許旭平 謝美娟 甘海燕 梁榮良 韓爾康 楊學(xué)習(xí) 吳英松★
·論著·
基于高通量測(cè)序技術(shù)無(wú)創(chuàng)篩查雙胎染色體非整倍體及胎兒游離DNA濃度分析
許旭平1謝美娟1甘海燕2梁榮良1韓爾康2楊學(xué)習(xí)1吳英松1★
目的評(píng)估無(wú)創(chuàng)高通量測(cè)序方法篩查雙胎染色體非整倍體的可行性,并對(duì)胎兒游離DNA濃度進(jìn)行分析。方法收集雙胎妊娠樣本120例,包括自然雙胎67例,輔助生殖技術(shù)植入的雙胎47例,雙胎消失綜合征樣本6例,并收集68例單胎樣本作為對(duì)照,采用無(wú)創(chuàng)高通量測(cè)序方法進(jìn)行檢測(cè)。通過(guò)Z值進(jìn)行陰性和陽(yáng)性判斷,根據(jù)Y染色體唯一比對(duì)條數(shù)進(jìn)行胎兒游離DNA濃度計(jì)算,并對(duì)三體陽(yáng)性樣本進(jìn)行核型分析。結(jié)果本次實(shí)驗(yàn)篩查出2例雙胎染色體三體陽(yáng)性樣本,分別為正常/21三體和13三體/18三體,均與核型結(jié)果一致。自然雙胎妊娠組胎兒游離DNA濃度明顯高于輔助生殖技術(shù)植入雙胎組、雙胎消失綜合征組和自然妊娠單胎組,P值均小于0.05。其他3組間胎兒游離DNA濃度無(wú)顯著性差異。結(jié)論采用無(wú)創(chuàng)高通量測(cè)序方法進(jìn)行雙胎妊娠染色體非整倍體篩查也是可行的,同時(shí)結(jié)果分析應(yīng)該考慮胎兒游離DNA濃度的影響。
無(wú)創(chuàng)產(chǎn)前篩查;雙胎;染色體非整倍體;高通量測(cè)序;胎兒游離DNA濃度
胎兒游離DNA的發(fā)現(xiàn)[1]為無(wú)創(chuàng)產(chǎn)前篩查提供了新思路,并且大量臨床研究證實(shí)高通量測(cè)序技術(shù)在無(wú)創(chuàng)產(chǎn)前篩查中的可行性及優(yōu)勢(shì)[2?5]。近2年,隨著高通量測(cè)序技術(shù)的迅猛發(fā)展,利用高通量測(cè)序技術(shù)進(jìn)行無(wú)創(chuàng)產(chǎn)前檢測(cè)(non?invasive prenatal teast?ing,NIPT)篩查常見(jiàn)染色體的非整倍體日益受到人們的關(guān)注,并以其具有非侵入和準(zhǔn)確的特點(diǎn)在各大醫(yī)院得到了陸續(xù)開(kāi)展。目前國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)無(wú)創(chuàng)產(chǎn)前篩查的準(zhǔn)確性和可行性評(píng)估,主要是針對(duì)單胎妊娠孕婦而進(jìn)行的。雖然Audibert[6]和Huang等[7]分別對(duì)加拿大人群和中國(guó)人群進(jìn)行了無(wú)創(chuàng)產(chǎn)前篩查21和18三體雙胎孕婦適用性研究,但是對(duì)雙胎妊娠孕婦群體的適用性相關(guān)研究和報(bào)道仍然比較少。因此本研究利用高通量測(cè)序技術(shù)對(duì)雙胎妊娠樣本進(jìn)行無(wú)創(chuàng)產(chǎn)前篩查,以評(píng)估其篩查雙胎染色體非整倍體的可行性,并對(duì)雙胎樣本胎兒游離DNA濃度進(jìn)行分析來(lái)評(píng)估它對(duì)雙胎樣本的無(wú)創(chuàng)產(chǎn)前篩查的影響。
1.1 對(duì)象
選擇2014年12月至2015年11月于達(dá)安健康臨檢中心(廣東省廣州市)做無(wú)創(chuàng)產(chǎn)前篩查的150例中68例懷有男性胎兒的單胎樣本作為對(duì)照組,217例雙胎妊娠中的120例懷有男性胎兒的孕婦樣本實(shí)驗(yàn)組進(jìn)行分析,其中包括自然雙胎67例,輔助生殖技術(shù)植入的雙胎47例,雙胎消失綜合征樣本6例。孕婦在采血前均已簽署知情同意書(shū)并在申請(qǐng)無(wú)創(chuàng)產(chǎn)前篩查前均已進(jìn)行血清學(xué)和超聲學(xué)的檢查,且結(jié)果提示為高風(fēng)險(xiǎn)。
1.2 方法
