Emily Sohn是一名自由职业记者，就美国国内疑难病症所出现的难以诊断的现象，揭开了基因测序技术的神秘面纱，对疑难病症提供了最佳的解决方案。该报道的结果发布在了2016年的《自然》杂志中。
Elizabeth Davis在六岁时突然开始用脚趾走路，此后她一直在寻找这一问题的答案。随着时间的推移，她开始出现其他症状，包括足痛、下肢无力、双臂周期性无力、声音低沉（muffled voice）等。当她走路时，膝盖会蜷一起，足趾向下卷曲。在她成年后，她连一些简单的事情（如购买杂货）都无法独立完成。
这些年，Davis看了无数的医生。从九岁起，骨科专家先后四次为其行足跟腱延长手术。神经学家对她的大脑和脊柱进行了磁共振成像（magnetic resonance Imaging，MRI）扫描。但是没有医生能确诊她所患何病。在她三十多岁时，一名医生认为她可能患有脑瘫（cerebral palsy），后来她被诊断为遗传性痉挛性截瘫（hereditary spastic paraplegia），但没有人能够确定。“我只是想知道100%的确诊结果”，Davis说，她现在40岁，已是两个孩子的母亲，居住在美国北卡罗来纳州戈尔兹伯勒市，“但是没人能够告诉我答案。”
最终，在2012年，Davis参加了一项试验，该试验由北卡罗来纳大学开展，科学家使用血液样本来排序她的外显子。历经三十年的等待，她终于知道了问题所在：GCH1基因突变。该突变提示，她可能对一种名为左旋多巴的药物有反应，该药可为大脑提供多巴胺，帮助治疗帕金森症患者。三天后，她站在商店里，感觉足趾不再卷曲。两个月后，她在无人陪伴下漫步至诊所，这是她17年间首次无拄拐行走。
这样的故事为下一代的基因测序有可能改变人们的生活带来了希望。现在基因测序变得更加便宜，在罕见病诊断方面不断取得进展，给出医学之谜（可能拖延数年）的答案。但北卡罗莱纳大学的医学遗传学家James Evans则认为要持谨慎态度。Davis病例的完全消退，让她成为了一个罕见的例外。如何解释海量遗传密码中的小标志，仍然存在极大的不确定性。甚至当明确诊断出现时，医生通常也无能为力。
有时，有一个明确的诊断便已足够。“有很多患者年复一年进行多项检查。如果选择做基因测序，也许能得到一个答案”， 加拿大多伦多病童医院的遗传学家Christian Marshall如是说，“它可以结束一个人的诊断之旅”。
破解密码
自20世纪六十年代以来，科学家一直在为越来越多的遗传异常进行DNA筛选，这些遗传异常与苯丙酮尿症、唐氏综合症、囊性纤维化等疾病有关。2003年，人类基因组的全序列测序提供了一个令人兴奋的新可能性：不再是寻找导致症状的特定突变，科学家可以阅读个体的所有DNA，然后来寻找异常。通过与健康个体比较A、T、C和G核苷酸序列，可以发现遗传密码中既往未知的异常，这些异常编码可能与传统基因检测无法解释的症状有关。
随着测序变得更快更便宜，这个梦想逐渐成为现实。那些像Davis这样患上长期未确诊疾病的人将是基因测序的第一批受益者，可以解决当下30%的基因谜题。
测序对于诊断儿童视力丧失、神经发育延迟和急性疾病的遗传类型特别有价值。如果患者的父母也接受基因测序，则成功率会更高，达40%～75%。Marshall说，对于一些患者，测序远胜于传统形式的遗传分析。对于100名进行基因检测的儿童，他发现在全基因组测序可产生更高的诊断准确率，达34%；与标准染色体微阵列分析（chromosomal microarray analysis）和靶向基因测序（targeted panel sequencing）的13%相比，具有明显改善。
“全球基因”（Global Genes）（美国患者权益维护组织）估计，全球有3.5亿人罹患罕见病。其中一半是儿童，约80%是遗传病。哈佛大学医学院的分子遗传学家Heidi Rehm说，到目前为止，数十万人接受了外显子组和基因组测序，数以千计的人经测序确诊。她说，有时，诊断使生活改变，甚至拯救生命。这些信息还会在家族中传播，促使亲属寻求治疗或者改变行为方式来预防疾病发生。当医生发现多个不相关的个体出现同样的罕见病时，医生能够定义新的疾病，可帮助之后的患者更快地找到答案。
“全基因组测序在诊断遗传病方面提供了一个巨大的飞跃”，Evans 说，“我正在处于这样一个位置，对那些已寻求诊断结果数年的患者，我总能告诉他们，我们找到了诊断结果。”
突变的含义
