血液腫瘤是一類具有高度異質(zhì)性的疾病,其診療需要結(jié)合形態(tài)學(xué)、免疫學(xué)、遺傳學(xué)和分子生物學(xué)進(jìn)行綜合分析。二代測序(Next-generation sequencing, NGS)作為新的分子生物學(xué)技術(shù),具有通量高、靈敏度高、成本低等優(yōu)勢,是探索血液腫瘤的分子發(fā)病機制并指導(dǎo)臨床診療的重要手段。為推動NGS在血液腫瘤診療中的應(yīng)用,提高診療水平,中國抗癌協(xié)會血液腫瘤專業(yè)委員會、中華醫(yī)學(xué)會血液學(xué)分會、中華醫(yī)學(xué)會病理學(xué)分會組織國內(nèi)相關(guān)的血液、病理和檢驗專家,結(jié)合國外權(quán)威資料和已積累的大樣本數(shù)據(jù),制訂了NGS在血液腫瘤中應(yīng)用的中國專家共識。
血液腫瘤中常見的分子生物學(xué)異常主要包括基因突變、融合基因及基因異常表達(dá)。目前NGS在基因突變的檢測方面應(yīng)用最為廣泛和成熟,本共識僅涉及基因突變的檢測。
基因突變的檢測在急性髓系白血病(AML)伴重現(xiàn)性遺傳學(xué)異常、遺傳易感性髓系腫瘤、骨髓增殖性腫瘤(MPN)、骨髓增生異常綜合征伴環(huán)形鐵粒幼紅細(xì)胞(MDS-RS)、毛細(xì)胞白血病(HCL)和淋巴漿細(xì)胞淋巴瘤/華氏巨球蛋白血癥(LPL/WM)的診斷中具有關(guān)鍵性的作用,對于其他血液腫瘤則起到輔助診斷的作用[1,2,3,4,5,6,7,8]。
基因突變是各類血液腫瘤預(yù)后判斷的重要依據(jù),目前NCCN指南已提出了基于基因突變的AML預(yù)后分層體系[1]。此外,MDS、MPN、MDS/MPN、急性淋巴細(xì)胞白血?。ˋLL)、慢性淋巴細(xì)胞白血病/小淋巴細(xì)胞淋巴瘤(CLL/SLL)、LPL/WM、大顆粒淋巴細(xì)胞白血?。↙GLL)中,已經(jīng)證實了一些具有明確預(yù)后意義的突變基因[2,3,4,5,6,7,8]。其他血液腫瘤中突變基因的預(yù)后意義尚有待于進(jìn)一步研究。
一方面,基因突變檢測可提供分子治療靶點,對應(yīng)靶向藥物進(jìn)行治療,目前已有基于突變基因的靶向藥物應(yīng)用于臨床或處于臨床試驗階段,其中FLT3、IDH1/2、BRAF及JAK-STAT信號通路相關(guān)的突變基因已有靶向藥物上市[1,4,5];另一方面,基因突變可以導(dǎo)致對某些藥物的敏感或者耐受,及時檢測有助于治療方案的調(diào)整。例如,TP53突變的CLL/SLL患者對常規(guī)化療反應(yīng)差,MYD88和CXCR4基因突變可影響伊布替尼在LPL/WM中的治療效果,ABL1激酶區(qū)突變是慢性髓性白血?。–ML)和Ph ALL酪氨酸激酶抑制劑(TKI)耐受的主要機制之一[4,7,8]。
基因突變是MRD監(jiān)測的分子標(biāo)志物之一[9]。雖然實時定量PCR方法和流式細(xì)胞學(xué)是目前主流的MRD監(jiān)測方法,但是由于NGS靈敏度隨測序深度加深可進(jìn)一步提高,在MRD監(jiān)測方面具有更大的優(yōu)勢。
血液腫瘤在發(fā)展過程中會伴隨動態(tài)的克隆演變,或是基因突變負(fù)荷的改變,或是新的突變基因的出現(xiàn),及時監(jiān)測基因改變,有助于了解疾病進(jìn)展并調(diào)整治療方案[10]。
