醫學新知
基因檢查概要介紹
人類的遺傳物質非常龐大，主要是由位於細胞核內的23對染色體所組成，染色體上面有成千上萬個基因；而DNA是遺傳物質的最小單元(核苷酸)，兩兩成對(鹼基對)所組成的雙股結構，人類的全基因體共約有3X109個鹼基對。若以比喻來說，全部的遺傳物質(全基因體)像是一整套書，染色體是一本一本的書，基因則是上面的章節，由密密麻麻的文字（鹼基對）所構成。 由於遺傳物質的變化可能性非常多，包括染色體結構(structural variation)或拷貝數變異(copy number variation)、單一核苷酸變異(single nucleotide variation)、小片段變異(small indel)、轉錄後修飾(Post-transcriptional modification)，不同的變化需要利用不同的檢驗方式才去能找出來。 根據過去的統計數據，先天性缺陷疾病大約有25%是染色體異常、10%是拷貝數變異(染色體微小片段變異)，這類型通稱為染色體疾病，多半可以利用染色體核型分析或是基因晶片檢測檢出；20%是單一基因疾病，大多數依賴基因定序找出變異。另外，40%左右是多因子疾病，這些疾病會由多個基因變異的微小影響共同疊加而致病，所以調控因子就複雜許多、還有一些是外在環境因素造成了。因此，多因子疾病跟環境因素導致的疾病大多無法利用現今的科技找到答案。染色體疾病染色體的重複或缺失，就像是書本上出現缺頁或多頁，這種變化可以利用染色體核型分析（Karyotype）或是染色體晶片(aCGH)檢測來檢出，而在產前也發展出了非侵入性產前檢測(NIPT)來篩檢常見的三倍染色體疾病。而不同技術可以偵測的片段大小跟特色也有所不同。
傳統染色體核型分析是利用顯微鏡去觀察細胞核內被染色的染色體，可偵測大於5-10 Mb的染色體變異，而優點是可以直接去看染色體的結構是否有變化；例如平衡性轉位這種拷貝數沒有改變的變異，就無法利用基因晶片檢查檢出。
染色體晶片可以偵測更微小的染色體拷貝數變異，大約可偵測0.01-0.05Mb的片段，而實際解析度則取決的不同廠商的探針設計；但因晶片是利用無數的探針數據重組染色體，因此無法檢測出拷貝數沒有變化的結構異常，也無法去檢測出非探針偵測區的變異。
核型分析跟染色體晶片是直接去檢測受檢者之遺傳物質，所以可以較準確去評估跟診斷染色體疾病；而侵入性產前檢測(NIPT)則是利用母血中的胎兒游離DNA去評估胎兒的狀況，所以影響因子較多，包括母親自身的遺傳物質、胎兒游離DNA的多寡、多胞胎或是否有萎縮卵等都會去影響檢驗結果；因此目前NIPT對偵測染色體13、18跟22的三倍體較為準確，但後續仍需要核型分析或晶片檢查才能確認診斷。
單一基因疾病單一基因疾病代表的是單一特定基因產生致病變異時，就會導致相關症狀的發生。在台灣比較常聽到的疾病，包含蠶豆症、海洋性貧血、脊髓性肌肉萎縮症、X染色體脆折症等疾病。
大多數這類型的疾病(例如: 蠶豆症、海洋性貧血…)可以利用基因定序找出變異，就像在找這些基因上的錯字。以往，此類型的疾病是利用桑格定序(Sanger sequence)來找出基因上的變異。但是桑格定序需要有明確的偵測目標，且每次可定序的範圍約1000多個鹼基對，因此當檢測範圍越大需要的實驗就會變多，費用就會相對高昂。因此桑格定序適用於較明確的目標且基因不大的疾病、或是針對家族成員做已知突變的確認。
