無創(chuàng)產(chǎn)前檢測在性染色體疾病篩查中的研究進展

齊 政 翟春雅 袁碧波

天津醫(yī)科大學(xué)總醫(yī)院，天津市女性生殖健康與優(yōu)生重點實驗室(300052)

性染色體非整倍體疾病(SCA)是指由于X和Y染色體先天性數(shù)目異常所引起的疾病，包括特納綜合征(TS，45,X)、克氏綜合征(KS，47,XXY)、超X綜合征(47,XXX)、超Y綜合征(47,XYY)及性染色體嵌合體等，是較常見的性染色體畸變疾病，在活產(chǎn)嬰兒中的發(fā)生率1/200～1/400，產(chǎn)前發(fā)病率高達1/435，為唐氏綜合征的2倍，SCA多表現(xiàn)為生殖系統(tǒng)發(fā)育異常，胎兒期很難通過超聲檢查發(fā)現(xiàn)，多數(shù)在青春期通過染色體核型分析才能確診[1-3]，這也是造成妊娠期SCA漏診的重要原因之一。無創(chuàng)產(chǎn)前檢測(NIPT)通過利用孕婦外周血中的胎兒游離DNA(cffDNA)進行生物測序及遺傳信息分析，對胎兒可能存在的染色體非整倍體風(fēng)險進行評估。NIPT技術(shù)可于孕早期對胎兒性染色體進行分析，本文就應(yīng)用NIPT技術(shù)進行SCA篩查的臨床研究進展及其優(yōu)勢和局限性進行綜述。

1 SCA產(chǎn)前篩查的進展及臨床意義

在NIPT技術(shù)興起之前，性染色體疾病的產(chǎn)前確診率較低，尚不能通過典型的超聲表現(xiàn)及生化指標(biāo)檢測出來，除侵入性產(chǎn)前診斷(IPD)外，大多性染色體非整倍體的個體常因青春期性發(fā)育異常而被確診。胎兒期染色體疾病診斷的金標(biāo)準(zhǔn)是侵入性產(chǎn)前診斷，經(jīng)絨毛活檢、羊膜腔穿刺或臍靜脈穿刺術(shù)獲取細胞，經(jīng)培養(yǎng)后進行G顯帶分析獲得胎兒染色體核型，診斷準(zhǔn)確率高、可靠性強，在染色體非整倍體、染色體嵌合及平衡染色體重排的檢測中占據(jù)不可或缺的地位。侵入性產(chǎn)前診斷為有創(chuàng)操作，取樣過程中可能有羊膜腔感染、流產(chǎn)、早產(chǎn)甚至胎兒丟失的風(fēng)險。

性染色體非整倍體異常不屬于嚴(yán)重致死、致殘、致愚性疾病，多數(shù)患者表型正常，少部分表現(xiàn)為身材矮小、發(fā)育落后、輕度智力低下以及第二性征發(fā)育不良，表型相對較輕且預(yù)后可期。SCA患者的臨床表現(xiàn)差異性較大，與其染色體畸變的復(fù)雜程度相關(guān)，即使核型完全相同也會出現(xiàn)不同的臨床表型[4-5]。SCA胎兒的表型也與異常細胞所占比例相關(guān)，異常細胞比例越低，其臨床表現(xiàn)越不明顯，超聲的陽性率越低，往往是隨著其他染色體非整倍體異常(如唐氏綜合征)被偶然發(fā)現(xiàn)。有99%的45,X的胎兒在妊娠早期自然流產(chǎn)，超過90%的Turner綜合征胎兒可以在妊娠早中期通過超聲發(fā)現(xiàn)異常，其特異性表現(xiàn)為胎兒頸部淋巴水囊瘤和心臟畸形[6-7]。性染色體三體(SCT)雖尚未發(fā)現(xiàn)特異性超聲表現(xiàn)，但SCT患者在精神發(fā)育上的異常比正常核型人群具有更高的發(fā)生風(fēng)險[8]，其中15%～50% SCT患者可能患自閉癥；25%～69% SCT患者可能患注意力缺陷多動障礙；8%～13% SCT患者可能患精神分裂癥或雙向情感障礙；13%～26.9% SCT患者可能患焦慮或抑郁癥；70%～80% SCT患者可能患語言功能障礙；16%～37% SCT患者可能患執(zhí)行功能障礙等。血清學(xué)篩查及超聲檢查不能檢出性染色體疾病，它的篩查與診斷應(yīng)依賴于遺傳學(xué)標(biāo)志物的檢測。

