基因组测序技术的快速发展已经降低了遗传分析的成本，以至于基因组规模测序可能在儿科护理中具有广泛的可用性似乎是合理的。基因组测序为表现出单基因疾病症状的患者提供了强大的诊断方式，并且有机会在发病前检测健康状况。然而，在将这种技术广泛应用于儿科实践之前，应解决许多技术，临床，伦理和社会挑战。本文概述了基因组医学和公共卫生联盟中的新生儿测序，该联合会正在研究新生儿基因组规模测序在诊断和筛查中的应用。

通用新生儿筛查(NBS)是一项非常成功的公共卫生计划，通过早期诊断和管理包括罕见的先天性新陈代谢错误在内的疾病来预防发病率和死亡率。1苯丙酮尿症等症状在出生时临床上并不明显，但如果不及时治疗，会导致严重的不可逆转的伤害或死亡。2国家统计局通过及时的治疗干预，挽救了无数人的生命并极大地改善了儿童的生活质量，并且使用串联质谱(MS / MS)等技术进步在国家统计局的扩展中发挥了重要作用。3，4

分析基因组中的许多或所有基因的能力同时为基因组医学提供了新的机会。疾病基因发现的基因组规模测序的能力是有据可查的，5和它被越来越多地应用为疑似单基因病的儿童的诊断测试。6，7的基因组测序的有形潜在更广泛地在医学中，作为“个性化”或“精确”医学的一部分8 沃尔特·吉尔伯特(Walter Gilbert)在1990年预示了这一点，他从DNA测序的指数增长中推断出所有新生儿的基因组将在2030年或2040年进行测序。基因组测序有朝一日成为新生儿标准治疗的一部分的想法被延续到今天对话：

随着我们更多地了解遗传风险因素的有效干预措施，并认识到生命早期的干预措施提供了显着的优势，在出生时确定这些信息将变得越来越有吸引力。-FS柯林斯，生命的语言：DNA和个性化医学的革命。纽约：Harper Perennial(2010)

这些预测提出了一些重要问题：基因组测序是否可以成为每个州执行的通用标准NBS的一部分，取代传统的生物化学测试，还是可以作为可选的补充剂提供?如何支付排序，以及如何获得父母的知情同意?新生儿基因组测序对儿童健康有什么影响?它对诸如保护自治者不知道的权利等问题有何影响?

在诊断设置中，基因组规模测序的目标是识别为患者症状提供分子病因的遗传变异。所有其他变体被认为是偶然发现(或通过故意分析发现的次要发现)。9这些额外的发现在预测能力和临床可行性方面差异很大。不足为奇的是，有多少基因组信息应在儿科设置常规返回，分歧10 - 14，儿童和他们的父母可能表达独特的偏好。15，16因此，临床实施的核心挑战围绕着职业责任和个人或父母选择的界限，知情同意的最佳实践和确定父母偏好，关于应报告的发现类型的标准，基因组信息的长期存储，以便它可以在适当的时间采取行动，以及是否以及如何重新分析和重新解释基因组数据。

基因组测序在无症状新生儿中的应用加剧了许多这些挑战，并暴露了关于非伤害性，善行性，自主性和保护每个孩子开放未来的深层社会问题。17 - 19此外，在实施人口层面之前，必须考虑这种筛查的经济学。尽管快速基因组测序所需的技术特征似乎是可行的，但在可预见的未来，对每个无症状人的变异谱的解释仍将是劳动密集型的，并且对未来疾病的临床有用预测可能难以实现。认识到这些趋势，Eunice Kennedy Shriver国家儿童健康与人类发展研究所(NICHD)，国家人类基因组研究所和罕见疾病研究办公室于2010年12月举办了一次研讨会，以确定跨国立卫生研究院研究议程的要素，以便为可能的应用提供信息。新的基因组技术对国家统计局和儿童健康的影响(https://www.nichd.nih.gov/about/meetings/2010-retired/ Documents / Newborn_Research_Agenda.pdf)。一致的发现是需要一致地检查与新生儿期测序相关的技术，临床，社会和伦理问题。随后，NICHD和国家人类基因组研究所发布了一个筹资机会，以建立一个联合体，以有限但有意识的方式探索利用基因组信息扩大我们对新生儿期间发现的疾病的认识的机会。公共卫生NBS或新生儿的临床测序。该联盟称为基因组医学和公共卫生新生儿测序(NSIGHT)，正在解决三个关键的研究问题：

对于目前在新生儿中筛查的疾病，基因组测序如何复制或增加已知的NBS结果?测序可以取代目前的筛选方式吗?

