全基因组测序技术应用于500例高危孕妇产前诊断的结果分析

黄宁 刘艳秋 丁书军

江西省妇幼保健院产前诊断中心（南昌330006）

我国是出生缺陷高发国家之一，出生缺陷给社会和家庭带来沉重的负担，如何进行高效的产前诊断，减少出生缺陷的发生仍是很多产前诊断专家的重点关注领域。近年来随着测序成本的不断降低，数据分析水平的不断提高，全基因组测序（whole-genome sequencing，WGS）已在肿瘤的诊断、治疗及预后，复杂性疾病特别是儿童罕见遗传病的诊断上得到运用，并逐步走向临床，但在产前诊断领域的应用报道较少。本文将研究WGS技术在产前诊断染色体病方面的诊断价值。WGS无需细胞培养，能够在较短时间内对全基因组水平进行扫描，可检测染色体拷贝数变异，尤其在微小结构异常检出方面具有无可比拟的优势。

1 对象与方法

1.1 研究对象选取自2017年3月至2017年12月期间在江西省妇幼保健院就诊并接受产前诊断孕妇500例，其中羊水产前诊断370例，脐血产前诊断130例。产前诊断指征包括高龄、唐筛高危、无创产前检测阳性、B超检查胎儿发育异常、夫妇一方染色体异常及异常产史，这些孕妇均经知情选择，同意进行产前诊断。

1.2 研究方法所有孕妇均进行遗传咨询，签署了产前诊断知情同意书，明确了产前诊断流程、羊水或脐血全基因组测序分析和染色体核型分析的目的意义、局限性及出现不明意义结果的可能性，详细记录孕产史、家族史、末次月经及个人基本信息等资料，依据孕周不同，分别进行羊膜腔穿刺术和脐带血穿刺术，所有羊水和脐血标本同时进行全基因组测序拷贝数变异分析和细胞培养染色体核型分析。此项研究获得江西省妇幼保健院伦理委员会同意。

2 结果

2.1 产前诊断适应症及结果分布共计500例孕妇接受产前诊断，其中75%为B超检测胎儿发育异常和胎儿无创DNA阳性，检出异常病例71例，429例未见异常。71例异常病例中，B超胎儿发育异常者检出29例，其中21三体8例，18三体3例，13三体2例，45，X检出1例，臂间倒位4例，非平衡性染色体结构异常4例，染色体微缺失微重复5例，嵌合体2例；无创产前检测异常者检出27例，其中21三体2例，18三体1例，性染色体数目异常14例，臂间倒位2例，非平衡性染色体结构异常3例，染色体微缺失微重复3例，嵌合体2例；异常孕产史者检出2例，1例为非平衡性染色体结构异常，1例为染色体微重复；唐筛高危者检出3例，2例为臂间倒位，1例为染色体微重复，提示疑似致病变异；夫妇一方染色体异常者检出异常10例，均为亲代来源的臂间倒位和染色体平衡易位。见表1。

表1 不同适应症产前诊断结果分布Tab.1 Pregnant diagnosis of different indications 例（%）

2.2 异常检出结果500例WGS和胎儿细胞培养染色体核型分析成功率100%，检出异常染色体71例，异常率14.2%。其中胎儿细胞染色体核型分析检出61例异常核型，异常率12.2%（61/500），包括21三体10例，18三体4例，13三体2例，性染色体数目异常15例，平衡易位8例，染色体倒位10例，嵌合体4例，非平衡性染色体结构异常8例；另WGS检出10例微缺失微重复病例。

3 讨论

新一代测序技术（next-generation sequencing，NGS）的飞速发展不仅大幅减少了基因组检测费用，还缩短了检验时长，能有效为检测对象提供快速、全面的报告。全基因组测序作为一项准确性高、全面覆盖性好、经济有效的检测手段，势必会改变当前人类健康检验模式［1］。当前NGS已在肿瘤诊断、治疗和预后等领域发生了深刻的变化，很多肿瘤中心正在考虑将全基因组测序或全外显子测序技术广泛应用于临床［2-3］。在产前检测领域，应用NGS技术进行无创性产前非整倍体检测（noninvasive prenatal testing for aneuploidy，NIPT）已在国内推广使用［4］。临床上已将WGS和全外显子测序（WES）用于罕见遗传性疾病诊断，尤其是一些儿童疑难复杂疾病的实验室诊断［5-7］。已有研究表明，基于多种分析策略及多种测序平台的应用，均证实WGS技术的高效性和实用性［8-9］。

