大规模并行基因组测序技术（MPGS)在NIPT中的应用

　　据报道，全世界每年出生的各种缺陷儿约790万，70%的出生缺陷系遗传因素所致，而染色体异常是最常见的遗传因素，其中21三体发病率最高，其发生机制为生殖细胞在进行减数分裂时21号染色体不分离，造成21号染色体拷贝增加。迄今为止，唐氏综合征没有有效的治疗方法，只能通过产前筛查与早期诊断才能减少或避免患儿的出生。

　　目前临床主要应用的产前筛查手段主要可分为两类：（1）血清学检查：主要包括AFP、β-hCG、游离雌三醇（μE3）、抑制素A（Inhibin-A）、妊娠相关蛋白 A（PAPP-A）等；（2）超声影像学检查：主要包括胎儿颈部半透明层厚度（NT）测量、胎儿鼻骨测量等。

　　应用于产前诊断的方法主要有羊膜穿刺（AC）、绒毛膜绒毛取样（CVS）和胎儿脐带穿刺。其基本原理为通过穿刺等手段获取胚胎来源的组织或细胞，然后利用染色体核型分析法或 QF-PCR 法对于胚胎来源的细胞中21号染色体核型进行分析计数，从而判断胎儿是否患有21-三体综合征。然而由于这几种诊断方法均为侵入性诊断，对胎儿和孕妇都会造成一定程度的创伤，甚至有约1.0%的几率造成流产。

　　cf-fDNA的发现--无创产前基因检测（NIPT）最理想的检材

　　1997年Lo等首次证实母血中存在胎儿游离DNA（ cell-free fetal DNA， cf-fDNA）， 且孕育21三体胎儿的孕妇血浆中cf-fDNA平均水平比孕育正常胎儿的孕妇高两倍左右，为产前基因诊断打开了新的篇章。他们主要采用基于Taqman探针的实时定量PCR(qPCR)对Y染色体上的特异性生物标志(SRY)进行定量检测,同时选择管家基因p-globin对母体血浆总DNA进行定量检测,通过二者比值可计算出cf-fDNA含量比例。

　　孕妇血浆中游离的 DNA 分子（cfDNA）主要由孕妇血液循环中的小片段的细胞外DNA组成。cfDNA来源于4孕周左右的胎盘脱落的cf-fDNA（目前的研究认为孕妇血浆中的cf-fDNA主要来源于凋亡的胎盘绒毛膜细胞，小片段的 DNA 分子穿过胎盘屏障进入到母体血液循环中所致），以及母体的游离DNA分子，其中cf-fDNA仅占cfDNA总量的4%-19%左右。所以传统的DNA提取技术及PCR等方法难以 对胎儿唐氏综合征进行准确的判断。

　　cf-fDNA片段能够携带胎儿整个染色体组的遗传信息,孕妇从怀孕第7周开始即可检测到 cf-fDNA，在最初 3 个月内cf-fDNA含量每周增加约 21%，在随后的3个月进入平台期，在分娩前又迅速增加，并且在分娩后2小时内就能够迅速被机体清除，具有妊娠特异性，且不受上次妊娠结果影响。Palomaki GE等发现母体血中cf-fDNA含量存在个体差异，不同孕周检测结果差异很大，选择孕中期作为采血时间进行cf-fDNA检测较为合适。

　　到目前为止，cf-fDNA已经被广泛的应用于胎儿性别鉴定、常染色体遗传病如β地中海贫血、软骨发育不全、RhD血型鉴定、非整倍体遗传病如21三体综合征等、性染色体连锁性疾病如X染色体连锁的血友病、脆性X综合征等遗传性疾病的无创产前检测中。

　　大规模并行基因组测序技术(MPGS)在无创产前基因检测(NIPT)中的应用

　　目前应用于研究cf-fDNA 的方法有很多，如实时荧光定量PCR法（qPCR）、甲基化免疫沉淀法(medip)、数字化PCR法(digitalPCR)、大规模平行基因组测序法（massively parallel genomic sequencing，MPGS）等。2008年Chiu等首次将MPGS技术应用于产前基因诊断，检测孕妇外周血中cf-fDNA的含量。MPGS以并行运行的方式解码DNA聚核苷酸序列，测序范围广，使产前基因筛查技术得到了进一步发展。2010年LUN等运用MPGS技术成功地在产前检测出1例易位型21三体综合征，使MPGS技术应用于21三体产前筛查成为可能。

　　MPGS技术的操作方法为，于孕12～36周时抽取5ml外周血，置于EDTA 抗凝管中， 4℃离心5min，弃沉淀，将上清液转移至离心管中，重复上述操作1次，将所得的血浆置于－80℃冰箱中保存待用或直接提取血浆DNA（cfDNA含量较少，且多为小片段DNA分子，所以在提取过程中容易丢失，提取难度大。目前提取cfDNA 最常用的方法主要有传统的酚-氯仿-异戊醇法，磁珠法、硅胶膜吸附柱法）。有研究结果表明，应用酚-氯仿-异戊醇抽提配合微量DNA助沉剂法可获得较高的cfDNA含量，且提取的cfDNA 能有效地为qPCR 提供模板。提取的血浆DNA,应用T4DNA聚合酶、克列诺片段(klenowfragment)和T4多聚核苷酸激酶(T4PNL)对片段末端进行修复。在３′端加碱基A使得DNA片段与５′端带有T碱基的特殊接头连接。通过PCR技术扩增两端带有接头的DNA片段并对产物进行纯化。检测文库大小及产量，定量好的文库通过与flow cell上的接头进行杂交，扩增成cluster后进行测序，将孕妇血中所有游离DNA不论其来源全部进行测序，获得分布在每条染色体上的真实的核酸片段数量，通过生物信息学计算出对应的覆盖深度（测试样本中染色体NDNA所占总DNA的比例可以表示为覆盖深度，覆盖深度=样本染色体上有效测序片段总数/参考序列染色体上有效测序片段总数），将样本中染色体深度覆盖度与标准样本中的深度覆盖度进行统计分析，并计算T值，T值= 样本深度覆盖度－标准样本中的深度覆盖度/参考样本标准差，当 T≥3 认为胎儿具有唐氏综合征的高风险。

　　MPGS技术的优点有: ①无创取样，感染少，更安全；②检测周期短；③检出率高；④所需样本量少，只需3～5 ml母体外周血；⑤妊娠12周就可以检测，能够早诊断早治疗 ；⑥准确性等于染色体核型分析；⑦适用对象广，不仅包括传统筛查方法中的高风险人群，还适用于高龄孕妇、反复流产孕妇、以及一些特殊的不适于做羊水或脐血穿刺的人群。

　　但是，MPGS技术也存在着局限性: ①不能精确检测平衡易位型和嵌合体型21三体综合征；；②不能精确检测多胎妊娠，不适用于孕妇染色体为非整倍体患者。

　　无创产前基因检测是早期唐氏诊断的关键平台，它以诊断早、无创伤、确诊率高、安全性强等明显优势成为当前国内外产前诊断领域的新热点和发展趋势。相信随着技术的发展和更多临床试验的开展，无创产前基因检测领域能开创更多新方法，克服局限性，替代传统的产前检查方法，为众多家庭以及社会所受益。