum of thalassemia in Southern Jiangxi, China”的文章。研究团队采用二代测序（NGS）技术对赣南地区136,312名育龄居民的血液进行了地中海贫血特征分析，并对地中海贫血阳性的血液样本进行了回顾性分析。研究发现赣南人群中地中海贫血具有很大的异质性和多样性，赣南人群α-地中海贫血的发病率（10.489%）明显高于β-地中海贫血的发病率（3.610%）。研究团队共鉴定出40个α-地中海贫血基因型，其中21个为罕见基因型，以-@-SEA/αα为最常见基因型；共鉴定出42种β-地中海贫血基因型，其中27种罕见基因型，最常见的突变为IVS II-654 C > T。

文章发表在Human Genomics

在先前的研究中，结合反向点杂交（RDB）、差距聚合酶链式反应（gap-PCR）和荧光PCR熔解曲线是鉴定地中海贫血突变最常用的方法。但这些方法主要局限于识别常见的突变，这导致地中海贫血许多类型的突变可能在以前的研究中被忽视了。

NGS能够快速、高通量地检测遗传变异。全基因组测序（WGS）、外显子组测序（WES）和靶向富集panel测序等技术已广泛应用于各种遗传疾病的分子诊断。因此，研究人员采用NGS分析了赣南地区十多万名受试者的地中海贫血分布情况。

经统计分析，总共有19,827名（14.545%）受试者被诊断为地中海贫血携带者，其中14,298例（10.489%）为α地中海贫血，4,921例（3.610%）为β地中海贫血，608例（0.446%）为α/β复合型地中海贫血。图1显示了地中海贫血患病率因地理区域而异（p < 0.001）。不过，性别与α地中海贫血、β地中海贫血或α/β复合型地中海贫血的检出率之间没有显著相关性（χ2=1.377，p=0.241）。

图1. 赣南地区地中海贫血检出率及其分布。

在14,298例携带α地中海贫血突变的个体中，检测到206例（1.441%）Hb H病（α+/α0），14,092例（98.559%）α地中海贫血基因携带者（α+/α或α+/α+或α0/α）。此外，研究鉴定出了40种不同的α地中海贫血基因型，其中13,240例有11种缺失，994例有16种非缺失突变，64例有13种缺失与非缺失突变组合。研究人员还从159例病例中发现了21种罕见基因类型。其中，-@-SEA/αα是最常见的基因型，占所有α地中海贫血基因型的54.105%。这些新发现的突变大大丰富了赣南地区的地中海贫血等位基因数据库。总之，排名前六的基因型占所有α地中海贫血病例的97.007%。

在所鉴定出的4,921名β地中海贫血患者中，有4910名（99.776%）杂合子、2名（0.041%）突变纯合子和9名（0.183%）复合杂合子。在该β地中海贫血队列中，研究人员发现了42种不同的基因型，其中有27种属于罕见的基因型，IVS II-654 C>T/βN是最常见的基因型，占所有β地中海贫血基因型的35.257%。这42种基因型在之前使用RDB基因芯片的研究中尚未报道，表明在筛选罕见变异时，NGS比RDB基因芯片更具优势。总之，以上主要的七种基因型占β地中海贫血基因型的91.425%。

该研究共发现了608例α/β复合型地中海贫血病例，包含74种基因型，患病率为0.446%（608/136,312）。在这些基因型中，-@-SEA/αα联合IVS II-654 C > T/βN是最常见的基因型（19.572%，119/608）。

随后，研究人员分析了21个α基因突变和35个β基因突变。-@-SEA等位基因是突变频率最高的等位基因，其频率为0.0303。此外，还发现了15个罕见的α突变。在所有β球蛋白突变中，IVS II-654 C>T是最常见的，等位基因频率为0.0072。图2显示了不同地中海贫血突变的等位基因频率。

图2. α-地中海贫血等位基因频率分布（a）。β地中海贫血等位基因频率分布（b）。

研究人员还分析了α/β球蛋白突变的基因型与地中海贫血平均红细胞体积（MCV）或平均红细胞血红蛋白含量（MCH）水平特征之间的关系（图3）。MCH水平的结果与MCV值的结果相似性极高。大多数携带罕见地中海贫血突变个体的血液学参数都有轻度异常，包括微细胞低色素血症。携带罕见突变的个体（1.5668%）其MCV值小于82fL，这显示出罕见突变在地中海贫血携带者中的重要性。但是，少数地中海贫血携带者的MCV和MCH指数值正常，这意味着使用常规血液学筛查方法会遗漏部分突变的携带者，尤其是会遗漏含有罕见突变的携带者。

图3. 地中海贫血人群的血液学参数和通过血细胞筛查的地中海贫血受试者的百分比。

该研究中，高通量地中海贫血筛查的价格约每个样本10美元，共鉴定出56个地中海贫血突变，其中包括48个罕见突变。传统的检测方法，如RDB和gap-PCR，只能检测到23个突变。换句话说，使用传统筛查方法，4.010%（795/19,827）的患者会被遗漏或误诊。因此，NGS可以有效地识别新的突变并降低误诊率，并且其实惠性可以使广泛的人群受益。

综上所述，研究人员探索了使用NGS进行大规模人群地中海贫血筛查的临床可行性，证明了NGS可以有效地用于识别使用传统检测方法无法检测到的罕见突变，有可能进一步降低地中海贫血的误诊率。该研究阐明了赣南地中海贫血的患病率和分子谱，同时为其他地区地中海贫血的筛查、预防和治疗提供了理论依据。

参考资料：

Yang, T., Luo, X., Liu, Y. et al. Next-generation sequencing analysis of the molecular spectrum of thalassemia in Southern Jiangxi, China. Hum Genomics 17, 77 （2023）. https://doi.org/10.1186/s40246-023-00520-5