隨著次世代定序(NGS)的進步，目前已經能一次分析大量的基因，像是特定疾病套組基因檢驗、全外顯子檢驗(WES)等。這類型的檢驗優點是可以一次分析大量基因數據，針對某群已知的基因變異造成的疾病、或是雖然臨床表徵無法確認是何種疾病，但高度懷疑是單一基因遺傳疾病，可以利用這類檢驗會有較高的效益。
而桑格定序跟次世代定序仍有其檢驗限制。首先，若變異的大小超出檢驗範圍(桑格定序約1,000個鹼基對、次世代定序約150~300個鹼基對)，包括大片段缺失(deletion)、擴增(duplication)、插入(insertion)、倒轉(inversion)或其他複雜性結構變異 (complex structural variation)則有可能無法被偵測出來；再者，若該變異剛好坐落在非檢測基因內、內含子(intron)等未分析的區域還有長片段重複區域等等檢驗極限亦被無法檢測出來。
還有一些較常聽到單基因疾病無法利用桑格定序或是全外顯子檢測檢出，這大多是因為其致病原因的差異。最常見的例子包括脊髓性肌肉萎縮症、X染色體脆折症等疾病。
其中，像是X染色體脆折症、脊髓小腦退化性動作協調障礙(俗稱小腦萎縮症)這類型的疾病，是因為特定基因上面產生一連串的三核苷酸重複序列擴增(Trinucleotide repeat expansion)而致病。這類型的疾病會需要特殊設計實驗(例如: 南方點墨法、長片段聚合酶連鎖反應等等)來計算擴增的數目。
另外有一些常見的疾病是因為基因片段缺失或是基因修飾異常。像是脊髓性肌肉萎縮症的致病原因大多為SMN1基因缺失，而疾病嚴重程度會跟患者身上的相似基因SMN2數目相關，所以需計算受檢者身上的SMN1跟SMN2的基因數量；而像小胖威利症(Prader Willi Syndrome)，多數是因染色體上有特定片段缺失、或是基因劑量正常但基因修飾異常。這些疾病就較適合利用基因劑量診斷技術(MLPA)來進行偵測。
偵測基因劑量還有另一個方法”螢光原位雜交(FISH)”，此種檢驗方法是利用螢光探針直接在染色體上標定產生螢光訊號，所以也可以直接去觀察染色體的形態；也因為如此，可以去偵測鑲嵌型檢體跟狀況較差的檢體。以往這種檢驗多半是利用在診斷染色體異常，會依想要檢驗的項目選擇合適的探針；現在也利用到腫瘤的特定變異偵測，以及針對特定變異來設計專一探針。但因實驗較為繁複，需要經驗豐富的操作人員，此外若要設計新的探針，費用也會較於高昂。什麼情況該進行什麼檢驗?由上述內容也可知道，遺傳疾病的成因非常複雜，針對不同情況需要使用的工具也不同。一般來說，若是針對有明顯疾病特徵的情況，可以依照其常見致病機轉去選擇適合該疾病的檢驗，像是桑格定序、MLPA或是FISH等檢查。
而若是沒有確切的懷疑疾病、或是可能有好幾個疑似基因，這種情況就比較適合使用晶片檢查及次世代定序相關檢驗來進行分析。晶片檢查可以排除染色體片段異常；而次世代定序相關檢驗可以一次分析大量基因，減少多次實驗下來所花費的時間與金額。
若是先前已找到家族中的變異，那則可以直接針對此變異去分析其他家族成員的狀況，通常費用會比原始檢驗便宜，報告時程也比較快。最常用的方法是利用桑格定序針對該變異去進行偵測；但若是此變異無法利用桑格定序檢測，如片段太大等，就需要針對此變異設計其他實驗來，這時候就會依實驗的複雜度會影響其費用跟報告時間，這種情況會較適合使用於家族內許多人都要檢驗，平均下來性價比較高。
什麼時候會進行基因檢驗?基因檢驗這件事實際上包含了非常多的層面，不同目標受眾所適用的檢測項目與內容也會有所差異。
