出生缺陷产前诊断是多学科复杂系统工程

潘锋

以“健康中国，妇女健康”为主题的“2018年林巧稚妇产科学论坛暨第十四届妇产科华润会议”7月19日至22日在北京举行。本次会议理论联系临床实际，突出人文理念，覆盖了我国妇产科学领域重点临床内容，以专题讲座、病例分析、专家面对面等多种形式开展学术交流。北京协和医院妇产科刘俊涛教授在题为《染色体病的产前筛查和产前诊断》的报告中，介绍了当前我国出生缺陷所面临的严峻形势，分享了产前筛查和产前诊断的最新研究进展。

我国是出生缺陷高发国家

刘俊涛教授首先介绍说，出生缺陷是指新生儿出生时就存在的外表或内部结构异常或功能异常，包括解剖结构、组织结构、细胞结构和分子结构等各种异常。全世界每年有500多万缺陷婴儿出生，约85%在发展中国家。我国是出生缺陷高发国家，每年新发出生缺陷患儿90万例，其中先天性心脏病超过13万例，神经管缺陷1.8万例，唇颚裂2.3万例，先天性听力障碍3.5万例，唐氏综合征2.5万例，出生时临床明显可见的出生缺陷约25万例。

出生缺陷是我国婴儿死亡的主要原因。2000年全国婴幼儿死亡率为千分之32.2，其中出生缺陷占12.5%；2011年，全国婴幼儿死亡率为千分之12.1，其中出生缺陷占19.2%，占比不断提高。出生缺陷也是我国儿童残疾的主要原因。约30%的出生缺陷患儿5岁前死亡，40%终身残疾。在我国现有的8000多万残疾人中，先天性残疾约占全部残疾的9.6%；在全国998万智力残疾中，先天性智力残疾占21.36%。同时，出生缺陷给患儿家庭和社会带来了巨大经济负担。我国每年因神经管缺陷儿出生带来的疾病负担超过2亿元，每年新发先天性心脏病患者生命周期总疾病负担超过126亿元；每年新出生的唐氏综合征患儿，生命周期总疾病负担为100亿元；2003年我国所有存活的唐氏综合征患者，一年的疾病经济负担超过50亿元。

刘俊涛教授说，出生缺陷发生的原因十分复杂，主要是遗传因素、环境因素或者两者共同作用的结果。环境因素致畸作用早在20世纪40年代就已经被确认，其中包括高温、高热、放射性等物理因素和药物、农药化肥等化学因素以及病原体感染之类的生物因素等。在各种先天性胎儿异常中，单基因异常占15%至20%，染色体异常占5%，外界及宫内环境影响占10%，多基因或多因素占65%至75%。遗传因素引起的出生缺陷根据发生原因、部位和遗传方式可分为3大类，单基因遗传病、多基因遗传病和染色体畸变遗传病。以染色体病为例，染色体病是由染色体畸变造成的，即由于染色体的数目或结构发生改变而引起的遗传性疾病，包括常染色体病和性染色体病。我国每年出生活婴中染色体异常者约为0.3%。染色体数目异常包括三倍体或多倍体，常染色体三体异常，性染色体数目异常等。染色体结构异常包括染色体微缺失异常，染色体片段易位、倒位、重复等异常，总体发生率约占足产月的1/250至1/300。

刘俊涛教授强调，由于21三体、18三体的胎儿能够存活到足月，因此也受到临床高度关注。如唐氏综合征是最常见的新生儿染色体病，每800个至1000个宝宝中会随机出现1例。唐氏综合征表现为严重的智力和体格发育缺陷，无法治疗，平均IQ在50左右，相当于8岁或9岁的孩子，40%合并有先天性心脏病，白血病发病率比正常孩子高15倍，目前唐氏综合征患者平均寿命已达60岁左右，唐氏综合征是一种出生后严重致愚致残疾病。

