常见遗传病的产前诊断和胚胎诊断

的）检测费用在 2-3千人民币左右
AddrePsros be
微珠池
正常 缺失 冗余
单亲二倍体
SNP array 技术简介
检测范围
三体
低水平嵌 合体
Cyto
部分单基
12
因病
微重复和缺失
多倍体
Disorder/Region (疾病/ 区域)
中文名
Short stature、 pituitary and cerebellar defects
卵 裂
受精卵
部分有 丝分裂
错误
三体细 胞发育 成胎儿
内细胞团 （胎儿）
多种核 型细胞 发育成 胎盘
滋养层细胞（胎 盘）
假阴性的原因（4） 受精卵有丝分裂错误
有丝分裂错误的三体细胞发育成胎儿而胎盘细胞由多种核型细胞组成，此时由 于滋养层从一开始正常核型细胞就占绝大部分，血浆游离DNA检测不到信号
假阴性的原因（5）同源染色体重组错误
• 在出生前对胎儿的发育状态、是否患有疾病等方面进行检测诊断 • 产前诊断技术项目包括遗传咨询、医学影像、生化免疫、细胞遗传和分子遗
传等
• 产前筛查技术项目包括用孕妇血清特异性标志物进行筛查、NIPT、胎儿体表 及重要脏器的超声筛查及其相关的产前咨询
• 产前诊断、产前筛查技术服务遵循自愿和知情选择的原则，任何单位或个人 不得以强制性手段要求孕妇进行产前诊断和产前筛查
1.225
7.9
6.972
2 47,XX,+21 4.8
1.140
11.4
5.076
3 47,XY,+18 5.1
1.713
11.8
4.010
4 47,XX,+21 5.6
2.418
15.6
11.921
5 47,XX,+21 6.4
2.031
14.6
10.144
6 47,XY,+18 7.1
0.313
Lo Y M, et al. Science Translational Medicine, 2010, 2(61)
Yu S C, et al. PNAS. 2014 Jun 10;111(23):8583-8
不同片段长度对应的胎儿浓度比例倍数
•用10000例NIPT的 BES4000测序数据推测各 个片段长度区间下，胎儿 DNA占比提升倍数
案例解读：1
6. 胎盘高比例嵌合约为90%，因此这是一例单纯的由于胎儿比例不足，阳 性检出值偏离预期引起的漏检。
样本类型 胎盘母体面 胎盘母体面 胎盘母体面 胎盘胎儿面 胎盘胎儿面 胎盘胎儿面 胎儿皮肤组织
T21 84.886 82.379 82.664 73.187 66.461 77.148 83.759
胎儿游离DNA富集技术： DNA比例提高
与未富集方法对比，富集后样本的胎儿 游离DNA比例均得到了明显的提高
胎儿游离DNA比例由11.3±4.2提高至 22.6±6.6
胎儿游离DNA富集技术：片段筛选效果
富集后检测失败率显著下降
富集后检出了11例富集前漏检中的5例
假阴性的原因（1）：胎儿比例低
母源污染
单亲二倍体
UPD
(CAH) Williams-Beuren syndrome DiGeorge2 Beckwith-Wiedemann syndrome Joubert5 Autism Prader Willi syndrome/Angelman syndrome Polycystic kidney disease (OS) Alzheimer disease Cat-eye *
Gene density
25
20
15
10
D
E FG
5
0 Y 21 18 13 22 20 15 14 8 10 4 9 16 X 5 7 12 6 3 17 2 11 19 1
新生儿非整倍体只存在于基因数量少且基因密度低的常染色体
染色体病
• 数目异常：整倍体（不能存 活）、非整倍体（整条或染色 体片段数量异常）、嵌合
26.4
2.16
案例解读：1
1. 基本信息：年龄：42；孕周：14w+3 2. NIPT结果：胎儿比例5.6%； 21号 Z=2.418
3. 重采血后检测值胎儿比例5.4%，21检测值正常（1.431<2） 4. 23周系统超声异常，穿刺核型：47，XY，+21 5. 采用提高胎儿比例的方案分析：T21检出值为11.921
NIPT基础：游离DNA的发现+NGS技术突破
母体外周血中极微量的游离DNA
Lo Y M, et al. The Lancet, 1997, 350(9076): 485-487.
