近日，中國(guó)科學(xué)院院士、復(fù)旦大學(xué)附屬婦產(chǎn)科醫(yī)院黃荷鳳團(tuán)隊(duì)研發(fā)了一種全新的無(wú)創(chuàng)產(chǎn)前篩查（NIPT）方法，首次實(shí)現(xiàn)了對(duì)染色體病和單基因病的同步篩查，同時(shí)大幅提高了無(wú)創(chuàng)產(chǎn)前篩查對(duì)目標(biāo)疾病的檢測(cè)性能。相關(guān)研究論文近日在線發(fā)表于《細(xì)胞發(fā)現(xiàn)》雜志上。
出生缺陷是指出生前發(fā)生的身體結(jié)構(gòu)、器官功能或代謝異常，是導(dǎo)致新生兒和嬰幼兒死亡、殘疾的重要原因。2010年全球疾病負(fù)擔(dān)研究顯示，6.4%的新生兒死亡歸因于出生缺陷，在所有死亡原因中排名第五。
近年來(lái)，隨著我國(guó)出生缺陷防治體系的不斷完善，三級(jí)防控措施深入實(shí)施，出生缺陷的防治工作取得了一定成效。但由于我國(guó)人口基數(shù)大，每年新增出生缺陷患兒數(shù)仍有10萬(wàn)例左右。
無(wú)創(chuàng)產(chǎn)前篩查可將染色體病扼殺在“搖籃”里
從20世紀(jì)60年代開(kāi)始，醫(yī)生就采用羊膜穿刺術(shù)抽取子宮內(nèi)羊水進(jìn)行唐氏綜合征檢測(cè)，但是這類侵入性的有創(chuàng)產(chǎn)前檢測(cè)不僅需要在特定醫(yī)療機(jī)構(gòu)進(jìn)行、由專業(yè)醫(yī)生操作，而且還會(huì)帶來(lái)一定的流產(chǎn)或者宮內(nèi)感染風(fēng)險(xiǎn)，不適用于大規(guī)模的孕婦普篩。
20世紀(jì)70年代，科研人員發(fā)現(xiàn)，孕婦外周血中妊娠相關(guān)血漿蛋白A和甲胎蛋白的濃度與唐氏綜合征的患病風(fēng)險(xiǎn)有關(guān)。隨后，科研人員開(kāi)始采用這些血清學(xué)指標(biāo)來(lái)篩查唐氏綜合征，即早孕期或中孕期的“血清學(xué)唐篩”。但是血清學(xué)唐篩也有明顯的缺陷——假陽(yáng)性率很高。血清學(xué)唐篩結(jié)果為高風(fēng)險(xiǎn)的胎兒有大約40%是正常的。因此被診斷為唐篩高風(fēng)險(xiǎn)的產(chǎn)婦還需要進(jìn)行羊膜穿刺術(shù)進(jìn)行進(jìn)一步的產(chǎn)前診斷，這又增加了侵入性操作相關(guān)的風(fēng)險(xiǎn)。
1997年，香港中文大學(xué)盧煜明教授發(fā)現(xiàn)孕婦血漿中存在胎兒的遺傳物質(zhì)DNA，這使得利用孕婦外周血中的胎兒游離DNA來(lái)篩查胎兒遺傳性疾病成為可能；2008年，基于高通量測(cè)序的無(wú)創(chuàng)產(chǎn)前篩查開(kāi)始向臨床轉(zhuǎn)化，很快就形成了穩(wěn)定成熟的檢測(cè)體系；2011年，無(wú)創(chuàng)產(chǎn)前基因檢測(cè)技術(shù)開(kāi)始臨床應(yīng)用并迅速在全球普及。
2016年，原國(guó)家衛(wèi)生計(jì)生委員會(huì)發(fā)布了《孕婦外周血胎兒游離DNA產(chǎn)前篩查與診斷技術(shù)規(guī)范》，規(guī)定了無(wú)創(chuàng)產(chǎn)前檢測(cè)技術(shù)的適用范圍、臨床服務(wù)流程、檢測(cè)技術(shù)流程等內(nèi)容。除唐氏綜合征外，無(wú)創(chuàng)產(chǎn)前篩查還可以同時(shí)篩查18三體綜合征和13三體綜合征。這三者都屬于染色體病。
同年，升級(jí)版無(wú)創(chuàng)產(chǎn)前篩查技術(shù)“無(wú)創(chuàng)Plus”開(kāi)始了臨床應(yīng)用，從篩查3個(gè)疾病增加到篩查約100個(gè)疾病。“無(wú)創(chuàng)Plus”不僅可以篩查常染色體和性染色體數(shù)目變異，還可以篩查染色體微缺失微重復(fù)綜合征。
單基因病無(wú)創(chuàng)產(chǎn)前篩查無(wú)法篩出染色體病
在由遺傳因素導(dǎo)致的出生缺陷中，單基因病占比高達(dá)22.2%。在所有的新生兒死亡病例中，因單基因病致死的累計(jì)占比20%。目前全球已發(fā)現(xiàn)8000余種單基因病，綜合發(fā)病率高達(dá)1%，其中99%以上的疾病無(wú)有效治療方式。