上述內容大多是針對罕見遺傳疾病檢驗進行說明，目前臺大醫院的罕見遺傳疾病檢驗主要是針對有症狀的個案進行基因檢測，僅分析與受檢者症狀相關的基因；其他與症狀無關的基因不屬於檢驗之判讀範圍。這是因為罕病檢驗的目的是找出受試者的罹病原因，所以在分析時會以個案之臨床表現作為分析的重點；而其他無關的基因變異則不會納入判讀的首要考量。
另一個常使用基因檢驗時機是懷孕時期，像是產檢時就會進行海洋性貧血的篩檢，若父母有帶因的風險就會進一步進行基因檢驗，確定雙方是否為同型帶因者；其他常聽到的基因檢驗也包括脊髓性肌肉萎縮症、X染色體脆折症等。這類型通常是帶因率較高的疾病，可以在產檢時順便抽血確認母親是否帶因，進一步評估胎兒罹患這些疾病的風險。而針對胎兒自身，目前大多是利用NIPT進行三染色體的篩檢，或是核型分析跟晶片檢查來排除明顯的染色體異常。
癌症也是常用基因檢驗的項目，一類是遺傳性癌症檢驗，這類型就像是單一基因檢驗，目的是評估是否帶有易罹癌體質，最著名的例子就是安潔莉娜裘莉因為家族有乳癌史而進行BRCA1及BRCA2基因檢驗來做為預防醫學的評估；另一類是針對已罹癌的患者，檢測其腫瘤組織之基因變異，來評估某些藥物或治療是否有療效，以精準用藥跟監測疾病的發展。
而目前健康沒有太多狀況的一般人也可能會遇到基因檢測的選擇。例如，有些夫妻在備孕時期會選擇進行帶因者檢驗；又或者坊間也越來越多消費者基因檢測（Direct to consumer genetic test，DTC）。這類型的檢驗與報告內容會因不同廠商而有差異，因此在檢驗之前仍需了解該產品內容。此外，也須了解這些檢驗可能可以幫助受檢者達到更健康的生活模式，但不能成為醫療決策的唯一依據。除了遺傳資訊外，也有許多其他因素會去影響我們的健康狀況，包括環境因素、生活習慣等等，也因此陰性的檢驗結果不一定代表一定不會有健康問題；陽性結果也不一定會出現相關的健康問題，但可以做為健康管理的提醒。
遺傳諮詢對基因檢驗的重要性遺傳諮詢會針對個人與其家族的遺傳訊息風險進行溝通與討論，由遺傳專科醫師或遺傳諮詢師詢問病史與家族史等等資訊，根據這些訊息來評估遺傳的風險，協助個案釐清狀況並做出整體最佳的決定，並依此安排適切的醫療協助。
基因檢驗會揭露出自身的遺傳狀態，有時結果並不如意，或是也有可能會獲得預期外的資訊，反而讓人不知所措。良好的遺傳諮詢可以幫助受檢者釐清相關的疑問，並做好足夠的心理調適之後再來接受檢驗，並在得知結果後規畫後續的醫療協助；因此在檢驗前跟檢驗後都會需要遺傳諮詢的討論。
檢驗前諮詢的主要目的是讓受試者瞭解檢驗的性質、內容與限制等等檢驗資訊，並思考這個檢驗對他們生理、心理、家庭、社會生活等各方面可能產生的益處和風險、是不是還有其他的選擇，讓受試者思考最適合自身狀況的決定。
而檢驗後諮詢目的是讓受試者瞭解檢驗結果，並因應其自身遺傳狀態及處境，提供相對應的資源或協助；讓受試者可以在知道檢驗結果後得到適當的專業協助。
結語一開始提到，基因檢驗就像是在校閱遺傳物質這本書上有沒有一些錯誤，但是有錯誤不代表一定會有健康狀況，就像是有時候錯字並不會去影響我們的對文章的理解。實際上會去調控身體作用的多半是基因的最終產物”蛋白質”，所以當遇到重要性不明的基因變異時，有時就需要看是否有其他檢查可以協助評估。例如，代謝性疾病就可以去檢測胺基酸或相關代謝物質表現(參閱延伸閱讀)。有些狀況也可以直接去檢驗該蛋白質表現或是基因-蛋白質的中間產物”RNA”的表現，但這類檢驗多半較為困難，有時全球僅有幾間實驗室可以操作，還有一些檢測技術仍在開發中；這仍需更多時間與研究來讓基因檢驗可以更加純熟。
