基因改变是恶性肿瘤的关键特征之一。肿瘤的基因改变包括单核苷酸突变（SNVs），短插入缺失（indels）和结构变异（SVs）等。与前二者相比，结构变异（SVs）在大小和复杂程度上差异很大，从较为简单的缺失和局部扩增，到将来自一条或多条染色体的大片段打乱重排。而结构变异过程在癌变过程中起着关键作用；最近一项对 2658 个肿瘤基因组的分析显示，约 50% 的驱动基因突变与结构变异存在重叠。

近二十年来，二代测序技术的成熟发展可以很好地检出肿瘤的SNVs和indels，这样的变异检测技术也早已在临床普及应用。然而，对体细胞结构变异（Structural variation）的研究和理解相对不充分。其原因主要在于方法学的限制——传统上的肿瘤基因组研究多采用短读长的二代测序，这种方法对于染色体结构的分析天然有不足，尤其是对于发生在重复区段的基因组结构改变。近年来，Oxford Nanopore Technologies 和Pacific Biosciences 等长读长测序技术的发展，为染色体结构分析提供了非常好的工具，也被用于对多种肿瘤染色体改变的分析。然而，在变异识别算法方面，存在着未解决的空白：既往开发的染色体结构分析算法检出种系改变效率高，但是对于发生于体细胞的改变，检出效率较低。

近日，来自NIH的 Ayse G. Keskus 等人在 Nature Biotechnology 发表题为 Severus detects somatic structural variation and complex rearrangements in cancer genomes using long-read sequencing 的文章，为解决对肿瘤基因组的长读长测序分析中，体细胞水平的染色体结构改变检出不足的问题，开发了一种称为Severus的全新算法。

简单来说，Severus算法的特点是基于断点图，利用匹配的正常组织样本来提高肿瘤体细胞，支持不平衡癌症核型分析，可识别复杂的多断点 SV 模式并产生单倍型特异性结果。在多种细胞系数据集中，Severus算法在 SV 检测的测试分数上优于其他长读和短读方法。

Severus 鉴定出的复杂结构变异（SV）多种多样，如图1所示。

图1  每种连接类型的简单和复杂结构变异示例：头对头（类似缺失）、尾对尾（类似重复）、头对头 / 尾对尾（类似倒位）和染色体间（类似易位）。每个带颜色的箭头代表一个基因组片段，箭头的方向表示片段的方向。红色虚线表示连接点。简单结构变异用灰色框标出，不包括在断点图构建中；Ref，参考序列。 

如前所述，既往没有好的长读长体细胞结构变异（SV）分析算法，因此更谈不上临床应用了。那么，现在有了Severus这个在“考试”中获得好成绩的算法，它在临床检测的“实战”中是否能表现出同样优异的性能？是否能为临床诊疗提供一些新的价值？

为了回答这些问题，研究人员在三个儿童血液肿瘤的临床病例：两个急性髓系白血病（CM1 和 CM2）以及一个间变性大细胞淋巴瘤样本（CM3）中测试了Severus的效能。这三个病例此前均已接受过标准的临床检测流程全套流程，包括核型分析、荧光原位杂交、微阵列分析和全基因组二代测序等。CM3 是已知的结构变异阳性病例，CM1 是已知的结构变异阴性病例，而 CM2 则是一个遗传学特征尚未明确的病例（在长读长测序和Severus分析前，标准临床检测流程没有发现致病性遗传改变）。

对于CM1和CM3样本，Severus分析的结果和“标准答案”相符，证明了算法的高特异性。在 CM3 样本中，Severus 鉴定出一个单一的相互易位事件，发生于 2 号染色体（chr2）和 5 号染色体（chr5）之间，导致了 NPM1-ALK 融合。这一发现与之前的临床核型分析和荧光原位杂交检测结果一致—— t (2; 5)(p23; q35) 易位正是间变性大细胞淋巴瘤的一个标志性特征。在 CM1 样本中，Severus 未发现任何复杂的变异簇，这与之前的临床检测结果相符，因为通过核型分析已知该急性髓系白血病病例的细胞遗传学特征正常，并且通过 Illumina 测序也已知其在 CEBPA 基因上存在双等位基因突变。

最后，对于未确定遗传驱动因素的病例 CM2，Severus 鉴定出一个单一的类似染色体交织的事件，涉及 10 号染色体（chr10）和 11 号染色体（chr11），有五个断点，预计最终会导致 KMT2A-MLLT10 融合（图2）。这种重排被荧光原位杂交（FISH）和核型分析所遗漏，且在 Illumina 测序对结构变异（SV）的检测结果中也未完整呈现。识别出这种融合具有重要的临床意义，这将该病例的遗传学诊断，从“未确定类型（not otherwise specified）”转变为 “KMT2A 融合型”急髓——这改变了患儿的危险分级。KMT2A融合是一种预后不良的高危遗传改变。正确的遗传分型让临床医生可以强化造血干细胞移植以及增加吉妥珠单抗的靶向治疗，潜在有希望改善患儿的预后。

图2 CM2 病例中发现的复杂染色体重排改变导致KMT2A-MLLT10融合

临床上很多肿瘤暂时找不到致病的遗传改变，其中就有很大一部分可能是体细胞染色体结构异常导致的。本研究开发了基于长读长测序的Severus算法，并且帮助一名急性髓系白血病患儿获得了正确的遗传学诊断。希望随着基础研究的深入，此类方法逐渐改进后能更加广泛地在肿瘤临床中应用，让更多患者获益。

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