1.2.1 標(biāo)本采集及血漿分離
用無(wú)菌的EDTA抗凝管采集孕婦外周血10 m L。先4 300 rpm低速離心10m in,將上清液轉(zhuǎn)移到無(wú)菌的低吸附Eppendorf管內(nèi),接著13 600 rpm, 4℃,高速離心10m in[8],吸取上層血漿并分裝到新的Eppendorf管內(nèi),凍存于-80℃冰箱。
1.2.2 血漿中游離DNA提取
血漿游離DNA采用金麥格血清游離DNA提取試劑盒(磁珠法)(GenMag,北京),按照說(shuō)明書(shū)進(jìn)行提取。
1.2.3 測(cè)序文庫(kù)構(gòu)建
文庫(kù)構(gòu)建采用Ion Plus Fragment Library KitV3和Ion Plus Fragment Library Adapters Kit(Life,美國(guó)),并按照說(shuō)明書(shū)操作。文庫(kù)構(gòu)建好后采用Qu?bit?2.0和dsDNA HSAssay Kit測(cè)定濃度,用安捷倫的2100 bioanalyzer(Agilent,美國(guó))檢測(cè)DNA片段分布情況。
1.2.4 測(cè)序
文庫(kù)采用Ion OneTouch?2儀器進(jìn)行模板制備,然后使用Ion OneTouch?ES儀器進(jìn)行陽(yáng)性模板富集,接著采用Proton測(cè)序儀進(jìn)行上機(jī)測(cè)序,試劑采用Ion PI?Sequencing 200 Kit v3,芯片為Ion PI?Chip v2(life,美國(guó)),并按照說(shuō)明書(shū)進(jìn)行操作。
1.2.5 核型分析
測(cè)序分析結(jié)果為染色體三體陽(yáng)性的樣本,通過(guò)告知孕婦三體高風(fēng)險(xiǎn)情況并征求孕婦同意下在醫(yī)院進(jìn)行羊水穿刺,并將穿刺物送第三方檢測(cè)機(jī)構(gòu)進(jìn)行羊水細(xì)胞培養(yǎng)染色體核型分析。
1.2.6 數(shù)據(jù)分析
測(cè)序數(shù)據(jù)經(jīng)去低質(zhì)量、去重復(fù)、GC校正等處理后,根據(jù)類似文獻(xiàn)報(bào)道的方法[9]分別計(jì)算出13號(hào)染色體,18號(hào)染色體和21號(hào)染色體的Z值,并以Z值>3判斷為該染色體三體陽(yáng)性。根據(jù)Y染色體唯一比對(duì)條數(shù)進(jìn)行胎兒游離DNA濃度計(jì)算[10]。采用SPSS 19.0軟件進(jìn)行結(jié)果統(tǒng)計(jì),運(yùn)用單因素方差分析比較自然妊娠雙胎組、輔助生殖技術(shù)植入的雙胎組、雙胎消失綜合征組和單胎妊娠組4組間胎兒游離DNA濃度、孕周、孕婦年齡和Z值的差異,P<0.05為差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。
2.1 樣本基本情況分析
188例樣本按妊娠情況分成4組,其中自然妊娠雙胎組樣本67例,孕婦平均年齡為30.39周歲,平均孕周為17.96周;輔助生殖技術(shù)植入雙胎組樣本47例,孕婦平均年齡為32.30周歲,平均孕周為17.64周;雙胎消失綜合征組樣本6例,孕婦平均年齡為31.83周歲,平均孕周為16.33周;自然妊娠單胎組樣本68例,孕婦平均年齡為31.51周歲,平均孕周為17.84周;單因素方差分析結(jié)果顯示,4組間孕婦年齡間無(wú)顯著性差異(F=1.124,P=0.341),孕周間也未見(jiàn)顯著性差異(F=0.268,P=0.848)。
2.2 雙胎妊娠染色體非整倍體檢出情況
120例雙胎妊娠樣本中,一共檢出2例染色體三體陽(yáng)性樣本,陽(yáng)性率約為1.7%,其中一例為自然妊娠,測(cè)序結(jié)果為21三體陽(yáng)性;另一例為輔助生殖技術(shù)植入的樣本,測(cè)序結(jié)果為13三體和18三體陽(yáng)性。陽(yáng)性檢出結(jié)果與后續(xù)的核型分析結(jié)果一致,具體情況見(jiàn)表1。另外,病例跟蹤結(jié)果顯示,本次研究所檢測(cè)的陰性樣本中未出現(xiàn)假陰性的案例。
