RNA-seq走向临床 精准医疗再添“助力”

　　今年3月份，《Nature Reviews Genetics》发文介绍了RNA-Seq在疾病检测和疾病管理中的诸多优势，探讨了该技术在临床上的机遇和挑战。

　　5月12日，GEN网站又对RNA-Seq临床诊断的前景进行了阐述。

　　近年来，随着测序技术的发展，逐渐衍生出了其他的创新技术。作为测序技术的衍生，RNA-Seq被认为是能提高诊断效率甚至可取代传统临床黄金标准的技术。

　　今年3月份，《Nature Reviews Genetics》发文介绍了RNA-Seq在疾病检测和疾病管理中的诸多优势，探讨了该技术在临床上的机遇和挑战。文中指出，RNA-Seq是实现精准医疗的强大助力，有助于实现更深的遗传分析和更有效的诊断治疗。5月12日，GEN网站又对RNA-Seq临床诊断的前景进行了阐述。

　　RNA-Seq走向临床的优势和障碍

　　与传统的临床RNA分析平台(如实时荧光定量PCR和基因芯片)相比，RNA-Seq是一个开放的平台，它能同时检测一个样本中RNA转录的数量以及新型的变异。此外，与芯片技术相比，RNA-Seq方法有更大的动态范围，例如可扩展至临床样本独特变体的确定。

　　Illumina产品营销总监Charlie Nelson表示，“虽然很多ncRNAs(非编码RNA)是已知的，但RNA-Seq不仅能识别未知变异，还能对许多低表达水平的分子进行精确定量，从而完整描述转录分子的特征。”

　　RNA-Seq平台的另外一个潜质是描述身份不明的RNA种类，尤其是用于分析不同类型的ncRNAs(非编码RNA)，如miRNA、PIWI蛋白相互作用的RNA(piRNA)、lncRNAs和转运RNA(tRNA)。最近研究揭示了ncRNAs与多种癌症的表观遗传机制失调有关，为RNA-Seq走向临床打开了大门。

　　GENEWIZ基因组学和分子遗传学副董事Ginger Zhou博士说，“RNA-Seq和表观遗传学最大的临床意义是揭示诊断疾病的生物标志物，这些标志物不一定展现在基因水平上。RNA-Seq和表观遗传学使临床医生能够捕捉发生在细胞水平上的功能和调控变化。”

　　然而，尽管RNA-Seq展现出了很大的潜质，工作流程的繁琐仍然阻碍其向临床过渡。确定基因样本序列只是RNA-Seq的一部分，数字再组装占据了整个流程的绝大部分，同时这也需要庞大的计算能力。

　　Zhou博士指出，“RNA-Seq及测序技术的快速发展推动了生物信息学软件包的发展，每种软件包都有其优缺点，因而无法明确哪种工具是解决需求的最佳选择。”Nelson对此表示赞同，“RNA-Seq成功分析的关键是具有促进理解和制定决策的正确工具。”

　　Zhou博士补充道，“如今该领域逐渐成熟，并大步朝向临床应用，当务之急是建立最佳的试验和生物信息学实践标准。

　　总而言之，与转录组测序相比，靶向RNA-Seq生物信息学分析优势更大，且能更快进入临床。”

　　RNA-Seq走出实验室，为多种疾病造福

　　中心法则是个不易推翻的理论，但目前研究者们对遗传信息流的观察中正快速改变，基于不仅能无偏检测基因转录水平还能检测庞大而多样的RNA种类，RNA-Seq拥有巨大的潜质应用至临床的多种疾病中。

　　Zhou博士说，“近年来，RNA-Seq及表观遗传学对临床有很大影响，我们首先想到的是癌症，例如转录组测序有助于区分不同癌症相关特定基因的mRNA表达模式。”看上去癌症似乎是RNA-Seq进入临床的首个受益疾病，然而还有许多遗传疾病也能受益于基于该技术的诊断工具。

　　Verrelst表示，“从长远来看，癌症、糖尿病、阿尔兹海默症、帕金森、自闭症和红斑狼疮都会有极大的改变。通过分子技术，医生将能够了解疾病的发展状态，并更好地进行治疗。”

