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植入前遗传学诊断及筛查咨询

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作者:曲文玉 来源:中国实用妇科与产科杂 2016-05-12 11:52

随着分子生物学技术的飞速发展及其在生殖领域中的应用,遗传学异常导致的生殖障碍(不孕不育、反复流产、各种遗传病)被越来越多的人所认识。目前在常规孕前检查、不孕症检查及产前筛查中,进行基因组检测的患者数量不断增加,植入前遗传学诊断(PGD)、筛查(PGS)及遗传咨询的需求随之不断增加。而各种分子生物学新技术[微阵列比较基因组杂交(array CGH)技术、单核苷酸多态性微阵列(SNP array)、二代测序技术等]和全基因组扩增技术的联合应用极大地增加了从每个胚胎获取遗传信息的量,在这种情况下,生殖遗传咨询所面临的挑战也随着技术的发展而变得更加复杂。

遗传咨询是一个帮助人们理解和适应遗传因素对疾病的作用及其对医学、心理和家庭影响的程序。这一程序包括:

(1)通过对家族史的解释来评估疾病的发生和再发风险率。

(2)进行有关疾病的遗传、实验室检测、治疗处理及预防的教育,并提供与疾病有关的各种可以求助的渠道及研究方向。

(3)辅导促进知情选择和对所患疾病及其再发风险的逐步认知和接受。

PGD是指在体外受精过程中,对具有遗传病风险患者的胚胎进行种植前活检和遗传学分析,以选择无遗传学疾病的胚胎植入宫腔,从而获得正常胎儿的诊断方法,可有效地防止有遗传病患儿的出生。PGS是指胚胎植入之前,采用与PGD相同的技术手段对胚胎染色体的非整倍性进行检测,分析胚胎是否有染色体数目和结构异常的一种早期产前筛查方法。PGD是直接靶向已知致病遗传因素的检测,目的是阻断相关遗传病在家系中的进一步传递。PGS的筛查内容不局限于特定致病遗传因素,其最终目的选择无染色体异常的胚胎进行移植,提高临床妊娠率,降低流产率,降低遗传病的发病频率。

1.PGD、PGS的适应证

PGD最早应用于单基因遗传病。近年来,其在多基因遗传病,也称非孟德尔遗传病方面显示了广阔的应用前景。同时在更加复杂的非孟德尔遗传病中,如表观修饰、线粒体异常,翻译后修饰等,也显示出一定的潜质。

1.1、单基因遗传病 单基因遗传病遵循孟德尔遗传定律,是指某种疾病的发生主要受一对等位基因控制。目前有近200种单基因遗传病已采用PGD的方法来避免垂直传递,主要有囊性纤维化(cystic fibrosis)、β-地中海贫血(beta-thalassemia),廉状细胞贫血、亨廷顿舞蹈病(Huntington’s disease)、脆性X染色体综合征(fragile X syndrome)等。

1.2、多基因遗传病 多基因遗传病的性状是由两个或两个以上的等位基因决定的,同时还受环境因素的作用,因此其在诊断上更加复杂。目前许多常见的多基因遗传病如先天性心脏病、唇腭裂等还不能通过PGD、PGS进行诊断和筛查。只有那些发病率在男女婴中有明显差异的疾病可以进行PGD。而采用的方法仅仅是进行性别选择,移植那些发病风险低的性别的胚胎。如乳腺癌、类风湿性关节炎等在女性中具有明显增高的发病率。而自闭症在男孩的发病率高于女孩。

1.3、染色体病 染色体数目异常和结构异常均可发现于自然流产和患病的胎儿中。染色体数目异常包括多倍体、单体和三体。结构异常包括易位、插入、缺失和重排等,仅占流产的一小部分,但是大多数进行PGD的患者都是结构异常。结构异常父母亲可能是无症状的平衡染色体(易位、倒位)携带者,当配子减数分裂发生分离和随后的受精过程中后代便发生了不平衡异常。PGD对染色体易位患者的帮助更为明显,Fischer等[3]报道,PGD前、后的自然流产率分别为88.5%和13%,妊娠率高达87%。