表1 2例染色體三體陽(yáng)性雙胎妊娠樣本檢測(cè)結(jié)果Table 1 Resultsof 2 casesof trisomy in tw in pregnancies
2.3 胎兒游離DNA濃度分析
自然妊娠雙胎組樣本平均的胎兒游離DNA濃度為14.72%;輔助生殖技術(shù)植入雙胎組樣本平均的胎兒游離DNA濃度為11.25%;雙胎消失綜合征組樣本平均的胎兒游離DNA濃度為11.51%;自然妊娠單胎組樣本平均的胎兒游離DNA濃度為11.26%,見(jiàn)表2。單因素方差分析結(jié)果顯示,4組間胎兒游離DNA濃度具有顯著差異,F(xiàn)=13.864,P=0.000。組間兩兩比較分析顯示,自然雙胎妊娠組胎兒游離DNA濃度明顯高于輔助生殖技術(shù)植入雙胎組、雙胎消失綜合征組和自然妊娠單胎組,P值均小于0.05。而其他3組間胎兒游離DNA濃度無(wú)顯著性差異(圖1)。
表2 4組間胎兒游離DNA濃度比較Table 2 Fetal DNA fractions of 4 groupsw ith different conceptions
2.4 染色體Z值
單因素方差分析結(jié)果顯示,自然雙胎妊娠組、輔助生殖技術(shù)植入雙胎組、雙胎消失綜合征組和自然妊娠單胎組4個(gè)組間13號(hào)、18號(hào)和21號(hào)染色體的Z值均無(wú)顯著性差異(F13=0.268,P13=0.848;F18=0.412,P18=0.744;F21=0.745,P21=0.526)。
自Lo等[1]發(fā)現(xiàn)孕婦血漿中存在胎兒游離DNA后,國(guó)內(nèi)外研究人員針對(duì)胎兒游離DNA進(jìn)行了許多理化性質(zhì)的研究[11?13],尤其是在促進(jìn)無(wú)創(chuàng)產(chǎn)前診斷(NIPT)方面取得了突破性的進(jìn)展[14?15]。近
年來(lái)隨著高通量測(cè)序技術(shù)的快速發(fā)展,測(cè)序儀的不斷升級(jí)換代,以及配套的分析軟件和生物信息學(xué)的進(jìn)步,國(guó)家政策的支持等,高通量測(cè)序篩查常見(jiàn)染色體非整倍體已經(jīng)初步走進(jìn)了臨床實(shí)際運(yùn)用。高通量測(cè)序篩查常見(jiàn)染色體非整倍體具有非侵入性、準(zhǔn)確性高,又快速的優(yōu)點(diǎn)[14,16?17],受到了孕婦和醫(yī)院的青睞,并在我國(guó)大型醫(yī)院陸續(xù)得到開(kāi)展。而國(guó)內(nèi)外學(xué)者主要是針對(duì)單胎妊娠孕婦進(jìn)行了無(wú)創(chuàng)產(chǎn)前篩查的準(zhǔn)確性和可行性評(píng)估,而針對(duì)雙胎妊娠孕婦群體的研究和運(yùn)用仍然比較少且并未成熟。本研究利用高通量測(cè)序技術(shù)對(duì)雙胎妊娠樣本進(jìn)行了無(wú)創(chuàng)產(chǎn)前篩查雙胎染色體非整倍體,并成功篩查出2例染色體三體陽(yáng)性樣本。同時(shí)我們的研究結(jié)果也顯示自然雙胎妊娠組、輔助生殖技術(shù)植入雙胎組、雙胎消失綜合征單胎組和自然妊娠單胎組4個(gè)組間13號(hào)、18號(hào)和21號(hào)染色體的Z值均無(wú)顯著性差異,即雙胎妊娠時(shí)對(duì)染色體三體的判斷值(Z值)造成影響并不大。這在一定程度上說(shuō)明高通量測(cè)序技術(shù)篩查常見(jiàn)染色體非整倍體對(duì)雙胎妊娠樣本同樣適用。
自然狀態(tài)下雙胎妊娠的概率約為1/90,由于孕婦年齡的增加,近年來(lái)醫(yī)源性促排卵藥物的使用,以及避孕藥的使用等使得我國(guó)雙胎妊娠呈現(xiàn)增高的趨勢(shì)[18?20],平均可達(dá)2%。而高齡孕婦懷有染色體非整倍體胎兒的幾率高于正常育齡的孕婦。我國(guó)全面放開(kāi)二胎,高齡孕婦可能會(huì)進(jìn)一步增加。另外輔助生殖技術(shù)讓不孕不育患者看到了希望,為保證存活率一般都植入2個(gè)胚胎,這也人為地增加了雙胎妊娠的比例。雙胎妊娠發(fā)生染色體非整倍體的風(fēng)險(xiǎn)也高于單胎妊娠[21]。因此加快促進(jìn)高通量測(cè)序技術(shù)篩查雙胎染色體非整倍體技術(shù)的成熟顯得尤為重要。
