徐曉菲,張雯柯,王莉,李娜,劉迎玉,李敏,張翊昕,范俊梅,姚元慶*
(1,中國人民解放軍總醫(yī)院婦產(chǎn)科,北京 100853;2,第四軍醫(yī)大學(xué)唐都醫(yī)院婦產(chǎn)科,西安 710038;3,天津南開大學(xué)醫(yī)學(xué)院研究生處,天津 300071)
植入前遺傳學(xué)診斷(PGD)主要指對通過體外受精(IVF)獲得的胚胎在植入子宮前進(jìn)行的遺傳學(xué)檢測,檢出攜帶致病基因和核型異常的胚胎,選擇正常胚胎植入子宮內(nèi),從而獲得健康胎兒的診斷方法。PGD 是輔助生殖與遺傳學(xué)診斷相結(jié)合而形成的一種孕前檢測技術(shù),為高風(fēng)險生育遺傳缺陷患兒的夫婦選擇性植入正常胚胎,一方面阻斷了遺傳性疾病的垂直傳播,減輕社會及家庭的負(fù)擔(dān);另一方面,避免了傳統(tǒng)產(chǎn)前診斷遺傳性疾病進(jìn)行的治療性流產(chǎn),羊膜腔穿刺等操作對孕婦帶來的身心傷害,更加適用于合并生育障礙的患者。目前,PGD 主要應(yīng)用于單基因遺傳病及染色體異常的檢測。
乳腺癌是女性發(fā)病率最高的惡性腫瘤之一,其死亡率在大多數(shù)國家占女性各類腫瘤首位。近年來其發(fā)病率在我國逐漸上升并呈年輕化趨勢。人類乳腺 癌 易 感 基 因(breast cancer susceptibility gene 1/2,BRCA1/2)是目前已知的乳腺癌高外顯率易感基因,與家族性、遺傳性的乳腺癌、卵巢癌密切相關(guān)。BRCA1/2基因同為抑癌基因,主要參與DNA 損傷修復(fù)及維護(hù)基因組完整。近年來對乳腺癌、卵巢癌高發(fā)家族分析表明,約5%~10%患者的發(fā)病與易感基因相關(guān)[1-2],其中,遺傳性乳腺癌和卵巢癌患者中約有60%~75%伴有BRCA1/2基因的突變[3-5],其突變屬于常染色體不完全顯性遺傳[6]。研究表明,BRCA1/2基因突變的攜帶者發(fā)生乳腺癌和卵巢癌的終身累計風(fēng)險分別達(dá)到40%~87%及16%~64%[7-10]。除此之外,近年來許多相關(guān)研究同樣表明,BRCA1/2基因的突變與結(jié)腸癌、胰腺癌、前列腺癌等其他癌癥的發(fā)病相關(guān)聯(lián)[11]。
對BRCA1/2基因突變進(jìn)行檢測,尋找其致病性的突變位點(diǎn),及時篩選出高危病患,有助于風(fēng)險評估和早期預(yù)防。另外,因突變?yōu)槌H旧w遺傳,雜合患者有50%的可能性將突變基因遺傳給后代,如生育攜帶BRCA1/2 突變基因的胎兒,是否選擇妊娠終止將會是家庭難以解決的問題,這一做法在許多國家無法獲得法律的許可。針對突變基因攜帶者選擇性進(jìn)行第三代試管嬰兒-植入前遺傳學(xué)診斷(PGD)能夠避免這一問題的發(fā)生,從根本上有效地阻斷遺傳性乳腺癌、卵巢癌的垂直傳播。
BRCA1/2基因的發(fā)現(xiàn)是乳腺癌臨床基因篩查的一個重要轉(zhuǎn)折點(diǎn),自此之后,越來越多存在乳腺癌/卵巢癌家族史的婦女開始尋求基因咨詢。1989年,Handyside等[12]成功運(yùn)用聚合酶鏈反應(yīng)(PCR)技術(shù)對高風(fēng)險傳遞X-連鎖隱性遺傳病的夫婦成功分析了卵裂球的性別構(gòu)成,并于1990年誕生了首例經(jīng)PGD 的健康嬰兒。隨著這一技術(shù)的逐漸穩(wěn)定,PGD 已逐步應(yīng)用于200多種單基因遺傳性疾?。?3]。目前,運(yùn)用PGD 方法使BRCA1/2突變攜帶者避免下一代高危易感基因風(fēng)險的技術(shù)方法已成功建立并證實(shí)可行。在以色列、比利時、西班牙、荷蘭等國家的生殖醫(yī)學(xué)實(shí)驗(yàn)室陸續(xù)開展了遺傳性乳腺癌/卵巢癌的PGD 相關(guān)研究[14-15]。