基因组测序可以提供哪些关于新生儿目前未筛查的病症的知识?

从与新生儿临床护理相关的基因组测序中可以学到哪些额外的临床信息?

2014年，通过使用独特的研究设计(表1和图1)，资助了4组在不同临床环境中探索新生儿测序。每项研究还包括审查道德，法律和社会因素的目标。本文探讨了3种不同临床环境中新生儿测序的一些挑战，描述了这4个项目，并将这项研究纳入NBS当前和未来战略以及临床护理环境中新生儿测序的背景下。

新生儿测序研究的临床设置：诊断，预防和预测

进行基因组测序的环境会影响其技术性能，产量和潜在的益处和危害。在诊断背景下，新生儿测序与任何其他基因诊断模式非常相似，并且提供分子诊断的能力取决于许多因素，包括遗传结构，表型表达性，基因座异质性和已知病症所占的病例比例，突变谱，可通过测序检测的变体类型，以及在患者中进行的测定的质量。相反，基因组测序在无症状新生儿中的应用基本上取决于基因型的能力以预测当前或未来的疾病状态。从而，

NICU婴儿患者群体中的测序将当前的分子诊断策略扩展到基因组规模，而健康婴儿的测序则针对预防未来疾病，更类似于在公共卫生环境中进行的当前NBS。通过预测疾病和指导出现的临床情景的管理策略，混合基因组信息的预测，生殖，诊断，治疗和预后价值，序列信息还可用于指导患者终生的护理。NSIGHT项目在研究使用基因组规模测序的临床方案中有所不同，跨越下述区域。

NICU中的诊断测序

III级和IV级NICU治疗许多遗传性疾病的新生儿，包括代谢紊乱20和先天性畸形。21，22确实，遗传性疾病和先天性异常是死亡的新生儿重症监护病房的主要原因。23目前用于诊断NICU患者中可疑遗传疾病的方法包括核型分析，染色体微阵列，单基因测试和基因组。在许多情况下，尽管进行了几轮基因检测，但病因诊断仍然难以捉摸，临床基因组规模测序仅用于一小部分病例。如果在诊断过程的早期使用基因组测序，它可以提供更及时的确定性诊断，从而提高治疗的精确度，无论是治疗还是姑息治疗，并提供关于预后和家庭复发风险的答案。此外，序列数据可以帮助解释早产儿常见的假阳性NBS结果，因为它们的器官系统不成熟，肝脏酶活性，长期肠外营养需求，24

初步研究表明，遗传性疾病新生儿的基因组测序可能会降低成本。7，25，26然而，吸收已经通过关于模糊的结果，次级结果和潜在父母焦虑临床解释顾虑阻碍，经济因素，包括对第三方付款人的在不存在临床效用和成本确定的数据的所述部分的电阻 - 由于高成本的机构担忧，有效性和订购测试的困难。由于需要详细的表型信息以便诊断实验室进行最佳分析，因此该过程也变得复杂。遗传性疾病的临时基因组诊断在技术上可行，仅需26小时。27，28然而，成本与周转时间成反比，成本与临床效用的最佳平衡尚不清楚。虽然通过技术可以改善快速周转时间的某些方面，但变体审查和临床解释标准所施加的限制将保持不变，包括临床团队与实验室之间进行临床基因组评估的沟通需求。鉴于未来对可保性和隐私的影响不明确，家长对测试的接受程度尚不清楚。最后，新生儿科医生和家长对基因组信息的反应需要进行更多的研究，并且仍然需要制定严格的框架，将这些信息转化为新生儿重症监护病房的精准护理计划。