Chiu R W, et al. PNAS, 2008, 105(51): 20458-20463.
NIPT：染色体拷贝数异常Z值的期望
15q11-q13微缺失及印记基因
Prader-Willi综合征
Angelman综合征
多系统异常遗传病，临床表现为多食, 肥胖, 身材矮小, 发育迟缓, 出生后低 张力等
天使综合征，患者脸上始终带着笑容，但 动作机械，智力低下，语言障碍，同时还 有癫痫等症状
15q11-13 15q11-13
主要遗传类型包括：
常见遗传病的产前诊断和胚胎诊断
常亮 北京大学第三医院
目录
CONTENTS
Part 1 染色体病的产前诊断 Part 2 染色体病的产前筛查 Part 3 胚胎诊断
Part 1 染色体病的产前诊断
产前诊断和筛查的概念和工作规范
• 《中华人民共和国母婴保健法》 • 《产前诊断技术管理办法》 • 北京市产前诊断和产前筛查工作规范
假设21染色体出现三体异常，胎儿DNA浓 度为Fc，CV为21号染色体的体系变异系 数，其标准分数期望值为： Z=1/2*Fc/CV 提升系统检出能力的两个关键要素： 1. 减小变异系数 2. 提高胎儿比例，较少实用性的研究
外周血游离DNA长度分布
• 研究发现母体游离DNA和胎儿游离DNA长度分布存在显 著的差异 • 胎儿DNA主要分布在小于160bp的区域
Chromprep AS 自动制片机
Chromprep II 自动细胞收获仪
(含固定液自动配制模块)
染色体制备
标准化、自动化、信息化
信息管理软件
Chromprep SP 载玻片打印机
从显微镜到可视化的自动判读
核型分析
荧光原位杂交技术(FISH）
传统细胞遗传学方法
• 染色体疾病诊断的“金标准” • 需要细胞培养（培养失败、污染） • 耗时长（需4周） • 分辨率低（5-10Mb)
案例解读启示
1. 胎儿比例小于6的无创的临界值应结合多方面的因素评估风险，重建库 或重采血不能降低漏检，建议采用提高胎儿比例的技术重新建库
2. 无创的临界值应考虑和胎儿比例动态划定而不是固定的1.96或2
假阴性的原因（2） 卵子减数分裂I期不分离
假阴性的原因（3） 受精卵有丝分裂错误
有丝分裂错误的三体细胞恰好发育成胎儿而胎盘细胞由多种核型细胞 组成，此时由于单体细胞比三体细胞多，血浆游离DNA可能检测到小 于-3的信号
NIPT性能：胎儿比例低于6%时，目前业内设定的切割值存在一定的风险
胎儿DNA浓度 Z score>3（FN Risk） Z score>2（FN Risk）
f%=1%
98.63%
86.81%
f%=2%
90.98%
58.67%
f%=3%
70.92%
24.93%
f%=4%
38.91%
6.09%
f%=5%
•结果表明100bp-160bp 范围可显著提高胎儿比例
胎儿游离DNA富集技术：片段筛选效果
对同一个样本采用不同梯度的片段 筛选，游离DNA长度的分布有显著 的改变
短片段比例随片筛 系数的增加而提高
Y染色体的占比随片 筛系数的增加而提 高
Hu P, Liang D, Chen Y, et al. J Transl Med. 2019 Apr 11;17(1):124.
