产前诊断实验技术的临床选择
2018年07月18日 【健康号】 张超楠     阅读 8551

临床检验通常只对检测的标本负责;产前诊断技术针对孕妇开展,检测的却是胎儿异常,常常可决定胎儿的命运,因此产前诊断技术须对母胎负责。实践中,通过母体的指标来反映胎儿的异常存在众多的干扰与不确定因素,而通过获取胎儿细胞来确定胎儿异常又存在相应的风险。无创产前检测技术(non–invasiveprenataltesting,NIPT)的应用迎来了产前诊断技术发展的新阶段。未来,是否可以用NIPT替代传统的产前筛查与产前诊断技术,是值得期待的。面对不断更新、日益增多的产前检测项目,要让临床做出合适的选择,需要认识这些技术各自的优势与局限以及适用范围。

一、产前诊断与产前筛查的发展
  产前诊断是胎儿异常的确认;产前筛查是胎儿异常的风险评估。遗传性疾病的产前诊断与细胞遗传、分子诊断实验技术同步发展。尽管在1888年已经提出了染色体一词,限于技术,20世纪20年代染色体研究才起步,1959年明确了人类染色体为46条,并发现了染色体三体性,1970年代染色体显带技术问世,核型分析使得染色体倍体异常、结构异常得以诊断。1980年代开始了染色体病的产前诊断。近20年,聚合酶链反应技术及其衍生技术、荧光原位杂交(fluoresenceinsituhybridization,FISH)、基因测序、微阵列比较基因组杂交、基因芯片、液相芯片等技术的发展实现了基因缺失、重复、突变等遗传病的产前诊断。虽然这些体外诊断技术对于诊断遗传病已经成熟,但是通过绒毛或羊膜穿刺介入性手段获取胎儿细胞始终是孕妇及其家属不愿面对的。

  有目标疾病的产前筛查始于20世纪80年代,AFP是最早用于产前筛查胎儿神经管缺陷(neuraltubedefect,NTD)的母体血清指标。1984年发现Down综合征(DownSyndrome,DS)胎儿母血清AFP值降低,AFP也作为筛查DS胎儿的指标之一。人绒毛膜促性腺激素(humanchorionicgonadotropin,hCG)及其游离β亚基(freeβ–hCG)在DS胎儿母体升高,也是用于DS胎儿筛查的指标。此外,尚有未结合雌三醇、妊娠相关血浆蛋白A、抑制素等相继用做DS胎儿筛查的指标。母体外周血生化标志物产前筛查的重要作用是使产前诊断的目标人群集中,效率提升。1997年发现母体外周血中存在游离胎儿DNA[1],2009年采用高通量测序技术,以母体外周血中游离胎儿DNA为标志,可筛查胎儿三体征。新技术的发展虽然尚未淘汰传统技术,但各项技术的适应范围与孕妇受众正在发生变化。

二、产品诊断技术的特点与临床选择

  获取胎儿细胞是目前进行准确产前诊断的必要途径。重要的是在合适的孕周、用合适的技术采集胎儿细胞。(1)羊膜腔穿刺术(amniocentesis),通常在孕16~20周进行,最常用,相对风险最小;(2)绒毛活检术(chorionicvillisampling,CVS),采集绒毛的优点是可在早孕期诊断胎儿遗传病,与羊膜腔穿刺方法相比较,技术难度大,不能做羊水生化分析,还要注意避免所取的绒毛材料被母体组织和外源DNA污染或双胎妊娠中受另一胎儿组织污染而引起产前诊断的错误;(3)经皮脐血穿刺术(cordocentesis),从妊娠17周开始直至足月,经实时超声引导经母体腹部进行脐血管穿刺可获取胎血,这对于已错过羊水穿刺合适孕期或羊水细胞遗传学检查不能确诊(如嵌合体等)的病例很重要,可明确诊断。不建议用脐血穿刺替代羊水穿刺做产前诊断,不仅风险大于羊水穿刺,而且脐血穿刺适合胎龄较大的胎儿,且不利于后续处理。

1.染色体核型分析:

  胎儿细胞染色体核型分析是胎儿染色体病诊断的金标准,在可及的分辨率下能对整组染色体的数目和结构异常进行诊断,目前尚无其他技术可以完全替代,对各类疑似胎儿有染色体异常的病例,染色体核型分析依然是无可替代的首选方法。但该方法有取材时限性、培养耗时长、技术稳定性较差、依赖阅片者的经验等,需要2~3周完成。受显带分辨率的限制对一些疑似结构异常的病例,需要FISH、芯片等技术进一步确诊。

2.FISH:

  FISH技术从1993年开始应用于产前诊断,采用13、18、21、X、Y染色体特异探针,对间期绒毛细胞或羊水细胞进行FISH分析,可省去复杂的细胞培养及染色体分析过程,较好地解决染色体核型分析耗时长等问题,对胎儿常见的三体综合征及性染色体数目畸变进行快速诊断。FISH能为易位性重排,重复、缺失或插入性重排确定类型、来源和断裂点提供可靠依据,对一些核型分析有难度的病例可用FISH确认。FISH技术是对特定位点的检测,只能检查探针目标染色体,不能同时对整组染色体进行"全息性"的检查。

3.染色体芯片技术与产前液相芯片技术:

