孕期血浆游离DNA相关指标对不良妊娠结局预测价值的研究进展

梅凤琦，刘彦慧

(1.广东医科大学顺德妇女儿童医院,佛山 528300;2.广东医科大学,湛江 523808;3.深圳市罗湖区人民医院,深圳 518000)

自从在孕妇血浆中检测出游离胎儿DNA的存在,并发现其具有胎儿全部基因组序列片段的特点,由此开启并推动了无创产前检测技术(NIPT)的发展,使NIPT在临床中得到广泛应用。学者们除了通过NIPT分析胎儿染色体遗传病外,还致力研究血浆游离DNA(Cell-free DNA,cfDNA)与不良妊娠结局的关系,以期通过cfDNA相关指标来预测不良妊娠结局。

孕期cfDNA是包含游离母体DNA和游离胎儿DNA的混合物。游离胎儿DNA主要来自胎盘滋养细胞[1],也有可能来自被母体免疫系统破坏后的胎儿细胞的残留物[2]。常见的不良妊娠结局,如妊娠期高血压(GH)、子痫前期(PE)、妊娠期糖尿病(GDM)、胎儿生长受限(FGR)、早产等,通常表现为对胎盘甚至胎儿造成不可逆的影响,从而导致临床症状的发生。目前,不良妊娠结局病因尚未明确,所以早筛查、早发现、早预防对母婴健康尤为重要。近年来,国内外学者通过研究孕期cfDNA浓度、游离胎儿DNA分数、线粒体DNA(mtDNA)、核小体启动子等cfDNA相关指标与不良妊娠结局的关系,以期寻找能早期预测不良妊娠结局的相关指标。

一、cfDNA浓度

孕期cfDNA含有85%～90%的游离母体DNA和10%～15%的游离胎儿DNA,其中游离母体DNA主要来自于母体髓系/淋巴系细胞[3],游离胎儿DNA主要来自胎盘滋养细胞[1]。游离胎儿DNA最早可在孕4周时被检测出,其浓度随着妊娠进展而逐渐升高,并在孕32周之后显著升高。

1.cfDNA浓度与妊娠期高血压疾病(HDP):HDP是妊娠期特有疾病,根据不同程度可分为GH、PE、子痫、慢性高血压并发子痫前期、妊娠合并慢性高血压[4]。HDP在我国的发病率为9.4%～10.4%[4],其总死亡率可达10%～16%[5],是中国孕产妇主要死亡原因之一。HDP病因复杂,机制尚不明确,其基本病理生理改变是全身小血管痉挛,全身各系统各脏器灌注减少[4]。有研究发现,HDP患者孕早期的cfDNA浓度显著高于正常孕妇,每当cfDNA浓度增加1 ng/ml时,HDP的发生几率将增加至1.03倍,cfDNA浓度是HDP的独立危险因素之一[6]。Amaral等[7]对孕中期孕妇进行前瞻性研究也得出相似的结论,并发现当总cfDNA的浓度为160 ng/ml时,可用作诊断GH和PE的临界值,该浓度值对GH敏感性和特异性分别为71.6%和84.7%,对PE敏感性和特异性分别为82.4%和84.7%。由此可见,孕早、中期的cfDNA浓度对HDP有一定的预测价值。

PE是GH同时累及多器官病情加重的表现。在中国人群中,孕12～22周PE患者的总cfDNA浓度和游离胎儿DNA浓度显著高于正常孕妇,其中cfDNA浓度与PE风险呈正相关[8]。孕中、晚期cfDNA浓度能区分重度PE和HELLP综合征(以溶血、肝酶升高、血小板减少为特点的严重HDP)[9]。需要注意的是,GH伴轻度PE患者的cfDNA浓度与正常孕妇比较无显著差异[10]。然而,Rolnik等[11]研究发现,对孕妇特征和胎龄校正后,孕11～13周和孕20～24周孕妇的cfDNA浓度与PE无关。目前对于孕早期总cfDNA浓度能否预测PE仍有争议,但也有研究指出孕中期的游离胎儿DNA浓度与PE的严重程度相关[9-10]。

