Nature：新技術實現無創產前診斷重大突破

日期：2012-07-05 08:02:12

斯坦福大學醫學院的研究人員首次只用來自母親的血液樣本完成了對未出生嬰兒的基因組測序。

用這種新方法獲得的研究發現，發布在7月4日的《自然》（Nature）雜志上，與一個月前華盛頓大學報道的一項研究相關。在那項研究中，采用了斯坦福從前開發的一項技術利用來自母親的血液樣本，加上來自母親和父親的DNA樣本完成了對一名胎兒的基因組測序。

然而，斯坦福新研究中的全基因組測序并不需要來自父親的DNA，這在可能不知道孩子的真正父親（據估計在美國每10個新生兒中就有一個是這種情況）或父親可能無法或不愿提供樣本時顯示出明顯的優勢。這一技術將胎兒遺傳測試向常規臨床應用又推進了一步。

工程學院教授及生物工程學和應用物理學教授Stephen Quake說：“我們對于鑒別在出生前或出生后立即就能治療的疾病感興趣。如果沒有這樣的診斷，患有可治療代謝或免疫系統疾病的新生兒就得忍受疾病的痛苦直到它們的癥狀變得明顯，病因得到確定。”Quake是研究的資深作者。前研究生、現為ImmuMetrix公司資深科學家的Christina Fan博士和在讀研究生Wei Gu為文章的共同第一作者。

研究人員相信隨著這種技術成本的不斷下降，它將日益常見地用于在妊娠頭三個月診斷遺傳性疾病。事實上，他們證明了僅測序外顯子組，基因組的編碼部分，就可以提供臨床相關的信息。

在新研究中，研究人員能夠利用他們得到的全基因組和外顯子組序列確定患有DiGeorge綜合征的胎兒。這種疾病是由于22號染色體短缺失所引起。盡管確切的癥狀和嚴重程度因人而已，它與心臟和神經肌肉疾病，以及認知功能障礙相關。患有這種疾病的新生兒由于鈣水平過低而存在明顯的喂養困難、心臟缺陷和抽搐。

塔夫茨醫學中心母嬰研究所執行董事Diana Bianchi 博士說：“多年來從事產前工作的研究人員面臨的嚴峻挑戰就是如何區分母親與胎兒的DNA，尤其是在她們共有相同異常的情況下。在這篇論文中，Quake研究小組極好地顯示了外顯子組測序如何能夠證實胎兒遺傳了來自母親的DiGeorge綜合征。”（Bianchi是Verinata Health公司臨床咨詢委員會主席，該公司利用Quake開發的早期技術提供胎兒遺傳檢測）

產前診斷并非是新事物。幾十年來，婦女們接受羊膜穿刺術或絨毛膜絨毛取樣試圖獲知她們的胎兒是否攜帶遺傳異常。這些測試依賴于將穿刺針插入到子宮中獲取胎兒的細胞或組織，這一過程本身可導致大約1/200的妊娠流產，它們也只能檢測到數量有限的遺傳疾病。

新技術基于這一事實：來自孕婦自身細胞和她們的胎兒細胞的DNA均在她們的血液中自由循環。事實上在妊娠過程中循環胎兒DNA的量穩定地增加，在妊娠末3個月可高達總量的30%。

2008年，Quake實驗室率先利用母體血液中胎兒DNA的相對水平來診斷缺失或額外染色體導致的疾病，例如唐氏綜合征（Down syndrome）。現在美國有4家公司基于這一技術向醫生和患者出售這些測試，且對這一服務的需求正在不斷增加。但這些測試并不提供全基因組圖譜，也不能鑒別發生在染色體內和其他DNA中的更精細的遺傳異常。

本研究采用一步抽血檢測識別包含來自父母雙方遺傳物質的循環胎兒DNA。通過比較母親血液中母系（來自母親和胎兒）和父系（僅來自胎兒）稱之為單體型（haplotype）的DNA區域的相對水平，研究人員能夠從混合物中鑒別出胎兒DNA，將之分離出來進行測序。這種方法不同于華盛頓大學研究組是通過推斷父親的遺傳貢獻，而非直接通過唾液取樣。

斯坦福研究團隊嘗試對兩位孕婦進行了測試。其中一個孕婦患有DiGeorge綜合征，而另一個沒有。她們的全基因組和外顯子組測序顯示DiGeorge綜合征婦女的孩子也同樣有這一疾病。將預測的胎兒基因組序列與出生后立即獲得的來自臍帶血的序列進行比較證實了這一發現。盡管這些實驗是回顧性完成的，但這些婦女和嬰兒卻是匿名的，在真正的臨床情況下獲得相似的研究結果將有可能提示醫生在出生后不久評估嬰兒的心臟健康和鈣水平。

研究的共同作者、斯坦福大學醫學院婦產科學臨床助理教授Yair Blumenfeld 博士說：“三年前我們對成功驗證非侵入性胎兒非整倍體檢測感到非常的興奮。但我們一直知道檢測胎兒染色體異常只是冰山一角，未來診斷的是個體的基因缺陷。這一重要的研究證實了我們僅通過母親的血液來檢測個體胎兒基因缺陷的能力。”

研究人員計劃繼續開發這一技術以最終投入臨床應用。