　　RNA-Seq为整个生物信息的翻译带来了巨大的希望，该技术平台正逐渐走出实验室，研究人员将继续验证该技术的临床实用性，并促进其走向临床的进程。

　　生活在我们肠道中的有益菌群(肠道微生物组)对免疫系统的发育和功能起重要作用。越来越多的证据表明，某些益生菌(将有益菌导入肠道中去的治疗方法)可以帮助缓解一些肠道疾病，如克罗恩病的某些症状。通过研究克罗恩病遗传风险因子与肠道细菌之间的相互作用，加州理工学院(Caltech)的研究人员发现了某些患者中这一疾病新的潜在病因，这一信息或许可促进益生菌疗法和个体化治疗的发展。

　　他们的研究结果在线发布在5月5日的《科学》(Science)杂志上。

　　以往，科学家们发现克罗恩病患者常常表现出他们的基因组及肠道微生物组均发生了改变。200多个基因牵涉对克罗恩病易感性起作用。多年来，这一领域的研究人员认为这些基因是通过感知致病菌及调动免疫反应杀死有害的细菌来正常发挥作用;当这些基因发生缺陷时，致病菌会在肠道中存活、繁殖，导致疾病。

　　论文的第一作者、加州理工学院生物学与生物工程学博士后学者Hiutung Chu说：“尽管我们相信这一切都是真的，在这项研究中我们很想看看，一些对感知致病菌起重要作用的基因是否也在感知促进免疫健康的有益菌时发挥重要作用。通常，来自这些有益共生菌的信号会促进抗炎反应，抑制肠道中的炎症。然而，感知及响应致病菌的基因发生突变也会损害对有益菌的反应。因此，这是对现有教条的一次新编撰。”

　　为了阐明这一点，Chu和微生物教授Sarkis Mazmanian实验室的同事们，设计出了几项实验来研究一些遗传突变可能破坏一种已知的有益细菌：脆弱拟杆菌(Bacteroides fragilis)免疫增强效应的机制。研究人员利用脆弱拟杆菌处理携带无功能版本ATG16L1和 NOD2基因的小鼠来测试了他们的新理论。当前已知，ATG16L1和 NOD2基因在克罗恩病风险中起作用。

　　研究人员发现如果缺失其中的一个基因，小鼠无法响应脆弱拟杆菌形成疾病保护免疫细胞——调节性T细胞，甚至在用脆弱拟杆菌治疗后，ATG16L1缺陷肠病小鼠模型的一些症状仍未发生改变。

　　Chu和Mazmanian随后获得了来自Cedars-Sinai医学中心健康患者与克罗恩病患者的血液样本。Chu说：“我们看到某些患者的免疫细胞响应脆弱拟杆菌，而来自另一些患者的免疫细胞根本不响应。由于已经对来自Cedars的这些细胞进行了基因分型，我们能够匹配我们的结果及患者的基因型：携带保护版本ATG16L1的个体其免疫细胞响应治疗，而携带突变版本ATG16L1基因的患者不会对脆弱拟杆菌产生抗炎反应。”

　　Mazmanian说，研究结果表明这些基因的错误版本可以两种不同的方式：无法帮助破坏致病菌，及阻止通常由“好”细菌引起的有益免疫信号引起克罗恩病。“Hiutung证实人类微生物组中一些特异的细菌似乎利用了通常参与杀死细菌的这些基因编码的信号通路，向宿主发出有益的信号。”

　　Mazmanian说，这项研究工作揭示出了基因组与微生物组之间的重要关系，或许有一天可以利用它来改善临床实验中使用益生菌。“例如，我们以往的研究工作提出利用脆弱拟杆菌作为某些疾病的益生菌疗法。新研究揭示某些群体不能从这类治疗中受益是因为他们有这一遗传易感性。现在，一些临床试验没有很好地去鉴别哪些患者有可能对治疗做出最好的反应，但我们在小鼠模型中完成的试验表明，从概念上讲，你可以设计出更有效的临床试验。”