2.cfDNA浓度与GDM:GDM是指妊娠期间首次发现或出现糖尿病或糖耐量异常,以高血糖和高胰岛素血症为特征。随着我国糖尿病患者人数的快速增长以及生育政策调整后高龄产妇的增加,妊娠期高血糖已经成为妊娠期最常见的妊娠并发症[12],约占中国孕妇的7.4%～24.5%[13]。

Del Vecchio等[1]通过cfDNA甲基化程度观察到妊娠前3个月GDM孕妇的胎盘特异性cfDNA浓度显著增加。研究发现,虽然GDM孕妇cfDNA浓度增高,但cfDNA浓度并不是GDM的独立预测因子[6]。江鸿等[14]研究发现,GDM患者的游离胎儿DNA浓度和健康孕妇比较无显著差异。有研究发现,孕妇年龄是GDM的独立危险因素[15]。Yuan等[8]研究发现,≥35岁孕妇中,cfDNA浓度较高会增加患GDM的风险;但<35岁孕妇中,cfDNA浓度与患GDM的风险呈负相关,提示cfDNA浓度需要结合孕周和孕妇年龄联合分析才能对GDM有预测价值。

3.cfDNA浓度与FGR:FGR是一种异质性临床疾病,指受母体、胎儿、胎盘等病理因素影响,胎儿超声估测体重或腹围低于相应胎龄第10百分位[16],是导致围产儿患病和死亡的重要原因。基于德尔菲法研究达成的共识,FGR分为早发型和晚发型两种主要表型[17]。胎盘功能不全被认为是FGR和较差围产期结局的主要原因。有研究发现,在孕11～13周时,发生FGR孕妇的总cfDNA浓度和游离胎儿DNA浓度与正常孕妇比较无显著差异[18]。Rafaeli-Yehudai等[19]研究发现,胎盘介导发生FGR孕妇的孕晚期cfDNA浓度与健康孕妇比较无显著差异,但PE伴FGR孕妇的cfDNA浓度显著高于健康组。还有研究发现,在孕早、中期游离胎儿DNA浓度升高会增加FGR及PE伴FGR的发生风险[7,20]。目前,对于cfDNA浓度能否预测FGR仍有争议。

4.cfDNA浓度与早产:早产是指妊娠满28周而不足37周的分娩[4],占国内新生儿死亡原因的25%,是国内新生儿死亡的重要原因之一。有研究认为孕早期或孕中期的游离胎儿DNA浓度对早产没有明显预测价值[6,18],但早产患者的孕晚期的游离胎儿DNA浓度显著高于健康组[21-22]。史文静等[21]研究发现,有先兆早产的孕妇孕30周的游离胎儿DNA浓度显著高于健康组,其中3例有先兆早产的孕妇经有效治疗后,其游离胎儿DNA水平与健康组比较无显著差异,提示孕晚期的游离胎儿DNA浓度可以作为早产预测的指标,并评估早产的治疗效果。

二、血浆游离胎儿DNA分数

血浆游离胎儿DNA分数为游离胎儿DNA占母体总游离DNA的百分比。绝大部分孕妇在孕10周的游离胎儿DNA分数可超过4%,平均值约10%[23]。在孕10～20周期间,游离胎儿DNA分数每周增加约0.1%,当超过妊娠21周,游离胎儿DNA分数每周增加1%[23]。游离胎儿DNA分数受胎儿和孕妇的特征影响,其与母体身高、体重和体质量指数(BMI)呈负相关,与胎龄呈正相关[24]。

1.游离胎儿DNA分数与HDP:与cfDNA浓度不同的是,高游离胎儿DNA分数与HDP之间无显著相关性[25]。有研究发现,HDP患者的游离胎儿DNA分数显著低于对照组,但对HDP的预测价值意义不大[26-27]。但也有研究发现,孕早期和孕中期的低游离胎儿DNA分数与PE的高风险相关[28-29]。Gerson等[30]研究发现,在高龄患者中,妊娠前3个月低游离胎儿DNA分数对有较严重特征的PE和HDP有一定的提示风险作用,相对风险值分别达到3.3和1.6。以上结果表明,游离胎儿DNA分数预测HDP仍需要继续进一步研究。

