在過去10年里，隨著高通量測序技術的出現與發(fā)展，科研與臨床醫(yī)學領域的遺傳學檢測范圍不斷擴大，檢測速度不斷加快。時至今天，DNA測序技術不僅推進了遺傳學研究，也被用于各種遺傳疾病的檢查。特別是利用全外顯子組測序（whole exomesequencing，WES）與全基因組測序（wholegenome sequencing，WGS）兩種方法發(fā)現基因變異，被越來越多的應用于科學研究與臨床診斷。這兩種方法都基于一種能夠快速且大量對進行DNA測序的新技術，被稱作二代測序技術。
什么是全外顯子組測序與全基因組測序？
全外顯子組測序，是指利用序列捕獲技術將全基因組外顯子區(qū)域DNA捕獲富集后進行高通量測序，能夠直接發(fā)現與蛋白質功能變異相關的遺傳變異，雖然外顯子只占基因組的1%，但人類基因組的蛋白編碼區(qū)大約包含85%的致病突變，測序深度更高，數據更有效，變異檢測更準確。
利用二代測序技術，對大量DNA片段進行測序已經完全可行了。例如，一部分DNA片段含有蛋白質合成的密碼“指令”，這部分片段被稱作“外顯子”。目前認為，外顯子只占到人類基因組的大約1%，基因組中所有的外顯子被統(tǒng)稱為“外顯子組”，對這部分序列的測序就被稱為“全外顯子組測序”。這種方法能夠檢測出所有基因的蛋白質編碼區(qū)域的變異，而不僅僅是被選擇的有限的若干基因。由于已知的大多數導致疾病的突變均發(fā)生在外顯子中，全外顯子組測序從而被認為是一種高效的識別可能致病的突變的方法。
不同于全基因組測序（WGS），全外顯子測序（WES）關注基因組的外顯子區(qū)域，即蛋白質編碼區(qū)域，是目前更適用于臨床的高深度測序技術。原因在于，外顯子區(qū)域雖然僅占基因組1.5%的比例，包含22000個基因，但超過85%的孟德爾遺傳病都與該區(qū)域有關。因此WES較WGS更具成本效益。此外，目前人類探明的基因組內區(qū)域是極其有限的。相比于WES，WGS雖然能夠發(fā)現更多的基因變異，但會有相當一部分變異的意義是不明確的，有時候很難斷定某些檢測出的變異是否與表型相關。據此，產前WES是在滿足成本效益前提下，能有效提高超聲異常胎兒在發(fā)育過程中致病突變診斷率的方法，同時其也有助于發(fā)現與確診部分疾病孕期的表型。
相比于選擇性的基因測序，全外顯子組測序與全基因組測序能夠發(fā)現更多的基因變異，但顯然會有相當一部分的變異的意義是不明確的。并不是所有的基因變異都會影響健康，因此很難斷定某些檢測出的變異是否與患者的疾病、表型等相關。有時，一種被識別出的基因變異還可能與另一種尚未被診斷的遺傳疾病有關。
全外顯子測序技術從科研工具轉向臨床診斷遺傳病不過幾年光景，其在產前診斷中的應用業(yè)已成為遺傳學等專業(yè)會議的熱議話題。該技術是否已足夠成熟？而臨床醫(yī)生是否已經準備好迎接這項尖端技術的引入呢？
以往對于產前超聲檢測發(fā)現異常的胎兒通常是采用核型分析進行遺傳病的排查，其診斷率為8-10%；而后續(xù)通過染色體微陣列芯片（CMA）等技術診斷也僅是提高了6%的診斷率。這意味著仍有許多其他超聲異常的病例存在，而且這些未檢出的病例僅能依靠有限的信息進行遺傳咨詢，這無疑使醫(yī)生與準父母面臨著巨大挑戰(zhàn)。目前，國內外有一些小規(guī)模研究發(fā)現，WES在超聲異常核型分析正常胎兒中診斷率可達20%-80%，這使得WES在改善超聲異常產前診斷中的應用受到廣泛關注。但目前，WES在產前的臨床應用仍面臨著一定的挑戰(zhàn)，比如：
1.如何短時間內進行大量的數據分析與解讀；