Verlinsky等认为,在辅助生殖过程中,应用PGS检测胚胎的非整倍性,可以提高临床妊娠率,降低流产率。有临床试验数据显示,PGS可将反复流产人群的流产率从33.5%降低至6.9%,同时将高龄患者的种植率从依赖形态学的15.8%提高至45.5%。PGS作为辅助生殖医学领域的一项新技术,主要适用于反复辅助生殖技术胚胎着床失败;孕早期反复自然流产;生育过染色体异常出生缺陷患儿的患者;想要进行单胚胎移植的患者;夫妻双方年龄过大,但染色体与基因均正常的夫妇。

1.4、线粒体病 线粒体病是PGD的另一个潜在的指征。许多的线粒体异常是由于核DNA突变所致,这样PGD过程就可以像单基因疾病一样进行。当线粒体疾病是由于线粒体DNA突变所引起的,那么只有当突变线粒体的量达到或超过细胞的负荷量才出现表型效应。由于线粒体DNA来源于卵母细胞,因此线粒体病为母系遗传。母亲携带少量的突变线粒体DNA在其后代中会被放大。目前对于线粒体遗传病并无有效的治疗措施,核移植——即采用辅助生殖的方法,将来自携带缺陷线粒体卵细胞的细胞核转移到健康线粒体的捐献者卵子内,由此形成的胚胎将拥有父母亲的核DNA和卵子捐献者的线粒体DNA。由于伦理问题,目前这一技术在我国还没有被允许。

综上所述,对于一些病因明确的单基因病,如假肥大性肌营养不良(DMD)、亨廷顿(Huntington)舞蹈症、X-连锁隐性遗传病等致死性遗传病,以及自然流产率很高的染色体病患者,通常首先咨询的内容包括:对上述遗传学异常是通过PGD方法进行胚胎期选择,还是等妊娠以后进行产前诊断。

2.PGD、PGS的意义

PGD是产前诊断的最早形式,可在胚胎植入宫腔前的体外培养阶段杜绝单基因遗传病、染色体病和线粒体病患儿的妊娠,避免中期人工流产终止异常妊娠给广大妇女带来的身心痛苦。理论上还可以减少遗传病在人群中的遗传负荷。PGS可选择健康胚胎,提高辅助生殖助孕技术的临床妊娠率,降低流产率;选择优质胚胎进行单胚胎移植,避免多胎妊娠,减少实施减胎术;PGS除了用于遗传病诊断之外,也可应用于研究人类基因,特别是一些有特殊遗传缺陷的基因在发育早期的表达。这对于了解人类胚胎的正常发育有重要意义。

3.PGD、PGS诊断的局限性

PGD、PGS在辅助生殖中的临床意义毋庸置疑,尤其在遗传病的检测方面,利远大于弊。但对于接受PGD、PGS治疗的夫妇在咨询时一定要告知:由于PGD、PGS的复杂属性,也存在误诊的情况。其中一些是由于技术本身的局限性引起的:如PCR及其相关技术主要适用于单基因病,但其检测位点有限,扩增效率低,易污染和等位基因脱扣(ADO);FISH不能检测全部的染色体,假阳性问题突出;CGH无法检测平衡易位的胚胎,也不能区分数目改变的染色体单体型和三体型;array CGH和SNP array,基因芯片制作难度大,成本高,且只能检测出已知的异常;高通量测序技术后期需要进行大量的数据分析。所以PGD、PGS的成功率并不是100%;而其他一些是由生物学特性引起,如胚胎的嵌合性以及人为因素造成的。

3.1 人为的错误 由于PGD、PGS过程涉及很多环节,稳定的胚胎培养、活检、冻存和复苏体系的建立,合适的仪器以及合格的操作人员的配备,对于减少不良的结局是至关重要的。人为和实验的错误可发生在任何一步。实验室员工有义务对整个PGD的过程进行严格的质量控制。另外,不仅仅对实验室技术人员进行培训,还要对解读实验室报告的遗传咨询师进行培训。由于PGD、PGS所应用的分子生物学技术越来越复杂,对结果的解读也更具有挑战性。

3.2 等位基因脱扣 是指在进行单细胞PCR扩增时,杂合子的2个等位基因中的1个优势扩增,而另1个完全扩增失败,发生率约为5%~20%。这也是导致误诊的主要原因之一。对于常染色体隐性遗传病来说,ADO的发生可能会将杂合胚胎误认为是患病胚胎而影响妊娠率;但对于常染色体显性遗传病,ADO的发生则可能导致将患病胚胎误认为正常胚胎,最终导致误诊。囊胚期活检可获取多个滋养层细胞,经过全基因组扩增,等位基因脱扣率明显降低,PCR技术的改进使其对ADO的检测能力大大的提高,目前欧洲PGD协作组报道PGD后单基因性疾病的误诊率为0.47%(12/2538)。

