无创产前检测与染色体核型结果为何会不一致

传统上,对于胎儿染色体异常的检测大抵分两个步骤:产前筛查(prenatalscreening)和产前诊断。产前筛查即利用非侵入性(无创)方式,如孕妇血清生化标志(biochemistrymarkers)检测、胎儿超声波标志检查,于孕初期或孕中期对胎儿染色体异常进行风险评估(riskassessment)。对于胎儿染色体异常高风险孕妇则建议进入第二阶段的产前诊断,即以羊膜穿刺(amniocentesis)或绒毛采样(chorionicvillussampling,CVS)等侵入性检查方式,进行胎儿染色体核型(karyotype)正常与否的确认。

一般可被接受的产前筛查敏感度(sensitivity)约为85%,特异度(specificity)为95%;亦即,有15%的胎儿染色体异常个案无法被检测得出;而利用此筛查方式,有近5%的个案应进一步接受可能导致流产(abortion)、感染(infection)风险的侵入性产前诊断。

NIPT以非侵入性方式,采集孕妇血液,应用NGS直接分析血浆中来自胎儿的遗传物质DNA(而非间接的生化代谢标志),对于常见胎儿染色体异常疾病,包括染色体21号三体症(trisomy21)、染色体18号三体症(trisomy18)和染色体13号三体症(trisomy13)检测的敏感度可达98%,特异度则超过99%;因此NIPT被认定可逐渐取代传统上从产前筛查到产前诊断的两阶段胎儿染色体异常检测模式,而且被称为是一种诊断级的筛检。

NIPT的基本原理是针对孕妇外周血浆中,主要来自孕妇自身组织细胞,少部分来自胎盘滋养层细胞经过凋亡(apoptosis)后形成的不完整的游离DNA片段(平均50~200碱基),在NGS仪器内比对已经建立的以36碱基为基本的庞大核苷酸序列资料库,利用大规模并行测序(massivelyparallelsequencing,MPS)方式进行辨识,将其分门别类后,累计加总,计算出不同染色体位置来源的DNA片段出现数目或频率(不分辨DNA片段来自孕妇或胎盘),再以逻辑统计方式,分析出特定染色体来源的DNA片段是否超标。利用目前较普遍被使用的分析程式得出的Z值(Zscore)超过3;或标准化染色体值(normalizedchromosomevalues,NCVs)超过4即被认定为染色体非整倍体(aneuploidy)。

NIPT中的细胞游离胎儿DNA片段主要是来自胎盘细胞。怀孕初期,胎盘一形成,绒毛膜母细胞(trophoblast)就不断代谢@亡,DNA片段也源源不断地流入孕妇血液循环。细胞游离胎儿DNA片段的半衰期只有16min,孕妇生产后2h即再也找不到任何此次怀孕的游离胎儿DNA片段。怀孕10周,孕妇血浆中细胞游离DNA片段的胎儿比值(fetalfraction)平均为10.2%,接着以每周0.11%的比例缓慢增加,直至怀孕20周,胎儿比值再以较明显的比例上升。一个准确的NIPT检测,孕妇血浆中细胞游离DNA片段的胎儿比值最少要达到4%以上,亦即大多数孕妇在孕10周即可接受NIPT检查,相较于其他的产前筛查或产前诊断,NIPT更具有早期产前检测的优势。除了孕周数会影响孕妇血浆中细胞游离DNA片段的胎儿比值外,孕妇体重、人种、血清标志、吸烟、染色体核型也是影响胎儿比值的因素,也因而直接或间接地影响NIPT检测的敏感度及特异度。

此外,由于NIPT检测中孕妇血浆胎儿细胞游离DNA片段的主要来源是胎盘;理论上,此一检测应该类似于产前诊断中的绒毛采样,因此也可能发生雷同于绒毛采样的染色体核型假阳性(falsepositive)报告,或假阴性(falsenegative)报告的结果。