本次研究篩查出一例一胎為21三體而另一胎為正常胎兒的自然妊娠雙胎樣本,該病例可能是由于單合子分裂后染色體不分離導(dǎo)致。針對(duì)此類情況,孕婦經(jīng)核型確診后可以選擇實(shí)施選擇性減胎術(shù)而避免三體患兒的出生。本研究還檢出1例輔助生殖技術(shù)植入雙胎染色體三體陽(yáng)性樣本,占總輔助生殖技術(shù)植入的雙胎樣本的2.1%。該樣本同時(shí)發(fā)生了13三體和18三體陽(yáng)性現(xiàn)象,經(jīng)核型分析確診該雙胎病例為一胎患有13三體,另一胎患有18三體。該現(xiàn)象提示我們輔助生殖技術(shù)植入的雙胎患染色體非整倍體的概率可能要高于正常妊娠的孕婦。這可能跟進(jìn)行輔助生殖技術(shù)植入人群的特點(diǎn)有關(guān),但仍然需要更多的研究數(shù)據(jù)來(lái)支持,我們后續(xù)將會(huì)對(duì)該現(xiàn)象做進(jìn)一步的深入研究。
雖然當(dāng)我們檢測(cè)出雙胎發(fā)生三體陽(yáng)性時(shí),還未能通過(guò)NIPT來(lái)判斷是其中一個(gè)胎兒發(fā)生了染色體三體還是2個(gè)胎兒都發(fā)生了染色體三體,也還未能區(qū)分到底是哪一個(gè)胎兒發(fā)生了三體,但是我們可以減少對(duì)陰性樣本進(jìn)行羊水穿刺而給孕婦帶來(lái)的痛苦和流產(chǎn)風(fēng)險(xiǎn)。
雖然高通量測(cè)序技術(shù)篩查染色體非整倍體具有很多優(yōu)點(diǎn),但也無(wú)法回避其受胎兒游離DNA濃度影響這一事實(shí)。目前研究發(fā)現(xiàn)無(wú)創(chuàng)產(chǎn)前篩查的判斷值(Z值)受母體血漿中胎兒游離DNA濃度的影響且呈現(xiàn)一定的線性關(guān)系[22]。但胎兒游離DNA濃度低于4%時(shí),NIPT的檢測(cè)結(jié)果很容易出現(xiàn)假陰性[23]。本研究發(fā)現(xiàn)自然雙胎妊娠組胎兒游離DNA濃度要明顯高于輔助生殖技術(shù)植入雙胎組、雙胎消失綜合征單胎組和自然妊娠單胎組,因此在進(jìn)NIPT結(jié)果分析時(shí),應(yīng)當(dāng)考慮胎兒DNA濃度所帶來(lái)的影響,還應(yīng)對(duì)孕婦的不同妊娠情況加以考慮,并根據(jù)不同情況作出相應(yīng)的分析策略調(diào)整和結(jié)果校正。自然雙胎妊娠組胎兒游離DNA濃度要明顯高于輔助生殖技術(shù)植入雙胎組這個(gè)可能是由于兩者的孕周計(jì)算發(fā)生不同或者是輔助生殖技術(shù)植入的胚胎在孕婦體內(nèi)生長(zhǎng)發(fā)育速度不同于同期大小的自然妊娠的雙胎而造成的。其中還觀察到雙胎消失綜合征單胎組和自然妊娠單胎組間胎兒游離DNA濃度不存在顯著性的差異,這說(shuō)明胎兒消失后其游離在母體內(nèi)的DNA會(huì)被迅速清除而不會(huì)對(duì)繼續(xù)發(fā)育的另一胎兒造成影響,
因此這對(duì)該類型的孕婦,仍然可以采取高通量測(cè)序方法來(lái)篩查染色體非整倍體。
綜上所述,采用無(wú)創(chuàng)高通量測(cè)序方法進(jìn)行雙胎妊娠染色體非整倍體篩查也是可行的,同時(shí)在進(jìn)行結(jié)果分析應(yīng)該考慮胎兒游離DNA濃度的影響。
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Noninvasive prenatal testing for aneup loidy by next generation sequencing of maternal p lasma DNA in tw in pregnancies and its fetal free DNA fraction analysis
XU Xuping1,XIE Meijuan1,GAN Haiyan2,LIANG Rongliang1,HAN Erkang2,YANG Xuexi1,WU Yingsong1★