簡而言之，在不同情況下，適用的基因檢驗項目與分析內容皆會有很大的差異，不同檢驗的優勢與極限也都不同，也不一定能互相取代；現在的科技也無法找出與解釋所有的遺傳變異。因此基因檢驗還是建議先由遺傳或其他專科醫師評估受試者的狀況，由醫師協助安排適切的檢驗項目。而身為受檢的一方，若對檢驗上有任何不清楚的地方，也可以跟醫師詳細討論。
參考資料1. https://www.fda.gov/medical-devices/vitro-diagnostics/direct-consumer-tests
2. https://www.ntuh.gov.tw/gene/Index.action
3. https://www.cdc.gov/genomics/gtesting/genetic_counseling.htm
4. http://www.thgs.org.tw/news/news_info.asp?/12.html
傳統染色體核型分析是利用顯微鏡去觀察細胞核內被染色的染色體，可偵測大於5-10 Mb的染色體變異，而優點是可以直接去看染色體的結構是否有變化；例如平衡性轉位這種拷貝數沒有改變的變異，就無法利用基因晶片檢查檢出。
染色體晶片可以偵測更微小的染色體拷貝數變異，大約可偵測0.01-0.05Mb的片段，而實際解析度則取決的不同廠商的探針設計；但因晶片是利用無數的探針數據重組染色體，因此無法檢測出拷貝數沒有變化的結構異常，也無法去檢測出非探針偵測區的變異。
核型分析跟染色體晶片是直接去檢測受檢者之遺傳物質，所以可以較準確去評估跟診斷染色體疾病；而侵入性產前檢測(NIPT)則是利用母血中的胎兒游離DNA去評估胎兒的狀況，所以影響因子較多，包括母親自身的遺傳物質、胎兒游離DNA的多寡、多胞胎或是否有萎縮卵等都會去影響檢驗結果；因此目前NIPT對偵測染色體13、18跟22的三倍體較為準確，但後續仍需要核型分析或晶片檢查才能確認診斷。
單一基因疾病單一基因疾病代表的是單一特定基因產生致病變異時，就會導致相關症狀的發生。在台灣比較常聽到的疾病，包含蠶豆症、海洋性貧血、脊髓性肌肉萎縮症、X染色體脆折症等疾病。
大多數這類型的疾病(例如: 蠶豆症、海洋性貧血…)可以利用基因定序找出變異，就像在找這些基因上的錯字。以往，此類型的疾病是利用桑格定序(Sanger sequence)來找出基因上的變異。但是桑格定序需要有明確的偵測目標，且每次可定序的範圍約1000多個鹼基對，因此當檢測範圍越大需要的實驗就會變多，費用就會相對高昂。因此桑格定序適用於較明確的目標且基因不大的疾病、或是針對家族成員做已知突變的確認。
隨著次世代定序(NGS)的進步，目前已經能一次分析大量的基因，像是特定疾病套組基因檢驗、全外顯子檢驗(WES)等。這類型的檢驗優點是可以一次分析大量基因數據，針對某群已知的基因變異造成的疾病、或是雖然臨床表徵無法確認是何種疾病，但高度懷疑是單一基因遺傳疾病，可以利用這類檢驗會有較高的效益。
而桑格定序跟次世代定序仍有其檢驗限制。首先，若變異的大小超出檢驗範圍(桑格定序約1,000個鹼基對、次世代定序約150~300個鹼基對)，包括大片段缺失(deletion)、擴增(duplication)、插入(insertion)、倒轉(inversion)或其他複雜性結構變異 (complex structural variation)則有可能無法被偵測出來；再者，若該變異剛好坐落在非檢測基因內、內含子(intron)等未分析的區域還有長片段重複區域等等檢驗極限亦被無法檢測出來。