血液腫瘤相關(guān)檢測基因由臨床血液腫瘤專家和實驗室專家共同制定,主要依據(jù)中國抗癌協(xié)會、中華醫(yī)學(xué)會、WHO、NCCN等機構(gòu)發(fā)布的血液系統(tǒng)疾病診療指南或者專家共識。對于其他權(quán)威文獻(xiàn)報道的重要基因,可在驗證之后納入基因列表。血液腫瘤易感的胚系突變基因,根據(jù)檢測需求可以納入,例如CEBPA、DDX41、RUNX1、ETV6、GATA2等基因除了可發(fā)生體細(xì)胞突變外,發(fā)生胚系突變可導(dǎo)致髓系腫瘤的易感[2,4]。檢測基因的數(shù)量應(yīng)在滿足臨床需求的基礎(chǔ)上,綜合疾病類型、實驗技術(shù)、樣本數(shù)量以及檢測成本達(dá)到最優(yōu)化的設(shè)計[11,12]。隨著基礎(chǔ)及臨床研究的不斷深入,檢測的基因種類亦需隨之更新。
被檢測的基因所覆蓋區(qū)域可參考臨床診療指南、權(quán)威數(shù)據(jù)庫、文獻(xiàn)及實驗室自建數(shù)據(jù)庫等。首先應(yīng)納入基因熱點突變區(qū)域或重要結(jié)構(gòu)域的編碼區(qū)域,例如NPM1基因c.860_863為熱點突變區(qū)域,NOTCH1基因突變最多見于HD結(jié)構(gòu)域及ΔPEST結(jié)構(gòu)域[13];無明確熱點突變區(qū)域或突變位點分布比較分散的基因,應(yīng)檢測全部外顯子,例如TP53、RUNX1等;剪接位點突變有可能導(dǎo)致外顯子跳躍,影響蛋白功能,建議根據(jù)數(shù)據(jù)庫記錄和文獻(xiàn)報道將剪接位點±5 bp的區(qū)域納入檢測范圍;對于存在非翻譯區(qū)(UTR)突變的基因,例如BCL6,則應(yīng)納入相應(yīng)區(qū)域檢測[14]。需要注意的是,對于不能覆蓋的熱點突變類型或重要區(qū)域可通過其他檢測方法進(jìn)行補充,并在檢測報告中明確說明。
疑診為血液腫瘤的患者,初診時應(yīng)留存新鮮骨髓、外周血或組織樣本,以備進(jìn)行NGS檢測,未留存者可使用初診時的骨髓涂片進(jìn)行檢測。骨髓采集量以1~3 ml為宜,外周血采集量3~5 ml為宜,若白細(xì)胞計數(shù)偏高或偏低,應(yīng)適當(dāng)調(diào)整采集量,使單個核細(xì)胞總數(shù)達(dá)到1×107以上??鼓齽┦走xEDTA抗凝劑或枸櫞酸鈉抗凝劑,禁止使用肝素抗凝,推薦24 h內(nèi)4 ℃冷藏運送。福爾馬林固定后的組織標(biāo)本需選擇腫瘤成分,切片厚度8~10 μm,5~8片為宜,常溫運輸。已染色標(biāo)本不推薦進(jìn)行NGS檢測。條件允許的病例,可從同一患者采取正常組織作為胚系突變對照。
DNA質(zhì)量是NGS檢測成功的關(guān)鍵因素,同一患者的不同病灶組織、不同組織切片應(yīng)分別單獨進(jìn)行DNA提取,并對DNA質(zhì)量進(jìn)行評估,包括濃度、純度和完整性分析。由于FFPE組織標(biāo)本以及骨髓涂片所提取的DNA易片段化,且因保存環(huán)境及保存時間不同,導(dǎo)致DNA片段化的程度參差不齊,因此各實驗室應(yīng)具有相應(yīng)的方法檢測DNA的完整性或降解程度,并設(shè)立明確的合格樣本標(biāo)準(zhǔn)[11]。
