唐筛:目标基因组区域的游离 DNA 分析或将取代血清学筛查

2016-06-24 07:25 来源:丁香园 作者:王兴光
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随着我国二胎政策的实施,可以预想到,高龄产妇(尤其 35 岁以上的孕妇)会越来越多,势必会导致出生缺陷的发生率也会增加。降低出生缺陷儿成为社会的关键问题,其中染色体疾病的筛查成为产前筛查工作的重点。

21-三体综合征、18-三体综合征、13-三体综合征为最常见的三种染色体疾病,过去对于这三种染色体疾病的产前检测主要是通过:产前血清学筛查和羊水穿刺。血清学筛查的准确度较低(容易出现假阳性和假阴性);而羊水穿刺作为这三种疾病诊断的「金标准」,具有一定的流产率,很多孕妇难以接受。

无创胎儿非整倍体检测的优点与不足

随之,无创胎儿非整倍体检测(non-Invasive prenatal testing ,NIPT)应运而生。1997 年,卢煜明(Lo)等人研究证明在孕妇血浆中存在胎儿的游离 DNA 片段,这为 NIPT 技术提供了依据。通过高通量测序技术可以对胎儿游离 DNA 进行检测,利用生物信息学分析软件系统对结果进行分析,最终得出胎儿患有 21-三体、18-三体和 13-三体综合征的风险率。

NIPT 的准确度高达 99% 以上,假阳性非常低(约为 0.05-0.1%),其应用较多的测序方法为半导体测序,最终获得每个 DNA 片段的碱基序列,利用生物信息学分析,把这些序列定位到人类基因组参考图谱上,计算出样本的游离 DNA 序列被分配到每条染色体上的具体数值比例,当胎儿的某条染色体数目增加时,其对应的游离 DNA 序列数量会小幅增加,通过测序技术和生物信息技术获得胎儿患三体综合征的风险值。

虽然 NIPT 较传统的筛查方法有很多优点,但是仍然存在巨大的挑战:准确性和价格问题。

唐筛新方法:基于目标基因区域而非个人基因组的分析

近期,发表在 Clinical Chemistry 杂志上的一篇关于唐氏综合症的产前筛查的文章引起了人们的广泛关注:文章作者 George Koumbaris 等人就 18-三体、21-三体、13-三体及胎儿性染色体异常的非侵入性产前检测(non-Invasive prenatal testing ,NIPT)问题做了进一步研究,研发出一种新型的、基于目标基因区域而非整个人基因组的游离 DNA 分析的方法。

在 George Koumbaris 和 Elena Kypri 等人的研究中:随机选取 631 名孕妇(孕周均在 10 周以上,且接受了侵入性的产前检测),采集外周血液标本,进行检测。通过设计将近 250bp 自定义目标捕获序列(Custom target capture sequences ,TACS),去捕获 21 号、18 号、13 号和 Y 染色体上选择的位点,然后使用高通量测序技术(又称下一代测序技术 next generation sequencing ,NGS)进行测序,结合生物信息技术,得出胎儿患有三体综合征和性染色体异常的风险值。

在 611 例样本中:52/52 例 21-三体综合征(95% CI, 93.2%–100%)、16/16 例 18-三体综合征(95% CI, 79.4%–100%)、5/5 例 13-三体综合征(95% CI, 47.8%–100%)、538/538 例正常胎儿(95% CI, 99.3%–100%),而且均可检测性染色体有无异常(95% CI, 99.4%– 100%),检测的敏感性和特异性均为 100%。

在该项研究中,孕妇平均年龄为 36 岁,平均体重 63 Kg,平均孕周 16w。另外,结果显示,正常样本中胎儿 DNA 片段与三体的风险值无关,而在三体样本中确有非常鲜明的联系,P 值分别为 0.0014(T21)、0.0002(T18)、0.0164(T13)。同时,针对性染色体目标区段的检测,得到的胎儿性别检测的准确性为 100%。

新技术的优势所在

在 George Koumbaris 等人进行的这项研究中,提出了一种对胎儿染色体非整倍体无创产前筛查的新的技术,即目标基因组区域的游离 DNA 分析技术(目标序列捕获技术)。过去人们认为母体血液循环中胎儿游离 DNA(ffDNA)的量为 3%-6%,然而最新的研究表明母体中 ffDNA 的量可高达 10%-20%。

在过去 10 年,研究人员应用大量的方法辨别和富集母体血液循环中的胎儿游离 DNA,以 DNA 为基础的方法包括测序和以表观遗传学为基础的实验方法(如以甲基化的研究为焦点)。目标序列捕获技术是指通过设计目标捕获序列(TACS)有选择性的分离、富集基因组的特定片段,该技术应用 Bayesian 方法,并以 95% 可信区间的低限判断一个样本是否含有充足的胎儿 DNA 片段,因此可以同时准确的检测胎儿 DNA 片段和胎儿非整倍体,影响实验结果的最重要因素是不同染色体上具有相同 GC 含量的 TACS 的数量。

该技术的优势在于,相比现今主流的 NIPT 技术检测胎儿染色体的拷贝数,该技术是应用目标序列捕获技术,可以将测序定位到人们感兴趣的基因组区域,避免了全基因组测序复杂过程,减少了数据读取量,增加了同一批上机检测的样本量,大大降低了检测成本。对我们这样一个人口大国,成本的降低意味着可以有更多的孕期妇女可以承受 NIPT。

目标基因组区域的游离 DNA 分析技术,是对现有的 NIPT 技术的改进,该技术检测低危孕妇的准确性也和高危孕妇相近。NIPT 以非侵入性、准确度和敏感度高的特点,在不久的将来会成为取代血清学筛查的首选方法。

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编辑: 张开平

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