相關(guān)法律法規(guī)逐漸建立并支持該研究的發(fā)展。2003 年歐洲人類生殖及胚胎學(xué)會(ESHRE)的法律及倫理工作小組放寬了PGD 指征:可以接受對于BRCA1/2基因突變一類的遲發(fā)性疾病執(zhí)行PGD[16];2006年5月,英國人類受精和胚胎學(xué)管理局(HFEA)準(zhǔn)許PGD 應(yīng)用于低外顯率遲發(fā)性遺傳性癌癥易感疾病,例如遺傳性乳腺癌卵巢癌綜合征(HBOC)[17]。社會學(xué)、倫理學(xué)家對BRCA1/2 基因植入前遺傳學(xué)診斷的遲發(fā)性、不完全外顯率以及倫理道德等各方面問題進(jìn)行了一系列 的 討 論,2007 年,Menon 等[18]通 過 調(diào) 查52 名BRCA 基因突變攜帶者稱,其中39人(75%)認(rèn)為可以接受并支持執(zhí)行PGD,贊同HFEA 的決議。
盡管越來越多的人們關(guān)注這一技術(shù)的發(fā)展,贊成其應(yīng)用,到目前僅有較少數(shù)對于BRCA 基因突變攜帶者PGD 的報道。2008 年,澳大利亞報道了第一例行BRCA1 基因突變PGD 后出生的健康男嬰[19];2009年,Sagi等[14]對10名以色列婦女進(jìn)行了植入前遺傳學(xué)咨詢(包括7 名無癥狀攜帶者及3名乳腺癌攜帶者),其中5名選擇執(zhí)行PGD,最終3位成功受孕。近期,荷蘭Derks-Smeets等[15]報道稱,對70對夫妻進(jìn)行了乳腺癌易感基因的PGD,其中包括男性攜帶者、無癥狀女性攜帶者以及乳腺癌患者,共720個胚胎在體外受精后進(jìn)行基因檢測,其中294(40.7%)個胚胎不攜帶BRCA1 或BRCA2突變,適合移植,最終有38名健康胎兒出生。然而,兩名攜帶BRCA1突變的婦女在PGD 后不久診斷為乳腺癌。輔助生殖-PGD 使用激素后的母體安全仍需要進(jìn)一步討論。
迄今為止,國內(nèi)雖已開展了許多單基因遺傳病PGD 相關(guān)實(shí)驗(yàn)研究,但尚未有BRCA1/2基因的臨床植入前遺傳學(xué)診斷的報道。
希望行BRCA1/2 突變基因PGD 的夫妻大多由于家庭成員中至少一人已發(fā)生乳腺癌或卵巢癌,或夫妻雙方至少有一人已檢測到BRCA1/2基因突變,因此,確定BRCA1/2基因突變攜帶者突變位點(diǎn)是進(jìn)一步遺傳診斷的前提。同時,應(yīng)盡可能對其他家庭成員進(jìn)行遺傳檢測,以明確基因相關(guān)聯(lián)的遺傳標(biāo)記,提高PGD 診斷準(zhǔn)確性。
進(jìn)行單基因疾病PGD 活檢建議選用ICSI受精,這一過程可以避免透明帶上粘附的其他精子導(dǎo)致的潛在污染[20]。PGD 的另一個重要環(huán)節(jié)是更加積極的卵巢刺激,通過控制性超排卵(COH)在超聲引導(dǎo)下提取大量成熟卵泡。ESHRE 數(shù)據(jù)顯示,在PGD 循環(huán)過程中,提取卵細(xì)胞的平均數(shù)量為15個[21]。Vandervorst等[22]建議,當(dāng)提取卵泡數(shù)不足6個時,應(yīng)適當(dāng)考慮取消PGD。根據(jù)ESHRE 提示,在診斷單基因遺傳病所進(jìn)行的PGD 活檢中,首選非接觸性激光法打開透明帶,避免化學(xué)方法對活檢可能產(chǎn)生的影響[23]。取材之后需將其在室溫下停留時間控制到最少,進(jìn)行單胚胎培養(yǎng)。
活檢一般選取第3天或6~8細(xì)胞期的卵裂球,此時細(xì)胞仍具有全能分化潛質(zhì),分析卵裂球DNA可以同時獲取來自父母雙方的遺傳信息,現(xiàn)已成為大部分PGD 中心的主要取材途徑。研究表明,活檢1~2個卵裂球不會影響胚胎發(fā)育[24]。除此之外,囊胚及極體活檢已成功應(yīng)用于如囊性纖維化、地中海貧血等多種單基因病的PGD[25]。對于BRCA1/2基因的其他活檢來源有待進(jìn)一步的研究。