尽管存在成功的病例，仍有多达75%的疑似遗传病患者在基因测序后依然没有得到答案。原因之一是，能够阅读编码是不够的，困难的是，如何解释它。对于相同的基因组，不同团队经常提供相互矛盾的分析；在最近的一项研究中，九家诊断实验室分析了99个遗传异常，引人注目的是，这些实验室只同意其中三分之一的结果，经过讨论和审查后，达成一致的结果最终只占71%。
难以达成一致的原因之一是，遗传变异非常常见。一个典型的基因组包含数百万的遗传变异，这些可能影响或者不影响个体健康。英国韦尔科姆基金会桑格学院研究所的Matthew Hurles说，一些疾病涉及多个基因变异共同发挥作用。Hurles还主导一项揭秘发育疾病研究（Deciphering Developmental Disorders study），分析了14000个家庭患有未诊断、重度疾病儿童的外显子组。Hurles说，建立这种联系仍需要统计侦查（statistical sleuthing）、复杂的数据分析和临床试验验证。
为找出突变的含义，数个团队正在编译大数据集，并鼓励数据共享（以往一些商业和学术团队为其遗传学发现进行保密及保持所有权）。英国桑格研究所的数据库 DECIPHER编译了全球250家学术中心的18000例病例，并贡献了1000多篇文献。
美国国立卫生研究院资助的临床基因组资源（Clinical Genome Resource，ClinGen）维护另一个名为ClinVar的免费数据库。 DECIPHER 和 ClinGen数据库现与其它数据集通过一个名为基因组匹配与交换计划（Matchmaker Exchange）的中心枢纽来相互关联。“为充分利用这些数据，我们不得不发明大量信息学流程和程序（informatics processes and procedures）”，Hurles 说，“大数据会大伤脑筋”。
同时，研究者正试图解决这一问题：当测序结果显示潜在变异，但这些突变又与正在研究的医学问题无关时，应如何应对？例如，对发育延迟的儿童进行测序，可能揭示一个高于正常的患乳腺癌或阿尔茨海默病的风险。这些次要结果出现在大约1%的测序人群中，Rehm 说，带来的问题包括如何与患者分享这些结果，以及可能给其家人带来的伤害。
基因学家Eric Schadt开始教导学生按他们自己的方式进行基因组测序，但其他医学院的院长发出警告，如果学生发现他们某些疾病的风险很高，他们可能会因此自杀，或者他们的家庭可能提起诉讼。这些担忧未能上演。“这是一个更加积极正面的经历”，纽约伊坎基因组织学和多尺度生物学研究所的主任Schadt说，“大多数人想要得到信息，并能够处理它”。
Rehm说，医生在没有医学遗传学家的协助下也能把这项技术融入到常规临床治疗中。她正在从事一个名为“Medseq”的项目，这是一项包含医生和患者的随机临床试验，旨在开发一种可靠的程序，用于传达测序结果。研究表明，甚至当医生不是遗传学的专家时，他们也能够理解并向他们的患者传达测序结果。“问题是医生是否会开出各种各样的检查，是否会错误地解释检查结果”，Rehm说，“我们目前还未发现这些情况”。
数据之外
然而，将诊断转化为治疗仍在进行当中。大多数获得答案的患者发现自己处于这样一个境地：新发现疾病没有治疗或治愈手段。不过，许多患者认为，基因组测序仍然带来了一定程度的安宁，尤其是多年来一直在不同的医生间辗转问诊。在有了分子诊断后，患者获得了验证，有一种结束的感觉。他们可以得知，突变是遗传造成的，还是自发获得的，为其家庭提供了有价值的信息。这样一个标签可以帮助他们找到新的团体。
Sophia Mercer是北卡罗来纳州的一名全职母亲。在2012年，北卡罗莱纳大学的一项测序研究表明，她的五岁女儿Grace在DYRK1A基因上具有突变，这时，她感觉如释重负。在经过多年的检查和错误诊断后，测序结果最终解释了导致Grace身心残疾（包括小头畸形和总体发育延迟）的病因。
Grace现在9岁，还穿着纸尿裤，上课时存在听力障碍。当受到惊吓时，她用手捂住耳朵跑开，丝毫不考虑自身的安全。基因水平检测，可以帮助医生和专家们排除其他疾病（如多动症）。此诊断也减轻了Mercer的内心的愧疚感，她之前确信一定是她在怀孕期间做了一些错误的事情才导致Grace出现问题。通过Facebook，她还找到了针对DYRK1A突变家庭的国际组织支持的援助。
现在家庭成员的亲密度也联系得更加紧密了。“我们了解到也有其他孩子出现与Grace同样的问题。”Mercer说，“能够弄清我女儿身上具体发生了什么状况，这本身就是一个奇迹。”
(作者：黄银华)
参考文献：Nature 2016;537:S64-S65