還有一些較常聽到單基因疾病無法利用桑格定序或是全外顯子檢測檢出，這大多是因為其致病原因的差異。最常見的例子包括脊髓性肌肉萎縮症、X染色體脆折症等疾病。
其中，像是X染色體脆折症、脊髓小腦退化性動作協調障礙(俗稱小腦萎縮症)這類型的疾病，是因為特定基因上面產生一連串的三核苷酸重複序列擴增(Trinucleotide repeat expansion)而致病。這類型的疾病會需要特殊設計實驗(例如: 南方點墨法、長片段聚合酶連鎖反應等等)來計算擴增的數目。
另外有一些常見的疾病是因為基因片段缺失或是基因修飾異常。像是脊髓性肌肉萎縮症的致病原因大多為SMN1基因缺失，而疾病嚴重程度會跟患者身上的相似基因SMN2數目相關，所以需計算受檢者身上的SMN1跟SMN2的基因數量；而像小胖威利症(Prader Willi Syndrome)，多數是因染色體上有特定片段缺失、或是基因劑量正常但基因修飾異常。這些疾病就較適合利用基因劑量診斷技術(MLPA)來進行偵測。
偵測基因劑量還有另一個方法”螢光原位雜交(FISH)”，此種檢驗方法是利用螢光探針直接在染色體上標定產生螢光訊號，所以也可以直接去觀察染色體的形態；也因為如此，可以去偵測鑲嵌型檢體跟狀況較差的檢體。以往這種檢驗多半是利用在診斷染色體異常，會依想要檢驗的項目選擇合適的探針；現在也利用到腫瘤的特定變異偵測，以及針對特定變異來設計專一探針。但因實驗較為繁複，需要經驗豐富的操作人員，此外若要設計新的探針，費用也會較於高昂。什麼情況該進行什麼檢驗?由上述內容也可知道，遺傳疾病的成因非常複雜，針對不同情況需要使用的工具也不同。一般來說，若是針對有明顯疾病特徵的情況，可以依照其常見致病機轉去選擇適合該疾病的檢驗，像是桑格定序、MLPA或是FISH等檢查。
而若是沒有確切的懷疑疾病、或是可能有好幾個疑似基因，這種情況就比較適合使用晶片檢查及次世代定序相關檢驗來進行分析。晶片檢查可以排除染色體片段異常；而次世代定序相關檢驗可以一次分析大量基因，減少多次實驗下來所花費的時間與金額。
若是先前已找到家族中的變異，那則可以直接針對此變異去分析其他家族成員的狀況，通常費用會比原始檢驗便宜，報告時程也比較快。最常用的方法是利用桑格定序針對該變異去進行偵測；但若是此變異無法利用桑格定序檢測，如片段太大等，就需要針對此變異設計其他實驗來，這時候就會依實驗的複雜度會影響其費用跟報告時間，這種情況會較適合使用於家族內許多人都要檢驗，平均下來性價比較高。
什麼時候會進行基因檢驗?基因檢驗這件事實際上包含了非常多的層面，不同目標受眾所適用的檢測項目與內容也會有所差異。
上述內容大多是針對罕見遺傳疾病檢驗進行說明，目前臺大醫院的罕見遺傳疾病檢驗主要是針對有症狀的個案進行基因檢測，僅分析與受檢者症狀相關的基因；其他與症狀無關的基因不屬於檢驗之判讀範圍。這是因為罕病檢驗的目的是找出受試者的罹病原因，所以在分析時會以個案之臨床表現作為分析的重點；而其他無關的基因變異則不會納入判讀的首要考量。
另一個常使用基因檢驗時機是懷孕時期，像是產檢時就會進行海洋性貧血的篩檢，若父母有帶因的風險就會進一步進行基因檢驗，確定雙方是否為同型帶因者；其他常聽到的基因檢驗也包括脊髓性肌肉萎縮症、X染色體脆折症等。這類型通常是帶因率較高的疾病，可以在產檢時順便抽血確認母親是否帶因，進一步評估胎兒罹患這些疾病的風險。而針對胎兒自身，目前大多是利用NIPT進行三染色體的篩檢，或是核型分析跟晶片檢查來排除明顯的染色體異常。
