logo
head-banner

【每周一课】NO.86 邬玲仟教授:产前遗传病检测方法

2017-07-06 10:20 来源: 邬玲仟 作者: 编辑审校:赵骥一 浏览量: 1325

邬玲仟_副本.png

本期主题:产前遗传病检测方法

本期主讲:邬玲仟教授

邬玲仟,医学遗传学博士,教授,妇产科一级主任医师,博士生导师。现任中南大学医学遗传学国家重点实验室副主任、湘雅医院产前诊断中心主任、湘雅医院生殖医学中心副主任、湖南家辉遗传专科医院首席医学遗传医师。兼任中国医师协会医学遗传医师分会会长、中华医学会医学遗传学分会副主任委员、国家卫计委产前诊断专家组专家、产前诊断培训基地负责人。长期致力于遗传病发病机制、诊断与产前诊断技术研究、教学和临床服务,率先在国内建立了以微芯片和高通量测序技术为核心的遗传病诊断和产前诊断高技术平台及其技术标准和规范、研发“染色体非整倍体无创产前筛查技术”在国际上首家获得临床许可并在全国推广应用,创建“循环单分子扩增重测序技术(cSMART)”率先突破单基因病无创产前诊断,被美国临床化学学会(AACC)誉为“分子诊断的革命性突破”。

主持国家科技支撑计划课题、973课题、863课题、国家自然科学基金课题十余项;在Neurology、J Med Genet和Clinical Chemistry等杂志发表论文100余篇;获2005年度国家科学技术进步奖二等奖1项,省科学技术进步奖3项,省教学成果奖1项。主编《医学遗传学》、《单基因病》、《基因组变异与基因组病》等多部专著。


【本期课程摘要】

一、产前诊断

1. 产前诊断(prenatal diagnosis)的定义:是指对胎儿进行先天性缺陷和遗传性疾病的诊断,检测手段包括:影像学、生物化学、细胞和分子遗产学,以及分子生物学等。

2. 产前诊断的好处:(1)阴性结果使孕妇安心;(2)明确诊断疾病,部分疾病可提供产前治疗;(3)选择合适的生育场所尽可能保证安全分娩;(4)选择合适医院对患病胎儿提供出生时治疗;(5)提供终止妊娠的机会;以利于提高人口素质,降低出生缺陷。

二、遗传病与遗传学检测方法

1. 遗传病包括:染色体病(包括染色体数目异常、片段缺失与重复、微缺失与微重复)、,基因组病、单基因病(单基因病、多基因病、线粒体病),多基因病,体细胞突变遗传病等。

2. 产前诊断的对象是严重遗传性疾病,是指由于遗传因素先天形成,患者全部或者部分丧失自主生活能力,后代再现风险高,医学上认为不宜生育的遗传性疾病,包括染色体病、基因组病以及一部分严重的致愚、致残、致死性的单基因病。

3. 遗传学检测方法

 染色体病和基因组病目前已经有很好的检测平台,染色体疾病诊断显带技术平台可以一次性看到46条染色体数目或结构异常;基因组病染色体微缺失微重复诊断技术平台通过芯片或高通量测序,也可以一次性看到整个细胞基因组的异常;但是,单基因疾病共有7000多个,目前能够检测的有3000多个,不同的疾病有不同的遗传病理特点,选择的检测方法也不一样,因此,临床医生需要对这部分疾病有深刻的认识,选择恰当的检测技术,才能更好地实现产前诊断和咨询。

遗传学检测方法包括以下几种:

1)染色体核型分析:通过显带技术(如G显带)来检测染色体数目或结构是否存在异常;其分辨率有限,多大于5MB(整个基因组是2.8GB,大部分实验室是做320-400条带,这种情况就要大于10MB),因此无法分辨小的染色体缺失或重复。

2)基因组拷贝数变异检测:通过染色体微阵列芯片(如SNP-array)等方法检测染色体微小片段的缺失或重复;分辨率>100KB,也有局限性,无法分辨几个KB片段的缺失或插入。

