PNAS发表谢晓亮等人“植入前胚胎遗传学诊断新方法研究”成果
美国东部时间2015年12月28日，美国科学院院刊PNAS在线发表了北京大学谢晓亮、乔杰、汤富酬团队的最新研究成果。该研究在国际上首次建立了一种在早期胚胎阶段对各种单基因遗传疾病和染色体疾病同时进行精确诊断、以避免遗传病患儿出生的全新的植入前胚胎遗传学诊断方法MARSALA。其关键创新点是在单细胞水平上，通过一步高通量测序即可检测致病基因突变位点和全基因组范围染色体异常，同时完成高精度连锁分析，全面提高诊断的覆盖面和精准性。
MARSALA方法示意图
人类的每一个体细胞都含有两套遗传物质，一套来自母亲，另外一套来自父亲，每一套遗传物质包含30亿个碱基，分布在23条染色体上，这些碱基，其实只包括A、T、G、C四种类型，一个细胞中的60亿个碱基遵从特定的规律排列、组合，形成每一个个体特异的遗传序列信息。在一个单细胞这60亿个碱基中，小到其中一个碱基的改变（取代、缺失或者插入新的碱基），都可能会改变基因组中编码的遗传信息，导致机体不能正常运行，发生遗传疾病。而染色体的数量异常将会导致染色体疾病，如每个细胞中21号染色体额外增加一个拷贝，变成三个拷贝，即会导致唐氏综合征。遗传疾病通常很难治愈，避免遗传患儿的出生是目前降低遗传疾病发生率的最有效途径。常规的产前诊断，需要在孕12周左右进行绒毛穿刺或者在孕中期18周左右进行羊水穿刺和遗传分析，但是一旦确诊必须终止妊娠，给个人及家庭带来巨大痛苦。
植入前胚胎遗传学诊断（PGD）是一种在胚胎着床前就进行遗传诊断的技术。但PGD面临的最大挑战是每个胚胎能用于医学检测的细胞数量特别少，通常只有1至5个细胞，无法对其直接进行后续的遗传分析，必须首先对这极少量的细胞进行数十万倍的扩增。但即使如此，在扩增过程中也会出现有些碱基未被扩增出来或者扩增失误等问题，从而导致诊断错误。
目前临床上使用的技术有几种：（1）原位荧光杂交的方法。这种方法只能针对少数几种染色体疾病，而且受探针来源及荧光显微镜的限制；（2）PCR的方法。只能针对单基因疾病或染色体数量的改变，前者的等位基因脱扣比例高，容易造成假阴性结果，后者的分辨率很低，只能进行数量上的分析，不能检测出染色体结构异常；（3）高通量的芯片技术，如arrayCGH，或SNP array。能进行全基因组范围的染色体检测，分辨率也显著提高，尤其是近年来应用在临床上的Karyomapping技术，能同时检测单基因疾病及染色体异常，但是不能直接对突变位点进行分析，只能进行间接推断。因此，到目前为止，已有的各种检测方法或者只能对单个基因突变或者只能对染色体异常进行分析，或者只有联合几种不同的方法或对于同一个胚胎采两次样才能对其进行完整诊断，无论是准确性、可操作性、还是诊断成本都急需进一步提高。
产前诊断或胚胎植入前遗传诊断需要诊断准确性高，假阳性率和假阴性率低，操作步骤简单以减少人为操作误差，同时诊断成本要尽可能低、以惠及更多的有需求的人群。
MARSALA，mutated allele revealed by sequencing with aneuploidy and linkage analyses，高通量测序同时检测突变位点、染色体异常、以及连锁分析。该研究建立的MARSALA方法有以下几个突出优点：
1、精度高、分析全面
首先，MARSALA不仅能精确诊断单基因遗传病，还能同时精准筛查染色体异常；其次，因致病突变位点序列信息可被读取至少数千次，所以结果比传统的诊断方法更加直观、可靠。
2、能够进行多重校验
在深度解析突变位点序列信息的同时完成高精度遗传连锁分析，提供多个SNP连锁位点信息、对致病等位基因进行多重检测和反复校验，全方位降低因突变位点扩增和测序错误以及样品交叉污染等带来的问题，大大提高了诊断的精确度和可靠性；
3、成本低
利用MARSALA进行胚胎诊断，在基因组两倍覆盖度的测序深度下（2X）就能满足所有分析需求；
4、操作方便
一步高通量测序就能得到基因突变、染色体异常以及突变位点连锁信息三个方面的精准诊断结果；
对各种遗传病患者家系的兼容性高。在没有合适的先证儿或者突变基因来源个体标本时，只要有试管婴儿夫妇的标本即可进行胚胎的精确诊断；
适用范围广，只要知道致病基因，不管发生哪种类型的突变，单个基因位点的替换、缺失、插入，还是多个基因位点的复合突变，甚至是基因组大片段缺失或者扩增，三核苷酸重复等等，均能采用此种方法进行诊断。目前突变基因已知的四千多种单基因遗传疾病都可以采用MARSALA方法进行高精度的植入前遗传诊断。
该项研究详细介绍了两个诊断成功的病例，一个是常染色体显性遗传疾病，单个碱基缺失导致移码突变，引起多发性骨软骨瘤的发生，其后代无论男孩女孩均有50%患病风险；另一例是X染色体连锁的隐性遗传疾病，单个碱基发生替换突变，男孩携带突变位点即患病（因为男性个体的每个细胞只携带一条X染色体），造成外胚层发育不良，无毛发，牙齿及汗腺，其后代男孩有50%几率患病，女孩有50%几率成为携带者。利用MARSALA方法进行胚胎遗传学诊断，对突变位点及染色体情况均进行了高精度诊断。经过MARSALA技术筛选后，这两对夫妇均已得到健康的后代，目前两个孩子都已经一岁了。今后这一研究成果的进一步推广将会给更多的遗传病家庭带来福音！
本文来源于：测序中国/北京大学、北医三院
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