公共卫生环境中的预防性排序

目前的NBS产生的假阴性结果很少，但确实会产生大量的误报，伴随着情感和经济成本。29例如，在通过MS / MS筛选的176 186个标本的研究中，有51个真阳性，2个假阴性和454个假阳性，在转诊到代谢中心后最终被解决为非疾病。30基因组测序可作为多重二级筛选，通过区分假阳性结果与真实疾病并帮助非特异性生化谱的鉴别诊断，提高当前MS / MS筛查试验的特异性。测序也可以确认识别条件通过其他筛选方法，31 - 33有助于提供预后和适当的治疗，34 - 37确定通过床边血糖检测，识别条件的病因38并提供与关于致病的变体可用于家庭测试信息的家庭。此类分析还可以增加对基因型和表型之间相关性的了解，并且可能揭示对假阳性的可能遗传贡献，例如由于携带者状态或亚型变异导致的异常MS / MS筛选数据。这些目标需要纵向随访以获得临床数据并检查基因型 - 表型相关性，以最终确定遗传变异的预测能力和临床影响。

基因组测序也可以作为第一层筛选，特别是对于目前缺乏常规生化NBS方法的罕见疾病。在公共卫生环境中，准确选择要筛选的疾病需要仔细考虑诸如发病年龄，严重程度，外显率，可治疗性，确认性检测和监测机会等因素。有些遗传病会履行当初威尔逊和琼格尔标准筛选，39 - 41但很多人不会。因此，需要可扩展的方法来确定哪些条件适合包含在公共健康检查设置中。此外，鉴于几乎每个人都可能成为少数罕见隐性疾病的载体，目前返回与载体状态一致的结果的做法可能是不可持续的。

使用NBS测序的一个重大挑战是缺乏关于测序的分析和临床性能作为预测性测试的数据。关于无症状人群的基因组测序的阳性或阴性预测价值知之甚少，这些人的疾病概率非常小。虽然从遗传序列中最好地确定孟德尔疾病似乎是不言而喻的，但这种假设仍有待证明，可能并非如此。单基因疾病通常受到额外的和尚未鉴定的遗传或环境因素的影响，而MS / MS测量通常更接近相关表型的分析物。即使对于研究最好的疾病，在解释罕见变异方面也存在重大挑战。最大化灵敏度的变体选择算法必然牺牲特异性，导致由于不必要的医学干预而导致的假阳性结果增加和潜在的下游危害。从基因组筛选结果中排除“具有不确定意义的变体”(根据定义具有较差的预测价值)的策略可能是必要的。从历史上看，NBS对可预防疾病的关注导致对假阴性筛查结果的耐受性低。通过基因组测序，可能有必要将筛选范例从发现所有受影响的个体转移到为大量潜在可治疗的病症找到最佳病例比例。从基因组筛选结果中排除“具有不确定意义的变体”(根据定义具有较差的预测价值)的策略可能是必要的。从历史上看，NBS对可预防疾病的关注导致对假阴性筛查结果的耐受性低。通过基因组测序，可能有必要将筛选范例从发现所有受影响的个体转移到为大量潜在可治疗的病症找到最佳病例比例。从基因组筛选结果中排除“具有不确定意义的变体”(根据定义具有较差的预测价值)的策略可能是必要的。从历史上看，NBS对可预防疾病的关注导致对假阴性筛查结果的耐受性低。通过基因组测序，可能有必要将筛选范例从发现所有受影响的个体转移到为大量潜在可治疗的病症找到最佳病例比例。

基因组医学中新生儿的预测性测序

基因组医学最广泛的愿景，也可能是社会和实际原因中最具挑战性的，涉及使用序列数据来指导患者终生的护理。基因组测序揭示了远远超出传统NBS范围的信息。其中一些信息可能会导致医疗行动，但大多数信息不会产生问题，这些问题确实应该报告哪些信息以及何时报告。42，43在患者出现遗传病症状的情况下，可以设想变体数据用于将来的诊断分析。目前，我们解释遗传变异的能力主要局限于简单的单基因和低聚条件。当我们学习以临床有用的方式使用多因素模型进行风险分层或管理时，将会越来越多地获得其他信息。在这一范围内，基因组信息有可能提醒临床医生重新考虑家族病史或以新的方式解释体检结果，并有可能在其他家庭成员患病之前使其受益。药物基因组学变体可以指导药物的实时选择和剂量，产生更安全和更有效的治疗方法。在新生儿中检测到的隐性携带者特征可以提醒父母注意遗传风险，这些风险提供了对生殖计划有价值的信息。复杂情况的常见变化可能会促使家庭对饮食和其他生活方式选择更加警惕。最后，有可能自愿个人探索自己的基因组数据。