产前筛查模式不断丰富

刘俊涛教授指出，减少出生缺陷，预防比治疗更重要。世界卫生组织倡议有效降低出生缺陷首先要做好产前筛查和诊断。他接着说，从以年龄为指标的产前筛查到中孕期血清筛查、早孕期超声及血清学联合筛查，再到早中孕期联合筛查、早中孕期序贯筛查、胎儿游离DNA检测，近年来产前筛查技术进展非常快。

1984年Merkate等首次报道了怀有染色体异常特别是DS胎儿的孕妇，其血清AFP水平偏低，此后发现β-HCG，uE3等以胎盘分泌为主的蛋白，在孕妇血清中的含量水平可作为中孕期筛查指标，中孕期筛查成为一种基于血清学的多指标联合筛查方法。中孕期筛查主要针对低龄孕妇开展，每个指标在不同遗传病中有所不同，如AFP在唐氏综合征下降25%，18三体下降35%，13三体轻度升高。但临床实践发现如果仅单独用以上某个指标进行唐氏综合征筛查检出率较低，大约只有30%至40%，如果同时检测几个指标，联合计算风险则遗传病检出率将大大增加。不同的联合筛查方案检出效率不尽相同，目前AFP、HCG、uE3三项指标组合的三联筛查，对15～20+6周的孕妇进行筛查总体检出率为60%至70%，假阳性率5%。三联筛查也是目前国内最流行的产前筛查模式，二联或三联筛查的筛查对象是低年龄和低危所有孕妇，筛查模式是外周取血并根据结果进行风险计算。

刘俊涛教授介绍，早孕期筛查是一种血清学与超声结合的新的筛查模式，筛查孕周提前至11～13+6周。引入超声对胎儿颈后透明带测量（NT）和胎儿鼻骨测量，这种新模式在假阳性率相同的前提下检出率较高。早孕期联合筛查也有多种方案，血清筛查指标主要有妊娠相关蛋白A（PaPP-A）和Free β-HCG等，理想的筛查方案是NT联合PaPP-A联合Free β-HCG。NT联合PaPP-A的早孕期血清筛查，三联或四联的中孕期筛查可得到孕妇最终风险值，筛查检出率为96%，假阳性率为2%。分层序贯筛查是产前筛查一种新模式，NT联合PaPP-A早孕期筛查，对极高危病例要进行产前诊断；对中间值病例要進行三联或四联中孕期筛查，共同风险计算后的高危病例要进行产前诊断，共同风险计算低危病例可继续妊娠；对极低危病例可继续妊娠。这一筛查模式检出率为94%，假阳性率2%，但需要高质量的超声支持和准确的孕周信息。

20世纪初，无创DNA产前检测技术（NIPT）开始应用于产前筛查。使用NIPT新技术精准筛查大幅提高了染色体病检出率，如21三体检出率达到99%，18三体检出率达到96.8%，13三体检出率达到92.1%，X单体检出率达到88.6%，其他X或Y染色体异常检出率达到93.8%，与早中孕期联合筛查90%的检出率相比都有了很大的提高。NIPT筛查假阳性率21三体为0.03%，18三体为0.15%，13三体为0.2%，X单体为0.12%，其他X或Y染色体异常为0.12%， 21、18、13三体复合假阳性率为0.43%，而传统超声和血清学筛查假阳性率约为5%左右。但NIPT只是筛查技术而不是诊断技术。

常见产前诊断方法

刘俊涛教授说，产前筛查的目的是为了早期诊断胎儿染色体病，目前临床开展的常见的产前诊断方法有经羊膜腔穿刺，经腹绒毛穿刺和脐血穿刺等。

经羊膜腔穿刺一般在妊娠17～21周在超声引导下进行。产前快速诊断可以保证胎儿没有最常见的特定染色体数目异常，但不能代替正式核型分析结果。

经腹绒毛穿刺通常在妊娠11～14周进行，取得的绒毛细胞可以和羊水穿刺后取得的细胞同样进行各种染色体分析，染色体制备过程有直接压片或简单培养分析及完全培养后分析等方法，其中后者的分析结果被认为与直接胎儿细胞染色体分析结果更一致，并有更低的假阳性率。