文庫制備用于目標(biāo)區(qū)域的富集,主要有雜交捕獲法和擴增子建庫法,無論采用何種方法制備文庫,均需使用已驗證過的建庫試劑[15]。多標(biāo)本同時測序應(yīng)有相應(yīng)的分子標(biāo)簽用于區(qū)分不同的測序標(biāo)本,明確不同的檢測標(biāo)本和分子標(biāo)簽的一一對應(yīng)關(guān)系;必要時,可對加標(biāo)簽的方法及試劑進(jìn)行說明[16]。文庫濃度過高會導(dǎo)致多克隆數(shù)據(jù)的產(chǎn)生,降低有效測序數(shù)據(jù)量;過低會導(dǎo)致整體測序數(shù)據(jù)的減少,因此在測序之前推薦使用實時定量PCR或其他方法對文庫進(jìn)行定量,將文庫濃度調(diào)整至合適的水平。每個檢測項目應(yīng)設(shè)定其文庫質(zhì)量的要求,并設(shè)立明確的合格文庫標(biāo)準(zhǔn)。
目前測序主要有電位檢測和光學(xué)檢測兩種基本原理,檢測DNA合成過程中釋放的氫離子或熒光信號。為保證測序質(zhì)量、檢測區(qū)域覆蓋深度及報告時效性,需要根據(jù)樣本數(shù)量和質(zhì)量選取適當(dāng)?shù)臏y序平臺和芯片。
由測序平臺產(chǎn)生的原始數(shù)據(jù)通常會存在堿基召回錯誤、插入刪除錯誤、低質(zhì)量讀段(reads)及接頭污染等問題,會在一定程度上影響下游的分析過程。因此,在對測序結(jié)果進(jìn)行具體的生物信息學(xué)分析之前,要先對下機數(shù)據(jù)進(jìn)行質(zhì)量評估,制定有效的質(zhì)量控制標(biāo)準(zhǔn),包括堿基的質(zhì)量Q20、目標(biāo)區(qū)域平均測序深度、均一性等評價參數(shù)。血液腫瘤的基因突變檢測,測序深度應(yīng)≥500×,平均測序覆蓋度、均一性以及在靶率均≥90%。
低質(zhì)量讀段會影響下游的序列處理和分析,因此需要對測序數(shù)據(jù)進(jìn)行過濾處理。數(shù)據(jù)過濾所針對的讀段主要有四種:測序質(zhì)量低的讀段(low quality reads),重復(fù)讀段(duplicate reads),含有核苷酸的插入、刪除和替換等錯誤的讀段(insertion/deletion/mismatch)和帶有人工污染的讀段(adaptor等)。常用的數(shù)據(jù)過濾軟件有Trimmomatic、Fastx_toolkit、NGS QC Toolkit等。
當(dāng)讀段經(jīng)過質(zhì)控與過濾等步驟達(dá)到一定的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)之后,需要將其比對到參考基因組上。目前普遍參考的人類基因組參考序列為Human hg19。不同的比對方法根據(jù)不同的比對策略設(shè)計了不同的算法,常用的比對程序軟件有MAQ、BWA、Bowtie/Bowtie2、SOAP/SOAP2、mrFAST和Stampy等,實驗室應(yīng)當(dāng)選取合適的比對軟件,建立完善的實驗室比對流程。
突變位點識別常借助于Samtools、GATK等識別工具。對突變位點的注釋內(nèi)容包括功能信息、頻率信息、軟件預(yù)測結(jié)果信息以及疾病數(shù)據(jù)庫信息,常用的包括Ensembl、RefSeq、GENCODE、dbSNP、1000genomes、ESP、ExAC、COSMIC、HGMD、Clinvar、polyphen和SIFT等。
篩選與鑒別疾病相關(guān)突變位點需要經(jīng)過嚴(yán)格的篩選流程,至少需要排除低質(zhì)量變異、未有明確意義的非編碼區(qū)變異、同義單核苷酸變異(SNV)及已知健康人群中的基因多態(tài)性位點。
報告中除患者信息、標(biāo)本信息、送檢日期、報告署名及日期等一般資料外,還應(yīng)包括:檢測基因列表、檢測區(qū)域及突變類型;使用的檢測平臺、目標(biāo)區(qū)域的富集方法、平均測序深度、數(shù)據(jù)分析軟件名稱及版本號;對相關(guān)專業(yè)術(shù)語進(jìn)行解釋說明;本實驗室報告突變位點的規(guī)則、檢測方法的局限性、檢測靈敏度和準(zhǔn)確度等;注明是否通過其他方法補充了NGS未覆蓋或覆蓋不佳的檢測區(qū)域等[11,16]。