如果有基因组序列数据，家长将需要决定是否了解其他类别的信息，这些信息可能预测未来有关其孩子的事件，具有不同的确定性和干预能力，包括可能没有的儿童期发病情况。直接干预或预防措施，成人发病的医学上可行的条件，或隐性疾病的携带者状态。研究表明，父母对他们孩子的遗传变异感兴趣，即使这些信息没有明确的临床效用[ 44]，尽管这些偏好在很大程度上是在假设情景中引出的，可能并不反映现实生活中的选择。

基因组信息可以使家庭意识到其他未预料到的家族性风险，包括父母在不知情的情况下携带的婴儿中潜在可行的成人发病条件。然而，一些研究结果可能与专业指导不一致，即无症状未成年人的基因检测通常只有在需要在成年之前进行鉴定以防止伤害并直接使儿童受益时才能进行。11，13，17在儿童中查询二次发现的基因组规模数据的可能性引发了对结果返回的伦理界限的激烈争论。已经提出这样的论点：对于家庭(例如，在不知不觉中处于危险中的父母)的益处，可能是关于儿童可行的成人发病条件的结果返回的决定中的有效考虑因素。45，46基因组规模测序和分析在新生儿可能会需要的电流的知情同意程序修改41，47与针对有限数量的条件的目标屏幕进行比较。如果在整个人群中实施，基因组测序将从根本上改变当代公共卫生NBS程序，需要创新方法来促进父母的决策。或者，这种测试可以通过自愿的自掏腰包测试来实现。

扩大新生儿的基因组测序以包括广泛的条件需要临床提供者和父母之间的密切合作，类似于共享决策正在成为常态的其他医学领域。48，49对信息披露标准的确定将成为临床医生和决策者的挑战，需要决策支持的发展，帮助家长确定他们想了解的信息。50支持父母决策所需的临床互动将使这项活动超出当前公共卫生服务提供的范围并进入临床领域。如果要在公共卫生环境中广泛使用基因组规模测序，劳动力短缺可能会成为重大障碍，51这表明需要开发新的，更具可扩展性的材料和程序来传达学习此类信息的潜在利益和风险，并进行验证，并部署。可能需要建立系统，使父母能够随着时间的推移从他们的孩子的基因组信息中请求某些结果，允许他们反复决定他们的价值观和风险观念的变化，或者他们的孩子达到同意或同意的年龄。

基因组结果解释的复杂性目前要求训练有素的遗传学家和遗传咨询师提供指导和后续管理。随着基因组医学成为医疗保健领域的主流，更广泛的医疗保健提供者将需要与遗传信息相互作用，这可能越来越多地被视为影响未来状况的众多风险因素之一; 报告必须清晰地构建，使其对儿科医生和初级保健提供者有用。随着时间的推移，这种基因组信息的潜在使用将需要开发新的基础设施来管理报告，再分析，存储以及与电子健康记录的集成。此类数据可用于个体的迭代表型分析以定义遗传变体的临床相关性。然而，52个检测真阳性的益处，因此必须针对危害的大小相平衡。

NSIGHT研究组，研究设计和关键问题得到解决

NSIGHT联盟的4名成员中的每一名都独立设计和实施了研究设计，侧重于不同的人群和研究问题(图1和表1)。

由布里格姆妇女医院(BWH)和波士顿儿童医院(BCH)在哈佛医学院和贝勒医学院领导的基于儿童期风险和新生儿疾病项目的基因组序列筛查(图1A)是一项随机对照试验评估为新生儿的父母和医生提供基因组测序信息的影响(clinicaltrials.gov标识符NCT02422511))。该研究正在招募一组健康新生儿，这些新生儿在产后期接近BWH Well Baby Nursery和BWH NICU的一群患病新生儿以及BCH的ICU。在每个队列中，新生儿被随机分配到对照组(常规NBS结果和详细的家族史)或实验组(除常规NBS之外的基因组测序和详细的家族史)。对家长和医生进行调查，以评估基因组信息对几个关键领域的影响，包括态度和偏好，医疗保健利用，健康行为和意图，决策满意度以及对家庭的心理社会影响。53