22q13.3 Microdeletion
X-linked lissencephaly
Yp pericentromeric region
症 威廉姆斯博伊伦综合征 DiGeorge综合征2型 贝克威思-威德曼综合征 Joubert综合征 5型 自闭症
普拉德 威力综合征、安
格尔曼综合征 先天性多囊肾病 阿尔茨海默病
13.77%
0.64%
f%=6%
2.61%
0.03%
f%=7%
0.25%
0.00%
f%=8%
0.03%
0.00%
f%=9%
0.00%
0%
f%=10%
0%
0%
假阴性的原因（1）：胎儿比例低
提高胎儿浓度后，检测值明显改善，提高准确性
序号
诊断核型
胎儿比例 1
检测值1
胎儿比例2
检测值2
1 47,XY,+21 4.1
父源染色体15q11.2-q13片段缺失 母源UPD导致15q11.2-q13区域的父源等位 基因缺失 印记中心微缺失及突变
母源染色体15q11.2-q13片段缺失 父源UPD导致15q11.2-q13区域的母源等位 基因缺失 UBE3A基因突变 印记中心微缺失或突变
Part 2
染色体病的产前筛查
15.2
1.687
7 47,XX,+21 7.5
-0.157
14.7
1.634
8 47,XY,+18 8.5
-0.413
18.6
-1.048
9 47,XY,+21 9.2 -0.555
19
1.096
10 47,XY,+21 11.2 0.163
18.8
-1.855
11 47,XY,+21 12.4 0.791
身材矮小、垂体和小脑 缺陷
杂合性缺失 LOH
Noonan4 Loeys-Dietz (LDS)/Marfan2 (MFS2) Wolf-Hirschhorn
努南综合征4型 Marfan disease、马凡 病、 痉挛性截瘫 午-希二氏综合征
Cri-du-Chat syndrome
猫叫综合征
Congenital adrenal hyperplasia 先天性肾上腺皮质增生
产前诊断和筛查的标本类型和取材时间
• 无创产前筛查（NIPT） 13W
• 绒毛 11-13W
• 羊水 18-22W
• 脐血 24-26W
• 胚胎：孕前 – PGD – PGS
人类染色体和基因分布
AB
C
2000
Genes
1800
1600
1400
1200
1000
800
600
400
200
0
Y 21 18 13 22 20 15 14 8 10 4 9 16 X 5 7 12 6 3 17 2 11 19 1
• 结构异常：平衡易位、罗氏易 位、倒位、插入、缺失、重 复、等臂染色体、环状染色体
分子检测方法与染色体病
•随体，主缢痕，次缢痕， 异染色质区域多是高度重复 区域，一般不能通过NGS 等分子方法检测这些区域的 结构和数目异常
•NGS，芯片，PCR等分子 手段的主要检测目标为常染 色质区
染色体收获系统配置
染色体一段区域缺失，一段区域重复，如果缺失和重复大小相近，则该 染色体非整体信号可能无明显异常
13
13
24
24
15
35
2 3
6 7
46 57
46
66
57
77
同源染色体重组
不平衡易位受精卵
假阴性的原因（6）：母源微缺失
微阵列芯片技术
新的细胞和分子遗传学检测方法
• 全基因组范围内高分辨率检测 • 操作方便 • 检测周期短 • 获得信息量更大 • 结果判定客观，不依赖主观判定
SBaidu NhomakorabeaP array 技术简介
寡核苷酸多态性（SNPs）
➢ 序列多态性 ➢ 高频分布
SNP生物芯片
➢ 通量大：检测几十万到几百万个SNP位点 ➢ 准确性高：可以达到99%以上 ➢ 费用低廉：大约一个30万位点的芯片（每个样本
猫眼综合征 22号染色体q13.3区域微 缺失 X连锁的无脑回综合征 Y染色体短臂近着丝粒区 域
可检测245种遗传病/区域，以上为部分举例
Williams综合征
•Williams综合征是7号染色体长臂7q11.23区 域部分缺失导致的先天性疾病 •患儿有典型的面容，身体瘦小，有轻、中 度的智能发展迟缓
T18 -0.775 -0.379 -0.892 -0.298 1.055 -0.804 -0.503
T13 0.838 2.198 -0.037 -3.871 -0.217 -2.136 -0.617
案例提示：提高胎儿浓度可有效减少漏检风险
案例解读：2
1. 基本信息：年龄：44；孕周：19w+1；BMI：32 (体重 80kg,身高 160cm ) 2. NIPT结果：胎儿比例3.2%；21号 Z=1.219；判为重采血 3. 重采血NIPT结果：胎儿比例4.8%；21号 Z=1.140；判为合格 4. 出生后唐氏面容，核型：47，XY，+21 5. 采用提高胎儿比例的方案重新分析：T21检出值为5.076