1.巢氏PCR:PCR 是最早應(yīng)用于分析單細(xì)胞DNA 以診斷胚胎單基因遺傳性疾病的技術(shù)。巢氏PCR 具有內(nèi)外兩對引物,分兩步進(jìn)行反應(yīng),同時,外側(cè)產(chǎn)物能夠作為內(nèi)側(cè)引物PCR 所需模板,從而使內(nèi)側(cè)PCR 過程得以重復(fù)進(jìn)行,目的基因產(chǎn)量進(jìn)一步增加。Danuta 等[26]對 巢 氏PCR 及 全 基 因 組 擴(kuò) 增(whole genome amplification,WGA)用于BRCA1基因突變的PGD 檢測方法進(jìn)行了比較,結(jié)果提示巢氏PCR 靈敏度、特異度更高,而WGA 相對可重復(fù)性較低。
2.多重PCR:是指針對基因組多位點(diǎn)采用相互之間無作用的多對引物進(jìn)行混合,在同一PCR 反應(yīng)中可以同時擴(kuò)增。該方法同樣適用于非整倍體的檢測,已成為各PGD 中心主要采用的方法。通過同時分析多個短串聯(lián)重復(fù)序列(short tandem repeat,STR)進(jìn)行連鎖分析,可以有效降低等位基因脫扣(allele dropout,ADO),提高PGD 準(zhǔn)確率。
多態(tài)性連鎖標(biāo)記是指位于目的基因內(nèi)部或外部與基因緊密連鎖的短串聯(lián)重復(fù)序列,標(biāo)記的選擇需要對夫妻雙方以及其他家人(特別是患病家屬)進(jìn)行遺傳性分析。Ramon等[27]的研究運(yùn)用兩個標(biāo)記點(diǎn)對一個BRCA1 基因特異突變進(jìn)行了PGD;Drüsedau等[28]分 別 設(shè) 計 了6 個(BRCA1)和8 個(BRCA2)微衛(wèi)星標(biāo)記對突變攜帶者進(jìn)行檢測分析,對30對夫妻進(jìn)行了共47次PGD 周期,并有8人妊娠。研究表明,同時分析兩個連鎖基因位點(diǎn)可以把ADO 降 低 為 3.5%,同 時 分 析 三 個 可 降至1.5%[29]。
3.全基因組擴(kuò)增(WGA):PCR 技術(shù)以單細(xì)胞為模板,DNA 量少,擴(kuò)增效率低。WGA 旨在非選擇性的擴(kuò)增單細(xì)胞全部基因組,為遺傳檢測提供足量的樣本。在PGD 中最常用的是引物延伸預(yù)擴(kuò)增(primer extension preamplification,PEP)。PEP采用隨機(jī)組成的15 個堿基引物序列對基因組DNA進(jìn)行擴(kuò)增,為實(shí)現(xiàn)微量DNA 多基因位點(diǎn)分析和重復(fù)檢測提供了可能。1998年Wells等[30]研究表明,PEP能擴(kuò)增90%以上的基因組序列。目前,WGA技術(shù)已在假肥大性肌營養(yǎng)不良(DMD)、甲型血友病、囊性纖維化病等單基因遺傳病中成功應(yīng)用。
4.新 一 代 測 序 技 術(shù)(next-generation sequencing,NGS):DNA 測序技術(shù)的高速發(fā)展使得測序廣泛應(yīng)用于生物信息等各個研究領(lǐng)域,NGS主要通過將基因組DNA 分切為小片段DNA,在這些小片段DNA 分子末端連接測序接頭制備文庫,隨后通過對圖像采集分析獲得測序結(jié)果。單細(xì)胞全基因組測序正逐步應(yīng)用于植入前胚胎單基因遺傳病的篩查。
1.擴(kuò)增失敗:PGD 過程中,擴(kuò)增失敗率高是最主要的缺陷之一。單細(xì)胞PCR 有限的遺傳物質(zhì)數(shù)量要求研究人員必須盡可能優(yōu)化反應(yīng)條件,以增加擴(kuò)增準(zhǔn)確性。
