技术讲解NGS在肿瘤检测中的那些事儿

图1.中国2015年恶性肿瘤发病与死亡人数图

肿瘤突变主要来源于体细胞突变和胚系突变。

胚系突变(germline mutation)又称生殖细胞突变，是来源于精子或者卵子这些生殖细胞的突变，因此身上所有的细胞都带有突变，目前主要是BRCA1/2，一般研究较少。

体细胞突变(somatic mutation)又称获得性突变，是指在生长发育过程中或者环境因素影响下后天获得的突变，通常身上只有部分细胞带有突变。

图2. 基因突变类型解析图

体细胞突变包括序列变异、结构变异、肿瘤突变负荷（TMB）和微卫星不稳定性（MSI）。其中序列变异包括SNV(Single Nucleotide Variation)和Indel（Insertion & deletion）。结构变异包含Deletion、Duplication、Inversion和Translocation。

图3. 序列变异和结构变异解析图

传统的肿瘤检测方法包括Sanger测序、焦磷酸测序和实时荧光PCR等，仅能对单个基因或者单个基因的外显子突变进行检测，对复杂变异类型的检测存在局限性。高通量测序（Nextgeneration sequencing,NGS）能够同时对上百万甚至数十亿个DNA片段进行测序，因此可以在较低的成本下对多至上百个肿瘤相关基因、全外显子及全基因组进行检测。

NGS进行肿瘤基因突变检测的技术路线主要包括：全基因组测序（WGS）、全外显子测序（WES）和靶向捕获测序（targeted sequencing）。

图4.肿瘤检测技术路线图

全基因组测序：

全基因组测序可对整个基因组区域进行测序，包括编码区、非编码区等所有的基因区域进行测序。可实现对人类基因组范围内所有的变异类型进行分析，包括SNV、 Indel,、CNV和 SV，甚至可以进行染色体水平变异的分析。弊端是测序需要很大的数据量，成本高，而且其中以大部分数据目前尚不能解释，因此离实际临床应用还存在较大距离。

全外显子测序：

全外显子测序可对基因组上所有的基因外显子区域进行测序。全外显子覆盖人类基因组1-2%的蛋白质编码序列。相比于WGS减少了对非编码区的测序，成本更低，并且可以获得更高的测序深度和检测分辨率。但WES对于临床检测来说，肿瘤基因检测测序深度较高，所需的数据量相对较高，因此从临床应用以及成本考虑，WES并未被广泛接受。

靶向捕获测序：

靶向测序是指选择基因组上感兴趣的基因或基因区域作为靶向检测区域，可以是几个基因上的个别外显子区域，也可以是几百上千个基因上的全部外显子区域。靶向测序兼顾了实际检测需求，又降低了测序成本，因此目前在临床上的应用广泛。常见方法主要有：探针杂交捕获以及多重PCR扩增。