本文中500例产前诊断孕妇，染色体病异常检出率为14.2%（71/500），其中WGS在染色体非整倍体检出的基础上，又检出10例染色体微缺失微重复病例，相对于传统染色体核型分析技术，提高了2%（10/500）检出率。如果没有运用WGS这一技术，那么将会大大限制产前诊断的检测潜能，一部分拷贝数变异（copy number variants，CNVs）将无法检出，这些胎儿将会出现严重残疾。这一结果表明WGS技术相较于染色体核型分析，具有进一步提高产前诊断中致死致残严重染色体病的检出潜能。

传统400条带G显带染色体核型分析分辨水平在10 M左右，而WGS的检测能力可达到100 Kb水平，这一技术优势是细胞学技术无法比拟的。WGS不仅可以检测微小CNVs，还可以判断不明来源染色体片段或结构。一例脐血病例中，B超提示胎儿颈部囊肿，染色体核型分析46，XN，add（6）（q27），即6号染色体长臂末端附着一未知来源染色体片段。该例孕妇同时进行了WGS检测，提示有一个大小为2.99 Mb的缺失存在于6q27和一个39.06 Mb大小的重复存在于10p11.1p15.3，均为已知致病变异［10-11］。考虑到该例孕妇孕周已达25周，脐血穿刺后两周即出具了诊断报告，没有等待夫妇外周血染色体比对分析，有助于孕妇及其家属尽早抉择。

众所周知，染色体核型分析受人员、技术、细胞质量等多因素影响，分辨水平受制片质量影响较大，即使一些400条带水平小的结构异常也容易被忽略，而WGS正好可以弥补这一缺陷。一例羊水病例中，该名孕妇既往生育一胎，多发畸形而夭折，染色体核型分析46，XN，9p 22，即9号染色体短臂末端缺少一条深带，其他染色体无异常，考虑为9号染色体部分单体；WGS提示有一个19.05 Mb大小的缺失位于9p22.1p24.3，一个8.85 Mb大小的重复位于20p12.3p13，结合两者分析结果判断该孕妇核型为 46，XN，der（9）t（9；20）（p22；p13），及时对孕妇进行知情告知，并进行了夫妇外周血染色体比对，证实为父系遗传。

在10例微缺失微重复病例中检出2例为疑似致病变异，1例孕妇24岁，无创产前检测10号染色体微重复，羊水WGS提示46，XN，dup（10q22.3q23.2），重复片段大小为7.43 Mb，1例孕妇36岁，唐筛18三体高风险，羊水WGS提示46，XN，dup（2q13），重复片段大小为1.77 Mb。此两例均为新发突变，有研究［12-13］表明10q22.3q23.2区域的重复变异可能导致表型变异，有研究［14-15］表明2q13区域的重复变异为致病变异，但个体间临床表现具有差异性，还需结合临床做进一步分析。目前这两例病例仍在继续妊娠，B超检测无异常，我们将会密切随访关注。另8例CNV病例中5例为B超检测胎儿发育异常，2例无创产前检测阳性，1例孕妇为异常孕产史，均提示为明确致病，检出异常变异最小仅为640.49 kb。此8例孕妇在充分知情告知后均选择终止妊娠。

当前WGS没有作为一项常规检测运用于临床，受技术水平和遗传咨询能力所限，特别是在一些基层医疗单位难以开展。相对于传统染色体核型分析，WGS对产前诊断检测潜能有较大的提升，尤其在一些微缺失微重复综合征的检测方面。但同时也会有部分病例增加遗传咨询难度。