突變位點信息應(yīng)該包括基因名稱、突變的物理坐標(biāo)、cDNA的轉(zhuǎn)錄本號、外顯子位置、符合人類基因組變異協(xié)會(HGVS)書寫規(guī)范的突變類型、氨基酸突變類型、變異等位基因頻率以及該突變位點的測序深度等[17]。參考序列推薦使用美國國立生物技術(shù)信息中心(National Center of Biotechnology Information)收錄的參考序列。當(dāng)使用各基因編碼DNA參考序列描述突變時,推薦最常使用的經(jīng)典轉(zhuǎn)錄本(canonical sequence)[18]。
不推薦將良性或可能良性突變在報告中報道。建議突變位點根據(jù)臨床意義的明確性進(jìn)行分級報告:
①一級變異:具有明確臨床意義的突變,包括:國家食品藥品監(jiān)督管理總局(CFDA)、美國食品藥品管理局(FDA)等機構(gòu)批準(zhǔn)的用藥治療靶點;血液腫瘤診療指南或?qū)<夜沧R中有明確診斷、治療、預(yù)后意義的突變;尚未進(jìn)入診療指南或?qū)<夜沧R,但有權(quán)威文獻(xiàn)或大規(guī)模報道在血液腫瘤中具有診療意義的突變。
②二級變異:具有潛在臨床意義的突變,包括:基于多個小規(guī)模研究報道在血液腫瘤中具有診斷、治療或預(yù)后意義,但尚未達(dá)成共識的突變;新發(fā)現(xiàn)的疾病相關(guān)基因重要結(jié)構(gòu)域的體細(xì)胞突變。
③三級變異:臨床意義未明的突變,對于尚有爭議的突變位點,實驗室必須制定相關(guān)規(guī)則,可以發(fā)現(xiàn)突變即報告,并附上說明和意義;也可以不報告或只報告小部分突變結(jié)果,并附上說明、參考文獻(xiàn)及數(shù)據(jù)庫。
突變位點的臨床意義解讀要平實客觀、清晰易懂。推薦寫明突變位點的人群突變頻率、蛋白功能危害性預(yù)測和疾病數(shù)據(jù)庫的記錄,根據(jù)疾病診療指南、專家共識和既往研究說明突變位點在臨床診斷、治療和預(yù)后評估中的意義,注明其相關(guān)藥物及正在開展的狀態(tài)信息,并附上數(shù)據(jù)庫和參考文獻(xiàn)來源。對于胚系突變,除了疾病診療指南及重要參考文獻(xiàn)外,推薦參考OMIM、HGMD和ACMG等數(shù)據(jù)庫或?qū)W術(shù)機構(gòu)中遺傳疾病變異分類指導(dǎo)注釋臨床意義,并附上數(shù)據(jù)庫和參考文獻(xiàn)來源。陰性結(jié)果并不能完全排除患者不存在基因突變,可能是由于檢出靈敏度或檢測區(qū)域局限性所致,報告中應(yīng)當(dāng)以醫(yī)師可以理解的方式對此予以說明[19]。
NGS檢測實驗室的總體設(shè)計與要求應(yīng)參考《分子病理診斷實驗室建設(shè)指南(試行)》、《醫(yī)療機構(gòu)臨床基因擴增檢驗實驗室工作導(dǎo)則》等行業(yè)文獻(xiàn)和要求。檢測人員、生物信息分析人員、報告分析人員和提供咨詢?nèi)藛T應(yīng)具備相應(yīng)專業(yè)背景且經(jīng)過相應(yīng)培訓(xùn)取得上崗資質(zhì)[20]。實驗室區(qū)域設(shè)置和環(huán)境需要滿足實驗環(huán)節(jié)和儀器要求。NGS檢測試劑及測序平臺應(yīng)首選CFDA認(rèn)可的產(chǎn)品。涉及實驗室自配試劑、探針等,應(yīng)該有嚴(yán)格的試劑制備標(biāo)準(zhǔn)操作規(guī)程(SOP),并經(jīng)過臨床實驗室自建項目(LDT)驗證合格后方可使用[11,18,21,22]。