下图所示为一例染色体插入突变病例,患者表现为智障,小头畸形,生活可以自理,当地查染色体核型为正常,芯片结果显示9号染色体长臂有16MB的重复。

1.1.jpg

3)Sanger测序和MLPA技术:对于单个碱基水平,可利用sanger测序,即一代测序,分辨率从1bp到数百bp,可用于检测单个基因;MLPA(多重连接探针扩增技术)若是针对一个基因的一到两个外显子的缺失或重复,或是针对靶序列的点突变、缺失或重复的检测。

4)二代测序(NGS):可以一次检测单个基因(single gene)、一组基因(gene panel)、在线人类孟德尔遗传 (Online Mendelian Inheritance in Man,OMIM)基因外显子、外显子组(exome),及全基因组(whole genome);分辨率达到1bp。现在随着这项技术的价钱逐渐降低,应用得到推广,但后两种检测由于其价格相对较高,分辨率高,会发现大量无法与表型关联的变异,一般用于用于新生儿先证者的检测。

下表展示了各种遗传学检测方法的优缺点:

2.jpg

三、遗传学检测方法在产前诊断中的应用

1.评估

1)评估胎儿患遗传病的风险:

a)胎儿状态:有无畸形、生长发育迟缓等;

b)孕妇孕期有无特殊:孕妇年龄,是否接触有害物质,产前筛查有无异常等;

c)其他:羊水量,胎盘状况,是否为试管婴儿等;

d)家族史:非常重要,夫妇是否为染色体异常携带者,是否生育过严重缺陷新生儿,家族中是否有遗传病患者等。

2) 评估胎儿患遗传病的种类:

a)染色体病:①羊水过多或者过少;②胎儿发育异常或者有可疑畸形;③孕早期接触过可能导致胎儿先天缺陷的物质;④曾经分娩过先天性严重缺陷婴儿或者生育过染色体异常患儿;⑤夫妇双方之一为染色体平衡易位、倒位或插入携带者;⑥孕妇年龄超过35周岁;⑦产前筛查提示胎儿染色体疾病高风险。

b)基因组异常病: ①胎儿发育异常或者有可疑畸形;②孕早期接触过可能导致胎儿先天缺陷的物质;③夫妇曾生育过智力低下、发育迟缓或器官畸形的患儿,且经过遗传学检测诊断为基因组病;④夫妇双方之一为基因组病携带者;⑤产前筛查提示胎儿基因组疾病高风险。

基因组病异常的评估标准大体与染色体病相似,但其独有的一大特点是与母亲年龄无关,只与基因组自身结构有关,每个个体基因组都含有低拷贝重复序列、串联重复序列等,这些重复序列发生非等位同源重组,导致染色体的缺失或重复,通常为小片段缺失或重复,可以导致智力障碍,生长发育迟缓,及多发畸形等。

c)单基因病:①夫妇为隐性致病基因携带者或夫妇一方是显性遗传病患者;②曾生育过单基因病患儿;③胎儿发现明显畸形,高度怀疑为某一遗传病(此种产前诊断较为困难)。

d)线粒体疾病、多基因遗传病、体细胞突变遗传病:与单基因病类似,但其产钳诊断胶南进行,且由于很难以评估胎儿将来表型。一般不做产前诊断。

3)评估孕妇能否进行有创产前诊断:

a)有创产前诊断的禁忌症:①完全性前置胎盘;②先兆流产未稳定;③孕妇体温超过37.2℃。

b)有创产钳诊断慎用:①边缘性或部分性前置胎盘;②孕妇为病毒携带者,如HBV,HIV;③孕妇血性为RH阴性。

2.检测

1)选择合适的取材方法和时间:

下表为不同取材方式的手术时间,胎儿丢失率及并发症风险:

3.jpg

2)选择恰当的遗传学方法进行检测:

研究显示,如胎儿B超有异常,基因芯片检测,遗传疾病检出异常检出率为6%,如B超无异常,只是筛查高风险,基因芯片遗传异常的检出率1. 7%,有显著性差异。指南规定建议,如B超有异常,首先做芯片或高通量测序,而不是染色体核型检测;如B超无异常,只是筛查高风险,可以选择染色体核型或芯片检测。单基因疾病是根据特定疾病来选择相应的检测方式。

