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分子时代的产前筛查与产前诊断

西柚妈咪 2021-04-03 15:25:55

控制人口数量、提高人口素质是我国的基本国策。我国是出生缺陷高发国,随着传染性疾病发病率和围产儿死亡率的降低,出生缺陷和遗传性疾病已经成为威胁儿童健康、影响人口素质的主要问题。染色体疾病是重大出生缺陷,唐氏综合征是最常见的染色体病。上世纪90年代末以来,我国陆续开展了中孕期血清学筛查工作,并对高危孕妇进行羊膜腔穿刺、羊水细胞培养和染色体核型分析。

近年来,有些单位还开展了早孕期血清学结合超声指标的筛查,对高危孕妇进行绒毛取材、绒毛细胞培养和染色体核型分析。通过技术培训和推广,全国主要省份大多建立了较完善的产前筛查和诊断网络。通过健全妇幼卫生行政管理相关法律法规,加强了全国出生缺陷防治网络的建设和行业管理。基本建立了符合中国人群特征和国情的产前筛查-诊断技术体系,以及产前筛查——产前诊断——干预和监测三级网络。

虽然我国已经开展了大量的产前筛查工作,但由于人口众多,产前筛查的覆盖面尚不足孕妇人群的10%。而就目前的筛查量而言,后续的产前诊断的技术力量已远远达不到要求。根据中国出生缺陷监测中心的实际数据,2009年,全国行产前筛查的孕妇仅占应行产前筛查人数的13.8%,行产前诊断的孕妇(包括高龄孕妇)仅占应行产前诊断人数的4.9%。提高产前筛查的效率、降低假阳性率,大力发展快速产前诊断技术及其他新技术,是解决我国产前筛查与产前诊断“瓶颈”问题的关键。


(网络配图)

母血胎儿游离DNA用于胎儿非整倍体筛查的思考

1997年,香港中文大学的卢煜明教授首次从妊娠妇女外周血中分离到了胎儿游离DNA片段,这些DNA来自胎盘的凋亡细胞。2007年,通过对胎儿游离DNA的测序和生物信息分析,实现了无创检测胎儿非整倍体。2010年以来,基于大规模平行测序技术的无创产前检测技术被越来越多的用于唐氏综合征的产前筛查,大规模临床试验也相继发表,从血清学筛查高危孕妇、高龄孕妇到低危孕妇,无创产前检测的优势越发明显。无创产前检测对于目标疾病检出率高,假阳性率低;筛查孕周范围大,适用于早孕期和中孕期,甚至孕23周以后;所需信息少,取材便捷,流程较简单,质量控制相对容易;检测周期短(10个工作日);技术有后续进一步发展的空间;可以有效地降低后续侵入性产前诊断的数量,解决产前诊断技术力量不足的问题。

另一方面,无创产前检测受到很多技术因素和生物因素的影响。胎儿DNA在母血DNA中所占的百分比影响着检测的准确性。当胎儿比例小于4%时,检测很可能失败。影响胎儿比例的因素包括孕龄、母亲体重、胎儿非整倍体类型、胎儿数量、嵌合体以及染色体本身的生物学特性。由于这些因素的影响,在临床试验中观测到了假阳性与假阴性的结果,以及测定失败的病例,对不同的常染色体三体,其检出率也各不相同。因此,目前国内绝大多数专家都认同,基于二代测序的胎儿游离DNA检测技术在现阶段应该明确定位于21,18,13-三体染色体异常的产前筛查领域,称之为“近似于诊断的筛查”。未来,该项技术有望被用于双胎、性染色体非整倍体,以及微缺失综合征的检测。   

快速产前诊断技术的快速发展与应用

1. 荧光原位杂交技术(FISH)与荧光定量PCR技术

面对产前筛查出的高危病例后续诊断力量严重不足的现实问题,要在短期之内解决巨大需求和医疗服务不足之间的矛盾十分困难。细胞遗传学技术人员培训周期长,加强产前诊断中心的技术力量也难以在短期内实现。目前大多数产前诊断机构的诊断力量和质控能力有限,在这种情况下,引入快速产前诊断技术显得十分必要。

2004年,英国国家筛查委员会( the UK National Screening Committee)推荐对唐氏综合征采用新的筛查方案,即对筛查高危病例可直接采用荧光原位杂交技术(FISH)、荧光定量PCR   (QF-PCR)等快速诊断方法进行诊断,并仅限于13、18、21-三体。 

在我国,四川大学华西二院总结了该院10000例羊水染色体结果,异常核型220例,其中FISH能够检出的有135例(21-三体和18-三体共85例,性染色体数目异常51例),染色体平衡易位和倒位68例,FISH不能检出的、但可能有临床表现的异常核型17例,其中嵌合体9例,标记染色体3例(亲代亦有),有明确畸形的5例,但此5例超声均有阳性表现。这一研究也表明,FISH或QF-PCR可以作为针对产前筛查高危孕妇的产前诊断方法。

我国产前筛查和产前诊断工作量巨大,解决筛查后续诊断的问题是降低出生缺陷的必要环节。产前筛查的目标疾病是以21-三体和18-三体为主的常见染色体非整倍体,并不包括其他染色体异常,从技术层面上讲,快速产前诊断技术完全可以解决这部分病例的诊断问题,在临床实践中可以作为一项单独的产前诊断技术,但必须明确该项技术在整个产前筛查和产前诊断体系中的定位及适应征,即没有异常妊娠史、产前筛查高危、常见非整倍体的特定人群,其他有细胞遗传学产前诊断适应征的孕妇仍应进行细胞遗传学诊断。在实际工作中,染色体核型分析失败或大孕周的产前诊断也靠快速诊断来实现。从这个意义上讲,将快速产前诊断方法作为单独的产前诊断方法,和产前诊断实施细则中提出的产前细胞遗传学诊断适应征并不冲突。