2.污染:污染是PCR 反應(yīng)中的常見問題,PGD-PCR 中因模板量少需增加循環(huán)次數(shù),這一過程使得污染問題更為顯著。污染主要來自于活檢材料本身以及PCR 過程中使用到的設(shè)備和試劑。為減少污染所帶來的誤診風(fēng)險,每一樣本均需設(shè)立嚴(yán)格的陰性對照;卵裂球活檢在移入PCR 管前建議反復(fù)洗脫;配備專用器材;所有操作限定在無菌層流條件下進(jìn)行,盡可能地閉管操作以消除外源性污染。
3.等位基因脫扣(ADO):活檢胚胎中有一個等位基因未能完成擴(kuò)增,即出現(xiàn)ADO 現(xiàn)象,尤其是對于BRCA1/2基因一類的常染色體顯性遺傳,ADO的發(fā)生使得異常突變不能被檢出,將導(dǎo)致假陰性結(jié)果。多態(tài)性連鎖標(biāo)記是最常見規(guī)避ADO 的方法。除此之外,熒光PCR[31]、提高變性溫度、同時檢測兩個卵裂球均有報道可以降低ADO 率[32]。只有擴(kuò)增效率大于90%、ADO 率小于10%的PGD 技術(shù)才可以考慮應(yīng)用于臨床[28]。
4.針對BRCA1/2基因診斷的限制因素及個性化方案:BRCA1/2突變基因攜帶者雖然乳腺癌的終身發(fā)病率高,但關(guān)于攜帶者進(jìn)行PGD 的爭議仍然存在。因其遲發(fā)性及不完全顯性等問題,攜帶者可以對后代進(jìn)行定期檢查、盡早治療等措施干預(yù),限制了PGD 這一過程的選擇。另外,由于IVF存在妊娠率降低、卵巢刺激以及伴隨產(chǎn)生的高額費(fèi)用等問題,PGD 更加適用于并存不孕問題的攜帶者,以及在乳腺癌患者化療前進(jìn)行。有報道稱,攜帶BRCA1 突變的女性在PGD 后診斷為乳腺癌,PGD 周期期間對母體使用激素后的安全性問題不容忽視,有待進(jìn)一步完善[33]。
鑒于PGD 中單細(xì)胞遺傳物質(zhì)較少,單基因檢測要求敏感度更高的實(shí)驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)。單細(xì)胞多重PCR 結(jié)合多態(tài)性連鎖標(biāo)記的方法能夠最大程度地提高擴(kuò)增效率,降低擴(kuò)增失敗、等位基因缺失等帶來的陰性風(fēng)險,是檢測BRCA1/2基因的理想方法,已被廣泛用于BRCA1/2基因PGD[27-29]。因PGD 技術(shù)的局限性以及無可避免存在一定比例的誤診,進(jìn)行植入前診斷需保證患者知情同意,醫(yī)患雙方共同承擔(dān)診療選擇和決定的風(fēng)險,從而使PGD 技術(shù)遵循倫理學(xué)基本原則[34]。
近十幾年來我國乳腺癌發(fā)病率逐年上升,尤其在京津滬等大中城市,乳腺癌已居女性惡性腫瘤的首位且發(fā)病年齡趨于年輕[35]。隨著輔助生殖技術(shù)的逐漸推廣,能夠從植入前水平減少基因類疾病的遺傳,實(shí)現(xiàn)優(yōu)生優(yōu)育,減輕家庭及社會負(fù)擔(dān)。PGD對BRCA1/2基因突變遺傳預(yù)防具有重要的臨床意義。PGD 技術(shù)需要在不損害胚胎發(fā)育潛能的前提下,在有限的材料上進(jìn)行遺傳性分析,最終將檢測后無基因突變的胚胎植入適合妊娠的子宮中。這一復(fù)雜過程需要醫(yī)學(xué)遺傳學(xué)家、分子生物學(xué)家以及生殖醫(yī)學(xué)臨床專家的共同協(xié)作。目前,國外已有BRCA1/2基因突變攜帶者通過PGD 誕生無突變基因的健康胎兒的報道[19],而我國PGD 研究更是具有很大潛力。我們期待隨著分子生物學(xué)、生殖遺傳學(xué)、組織胚胎學(xué)等技術(shù)的不斷發(fā)展,建立起成熟準(zhǔn)確的BRCA1/2突變基因的PGD 技術(shù)。
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