(1.School of Laboratory Medicine and Biotechnology,Southern Medical University,Guangzhou,Guangdong,China,510515;2.Guangzhou Darui Biotechnology Co.,Ltd.,Guangzhou,Guangdong,China,510665)
Objective To investigate the feasibility of screening aneuploidy by next generation sequencing of maternal plasma DNA in tw in pregnancies and analyzing the fetal free DNA fractions. Methods The data came from 120 casesof tw in pregnancies,including 67 natural tw in pregnancies,and 47 in vitro fertilization(IVF)assisted pregnancies as well as 6 vanishing tw in syndromes.68 cases of singleton pregnancies were also recruited.All cases underwent noninvasive prenatal testing for aneuploidy by next generation sequencing of maternal plasma DNA.The Z score was calculated to determine aneuploidies for chromosomes 21,18 and 13.The fetal free DNA fractionswere determined by calculating the proportion of Y chromosomal unique reads.Results Therewere 1 case of trisomy 21(one normal and the other trisomy 21) and 1 case of both trisomy 13 and trisomy 18(one trisomy 13 and the other trisomy 18)confirmed by karyotyping among tw in pregnancies.The fetal free DNA fractions of natural tw in pregnancies were
Noninvasive prenatal testing;Tw ins;Chromosome aneuploidy;Next generation sequencing;Fetal free DNA fraction
廣東省科技計(jì)劃應(yīng)用型科技研發(fā)專項(xiàng)(2015B020233009);廣東省科技計(jì)劃能力建設(shè)項(xiàng)目(2015A030401040)
1.南方醫(yī)科大學(xué)檢驗(yàn)與生物技術(shù)學(xué)院,廣東,廣州510515 2.廣州市達(dá)瑞生物技術(shù)股份有限公司,廣東,廣州510665
★通訊作者:吳英松,E?mail:wg@smu.edu.cn
significantly higher than IVF assisted pregnancies,vanishing tw in pregnancies and singleton pregnancies(P<0.05).There were no significant differences for fetal free DNA fractions among the latter 3 kinds of pregnancies.Conclusion Itwas feasible to screen chromosome aneuploidy by nextgeneration sequencing of maternal plasma DNA in tw in pregnancies,and itneeds to take fetal free DNA fraction into account during the resultanalysis.