初步统计结果显示NIPT的假阳性率约为0.1%~0.2%。然而,NIPT结果和胎儿染色体核型结果的不一致,有多少比例可归因于运算程式在染色体整倍体(euploidy)和染色体非整倍体之间归属上的统计分析方案,有多少比例可归因于MPS测序敏感度导致其在基因解读上的差异,目前尚不可知。局限胎盘嵌合型(confinedplacentalmosaicism,CPM)经常被认为是导致NIPT假阳性的原因之一。

初孕期胎盘中大约1%~2%呈现出CPM状况。在一些个案报告中,经由绒毛膜取样所发现的CPM被认为与NIPT结果的假阳性有关。Mennuti等提出两例与CPM有关而NIPT结果为染色体13号三体症的个案,其中一例,后来只在绒毛采样检查发现染色体13号三体症;另一个案绒毛采样结果呈现46,XX,+13,der(13,13)(q10;q10),而和NIPT结果相符。

Hall等提出NIPT结果提示为染色体13号三体症的个案中,绒毛采样进行间期核荧光原位杂合(fluorescenceinsituhybridiza?tion,FISH)和传统染色体培养分析均呈现染色体13号三体症嵌合型(47,XY,+13/46,XY)。此一个案胎儿出生时呈现生长迟滞现象,但并未有染色体13号三体症表征,新生儿血液染色体分析呈现正常核型,46,XY;胎盘染色体检查,四个检测部位中两个部位呈现异常,故为染色体13号三体症嵌合型。

另一个有趣的个案是染色体单亲二倍体(uni?parentaldisomy,UPD),因染色体双体保全(disomicrescue)机制导致保留下来的同一对染色体皆源自于双亲之一。一个NIPT呈现染色体21号三体症的个案,在14孕周时以绒毛采样进行QF-PCR检查21号染色体上的7个短串联重覆序列(shorttandemrepeat,STR),检测发现是来自母亲的染色体21号UPD。妊娠终止后,胎盘检测发现四个部位检测中一个是染色体21号UPD,其他三个检体则是染色体21号三体症。许多报告指出CPM往往会合并胎儿生长迟缓,因此,一旦NIPT检测后怀疑或证实此一个案为CPM,则应于产前安排详细的序列性胎儿超声波,进行胎儿生物生理评估,而新生儿出生后则持续进行体重及生长曲线评估。CPM也往往同时出现染色体保全机制而导致UPD情境,因而,NIPT检测结果与胎儿染色体核型不一致时,UPD核型也是应该考虑的情境之一。

此外,部份呈现在NIPT检测,而却未能反映在传统染色体核型,或两者之结果不一致时,基因芯片(microarray)检测将可进一步解开此一谜底。除了三个主要的染色体三体症外,其他的染色体也可以发现CPM的状况。在一项大规模的中国人群孕妇研究中,有一个案例NIPT提示为多发性的染色体非整倍体:47,XXY,染色体21号三体症和染色体17号三体症。绒毛采样进行传统的染色体分析结果呈现49,XXX,+7,+21/46,XY。另一个个案,NIPT结果提示为染色体22号三体症;分娩后,新生儿脐带血染色体核型分析结果呈现正常染色体22号双体,胎盘染色体核型分析三部位呈现染色体22号三体症。出生后胎儿呈现生长迟滞现象,但并无染色体异常之畸形表征。

当发生NIPT和胎儿染色体核型结果不一致结果时,亦需要考虑是否为母体生理因素导致之影响。此一状况包括母体本身的染色体非整倍体,这通常发生在性染色体异常上;或者是发生内在基因组成改变的状况,例如实质肿瘤(solidtumor)。

首例母体性染色体非整倍体(sexchromo?someaneuploidy,SCA)的个案报告是发生在一位25岁的正常孕妇,她的NIPT结果提示为X染色体三体症。进一步的羊水染色体核型分析则呈现正常的46,XX,出生后的新生儿也表现正常。进一步追踪孕妇血液染色体核型发现,孕妇本身为完全的47,XXX。这个例子说明性染色体的非整倍体在表现型上是相当多变的。

