全外显子测序

全外显子测序

文件:Exome vs Genome Diagram.jpg

全外显子测序 (WES) 的范围：仅覆盖约 1-2% 的人类基因组（外显子区域），但包含了约 85% 的致病突变。

全外显子测序（Whole Exome Sequencing，简称 WES），是一种针对人类基因组中所有蛋白质编码区域（即外显子）进行富集和测序的基因组分析技术。

虽然外显子区域仅占人类基因组长度的约 1%-2%（约 30-50 Mb），但研究表明，约 85% 的已知致病突变（Mendelian variants）和肿瘤驱动突变都位于这些区域。因此，WES 被认为是平衡成本、数据量与临床产出的最高效策略。

基本信息

中文名称	全外显子测序
英文名称	Whole Exome Sequencing (WES)
覆盖范围	所有外显子 (Exons) + 侧翼剪切区
基因数量	约 20,000 个基因
核心技术	液相杂交捕获 (Hybrid Capture)
核心应用	罕见遗传病诊断、肿瘤突变负荷 (TMB) 计算、新抗原 发现

技术原理

WES 与全基因组测序 (WGS) 的核心区别在于测序前的“捕获” (Capture) 步骤：

1. DNA 打断：将基因组 DNA 打断为小片段。
2. 杂交富集：使用设计好的数百万条生物素标记探针（Probe），与 DNA 库混合。探针特异性地结合外显子区域的 DNA。
3. 磁珠洗脱：利用链霉亲和素磁珠“吸住”探针-DNA 复合物，洗掉未结合的内含子和基因间区 DNA。
4. 测序与分析：对富集下来的“干货”进行 二代测序 (NGS)。

临床应用场景

1. 肿瘤免疫治疗 (IO)

• 新抗原 (Neoantigen) 筛选：这是 癌症疫苗 开发的核心步骤。通过对肿瘤组织和正常血液进行 WES 配对测序 (Tumor-Normal Paired WES)，找出肿瘤特有的非同义突变，预测其产生的异常肽段是否能被 T 细胞识别。
• TMB 计算：WES 是计算 肿瘤突变负荷 (TMB) 的金标准。只有统计了全外显子范围内的突变总数，才能准确评估患者是否适合使用 PD-1 抑制剂。

2. 罕见遗传病诊断

• 诊断奥德赛 (Diagnostic Odyssey) 的终结者：对于临床症状复杂、无法通过单个基因或小 Panel 确诊的患儿，WES 能一次性筛查所有已知致病基因。
• 家系分析 (Trio Analysis)：同时测定患儿及其父母的 WES，能高效发现新发突变 (De Novo Mutations)。

WES vs. WGS vs. Panel (对比总结)

维度	Panel (基因包)	全外显子测序 (WES)	全基因组测序 (WGS)
覆盖范围	特定几十/几百个基因	所有 2万个基因的外显子	30亿个碱基对 (100%)
主要漏检	未包含的基因	内含子、启动子、结构变异 (SV)	理论上无漏检
测序深度	极深 (>1000×)	中等 (100× - 200×)	较浅 (30× - 60×)
适用场景	液体活检、靶向用药	遗传病诊断、TMB、疫苗开发	科研探索、结构变异分析
性价比	针对性强，最便宜	最高 (数据量/信息量比值最优)	成本较高，数据分析难

局限性

• 捕获效率偏差：由于探针杂交效率不同，某些 GC 含量高或重复序列区域可能覆盖度不足（Drop-out），导致漏检。
• 无法检测非编码区：对于位于内含子深处或调控区的致病突变无能为力。
• 结构变异 (SV/CNV) 检测能力弱：由于经过了 PCR 扩增和杂交捕获，WES 数据难以准确反映大片段的拷贝数变异。

参考文献

• [1] Ng SB, et al. Exome sequencing identifies the cause of a mendelian disorder. Nat Genet. 2010. (WES 诊断遗传病的开山之作)
• [2] Chalmers ZR, et al. Analysis of 100,000 human cancer genomes reveals the landscape of tumor mutational burden. Genome Med. 2017.
• [3] Ott PA, et al. An immunogenic personal neoantigen vaccine for patients with melanoma. Nature. 2017. (利用 WES 开发癌症疫苗的经典案例)

相关条目

• 二代测序 (NGS)
• 肿瘤突变负荷 (TMB)
• 新抗原疫苗
• 全基因组测序 (WGS)
• Panel