“我國(guó)對(duì)胎兒染色體異常的產(chǎn)前篩查和產(chǎn)前診斷體系較為完備，而對(duì)單基因病的檢測(cè)還相對(duì)薄弱。因此，阻斷單基因病是我國(guó)新時(shí)期出生缺陷防控工作查漏補(bǔ)缺的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。”黃荷鳳在接受科技日?qǐng)?bào)記者采訪時(shí)說(shuō)。
復(fù)旦大學(xué)附屬婦產(chǎn)科醫(yī)院教授徐晨明介紹，與染色體病不同，單基因病是由單個(gè)基因的一個(gè)或數(shù)個(gè)堿基突變引起。無(wú)創(chuàng)產(chǎn)前篩查通常使用的是低深度全基因組測(cè)序技術(shù)，無(wú)法檢測(cè)單個(gè)基因的單堿基突變或小的插入或缺失，而高深度的全基因組測(cè)序又不具備臨床適用性。
無(wú)創(chuàng)產(chǎn)前篩查在單基因病的應(yīng)用方面發(fā)展相對(duì)緩慢。但隨著新技術(shù)的不斷出現(xiàn)，單基因病無(wú)創(chuàng)產(chǎn)前篩查有了較大進(jìn)展。2012年，英國(guó)率先批準(zhǔn)兩種骨骼發(fā)育相關(guān)單基因病即軟骨發(fā)育不全和致死性骨發(fā)育不良的無(wú)創(chuàng)產(chǎn)前診斷；2017年，美國(guó)的貝勒醫(yī)學(xué)院也推出了可以檢測(cè)44種單基因病的無(wú)創(chuàng)產(chǎn)前篩查產(chǎn)品；2021年，我國(guó)北京博昊云天科技有限公司（以下簡(jiǎn)稱博昊基因）、深圳華大基因股份有限公司等也陸續(xù)推出了單基因病無(wú)創(chuàng)產(chǎn)前篩查產(chǎn)品，然而這些產(chǎn)品只能檢測(cè)單基因病，卻不能檢測(cè)染色體病。
“三合一”技術(shù)實(shí)現(xiàn)同步篩查染色體異常和單基因病
染色體病與單基因病的分項(xiàng)檢測(cè)使得產(chǎn)前篩查變得復(fù)雜、成本增加，如何只進(jìn)行一次檢測(cè)就能同時(shí)篩查出染色體病與單基因病成為擺在科學(xué)家面前的難題。
為此，黃荷鳳團(tuán)隊(duì)聯(lián)合博昊基因歷經(jīng)3年多研發(fā)，成功開(kāi)發(fā)出“協(xié)同等位基因靶向富集測(cè)序技術(shù)”，實(shí)現(xiàn)了高度均一地對(duì)目標(biāo)染色體區(qū)域內(nèi)單核苷酸多態(tài)性位點(diǎn)等位基因片段化DNA的富集，以產(chǎn)生高信噪比的游離DNA測(cè)序數(shù)據(jù)。該團(tuán)隊(duì)利用新的基因組算法來(lái)分析目標(biāo)區(qū)域的測(cè)序深度、等位基因分?jǐn)?shù)、連鎖單核苷酸多態(tài)性，精確地將胎兒基因組與母體背景分離，解決了無(wú)創(chuàng)產(chǎn)前篩查的技術(shù)缺陷。
通過(guò)關(guān)鍵試劑、實(shí)驗(yàn)方法和生物信息算法的創(chuàng)新，該技術(shù)首次實(shí)現(xiàn)了針對(duì)多種染色體非整倍體、染色體微缺失微重復(fù)和單基因病的同步無(wú)創(chuàng)產(chǎn)前篩查。
“在1129例回顧性樣本中，我們檢測(cè)到54個(gè)胎兒染色體非整倍體、8個(gè)微缺失微重復(fù)和8個(gè)單基因變異，靈敏度為100%，特異度為99.3%。”作為論文第一作者和通訊作者之一，徐晨明介紹，利用該技術(shù)開(kāi)發(fā)的“三合一”無(wú)創(chuàng)產(chǎn)前篩查產(chǎn)品NIPT2 Pro，針對(duì)孕12周以上的單胎妊娠孕婦，只需10毫升外周血，一次采樣就可以同步篩查胎兒115種常見(jiàn)、高發(fā)和后果嚴(yán)重的遺傳性疾病。
“我們還進(jìn)行了一項(xiàng)歷時(shí)近2年的多中心前瞻性臨床研究，即將形成科研成果。”黃荷鳳表示，“將單基因病納入現(xiàn)有的無(wú)創(chuàng)產(chǎn)前篩查體系具有顯著的臨床價(jià)值，將開(kāi)啟我國(guó)遺傳性出生缺陷防控的新篇章。”
