全基因组拷贝数变异检测在产前高通量测序异常信号分析中的应用研究

【摘要】：研究背景随着细胞遗传学及分子遗传学的发展,产前筛查和产前诊断的技术及方法也呈多元化发展,目前国内常用的中孕期母血清学产前筛查,可以对发病率较高的13、18、21-三体及神经管畸形的胎儿进行筛查。此外,早孕期母血清学筛查、早孕期胎儿NT值等超声指标筛查、早中孕期母血清学联合筛查等方案,有的地区也有开展。但无论以上哪种筛查方式,对胎儿非整倍体的筛查效率都偏低,假阳性率较高。上述筛查高风险的孕妇,可于早、中或晚孕期通过采集胎儿细胞、组织等样本来进行胎儿遗传物质的检测,经早孕期绒毛穿刺活检、中孕期羊膜腔穿刺、中晚孕期胎儿脐带穿刺或个别严重畸形儿的心脏穿刺等有创手术操作来获取胎儿细胞进行检测,其准确性较高,但从安全性上来讲,有创的产前诊断方式不适合作为一种大范围的筛查手段,临床上迫切需要筛查效率更高的筛查技术方法。有研究表明基因组拷贝数变异(Copy Number Variations, CNVs)在某些人类疾病中扮演着重要角色。一些染色体微重复微缺失综合征,如：Williams-Beuren综合征、Angelman/Prader-Willi综合征、Charcot-Marie-Tooth综合征等,均是由CNVs或染色体片段的缺失或重复导致。如单核苷酸多态性一样,多数CNVs以正常多态形式存在,只有少数的CNVs与疾病相关。染色体微阵列分析(Chromosomal Microarray Analysis CMA)即：比较基因组杂交微阵列和单核苷酸多态微阵列的出现,大大的提高了人类基因组CNVs的发现。因其高通量、高分辨率、无需培养等优点,染色体微阵列技术在产前诊断领域中的应用价值逐渐得到认可。近年来,研究发现孕妇外周血血浆游离DNA中含有一定比例的胎儿游离DNA,其DNA片段长度较小,绝对含量随着孕周的增长而增加,且可在分娩后快速降解消失,为提取和检测孕妇血浆游离DNA作为获取胎儿遗传信息的无创检测技术提供了可能。新一代高通量测序技术是可以同时进行数百万个核苷酸单分子序列测序分析的技术,其基本原理是：首先将基因组DNA片段化,随后加入测序的接头和引物,簇生成后进行桥式扩增,将片段连接到flowcell上,每个反应进行时均加入一个可逆终止的脱氧核苷酸,进行荧光扫描。这种高通量,高精确度的测序技术的出现,在孕妇血浆中具有相对稳定比例的游离胎儿DNA的基础上,大大推动了无创产前检测(Noninvasive Prenatal Testing, NIPT)技术的应用。染色体的非整倍体是临床上最常见的染色体异常,且多数是重大致残致愚性遗传病。母血浆中游离胎儿DNA的发现及在此基础上高通量测序技术的应用,开创了胎儿染色体非整倍体等遗传病的无创产前检测的新纪元。世界各地多个研究小组对该方法进行的大量临床研究表明,目前该技术针对最常见的21-三体的无创产前检测的灵敏度和特异性均已达到99%以上。最新研究已证实可以从孕妇血浆游离DNA中拼接出胎儿和孕妇的全基因组信息,为以孕妇血浆游离DNA为研究材料进行胎儿CNVs甚至单基因病的检测提供了研究基础。目的针对临床上具有NIPT指征的高危孕妇,应用新一代高通量测序技术进行产前检测,搜集、整理NIPT检测过程中出现的各种染色体非整倍体异常信号以及CNVs相关异常信号病例,利用有创产前诊断技术获取胎儿细胞后,采用染色体微阵列分析技术进行检验、验证,分析NIPT在染色体数目异常和致病性CNVs检测中的准确性,以判断NIPT的临床应用价值、明确致病性CNVs的诊断并提供临床咨询,同时也可为CNVs数据库提供新的科研数据。方法门诊具有NIPT指征的孕妇常规进行知情告知,经高通量测序和数据分析后,以NIPT筛查结果提示胎儿13、18、21、性染色体非整倍体高风险以及提示胎儿CNVs异常信号的孕妇为研究对象。知情同意后行有创产前诊断,根据孕周需要获取胎儿羊水或脐血等标本分别进行胎儿染色体微阵列芯片分析。若经有创产前诊断验证胎儿为13、18、21或性染色体非整倍体,对孕妇夫妇进行遗传咨询；若经有创产前诊断验证胎儿确实存在异常CNVs,进一步复查胎儿父母的外周血染色体微阵列芯片,以明确此CNVs的遗传来源,并根据最终的染色体微阵列芯片结果进行遗传咨询。结果对临床上有适应症的孕妇外周血样本进行胎儿染色体非整倍体NIPT筛查,共筛出21-三体高风险16例、18-三体高风险3例,经有创产前诊断进行胎儿染色体核型和染色体微阵列检验、验证后,确认其中21三体儿15例、18三体儿3例；其中1例NIPT筛查为21-三体高风险的胎儿,脐血染色体核型和脐血CMA检测结果均为46,XX,产前诊断证实该例为21三体假阳性,出生后随访正常。共筛查提示性染色体非整倍体病例9例,经有创产前诊断确认了其中5例存在性染色体非整倍体,分别为47,XXX 2例,47,XXY 1例,47,XYY 1例,47,XYY/46,XY嵌合体1例,其余4例未检出性染色体异常,为假阳性。此外,NIPT提示13号染色体微缺失病例1例,18号染色体微重复病例1例,18号染色体部分缺失病例1例,染色体微阵列芯片分析结果证实了NIPT检测中发现的CNVs。结论NIPT结果中CNVs相关的异常信号结合CMA及核型分析对临床致病性的微缺失、微重复等CNVs具有可靠的检测效果,NIPT可用于开展胎儿染色体微缺失微重复的产前筛查。通过此方法,我们在课题实施过程中发现了两例国际上尚未有报道的人类CNV多态性改变,为人类基因组研究提供了科研数据,同时也为将来的产前筛查与产前诊断方法的探索提供研究资料。