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业界重量级前瞻性综述:无创产前基因检测以后能查什么?

首页 » 研究 » 检验 2016-11-02 生物探索 赞(7)
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导读
Cell旗下的Trends in Molecular Medicine在11月份的刊物上推出了一期关于NIPT前瞻性综述。这篇综述讨论了NIPT诊断的最新进展,它的应用和局限性,以及未来技术的发展和可能的临床应用。


基因组异常是出生缺陷和妊娠并发症的主要原因,包括在子宫内生长发育迟缓和流产的风险。传统的侵入性方法检测这种基因组异常对母亲和胎儿都有风险。非侵入性产前检测(NIPT)是一种通过分析母体血浆或血清循环DNA获得子宫内胎儿的基因组状态的方法。越来越多的医生和医院可能使用NIPT,该技术推广到其他诊断的应用潜力也是巨大的。在这个时候Cell旗下的Trends in Molecular Medicine在11月份的刊物上推出了一期关于NIPT前瞻性综述。这篇综述讨论了NIPT诊断的最新进展,它的应用和局限性,以及未来技术的发展和可能的临床应用。


非整倍体的检测和其应用

检测胎儿的染色体的非整倍体是医生和准妈妈的主要目标。对于不同的组进行染色体非整倍体的检测基本上特异性超过90%,仍有有待提高的空间。二代测序的发展让大规模并行基因组测序(massively parallel genomic sequencing)定量母体血浆DNA序列成为可能,这个方法能在14周怀孕时就能成功测出胎儿21号染色体的三体综合征。研究证明此方法能检测出任何染色体的非整倍体,包括通常出现在13、18和21号以及X、Y染色体上的非整倍体。

用NIPT检测亚染色体异常

亚染色体的异常指的是基因组中的缺失和重复,尽管已经有一些研究显示了NIPT从母体血浆中检测胎儿染色体缺失/重复的潜力,但是检测亚染色体异常需要深度测序,在费用和花费时间上都有所增加。目前在半导体测序平台(SSP)上,有研究通过提高cfDNA的含量促使测序深度增加,提高对异常的检出。在3.5M的reads中,阵列比较基因组杂交(aCGH)可以检出71.8%的亚染色体异常。

NIPT检测单基因突变

这个技术一个潜在的应用可能就是准确可靠地检测胎儿单基因异常,这要求碱基水平上的解决方案,给出因插入、缺失或者单碱基突变造成的单个基因异常。然而,在单基因疾病中实施NIPT的可能性,已经使用如相对突变量(RMD)的方法在地中海贫血、血友病和镰状细胞病证实。其他分析包括了全基因组测序的单核苷酸多态性和先天性的肾上腺皮质增生症(CAH)和地中海贫血的相对单体型剂量,以及Wilson病直接的线性放大与量化。NGS通常检测的流程如图1 所示。当提供了父母和先证者单倍型的信息,胎儿的单倍型就能够构建,遗传疾病可以被检测。
图1 运用二代测序进行NIPT的总括

相对突变剂量与单体型剂量分析

对于父母都是常染色体隐性遗传疾病携带者,或者母亲有常染色体显性遗传类疾病特征,携带者具体突变的定性分析是不够的,一种称为相对突变剂量(RMD)的分析是必要的。而数字PCR是一种核酸分子绝对定量技术,可让你能够直接数出DNA分子的个数。数字PCR的运用让RMD技术作为一种方法发展,可以分析出母体血清中某一等位基因突变的平衡或不平衡,从而使胎儿的基因状态可鉴定。具体机制见图2。
图2 相对突变剂量分析(RMD)

最近发现在孕妇血浆DNA进行SNP基因分型和深度测序,在构建胎儿全基因组的遗传和突变地图时是有用的。这种联合分析的基本原理是通过母体血浆中单倍型的相对浓度推导出来的,这个过程称为相对单体型剂量分析。具体方法见图3.

图3 相对单体型剂量分析(RHDO)


运用线性放大对突变的等位基因定量

为了改善等位基因比例的检测结果和真实值的偏差,一种新的利用环化单分子扩增和重测序技术(cSMART)被研制成功。该技术的具体流程见图4,在此过程中具有独特条码的单分子扩增产物被富集和测序,但只计数一次,消除潜在的PCR扩增偏差,确保血浆样本中DNA突变位点比例更精确的定量。cSMART技术通过母体血浆中DNA的突变比例就可以确定胎儿是否患有单基因疾病。


图4 线性放大:cSMART技术


挑战和未来方向

利用循环DNA作为一种诊断工具就面对了一系列的挑战:它们的量比较低,而且在一定条件下敏感性也是波动的。在早孕10-20周,通常cfDNA丰度低于10%。有研究证明,NIPT对于某些人群可能不是适用的工具。比如胎儿cfDNA的含量与母体的BMI呈负相关,在肥胖的孕妇中下降。

值得注意的是染色体非整倍体不占精神发育迟滞儿童的较大比例,染色体重排已经被鉴定是显著的部分。应用NIPT和DNA测序可能会揭示这些重排是否发生在子宫内。

如果母体患有癌症,NIPT会获得不一致结果。基因组的不稳定性是所有癌症的特征,包括染色体13, 18, 21, X和 Y。在处理NIPT正结果时包含了这样复杂的情况。对癌症影响NIPT结果的进一步调查,对这个诊断方法在临床上广泛应用前是很有必要的。

另外影响NIPT精确度的复杂情况是胎盘内特异的嵌合体。胎盘染色体组成的差异可能会影响胎儿非整倍体的准确测定。

另一个在混淆NIPT结果的因素是双胞胎的存在。同卵双胞胎中,NIPT技术仍然适用;然而在异卵双胞胎中,除非双胞胎是不同性别的,否则我们很难确定突变位于哪个胎儿。

随着技术的进步,深度测序和单分子PCR技术的出现将让科学家们探索更多的胎儿特异基因组异常。

(转化医学网360zhyx.com)

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