3.3 污染 单细胞PCR只有1个模板,特别容易受到其他DNA的污染,从而影响最终的诊断结果。常见的污染源为常规受精卵母细胞周围的精子和颗粒细胞,其次为实验室人员及培养环境(如前次进行PGD检测的设备)所导致外源性污染。所以进行PGD、PGS的胚胎全部进行ICSI操作,以减少污染源。

4.胚胎的嵌合性也是影响PGD诊断准确性的一个因素

PGS研究表明,50%卵裂期胚胎存在整倍体和非整倍体细胞的混合,即嵌合体现象,而对囊胚期胚胎的研究表明:42.3%的囊胚是完全的整倍体,30%是非整倍体,32.4%是嵌合体。而在嵌合体胚胎中,15.4%是多种不同细胞系的混合成分,17%既包含正常细胞又包含非整倍体细胞。在PGD、PGS过程中,我们是假设获取胚胎的1个或2个卵裂球或少量的滋养层细胞,能够代表了整个胚胎的 DNA组成,但嵌合体现象的存在增加了PGS误诊的风险。况且,胚胎内正常和异常细胞的比例变化本身也很大,也可以改变最后的表型效应。同时,卵子或胚胎本身对于染色体异常也有一个自我修复的能力,这些都需要更加可信的实验来验证PGD、PGS的诊断结果。  

因此,在生殖遗传这一特殊领域的咨询中,医生应充分告知患者PGD、PGS的应用现状、利弊、可能的预后、技术缺陷与安全性问题,并纠正社会上关于PGD、PGS技术选出的胚胎都是优质胚胎的偏颇观念。接受辅助生殖技术治疗的患者夫妇应该对PGD、PGS的整个过程做到充分的知情同意,患者夫妇拥有选择配子、胚胎处理方式的权利。PGD、PGS的遗传学筛查是复杂的,这可能是由于结合了特殊的家族史、遗传史和复杂的生育史,通常包括患儿死亡或多次终止妊娠。交待PGD过程及结果应客观,而不是过分渲染其成功的结局。咨询过程中医师不仅要运用专业知识告知咨询者PGD、PGS的意义,同时也要告知咨询者PGD、PGS的局限性及伦理道德问题,只有在了解全面的基础上,咨询者才能做出最利于自己及家庭的选择。  

咨询时应告知患者,选择了PGD、PGS,并不等于就能生育1个健康的后代,常规产前检查仍不可忽视。全世界各种遗传性疾病有7000余种,而目前PGS只能检查胚胎23对染色体结构和数目的异常,无法覆盖所有疾病;因为PGS取材有限,只是取一定数量的卵裂球或者囊胚期细胞,虽然对胚胎的正常发育影响不大,但由于胚胎的嵌合性,取材细胞和留下继续发育的细胞遗传构成并不一定完全相同,因此可能出现筛查结果不符的情况;应用PGD进行胚胎选择仅是排除已知的遗传学异常,而其他的遗传性状(染色体或基因变异)并不知道;同时,表观遗传异常导致的遗传病并不能通过PGD检测出来。另外染色体疾病的发病原因至今不明,目前也没有预防的办法;理论上虽然挑选了健康的胚胎,但是胚胎移植后,生命发育任何一个阶段胎儿由于母体原因、环境等因素,染色体都有可能出现异常变化。所以选择PGS成功受孕后,孕妇仍然需要进行常规的产前检查。孕11~13周行超声检查,颈项透明层(NT)厚度是最敏感的筛查染色体异常指标,结合孕妇年龄,血清学唐氏筛查能提高染色体异常的诊断率,可以评估多种胎儿畸形的风险。但目前仍无确切的证据表明,超声的NT筛查以及血清唐氏筛查可以代替中孕期的产前诊断,故羊膜腔穿刺或脐血穿刺仍是判断胎儿染色体正常与否的金标准。所以,若常规产前检查发现胎儿异常,或孕妇本人具有进行产前筛查的指征,强烈建议孕妇选择羊水穿刺等产前筛查方式进行确认,以此降低出生缺陷。



关键词: 不孕不育 染色体病 

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