癌症也是常用基因檢驗的項目，一類是遺傳性癌症檢驗，這類型就像是單一基因檢驗，目的是評估是否帶有易罹癌體質，最著名的例子就是安潔莉娜裘莉因為家族有乳癌史而進行BRCA1及BRCA2基因檢驗來做為預防醫學的評估；另一類是針對已罹癌的患者，檢測其腫瘤組織之基因變異，來評估某些藥物或治療是否有療效，以精準用藥跟監測疾病的發展。
而目前健康沒有太多狀況的一般人也可能會遇到基因檢測的選擇。例如，有些夫妻在備孕時期會選擇進行帶因者檢驗；又或者坊間也越來越多消費者基因檢測（Direct to consumer genetic test，DTC）。這類型的檢驗與報告內容會因不同廠商而有差異，因此在檢驗之前仍需了解該產品內容。此外，也須了解這些檢驗可能可以幫助受檢者達到更健康的生活模式，但不能成為醫療決策的唯一依據。除了遺傳資訊外，也有許多其他因素會去影響我們的健康狀況，包括環境因素、生活習慣等等，也因此陰性的檢驗結果不一定代表一定不會有健康問題；陽性結果也不一定會出現相關的健康問題，但可以做為健康管理的提醒。
遺傳諮詢對基因檢驗的重要性遺傳諮詢會針對個人與其家族的遺傳訊息風險進行溝通與討論，由遺傳專科醫師或遺傳諮詢師詢問病史與家族史等等資訊，根據這些訊息來評估遺傳的風險，協助個案釐清狀況並做出整體最佳的決定，並依此安排適切的醫療協助。
基因檢驗會揭露出自身的遺傳狀態，有時結果並不如意，或是也有可能會獲得預期外的資訊，反而讓人不知所措。良好的遺傳諮詢可以幫助受檢者釐清相關的疑問，並做好足夠的心理調適之後再來接受檢驗，並在得知結果後規畫後續的醫療協助；因此在檢驗前跟檢驗後都會需要遺傳諮詢的討論。
檢驗前諮詢的主要目的是讓受試者瞭解檢驗的性質、內容與限制等等檢驗資訊，並思考這個檢驗對他們生理、心理、家庭、社會生活等各方面可能產生的益處和風險、是不是還有其他的選擇，讓受試者思考最適合自身狀況的決定。
而檢驗後諮詢目的是讓受試者瞭解檢驗結果，並因應其自身遺傳狀態及處境，提供相對應的資源或協助；讓受試者可以在知道檢驗結果後得到適當的專業協助。
結語一開始提到，基因檢驗就像是在校閱遺傳物質這本書上有沒有一些錯誤，但是有錯誤不代表一定會有健康狀況，就像是有時候錯字並不會去影響我們的對文章的理解。實際上會去調控身體作用的多半是基因的最終產物”蛋白質”，所以當遇到重要性不明的基因變異時，有時就需要看是否有其他檢查可以協助評估。例如，代謝性疾病就可以去檢測胺基酸或相關代謝物質表現(參閱延伸閱讀)。有些狀況也可以直接去檢驗該蛋白質表現或是基因-蛋白質的中間產物”RNA”的表現，但這類檢驗多半較為困難，有時全球僅有幾間實驗室可以操作，還有一些檢測技術仍在開發中；這仍需更多時間與研究來讓基因檢驗可以更加純熟。
簡而言之，在不同情況下，適用的基因檢驗項目與分析內容皆會有很大的差異，不同檢驗的優勢與極限也都不同，也不一定能互相取代；現在的科技也無法找出與解釋所有的遺傳變異。因此基因檢驗還是建議先由遺傳或其他專科醫師評估受試者的狀況，由醫師協助安排適切的檢驗項目。而身為受檢的一方，若對檢驗上有任何不清楚的地方，也可以跟醫師詳細討論。
參考資料1. https://www.fda.gov/medical-devices/vitro-diagnostics/direct-consumer-tests
2. https://www.ntuh.gov.tw/gene/Index.action
3. https://www.cdc.gov/genomics/gtesting/genetic_counseling.htm
4. http://www.thgs.org.tw/news/news_info.asp?/12.html