但要将快速诊断纳入到产前筛查——产前诊断体系中,仍需解决技术和行政层面的问题。技术层面上,尚需进行大样本前瞻性试验,和细胞遗传学的金标准进行对比,其定位和适应征只包括产前筛查发现的常见非整倍体的高危人群。在获得这些技术资料之后,提出在中国人群应用快速诊断的技术依据和行业建议,进而在行政层面上解决快速诊断的合法性问题。

2. 各种基因芯片和染色体微阵列分析技术

染色体微缺失综合征是由小段的染色体缺失所造成(<5Mb)。对于常染色体而言,该区域会造成基因缺失及基因产物不足的效应,会合并先天性畸型及智力障碍。被报告的染色体微缺失综合征已经超过二十种,大部份属于罕见病,但由于我国出生人口数目巨大,微缺失综合征患儿大多严重残疾,但可相对长期存活,并大多有生育能力,为家庭和社会造成巨大的经济,值得控制出生缺陷相关工作的重视。 FISH、BoBs液态基因芯片检测技术均可用于微缺失综合征的诊断,但灵敏性最高的当属染色体微阵列分析技术。

染色体微阵列分析(chromosomal microarray analysis,CMA)技术又被称之为“分子核型分析”,能够在全基因组水平进行扫描,发现大量的拷贝数变异(copy number variants,CNV),尤其是对于染色体微小缺失、重复等异常的诊断具有突出的优势。根据芯片平台及其所检测出的CNV类型的不同,CMA技术可被分为两大类:单核苷酸多态性微列阵(single nucleotide polymorphism array,SNP array)和基于微阵列的比较基因组杂交(array-based comparative genomic hybridization,aCGH)技术。通过aCGH技术能够很好地检出CNV来,而SNP array的优势在于除了能够检出CNV以外,还能够检测出大多数的单亲源双(uniparental disomy,UPD),并且可以检测到低水平的嵌合体。

近年来,CMA在产前诊断领域的应用越来越广泛。2012年,Ronald J.Wapner等对4406例产前诊断标本分别进行了核型分析和microarray分析。在产前诊断病例中,microarray分析的成功率为98.8% ,87.9% 的产前标本不需要细胞培养。在4282 例非嵌合体标本中,所有的非整倍体异常和非平衡性异位病例都被染色体核型分析及microarray分析同时检出,但microarray无法检出其中的平衡异位及染色体三倍体异常病例(分别占所有病例的0.9%和0.4%)。在所有染色体核型分析正常的病例中,发现胎儿有超声异常的病例组中 microarray检测能发现 6.0%的病例有病理性意义的染色体微小位点异常,而在高龄孕妇组中microarray能提高异常检出率 1.7% ,在筛查高危组中提升的检出能力是1.6% 。

基于上述研究结果,不少学者提出CMA技术有可能取代传统的核型分析,使之成为产前诊断的一线方案。Microarray应用于产前诊断,是这项技术临床应用的转折和飞跃。从基于临床异常表型,被动地进行全基因组扫描来发现异常的线索,到产前主动寻找、认定有临床意义的染色体位点缺陷,从而明确临床干预的策略。

在这种应用过程中,CMA技术能带来诊断灵敏度的大幅度上升,但也存在异常数据临床解读与芯片数字化结果不确定性的问题。要重视检测过程中的质量控制,防止检测环节的假阳性结果。将CMA检测用于产前诊断时,若有不能明确意义的位点异常出现,需抽取无表型异常的父母双方外周血进行分析,以明确该位点异常是新发的还是继承性的.对于新发的有明确临床意义的染色体位点异常(往往为染色体位点缺失),强调需进行可视化的FISH探针验证以明确该位点异常是客观存在的,这样才能据此作为临床诊断和后续干预决策的依据。

分子时代核型分析技术的重要性

在细胞分子遗传时代,虽然各种分子诊断技术发展迅猛,但核型分析技术依然处于非常重要的地位。核型分析技术依然是许多染色体显著性异常,包括多倍体,平衡异位以及嵌合体等唯一的诊断技术。染色体核型分析具有的价格低廉,检测设备依赖性低,以及检测结果的确定性好等特点依然无法被其它分子技术所比拟。从诊断染色体异常谱和成本来看,核型分析是性价比最好的诊断技术。核型分析是遗传诊断主流技术的地位仍然没有动摇。 

分子检测面临的问题

目前,胎儿游离DNA检测技术、FISH、QF-PCR以及CMA还没有取得用于产前筛查或诊断的临床体外检测行政许可,这是新技术应用时必须要考虑的问题。产前诊断是一项具有高科技性、高不确定性、高风险性的专业技术,分子诊断技术发展迅速,尽快解决新技术面临的一系列行政许可问题,将有利于临床机构规范医疗体系,规避医疗风险,为临床的应用奠定合理合法的基础。

总之,细胞分子产前诊断技术的时代已经到来。多种不同的新技术平台将和传统的技术在产前诊断这个大舞台上相互融合补充,综合应用。我国作为产前诊断大国,也正积极面对这种技术的转变和相互融合。面对独特的国情和巨大的产前诊断需求,我们需要独立、自信、科学地进行探索创新,积极开展临床转化性研究,探索提出适于我国实际情况的产前诊断综合技术体系,包括临床应用适应征,标准技术流程和质控方案,这是目前我国产前诊断技术领域亟待解决的重要课题。

(内容来源:中国妇产科在线)