1997年首次發(fā)現(xiàn)孕婦外周血中存在胎兒cffDNA，之后的研究發(fā)現(xiàn)可以利用高通量測序?qū)ffDNA片段進行測序，以評估來自非整倍體胎兒的染色體偏多和偏少。自NIPT應(yīng)用于臨床后，胎兒染色體非整倍體的產(chǎn)前篩查模式發(fā)生了改變，從傳統(tǒng)的血清學(xué)篩查高風(fēng)險者及高齡孕婦建議行產(chǎn)前診斷，到可以選擇NIPT作為血清學(xué)篩查高風(fēng)險及臨界風(fēng)險者的二次篩查方案，再到現(xiàn)在NIPT作為一線篩查方案[9]，NIPT的無創(chuàng)性、快速、較高準(zhǔn)確率更容易被妊娠婦女及其家庭接受。

2 NIPT在SCA篩查中的應(yīng)用現(xiàn)狀

SCA患者的臨床表現(xiàn)差異性較大，與其染色體畸變的復(fù)雜程度相關(guān)，盡管同其他染色體疾病相比，SCA致死致殘率較低，但臨床沒有根治的方法，如果可以早期發(fā)現(xiàn)、早期診斷，經(jīng)遺傳咨詢可以避免較嚴(yán)重染色體畸變的患兒出生，染色體畸變程度相對低的患兒可通過早期激素治療、物理干預(yù)、對癥治療和個性化教育改善其預(yù)后，故SCA的早期篩查尤其重要[10-11]。

一項meta分析中納入分析的單個研究的X單體檢出率為66.7%～100%，假陽性率為0%～0.52%，X染色體單體以外的性染色體非整倍體檢出率和假陽性率為93.0%(95%CI 85.8～97.8)和0.14%(95%CI 0.06～0.24)[12]。而在常見三體綜合征的篩查中，21-三體的檢出率和假陽性率為99.2%(95%CI 98.5～99.6)和0.09%(95%CI 0.05～0.14)，分析得出，NIPT技術(shù)對于染色體非整倍體的篩查效率明顯優(yōu)于傳統(tǒng)血清學(xué)篩查方法，對于不能通過血清學(xué)篩查的SCA，可以通過cffDNA檢測篩查，但篩查效率明顯低于21-三體。

回顧近年幾項關(guān)于NIPT篩查性染色非整倍體價值的研究，可以發(fā)現(xiàn)其檢測準(zhǔn)確性具有較大差異。Katia等[13]對9985例妊娠婦女進行NIPT檢測分析得出SCA檢出率 0.31%(31/9985)，總體陽性預(yù)測值為77.3%(17/22)，X單體陽性預(yù)測值為69.2%，X-三體陽性預(yù)測值為100%，47,XXY核型陽性預(yù)測值為80%，47,XYY核型陽性預(yù)測值為100%。Alvaro等[14]前瞻性分析研究7113例NIPT樣本，并分析細胞遺傳學(xué)和核型結(jié)果得出X單體的陽性預(yù)測值為66.7%，X-三體及47,XXY的陽性預(yù)測值為100%。Wan等[15]回顧性分析江西省36 913名單胎孕婦NIPT結(jié)果，SCA的檢出率 為0.43%(157/36 913)，153例經(jīng)產(chǎn)前診斷證實陽性51例，陽性預(yù)測值33.33%(51/153)，敏感度100%，特異度99.72%(36 472/36 574)。Liu等[16]在42 924份NIPT標(biāo)本中檢出141例SCA陽性，檢出率0.33%(141/42 924)，陽性預(yù)測值47.22%，同時評估其陽性預(yù)測值隨年齡升高的變化趨勢為先升高再降低，位于30～34年齡組的陽性預(yù)測值最高。Song等[17]研究中SCA篩查的總陽性預(yù)測值為54.55%(24/44)；45,X的陽性預(yù)測值為23.53%(4/17)；47,XXX、47,XXY和47,XYY的陽性預(yù)測值分別為70.00%、75.00%和80.00%。 Suo等[18]研究中得出SCA總體陽性預(yù)測值為46.88%；X單體的陽性預(yù)測值為32.43%，低于染色體核型為47,XXX(55.56%)、47,XXY(60.00%)、47,XYY(87.50%)的陽性預(yù)測值。國內(nèi)外其他研究中性染色體異常檢出率為0.35%～0.76%，SCA檢出率0.36%～0.55%[18-21]。此外，Hu等[22]對8141名單胎妊娠孕婦的研究得出NIPT對SCA的陽性預(yù)測值為45.83%，明顯低于21-三體及18-三體的陽性預(yù)測值(80%及60%)，但高于13-三體及微重復(fù)、微缺失的陽性預(yù)測值(14.28%及36.11%)；但在此研究中X單體的假陽性率高達91%。Xu等[21]通過分析31 515例單胎妊娠的NIPT結(jié)果時發(fā)現(xiàn)NIPT對于篩查SCA同篩查21-三體、18-三體、13-三體一樣具有較高的靈敏度和特異度，但SCA的假陽性率(0.26%)顯著高于三體聯(lián)合假陽性率(0.12%)，陽性預(yù)測值(42.66%)顯著低于三體聯(lián)合陽性預(yù)測值(77.44%)。