NGS實驗室應(yīng)建立質(zhì)量管理體系,對于標(biāo)本采集和處理、實驗操作、生物信息分析和報告分析各個環(huán)節(jié)均需要建立SOP文件,實驗操作程序和生物信息分析須經(jīng)過性能驗證或確認(rèn)[15]。
實驗環(huán)節(jié)需要設(shè)置陰/陽性對照[11,18]。陽性對照一般采用包含已知突變信息的混合樣本作為質(zhì)控材料,并且其中應(yīng)當(dāng)包含最低檢測限的突變位點,實驗時同時進(jìn)行檢測,以確保其檢出能力。陰性對照一般采用明確無突變或無核酸的樣本作為質(zhì)控材料,實驗時同時進(jìn)行檢測,以確保實驗過程中無污染及無非特異性。
實驗室應(yīng)定期參加相應(yīng)檢測項目的室間質(zhì)量評價或能力驗證;若無法實現(xiàn),應(yīng)通過與其他實驗室(如使用相同檢測系統(tǒng)的實驗室)比對的方式,判斷檢驗結(jié)果的可接受性。
樣本質(zhì)量問題、檢測過程的不確定因素以及數(shù)據(jù)分析可能存在的漏洞,都可能導(dǎo)致檢測結(jié)果中存在假陽性或者假陰性。實驗室需要確定適宜的cut off值,在cut off值以上的結(jié)果可以采用自動化結(jié)果,但若出現(xiàn)比較疑似單堿基插入或缺失的未知突變,建議進(jìn)行人工核對,并采用Sanger測序、ARMS-PCR、數(shù)字PCR等方法進(jìn)行驗證。而對于cut off值以下的有意義位點必須進(jìn)行人工核對,同時采用ARMS-PCR、數(shù)字PCR或二次建庫/測序方法進(jìn)行驗證[18]。很多實驗室的NGS測序平臺都可能會出現(xiàn)一定數(shù)量的'實驗室特異性'的突變,此類突變是該檢測系統(tǒng)特有的假陽性突變,應(yīng)在報告時予以剔除。
信息系統(tǒng)的功能應(yīng)滿足臨床需要,包括數(shù)據(jù)分析、存儲、傳輸及安全性等。生物信息分析流程應(yīng)包括所有的算法、軟件、腳本、參考序列和數(shù)據(jù)庫,可以是內(nèi)部的、供應(yīng)商開發(fā)的或開源的。實驗室應(yīng)有記錄NGS生物信息分析步驟的書面程序用來分析、解釋、報告NGS檢測結(jié)果,且針對每份NGS病例數(shù)據(jù)分析報告,需要設(shè)立追溯機制,確保檢測中涉及的生物信息數(shù)據(jù)分析流程能夠追溯[11,15]。實驗室應(yīng)規(guī)定原始序列核心數(shù)據(jù)的保存期限,并在醫(yī)師要求或患者檢測需要時,允許實驗室間重新分析、重新注釋及重新解釋。同時應(yīng)確保NGS數(shù)據(jù)內(nèi)部和/或外部存儲、轉(zhuǎn)移的保密性以及數(shù)據(jù)的完整性。
隨著分子生物學(xué)在血液腫瘤發(fā)病機制和臨床診療研究的不斷深入,NGS在血液腫瘤中的應(yīng)用將會越來越廣泛和高效。本共識闡述了NGS在血液腫瘤中應(yīng)用的基本原則和總體流程,并對血液腫瘤的臨床診療提供有效幫助。NGS在未來的技術(shù)、分析內(nèi)容和結(jié)果解讀方面會不斷進(jìn)步和完善,在血液腫瘤的實踐應(yīng)用過程中也會帶來各種挑戰(zhàn)。