脐血穿刺是在超声引导下经腹穿刺，最常见的适应症是怀疑有血型不合性胎儿溶血、细小病毒B19感染或胎儿水肿相关的胎儿贫血的病因诊断，也可用于妊娠22周之后的胎儿核型分析、染色体快速诊断或分子遗传诊断，以及妊娠后期快速评价有无胎儿染色体异常。刘俊涛教授指出，产前染色体病诊断需要经历“筛查—诊断”两个阶段，主要是针对高危人群进行穿刺诊断，临床取材取样措施也被称为介入性产前诊断技术。不同的介入取材操作都存在一定风险，不仅有一定的创伤而且存在流产机率，还要根据不同妊娠阶段和不同临床问题区别选择。

刘俊涛教授说，年龄是最早的孕妇筛查指标，如唐氏综合征产前筛查，分娩年龄35岁往往作为产前筛查的第一个指标或风险切割值，但仅依据孕妇年龄的产前筛查策略是不够的，ACOG2001年明确提出对所有分娩年龄大于35岁的产妇建议进行产前诊断，包括羊膜腔穿刺联合羊水细胞核型分析。我国2001年颁布实施的《母婴保健法》建议对所有年龄大于35岁的初产妇进行产前诊断。

刘俊涛教授介绍，需要产前筛查和诊断的孕产妇包括：一是预产期年龄大于等于35岁的孕产妇，胎儿染色体异常概率随产妇年龄增加而增加，大约50%染色体异常是由21三体引起；二是产前筛查存在风险高危的孕产妇，如NT、血清学筛查、NIPT提示高风险结果；超声提示胎儿结构异常，需要排除染色体异常；生育过染色体异常的孩子或有过染色体异常妊娠史，如一对父母在有完全性非整倍染色体三体孩子出生后，与其他父母相比每个后续孩子染色体数值异常风险增加1%；孕妇本人或丈夫有染色体病，在父母双方之一染色体存在易位、倒置或插入的情况下，染色体不平衡畸变可能性会增加。三是家族性基因遗传病诊断清楚的孕产妇等。存在上述情况的，都需要在产前阶段取得胎儿组织进行染色体分析。

产前诊断新技术不断涌现

刘俊涛教授说，近30年来产前诊断技术发展迅猛，新技术新方法不断涌现，产前诊断技术已经从细胞遗传学发展到分子细胞遗传学，染色体核型分析、FISH、PCR、染色体微阵列技术（CMA）、多重连接探针扩增技术和高通量测序技术（NGS）等相继在产前诊断中得到应用。

染色体核型分析又被称为染色体显带，可用于检测較大的染色体区域改变，如易位、大片段缺失或非整倍体等。进行染色体核型分析时，通常需要从孕妇外周血中获得淋巴细胞进行体外培养，并在有丝分裂原的作用下刺激其细胞分裂。通常在一套单倍型的23条染色体上可以观察到大约400个条带，单条染色体条带可含有600万个碱基对的DNA，约150个基因。染色体核型分析是在全基因组层面上分析各组染色体有无形态、数目、结构、位置异常，是一种传统的经典产前诊断方法，但存在出具报告时间长、分辨率低等问题。