由Rady儿童基因组医学研究所和儿童慈善医院领导的急性III新生儿项目的2天基因组结果的临床和社会影响，研究在2个大型IV-NICU上使用快速全基因组测序(WGS)(〜儿童医院每年入院1000人(图1B)。WGS适用于新生儿重症监护病房的罕见遗传性疾病的诊断，包括将临时诊断的最短时间缩短至26小时，将变异检测的分析灵敏度和特异性提高至> 99.5%，并获得美国食品和药物管理局批准报告临时如果死亡迫在眉睫，那么对于新生儿科医生进行口头诊断，诊断将为实施可能改变结果的治疗提供信息。27，28目前的研究是一项前瞻性，随机化的诊断工具的对照试验中，成本效益，并且在2个新生儿重症监护室(clinicaltrials.gov标识符快速WGS的心理影响 NCT02225522)。作为本研究的一部分，医生和家长接受调查，了解他们对快速获得WGS结果的风险和益处的看法。

由加州大学旧金山分校(UCSF)和合作机构领导的新生儿血斑DNA测序改进和扩大新生儿筛查(NBSeq)项目的目标是评估外显子组测序在公共卫生NBS中的潜在应用通过使用干血斑(DBS)(图1C)。该项目探讨了外显子组测序在国家统计局中增强或取代现有MS / MS技术的可行性。外显子组测序在加州大学旧金山分校对来自所有在过去十年中发现患有代谢紊乱的加利福尼亚新生儿的死亡鉴定档案DBS以及MS / MS筛查中的假阳性样本进行。来自新生儿DBS的序列数据54在临床诊断为免疫缺陷病的50名患者的队列中也被询问，以确定作为NBS的一部分的DBS测序是否可以促进非严重联合免疫缺陷免疫缺陷的早期诊断和最佳管理。关注国家统计局潜在扩张的利益相关者观点，观点和价值偏好正在通过焦点小组进行评估。55此外，正在研究围绕在国家统计局中潜在使用基因组规模分析的法律和宪法问题。56

北卡罗来纳大学教堂山分校的北卡罗来纳州新生儿外显子组测序用于通用筛选研究评估了两组唾液样本的外显子组测序：儿童和婴儿患有通过标准NBS确定的病症和一群健康的新生儿，他们的父母接近产前参与(图1D)。家长将使用电子决策辅助来协助做出有关外显子组测序的决定。57在亲自考察访问提供了知情同意书后，那些谁接受测序将接收来自“下一代测序新生儿筛查(NGS-NBS)”，在儿童期发病医学可操作的条件有关的基因的面板效果。58家长还将参加一项关于是否通过使用电子决策辅助(clinicaltrials.gov标识符NCT02826694)了解其子女中3种类型的其他基因组发现的决策的随机试验。该研究旨在了解父母如何思考和考虑不同类别的信息，59并结合纵向定量调查，该研究将揭示父母决定学习的结果范围，回归这些结果的问题以及决策的后果和结果披露。

跨领域联盟活动

虽然研究项目涉及不同的研究问题并且具有独特的研究设计，但是4个NSIGHT小组参与了联盟活动，这些活动建立在每个站点的优势基础上，并协调数据收集以改进交叉分析(表2)。道德，法律和社会影响工作组汇集了每个项目关于临床医生，家庭，付款人和其他利益相关者的反应的观点; 父母知情同意和决策; 和对公共卫生的影响NBS计划。19，60通用数据元素工作组负责创建在4个研究组中收集的一组通用数据元素，以实现数据共享和组合数据分析。“成果和措施”工作组审查了每个小组使用的标准化工具，以评估利益相关者对新生儿测序的反应，以促进跨联合体分析。NSIGHT联盟正与新生儿筛查转化研究网络(NBSTRN)协调中心密切合作，该中心位于美国医学遗传学和基因组学学院。NBSTRN是NICHD的Hunter Kelly新生儿筛查研究计划的一部分，旨在建立一个共享的研究基础设施，以支持NBS的研究人员，提供了一种机制，以增加对目前作为常规NBS的一部分的条件的理解，或者可能是未来的筛选候选者。NBSTRN资源，工具和专家网络用于基于人群的新筛选技术试验和筛选条件的自然历史研究。NSIGHT Consortium调查员还与其他国立卫生研究院资助的联盟保持密切联系，包括临床测序探索研究联盟61和临床基因组资源联盟。62