綜上，NIPT可以通過分析cffDNA識別胎兒SCA，其陽性預(yù)測值為42.66%～92.90%，該技術(shù)可以有效篩查胎兒性染色體異常疾病，但受多種因素影響仍存在一定的假陽性率，不能作為診斷性檢查手段，應(yīng)進一步結(jié)合其他產(chǎn)前診斷方法做出準(zhǔn)確診斷。NIPT對包含Y染色體的SCA的檢出更準(zhǔn)確，可能由于母體染色體不含Y染色體，使從母體血漿中獲得的Y染色體更容易與母體染色體區(qū)分。NIPT對45,X的檢出準(zhǔn)確率還有待提高。

3 NIPT在SCA產(chǎn)前診斷方面的應(yīng)用優(yōu)勢

自2011年基于胎兒cffDNA檢測的無創(chuàng)產(chǎn)前檢測在全球范圍內(nèi)推廣使用后，多項研究已經(jīng)證實NIPT對于21-三體、21-三體、13-三體的檢測保持極高的靈敏度和特異性、較高的陽性預(yù)測值以及較低的假陽性率。2016年美國婦產(chǎn)科醫(yī)師協(xié)會(ACOG)和母胎醫(yī)學(xué)會(SMFM)推薦將cffDNA篩查取代傳統(tǒng)的Patau、Edwards和唐氏綜合征篩查，作為一線篩查方案，也可以用于SCA和基因拷貝數(shù)變異(CNVs)的篩查。有調(diào)查顯示NIPT應(yīng)用于SCA的產(chǎn)前篩查以后，提高了SCA篩查效率及產(chǎn)前檢出率，使SCA的產(chǎn)前診斷比例上升3倍[23]。

在NIPT 應(yīng)用于SCA篩查之前，SCA通常因為伴有唐氏綜合征等三體綜合征或超聲異常行產(chǎn)前診斷而被發(fā)現(xiàn)和診斷，而表型正常的SCA患者可能會于青春期出現(xiàn)明顯癥狀，如身材矮小、原發(fā)性閉經(jīng)、第二性征發(fā)育不良等，此時可能已經(jīng)錯過生長激素、性激素等激素治療的最佳時機，預(yù)后稍差。相關(guān)研究表明, NIPT技術(shù)在篩查SCA時靈敏度、特異度很高，陽性預(yù)測值可高達77%以上，應(yīng)用NIPT篩查可以有效識別SCA患者，避免非必要的侵入性產(chǎn)前診斷操作，降低有創(chuàng)產(chǎn)前診斷的并發(fā)癥，同時為SCA胎兒的父母提供足夠的時間以做好接受SCA孩子的準(zhǔn)備，包括心理準(zhǔn)備及經(jīng)濟準(zhǔn)備，也能在SCA患兒出現(xiàn)癥狀前盡早干預(yù)，改善預(yù)后[13-15,24]。