下面以假肥大性肌营养不良(DMD)来说明单基因病如何选择恰当的遗传学方法进行检测。

首先,对710例DMD样本基因检测结果进行分析,发现阳性结果占94.5%,其中大片段缺失或重复变异占72.7%,单个或小片段核苷酸变异占21.8%,阴性结果占5.5%。因此,DMD先证者诊断首选MLPA,先找大片段的缺失或重复,若MLPA阴性,再做一代或二代测序,寻找点突变,若结果为阴性,原因可能为诊断错误或突变不在检测的目标区域内。DMD检测流程见下图。

由此可见,先证者的诊断了解单基因病的突变类型非常重要,有助于选择恰当的检测方法,并帮助确认临床诊断的正确性。

4.jpg

3.结果:

1)分析检测结果:

a)阳性结果:确定胎儿患遗传病;

b)阴性结果:排除胎儿患某种或某类遗传病风险;

c)临床意义不明的结果:发现有变异,但不能确定该变异是否会导致胎儿患病。原因是染色体异常大部分是新发的,拷贝数变异(CNV)更是90%以上是新发的,即父母染色体正常,但在受精卵形成的过程中产生异常。这一类结果尤其要做好遗产咨询,并且要做好新生儿随访,形成数据库,以指导以后相同结果的咨询。

下图为临床意义不明的结果的一个案例:

5.jpg

d)意外发现:发现与检测目的无关的信息。

2)遗传咨询:

a)遗传咨询(Genetic Counseling)定义:是由临床医生和遗传学工作者,解答遗传病患者及家属剔除提出的有关遗传性疾病的病因、遗传方式、诊断、治疗及预防等问题,估计后代再患某病的概率,并提出建议及指导,一共以供患者及其亲属参考。

b)产前诊断中遗传咨询的特殊性:

i.胎儿不一定在孕期表现出相应的表型;

ii.是否建议孕妇终止妊娠(伦理、种族、宗教等);

iii.检测材料的特殊性;

iv.怀孕时间与检测时间的矛盾性。

c)几种特殊情况:

i.嵌合体:很难评估表型,可以在咨询中告知最严重和最轻的情况;

ii.外显不全:在一个家系里,有的症状严重,有的症状很轻,要将这种情况告知病人;

iii.延迟显性:根据患者的要求,若有治疗的方法要告知患者以利于及早治疗。

下图显示的是8号染色体三体嵌合体的一个案例。该案例中患者没有智力障碍和严重畸形,生活可以自理,就诊原因是妻子反复流产两次。行143个核型分析,其中138个8号染色体三体,仅有5个核型正常。

邬教授分享的最后一个案例是脆性X综合征(fragile X syndrome),典型的临床表现为脸长,耳朵大,巨睾丸,智力障碍等。下图及表展示了其遗传病理学。

6.jpg7.jpg

如上表所示,CGG重复数在正常人为5-44次;当重复达到55-200次,其转录增加,翻译减少,女性表现为卵巢早衰, 男性50岁左右会共济失调和震颤;当重复达到200以上,基因上游CpG岛会甲基化,导致基因沉默,男性导致智力障碍,女性根据X染色体失活比例不同,有些成为携带者而表型正常,有些表型为脆性X综合征。

脆性X综合征中,超过95%是由于CGG重复扩展的动态突变和异常甲基化而导致的FMRP蛋白合成减少或缺失所致;不到5%是由于FMR1基因的缺失突变或点突变而导致FMRP蛋白功能异常而致病;还有12-41%的患者存在嵌合。

综合以上情况,下表展示了脆性X综合征的检测策略。可以看出,在检测策略中,用荧光PCR作为筛查手段,产前诊断用Southern基因组印记,原因是CG之间有三个氢键,导致其连接紧密,因此CG含量高PCR扩增难,而脆性X综合征的诊断需要把大片段的CGG重复扩增出来,PCR检测常只有存在短片段扩增的优势扩增,长的扩增不出来,于是会漏掉嵌合状况。

8.jpg1493972598702457.jpg