FISH技术是通过荧光标记的FISH探针，定性定位检测特定染色体片段有无或位置信息，可用于计数和定位染色体大片段异常，该技术大幅度提高了染色体分析的敏感性、特异性和分辨率。FISH可以用于有丝分裂中期染色体和间期细胞核。中期FISH技术可以识别大的染色体异常，包括缺失、重复、易位以及更小的染色体微缺失和重复。当不能获得分裂期细胞时则可采用间期FISH，该技术提高了FISH探针的分辨率。间期FISH的优点是分辨率高于中期FISH，能够直接检测标本，无需培养细胞，操作更快捷，可用于石蜡包埋的切片。间期FISH对于各种非整倍体产前诊断具有特殊价值，如对18三体、21三体、13三体及性染色体异常能快速获得结果以便做出决策。但与中期FISH相比，间期FISH不能观察到染色体本身，因此不能提供有关整个染色体数目和结构的信息。FISH是快速诊断技术经典，但诊断疾病需要很高的定向性和诊断疾病覆盖面不大是其主要问题。

CMA是以微阵列为技术基础的基因组拷贝数分析技术，CMA具有高灵敏性和高特异性特点，能够提供大量有价值的临床信息，极大地提高了遗传异常疾病检出率。CMA在产前诊断领域的明显优势体现在，一是具有高分辨率，能检出更多有临床意义的遗传异常，CMA能识别小于100 kb的染色体不平衡改变，而核型分析不能发现小于5 Mb的染色体异常。研究显示与染色体核型分析相比，CMA能够在胎儿超声结构异常病例中增加6%异常检出率，在高龄或产前筛查高风险病例中增加1.7%异常检出率。二是无需细胞培养，检测周期缩短到2～3天，且对培养困难的细胞也能够检测。三是能够提供客观和自动分析结果。但CMA还存在成本较高，不能检测平衡易位等拷贝数没有变化的染色体异常，对数据结果分析和验证要求较高等方面的局限性。尽管存在一定局限性，但CMA技术提高了人类对遗传疾病的认识水平，是分子细胞遗传学技术最新发展方向。2017年美国妇产科学会和美国医学遗传学会均更新了CMA在产前诊断中的临床应用指南，随着研究的深入和技术成本降低，CMA将有着良好的临床应用前景。全基因组芯片是最精确的全基因组染色体小片段含量分析，主要针对染色体微小改变，分辨率最高，但缺乏核型分析的形态性检查。目前，染色体核型分析、FISH、全基因组芯片技术是三大主要染色体病产前遗传诊断技术。

刘俊涛教授指出，出生缺陷产前诊断是综合多学科的复杂系统工程，从纵向分析，该工程开始于妊娠前，贯穿整个妊娠期，直到新生儿期才能确诊；从横向分析，涉及多个学科专业，包括产科、胎儿超声、遗传、儿科、病理等。站在国家层面上，要从出生缺陷整体防治角度出发，以常见、多发且严重影响儿童或成年后生活质量的病种为切入点，建立起贯穿孕前宣教，孕期各种精准筛查诊断及保健，产后针对新生儿疾病筛查和早诊早治的多环节、全链条、多层次的出生缺陷系统性防治工程，才能显著降低我国出生缺陷疾病发生率。建立和完善全链条防治系统工程，需要在孕前、产前及出生后各个相应环节，建立指南及临床路径，实现规范化管理，通过开展相关筛查和诊断技术质量控制评价，推动关键技术和关键理念创新研究，依托优势单位建立全国相关人员培训体系，并在一定地区实施数个出生缺陷综合防治干预服务包或策略包，发挥全国性示范效应。通过不同层面和不同纵深的三级防控措施的开展，相互配合支撑才能最终形成全国层面上的强有力的出生缺陷综合防治网络体系和系统管理工程，从整体上降低多种严重出生缺陷疾病发生。

专家简介

刘俊涛，主任医师，教授，博士生导师；现任北京协和医院妇产科副主任，妇产科产科中心主任兼妇产科学系副主任。长期从事产科危急重症的诊治，遗传咨询，多种常用产前诊断新技术的研究和临床应用。任国家卫生健康委员会全国产前诊断技术专家组成员，北京市产前诊断技术专家委员会委员，中国优生科学协会医学遗传学专业委员会第一届副主任委等。