目前，NIPT可以用于篩查SCA，但由于其檢測效能尚不穩(wěn)定。 Xie等[25]針對NIPT作為一線及二線篩查方案進行相關(guān)研究，從成本-效果層面分析，NIPT作為一線方案或二線方案，篩查SCA的效率均不能得出準(zhǔn)確性結(jié)論，且成本較21-三體、18-三體、13-三體高。這種情況與NIPT在不同研究中對SCA檢測的準(zhǔn)確性尚未有一致性結(jié)果有一定關(guān)系，SCA相比于常見三體綜合征，NIPT檢測SCA的陽性預(yù)測值30%～90%，所以SCA的診斷還需進一步通過侵入性產(chǎn)前診斷明確胎兒染色體核型結(jié)果，以做出金標(biāo)準(zhǔn)的診斷結(jié)果。但無明顯超聲結(jié)構(gòu)異常的SCA胎兒，應(yīng)充分告知孕婦NIPT結(jié)果的假陽性可能以及SCA患兒染色體核型可能的致病風(fēng)險，供其作妊娠選擇。

綜上所述，NIPT在篩查SCA的靈敏度、特異性、陽性預(yù)測和孕婦的可接受性方面有很大的優(yōu)勢，從而有效地避免出生缺陷，延緩SCA合并癥的發(fā)生，提高人口素質(zhì)。

4 影響NIPT篩查SCA準(zhǔn)確性的因素

NIPT是利用來自孕婦外周血中的cffDNA測序以得到遺傳信息，孕婦外周血中的游離DNA來自于母體和胎盤組織，其中胎兒游離DNA主要來源于胎盤滋養(yǎng)細胞的凋亡細胞，因此NIPT檢測的是胎盤而非胎兒本身，故NIPT檢測的準(zhǔn)確性常受局限性胎盤嵌合和母體SCA、母體SCA嵌合體等因素影響。約1%的妊娠會發(fā)生限制性胎盤嵌合體(CPM)[26]，在CPM中嵌合程度會影響NIPT的篩查性能，近1/3的假陽性或假陰性是由于CPM造成的，且X染色體單體的胎盤嵌合多發(fā)，說明CPM對NITP結(jié)果有顯著的影響，這也解釋了NIPT假陽性/假陰性是不可避免的，且X單體的產(chǎn)前診斷還需謹慎進行。

此外，NIPT在檢測SCA時并不能區(qū)分來自胎盤和來自母體的cffDNA，所以母體因素，如母體SCA嵌合體、未明確診斷的母體SCA和母體CNVS等都可能影響NIPT的準(zhǔn)確性。有報道稱，母體SCA可以出現(xiàn)在臨床表現(xiàn)正常、生殖系統(tǒng)發(fā)育健全的婦女，例如47,XXX的女性大多數(shù)患者除了身材較高以外，沒有明顯的臨床異常，高達90%的47,XXX女性不知道自己的染色體異常，而母體為47,XXX可能導(dǎo)致NIPT提示胎兒X染色體增多高風(fēng)險。

5 結(jié)語與展望

NIPT技術(shù)通過檢測孕婦血漿中的cffDNA 篩查胎兒SCA，但不是SCA的診斷方式，存在假陰性和假陽性的可能，高風(fēng)險病例需進一步產(chǎn)前診斷，而低風(fēng)險病例要警惕漏診可能。由于SCA患兒可能無明顯癥狀及異常表型，NIPT在提高SCA產(chǎn)前篩查效率的同時也給遺傳咨詢增加困難。

綜上，NIPT可以作為SCA的產(chǎn)前篩查方法，具有較高的臨床應(yīng)用價值和發(fā)展前景，但其準(zhǔn)確性還有待提高。在檢測前需進行詳細全面的遺傳咨詢，充分告知NIPT的優(yōu)勢及局限，對于NIPT結(jié)果高風(fēng)險的孕婦，建議進行下一步侵入性產(chǎn)前診斷，以明確染色體病的診斷。