Nature：新技术实现无创产前诊断重大突破

　　

生物通报道  斯坦福大学医学院的研究人员首次只用来自母亲的血液样本完成了对未出生婴儿的基因组测序。

用这种新方法获得的研究发现，发布在7月4日的《自然》（Nature）杂志上，与一个月前华盛顿大学报道的一项研究相关。在那项研究中，采用了斯坦福从前开发的一项技术利用来自母亲的血液样本，加上来自母亲和父亲的DNA样本完成了对一名胎儿的基因组测序。

然而，斯坦福新研究中的全基因组测序并不需要来自父亲的DNA，这在可能不知道孩子的真正父亲（据估计在美国每10个新生儿中就有一个是这种情况）或父亲可能无法或不愿提供样本时显示出明显的优势。这一技术将胎儿遗传测试向常规临床应用又推进了一步。

工程学院教授及生物工程学和应用物理学教授Stephen Quake说：“我们对于鉴别在出生前或出生后立即就能治疗的疾病感兴趣。如果没有这样的诊断，患有可治疗代谢或免疫系统疾病的新生儿就得忍受疾病的痛苦直到它们的症状变得明显，病因得到确定。”Quake是研究的资深作者。前研究生、现为ImmuMetrix公司资深科学家的Christina Fan博士和在读研究生Wei Gu为文章的共同第一作者。

研究人员相信随着这种技术成本的不断下降，它将日益常见地用于在妊娠头三个月诊断遗传性疾病。事实上，他们证明了仅测序外显子组，基因组的编码部分，就可以提供临床相关的信息。

在新研究中，研究人员能够利用他们得到的全基因组和外显子组序列确定患有DiGeorge综合征的胎儿。这种疾病是由于22号染色体短缺失所引起。尽管确切的症状和严重程度因人而已，它与心脏和神经肌肉疾病，以及认知功能障碍相关。患有这种疾病的新生儿由于钙水平过低而存在明显的喂养困难、心脏缺陷和抽搐。

塔夫茨医学中心母婴研究所执行董事Diana Bianchi 博士说：“多年来从事产前工作的研究人员面临的严峻挑战就是如何区分母亲与胎儿的DNA，尤其是在她们共有相同异常的情况下。在这篇论文中，Quake研究小组极好地显示了外显子组测序如何能够证实胎儿遗传了来自母亲的DiGeorge综合征。”（Bianchi是Verinata Health公司临床咨询委员会主席，该公司利用Quake开发的早期技术提供胎儿遗传检测）

产前诊断并非是新事物。几十年来，妇女们接受羊膜穿刺术或绒毛膜绒毛取样试图获知她们的胎儿是否携带遗传异常。这些测试依赖于将穿刺针插入到子宫中获取胎儿的细胞或组织，这一过程本身可导致大约1/200的妊娠流产，它们也只能检测到数量有限的遗传疾病。

新技术基于这一事实：来自孕妇自身细胞和她们的胎儿细胞的DNA均在她们的血液中自由循环。事实上在妊娠过程中循环胎儿DNA的量稳定地增加，在妊娠末3个月可高达总量的30%。

2008年，Quake实验室率先利用母体血液中胎儿DNA的相对水平来诊断缺失或额外染色体导致的疾病，例如唐氏综合征（Down syndrome）。现在美国有4家公司基于这一技术向医生和患者出售这些测试，且对这一服务的需求正在不断增加。但这些测试并不提供全基因组图谱，也不能鉴别发生在染色体内和其他DNA中的更精细的遗传异常。

本研究采用一步抽血检测识别包含来自父母双方遗传物质的循环胎儿DNA。通过比较母亲血液中母系（来自母亲和胎儿）和父系（仅来自胎儿）称之为单体型（haplotype）的DNA区域的相对水平，研究人员能够从混合物中鉴别出胎儿DNA，将之分离出来进行测序。这种方法不同于华盛顿大学研究组是通过推断父亲的遗传贡献，而非直接通过唾液取样。

斯坦福研究团队尝试对两位孕妇进行了测试。其中一个孕妇患有DiGeorge综合征，而另一个没有。她们的全基因组和外显子组测序显示DiGeorge综合征妇女的孩子也同样有这一疾病。将预测的胎儿基因组序列与出生后立即获得的来自脐带血的序列进行比较证实了这一发现。尽管这些实验是回顾性完成的，但这些妇女和婴儿却是匿名的，在真正的临床情况下获得相似的研究结果将有可能提示医生在出生后不久评估婴儿的心脏健康和钙水平。

研究的共同作者、斯坦福大学医学院妇产科学临床助理教授Yair Blumenfeld 博士说：“三年前我们对成功验证非侵入性胎儿非整倍体检测感到非常的兴奋。但我们一直知道检测胎儿染色体异常只是冰山一角，未来诊断的是个体的基因缺陷。这一重要的研究证实了我们仅通过母亲的血液来检测个体胎儿基因缺陷的能力。”

研究人员计划继续开发这一技术以最终投入临床应用。

（生物通：何嫱）

生物通推荐原文摘要：

Non-invasive prenatal measurement of the fetal genome

The vast majority of prenatal genetic testing requires invasive sampling. However, this poses a risk to the fetus, so one must make a decision that weighs the desire for genetic information against the risk of an adverse outcome due to hazards of the testing process. These issues are not required to be coupled, and it would be desirable to discover genetic information about the fetus without incurring a health risk. Here we demonstrate that it is possible to non-invasively sequence the entire prenatal genome. Our results show that molecular counting of parental haplotypes in maternal plasma by shotgun sequencing of maternal plasma DNA allows the inherited fetal genome to be deciphered non-invasively. We also applied the counting principle directly to each allele in the fetal exome by performing exome capture on maternal plasma DNA before shotgun sequencing. This approach enables non-invasive exome screening of clinically relevant and deleterious alleles that were paternally inherited or had arisen as de novo germline mutations, and complements the haplotype counting approach to provide a comprehensive view of the fetal genome. Non-invasive determination of the fetal genome may ultimately facilitate the diagnosis of all inherited and de novo genetic disease.