2.如何識別低外顯率和可變表現度的疾病；
3.針對未知意義的變異，如何提供準確的預測與遺傳咨詢。
4.WES不能檢測非整倍體、多倍體、平衡易位、CNV等染色體異常；
5.基因組部分區(qū)域，特別是GC富集區(qū)，WES難以有效覆蓋，可能存在漏診的狀況；
因此，對于行產前WES的同時，核型分析、CNV檢測仍是必須的；一代測序作為二代測序的驗證手段仍不可避免。此外，與產前WES有關的多重倫理問題也已經引起了廣泛關注。對于檢測結果的告知與解釋可能導致不必要的終止妊娠的發(fā)生，尤其是對于未知意義的變異的知情同意仍然缺乏行之有效的方法與標準。
綜上所述，WES在臨床產前診斷中的推廣使用，具有巨大的潛力與廣泛的前景。它可以切實地解決部分超生異常但核型正常胎兒的遺傳診斷問題，但也面臨遺傳解讀與報告方面的諸多困難。
最近基因組學進入圍產醫(yī)學的應用爆發(fā)已經徹底改變了產前診斷和胎兒醫(yī)學，攜帶胎兒結構性出生缺陷的所有女性均接受羊膜穿刺術或絨毛膜絨毛取樣的診斷檢測。以前，接受診斷檢測的女性僅限于接受G帶核型，2012年，Wapner等人發(fā)現在胎兒異常情況下，使用染色體微陣列芯片超過標準核型分析提高了6％的診斷率。這項研究改變了產前診斷的臨床實踐，因為當診斷出胎兒異常時，所有女性現在都被提供CMA檢測。在CMA檢測結果仍為陰性的情況下，現在大家把注意力轉向產前全外顯子組測序的臨床效用。外顯子組的改變導致大多數單基因疾病，現在可以在特定病例中提供研究性質的產前全外顯子測序（WES），而有些機構已經在臨床上直接提供產前WES。由于當前難以解釋基因組的內含子區(qū)域，全基因組測序雖然在科研中有所觸及，但尚未在臨床上應用。
WES:應用于臨床異常胎兒
目前，產前診斷僅限于超聲檢查，然后是標準核型分析和對羊膜細胞或絨毛膜絨毛進行微陣列檢查。雖然微陣列分析提高了標準核型分析的診斷能力，但70-80％具有正常核型的異常胎兒也具有正常的微陣列檢測結果，因此這些胎兒仍然沒有獲得明確的診斷。WES現在已在疑似遺傳病的成人和患有畸形特征和發(fā)育遲緩的兒科患者常規(guī)進行檢測，診斷率約為30％。WES直到最近才應用于產前羊膜穿刺術和絨毛膜絨毛取樣的直接胎兒標本。產前WES能夠在標準基因檢測未能揭示診斷的特定病例中鑒定出致病原因。然而，盡管產前樣本的全基因組和外顯子組測序的技術沒有問題，其仍然需要侵入性程序，而這伴隨流產的風險。事實上，當分析基因組的蛋白質編碼區(qū)時，只有28％不能喪失功能的基因具有與人類疾病表型相關的已知功能，甚至更少的基因在產前具有表型。許多對人類發(fā)育至關重要的基因尚未得到科學發(fā)現，出生缺陷和復發(fā)性流產的原因在很多時候是未知的，因此許多家庭對未來懷孕的復發(fā)風險存在很大的不確定性。而由于樣本的選擇偏倚，需要進行前瞻性研究以確定是否在更大的樣本隊列中觀察到如此高的診斷率，隨著有關產前WES診斷能力的更多信息，將該技術納入臨床實踐的具體應用場景與策略需要進一步研究。最大的挑戰(zhàn)涉及變異的解讀和測試前后的遺傳咨詢。在選擇其他診斷方法無法獲得診斷的產前病例中，提供WES可能是合適的。此類病例的實例包括使用核型和微陣列的標準基因檢測是正常的，復發(fā)性或多發(fā)性先天性異常。產前WES在父母為近親結婚或基因芯片顯示胎兒為UPD時也是合適的。如果胎兒呈現的疾病是高度遺傳異質性的，WES也可能比使用靶向PANEL測序更具成本效益。
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