2.游离胎儿DNA分数与GDM:Hopkins等[31]研究发现,GDM患者会出现低游离胎儿DNA分数,但干预BMI后,游离胎儿DNA分数与GDM之间无显著相关性。Yuan等[29]研究发现,低游离胎儿DNA分数与GDM无相关性,游离胎儿DNA分数的增加与GDM风险降低有一定关联。Suzumori等[26]研究发现,GDM患者孕早期的游离胎儿DNA分数与对照组比较无显著差异,利用游离胎儿DNA分数很难预测GDM。由于肥胖与糖尿病的发生高度相关,而游离胎儿DNA分数受孕妇的BMI影响较大,因此可能需要血浆游离胎儿DNA分数联合孕妇BMI预测GDM的发生。

3.游离胎儿DNA分数与FGR:国内研究发现,FGR患者的游离胎儿DNA分数与健康组比较无显著差异[32],但另外两项国外研究对FGR分型后分析发现,对于没有合并其他并发症的FGR患者,早发型FGR患者的孕早期游离胎儿DNA分数显著低于正常孕妇,并认为游离胎儿DNA分数可作为联合筛查模型中的额外标记[33-34]。

4.游离胎儿DNA分数与早产:不同孕期的游离胎儿DNA分数对预测早产的研究结论不尽一致。多项研究认为,孕早期的游离胎儿DNA分数不能预测早产的发生[26,30,32]。Yuan等[29]研究发现,孕13～26周低游离胎儿DNA分数会增加早产风险,低游离胎儿DNA分数与早期早产(<34周)显著相关,与晚期早产(34～36周)无显著相关。Guo等[24]研究发现,妊娠中期的游离胎儿DNA分数与随后的自发早产之间无明显相关性。因此,游离胎儿DNA分数联合妊娠相关蛋白(PAPP-A)、C-反应蛋白和碱性磷酸酶等血清标志物或许能提供更高的诊断价值,以确定是否有早产风险[26,30]。

三、mtDNA

mtDNA结构较简单且数量多[35],是氧化应激的主要来源,参与多种生理过程。在妊娠期间,胎盘发育需要大量的线粒体以满足胎儿需求。正常孕妇mtDNA的浓度随着孕周而变化,孕晚期mtDNA浓度显著高于孕早期和产后[36]。尽管在孕妇血浆中大部分mtDNA来自母体,但大约5%～20%的mtDNA来自胎儿/胎盘,提示利用mtDNA可推测或诊断与胎盘相关的不良妊娠结局。Williamson等[37]研究发现,线粒体功能障碍是PE氧化应激的危险因素,PE患者在孕15～20周期间mtDNA浓度显著增加。Busnelli等[38]研究发现,孕早期mtDNA拷贝数对PE伴FGR的诊断具有一定的预测价值。线粒体活性是维持体内葡萄糖稳态的重要因素,孕期线粒体功能障碍可能会导致系统性胰岛素抵抗的发展。McElwain等[39]研究发现,孕中期mtDNA浓度联合BMI可作为预测GDM发展的指标。

四、cfDNA核小体启动子

血浆cfDNA因受到核小体的保护而不被破坏。Snyder等[40]通过构建核小体基因图谱发现,核小体可反映其组织来源的信息,孕妇血浆cfDNA片段具有胎盘特异性,可推测启动子与胎盘相关的不良妊娠结局有关联。多项研究发现,不良妊娠并发症(PE、GDM、FGR和巨大儿)患者孕早期cfDNA的核小体在初始转录起始位点(简称“启动子”)与正常组相比存在多个差异基因,并通过差异基因的不同组合方式开发了预测分类器[41-42]。有研究发现,PE患者血浆中信号传导转录激活因子5A(STAT5A)启动子甲基化程度显著低于正常孕妇[43]。Erfanian等[44]研究发现,精氨酸加压素(AVP)启动子区多态性变异与PE相关,其等位基因变异可能增加PE风险。以上研究结果提示,cfDNA核小体启动子可作为预测不良妊娠结局的生物标志。

综上所述,孕期cfDNA随着孕周和孕妇基础状态的变化而变化,而不良妊娠结局的病因复杂,目前cfDNA各项指标(cfDNA浓度、游离胎儿DNA分数、mtDNA、核小体启动子等)对不良妊娠结局的预测价值不尽相同,单项指标的独立预测能力有限,需要联合孕妇年龄、BMI、孕周等情况综合判断才能获得更好的预测效果。