參與共識討論的專家:哈爾濱血液病腫瘤研究所(馬軍、邱林);吉林大學(xué)第一醫(yī)院(白鷗);中國醫(yī)科大學(xué)附屬盛(劉卓剛、張繼紅);北京大學(xué)第一醫(yī)院(任漢云);解放軍總醫(yī)院(高春記);北京協(xié)和醫(yī)院(陳杰、梁智勇、周道斌);中國醫(yī)學(xué)科學(xué)院阜外醫(yī)院(周洲);中國食品藥品檢定研究院(黃穎);中國合格評定國家認(rèn)可委員會(周亞莉);衛(wèi)生部臨床檢驗中心(彭明婷);北京大學(xué)腫瘤醫(yī)院(朱軍);北京大學(xué)人民醫(yī)院(秦亞溱);北京大學(xué)第三醫(yī)院(克曉燕);山西省腫瘤醫(yī)院(蘇麗萍);山西醫(yī)科大學(xué)第二醫(yī)院(楊林花、王晨);河北燕達(dá)陸道培醫(yī)院(劉紅星);河北醫(yī)科大學(xué)第二醫(yī)院(羅建民);(高廣勛、王哲);山東省立醫(yī)院(王欣);山東大學(xué)齊魯醫(yī)院(侯明、紀(jì)春巖);上海交通大學(xué)醫(yī)學(xué)院附屬瑞金醫(yī)院(趙維蒞);海軍軍醫(yī)大學(xué)附屬長海醫(yī)院(楊建民、何妙俠);上海交通大學(xué)醫(yī)學(xué)院附屬仁濟醫(yī)院(侯?。?;復(fù)旦大學(xué)附屬腫瘤醫(yī)院(杜祥);復(fù)旦大學(xué)附屬中山醫(yī)院(劉澎、侯英勇);江蘇省人民醫(yī)院(喬純、李建勇);蘇州大學(xué)附屬第一醫(yī)院(吳德沛、陳蘇寧);江蘇省臨床檢驗中心(許斌);南京大學(xué)醫(yī)學(xué)院附屬鼓樓醫(yī)院(樊祥山);徐州醫(yī)科大學(xué)附屬醫(yī)院(李振宇、桑威);安徽省立醫(yī)院(孫自敏);安徽醫(yī)科大學(xué)第一附屬醫(yī)院(曾慶曙);福建醫(yī)科大學(xué)附屬協(xié)和醫(yī)院(胡建達(dá));廈門大學(xué)附屬第一醫(yī)院(徐兵);河南省腫瘤醫(yī)院(宋永平);鄭州大學(xué)第一附屬醫(yī)院(姜中興);河南省人民醫(yī)院(孫愷);華中科技大學(xué)附屬協(xié)和醫(yī)院(胡豫);華中科技大學(xué)附屬同濟醫(yī)院(周劍峰);武漢大學(xué)中南醫(yī)院(左學(xué)蘭);中南大學(xué)湘雅醫(yī)院(趙謝蘭);暨南大學(xué)醫(yī)學(xué)院血液病研究所(李揚秋);南方醫(yī)科大學(xué)南方醫(yī)院(劉啟發(fā)、梁莉);廣東省人民醫(yī)院(杜欣、翁建宇);深圳市第二人民醫(yī)院(杜新);南方醫(yī)科大學(xué)珠江醫(yī)院(李玉華);重慶醫(yī)科大學(xué)(丁克越);陸軍軍醫(yī)大學(xué)新橋醫(yī)院(張曦、郭喬楠);四川大學(xué)華西醫(yī)院(牛挺、劉衛(wèi)平);陸軍軍醫(yī)大學(xué)西南醫(yī)院(陳潔平);四川省人民醫(yī)院(黃曉兵);重慶醫(yī)科大學(xué)第一附屬醫(yī)院(劉林);寧夏醫(yī)科大學(xué)總醫(yī)院(鄭波);青海省人民醫(yī)院(李文倩);云南省人民醫(yī)院(楊同華);昆明醫(yī)科大學(xué)第二附屬醫(yī)院(周澤平);新疆維吾爾自治區(qū)人民醫(yī)院(王曉敏);海南省人民醫(yī)院(姚紅霞);天津市臨床檢驗中心(楊彬);天津市腫瘤醫(yī)院(張會來、李曉玲);中國醫(yī)學(xué)科學(xué)院血液病醫(yī)院(藺亞妮、張冬雷、朱平、魏輝、邱錄貴、肖志堅、王建祥、汝昆)
(執(zhí)筆:藺亞妮、張冬雷、朱平、劉紅星、丁克越、喬純、彭明婷、汝昆)
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