另一位性染色体异常嵌合型的44岁女性案例,其NIPT检测结果显示X染色体比例不正常,但此比例和先前此一检测中心诊断的45,X症案例之X染色体比例不甚符合。进一步对孕妇进行染色体核型分析,发现孕妇本人是45,X/46,XX。新生儿出生后的染色体核型正常。

Wang等发展出一项利用MPS方式快速染色体核型分析法,同时测试孕妇白细胞,用以评估NIPT结果和SCA不一致时,孕妇性染色体嵌合型的状况。针对181个NIPT检测为SCA阳性个案,进一步分析发现其中16例(8.6%)是由于孕妇为X染色体嵌合型异常所致。由此可推测,SCA尤其是嵌合型,在NIPT检测中可导致与胎儿结果不一致性,这在临床上可能被低估了。应用NIPT判读为SCA,应于测试前提供充分的讨论,测试后给予完整的遗传咨询。

另一个可能产生干扰,导致NIPT结果不一致的DNA来源是母体的实质肿瘤。实际被提出的案例,个案在妊娠13和妊娠17周接受NIPT检查,结果提示染色体13号三体症和染色体18号单体症,胎儿羊水染色体核型分析显示为正常的46,XY,胎儿于妊娠足月正常分娩,进一步的胎盘检查发现六个部位皆为正常46,XY,排除掉CPM的可能性。个案于产后因骨盆疼痛接受检查,发现骨盆腔已出现转移性神经性内分泌恶性肿瘤,之后确诊为起源于阴道的小细胞癌(smallcellcarcinoma)。癌症细胞透过荧光原位杂合染色发现,大部分癌细胞(80%)其第13对染色体的荧光强度较第18对染色体来的高,此与NIPT的结果相符。目前并不清楚当孕妇发生癌症时有多少比例会以不正常的NIPT报告表现,但临床上若NIPT发现多对染色体非整倍体现象时,不应勿略其可能性。

对于NIPT与染色体核型不一致导致假阴性结果的个案,目前临床报告案例不多,在少数提报的个案中指出,其可能与检体处理不当,孕妇血浆中细胞游离DNA片段的胎儿比值,或嵌合体有关。目前,NIPT的临床化及商业化机制发展甚速,已经逐渐成为产科医师进行产前检测的常规项目之一;然而,提供NIPT的检测单位并未能全然掌握临床医师端所发生之NIPT与染色体核型不一致导致假阳性,及假阴性结果的所有个案,因此NIPT假阳性及假阴性比例应比实际发生率更高。此外,NIPT检测单位亦未能提供检测量化分析数据予临床端,用以回归分析假阳性及假阴性个案发生的背景状况。未来NIPT的应用对象可能从目前的高风险群,推广至所有的低风险群,可以预期在此一情境下NIPT检测衍生出的假阳性状况势必更为显著。

联合检测方及临床方共同建构“无创产前检测个案登录及追踪系统”是可行的解决方案之一。借由此登录及追踪系统,针对NIPT阳性个案比对无创产前检测结果与染色体核型结果是否一致。NIPT阴性个案则透过临床医师提供之资料及出生通报记录之查询,比对NIPT结果与临床结果的一致性。登录追踪系统亦可透过调查、分析用以揭露出NIPT之假阳率及假阴率。对于确定之NIPT假阳性个案,可进一步进行CPM,UPD及基因芯片检测;同时透过检测单位分析数据、孕妇血浆中细胞游离DNA片段的胎儿比值、孕产新生儿资料之收集,进一步探讨NIPT假阳性之真正致因,用以改善NIPT检测之敏感度及特异度。

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  • 发表日期:2022-09-22 10:30:04 编辑:清宫图