  常规染色体核型分析可检测出染色体数目异常以及大片段的缺失、重复等结构异常,但不能诊断片段大小<5000000bp并且具有显著临床意义的微缺失综合征。染色体芯片分析能在全基因组水平上对染色体片段缺失或重复进行检测[2]。用芯片技术实施全基因组的检测,虽然可获取大量的遗传学诊断信息,但受限于检测成本与临床解读能力,大规模开展尚需时日。为使芯片技术的优势充分发挥又不浪费资源,近年已有目标疾病选择明确、解读简便的特制染色体分析芯片用于临床[3]。如基于液相芯片技术研发的细菌人工染色体标记–磁珠鉴别/分离技术(BAC–on–Beads,BoBs)[4]产前快速诊断产品,涵盖了最常见的5种染色体非整倍体异常和9种常见的微缺失综合征的诊断。从临床应用报道看[5],对13、18、21、X和Y染色体的非整倍体改变检测与传统的染色体核型分析符合,且检测效率高,检测时间短,也发现了2例核型分析漏诊的Y染色体的微缺失,BoBs有助于微缺失综合征的诊断。

4.聚合酶链反应及其衍生技术:

  用荧光定量PCR技术进行染色体倍体检测[6],已有相关的试剂盒产品,检测目标明确,快速、操作简便,但不能发现目标疾病以外的异常。在遗传病基因突变的性质和部位清楚的情况下,PCR及衍生技术可直接检出突变部位,进行诊断;在基因突变位点不固定,或基因异常性质亦不清楚时,可以用PCR技术为基础的突变快速筛查技术,如聚合酶链反应–单链构象多态性等进行检测分析。许多遗传病的基因尚未确定,或基因异常尚不清楚,还不能根据突变的性质进行诊断,可用限制性片段长度多态性、单核苷酸多态性、短串联重复序列等位点或片段进行连锁分析。



三、产前筛查技术的特点与应用建议

  产前筛查技术的特点是在普通人群中发现胎儿异常的高风险人群,减少有创诊断。不能依据筛查结果处置孕妇与胎儿。

1.母血清学产前筛查:

  早或中孕期测定妊娠相关血浆蛋白A、freeβ–hCG、AFP、uE3等,结合孕妇年龄、孕周、孕妇体重等因素可计算胎儿羅患某一遗传疾病风险率。现行的血清学筛查采用的是生化指标,而不是遗传物质,筛查的精度不高,不仅仅21三体、18三体,还有其他各种染色体异常,也会表现为血清学筛查高风险。从浙江省产前诊断中心朱宇宁等报道看[7],血清学筛查高风险病例中,T21/18/13组合占高风险染色体异常的72.56%,也即20%以上的高风险异常与目标疾病无关;但另一方面风险筛查也使更多的其他疾病得以检出。母血清学产前筛查实际上已经是对多种异常的初筛。因此,现阶段母血清学产前筛查仍适用于所有没有介入性产前诊断指征的孕妇。此外,孕妇外周血中AFP升高,常提示神经管发育可能异常,这对超声检测NTD有提示作用。

2.高通量基因测序技术:

  母体外周血存在游离胎儿DNA(cell–freefetalDNA,cffDNA),孕8周后含量上升并随孕龄增加而升高,为母外周血游离DNA的5%~30%。在母体血浆样品中检测到的游离DNA包含母源性和胎源性,由于正常母体基因组是整倍体,所以任何母血浆DNA分子拷贝数的偏差一定源于胎儿染色体异常。高通量基因测序技术检测母体血浆样本中cffDNA序列[8],量化DNA片段,通过生物信息分析,对胎儿游离DNA的碱基序列做出识别、判断,据此计算出源于胎儿目标染色体(21/18/13)的cffDNA基因量是否增加。大量临床试验证明采用孕妇血浆DNA高通量测序技术进行产前筛查,检测胎儿21三体的敏感度和特异度分别为100%和97.9%[9],对胎儿18三体检测的敏感度和特异度分别为91.9%和98.0%[10],技术对21三体、18三体的检出率为99%以上,但对T13的检出率相对较低,为79%~92%[11]。

  高通量测序产前筛查是目标疾病指向精确的产前筛查技术。作为产前诊断技术,临床医生可以依据诊断报告做出胎儿去留的建议,而以目前的高通量测序产前筛查技术水平和积累的临床资料来看,高风险病例还须用经典的羊水胎儿细胞染色体核型分析进行确诊,方可进行临床处理。高通量测序产前筛查对目标疾病筛查的精确度高,假阳性低,当然也不能发现目标疾病以外的异常,是优势也是局限。高通量测序无创筛查很受孕妇群体欢迎,但是有羊膜腔穿刺产前诊断指征者不应用现行的高通量测序无创筛查替代。研究表明,用无创高通量测序替代"21三体高风险""18三体高风险""高龄"孕妇的有创产前诊断会漏诊目标疾病以外的非整倍体和其他重要的高风险异常[12],也不适合应用于"B超提示异常"的胎儿。具体可参照卫生行政管理部门印发的《高通量基因测序产前筛查与诊断技术规范(试行)》第一部分中的"适用人群"条款[13]。

四、展望

  NIPT相对于羊水穿刺、脐血穿刺、绒毛穿刺等"有创"检查而言,不用穿刺羊膜腔而是抽母亲外周血就能实现检测与诊断。高通量基因测序是实现NIPT的技术手段之一,除了高通量测序,基因芯片[14]、数字(Digital)PCR等也正进入NIPT技术行列。NIPT技术迅猛发展,正在拓宽目标疾病种类的研究。随着技术的不断成熟与优化、目标疾病的日益增加、临床资料的积累,或有可能成为新的诊断技术。

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张超楠
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