姜煜 潘敬新 郭東煒 艾陽 李榮 蔣瑋瑩 方群 郭奕斌
論 著
致死性侏儒癥p.R248C突變熱點的快速檢測和三例TD-Ⅰ型高危胎兒的快速產(chǎn)前診斷
姜煜1潘敬新2郭東煒3艾陽1李榮1蔣瑋瑩1方群4郭奕斌1
目的 針對致死性侏儒癥I型(thanatophoric dysplasia typeⅠ,TD-Ⅰ)FGFR3基因的突變熱點“p.R248C”,建立快速特異的酶切鑒定法(restriction endonuelease testing,RE)和擴(kuò)增受阻突變系統(tǒng)(amplification refractory mutation system,ARMS)/RE法,并應(yīng)用于后續(xù)3例疑似TD-I高危胎兒的快速產(chǎn)前診斷,以及時防止患胎出生,同時為今后的胚胎植入前遺傳學(xué)診斷(preimplantation genetic diagnosis,PGD)打下良好基礎(chǔ)。方法首先,針對突變熱點p.R248C突變前后的序列特點,選擇合適的內(nèi)切酶“Afe I”,建立酶切鑒定法。其次,設(shè)計雙錯配堿基特異引物結(jié)合Apa LI酶切,建立ARMS/RE雙重特異鑒定法。對陰性和陽性結(jié)果均再用普通引物擴(kuò)、測的結(jié)果進(jìn)行驗證。結(jié)果用Afe I酶切FGFR3基因exons(6-7)普通引物的PCR產(chǎn)物(535 bp),正常對照及非p.R248C突變的TD病例均能被切成255 bp和280 bp 2個片段,而胎1~胎3均切出255 bp、280 bp和535 bp 3個片段。用特異引物E7(p.R248C)擴(kuò)增,正常對照和非p.R248C突變的TD病例均擴(kuò)增陰性,無法進(jìn)一步做酶切鑒定;而p.R248C突變均擴(kuò)增陽性,當(dāng)再用Apa LI酶切PCR產(chǎn)物(365 bp)時,胎1~胎3均切出22 bp和343 bp 2個片段。通過引物擴(kuò)、測結(jié)果顯示:胎1~胎3均是p.R248C雜合突變。結(jié)論該法快速特異、準(zhǔn)確可靠,可用于p.R248C突變熱點的快速檢測及含該突變高危胎兒的快速產(chǎn)前診斷。該法還可用于含p.R248C突變TD-I型家系的PGD。胎1~胎3都是TD-I患胎,建議盡早終止妊娠。
致死性侏儒癥I型;FGFR3基因;p.R248C突變;ARMS/RE法;快速檢測;產(chǎn)前基因診斷
致死性侏儒癥(thanatophoric dysplasia,TD,MIM187600)又稱致死性骨發(fā)育不良,是一種先天性、致死性的新生兒骨發(fā)育不良病,為常染色體顯性(autosomal dominant,AD)遺傳,該病主要表現(xiàn)為四肢顯著短小,肋骨極短,胸廓極度狹窄,四肢外旋或外展,呈蛙式體態(tài),腹部膨脹,巨顱,前額隆凸,腦部畸形等[1-4]。新生兒發(fā)生率國內(nèi)報道約為 1/40 000[3],國外報道為 1/20 000~1/50 000[5]?;继ザ喟胩ニ栏怪谢蛴诔錾蟛蛔?4 h即因重癥急性呼吸衰竭而夭折。TD分TD-I和TD-II 2型,其中,TD-I型約占85%,主要表現(xiàn)為股骨短而彎曲,無三葉草狀顱骨[6];TD-II型約占 15%,長骨短、彎曲及椎骨扁平均較I型為輕,患兒股骨較直,顱骨為典型三葉草狀[7]。不同類型或同一類型的不同患者,其病程進(jìn)展是不同的[8-9],但一年存活率幾乎為 0[10]。
TD是由成纖維細(xì)胞生長因子受體3(fibroblast growth factor receptor 3,F(xiàn)GFR3)基因發(fā)生病理突變所致,目前已報道的FGFR3基因的突變類型有12種[6-7]。其中p.R248C錯義突變?yōu)門D-I最高發(fā)的致死突變,突變率高達(dá)55%以上[11]。因此針對該突變熱點,建立快速特異檢測方法具有重要的實用價值。本文對高發(fā)突變的TD病例進(jìn)行了詳細(xì)的方法學(xué)研究,并應(yīng)用所建立的快速特異檢測法對3例疑似TD-I型的高?;继ミM(jìn)行了快速產(chǎn)前診斷,均獲得成功。
1.1 研究對象
近年來,我室先后接診疑似TD-I的高危胎兒多例,這些病例、家系分別來自廣東、甘肅、黑龍江、河南等地,由各附屬醫(yī)院轉(zhuǎn)診而來,本文重點介紹其中3例。其中,家系3曾引產(chǎn)多次。各病例產(chǎn)前超聲檢查資料如下所述。
【病例1】孕婦23歲,妊娠22周,2011年超聲檢查發(fā)現(xiàn):胎兒雙頂徑55 mm,頭圍195 mm,胸圍120 mm,腹圍171 mm,胸圍/腹圍=0.7,股骨長 16 mm,羊水最大深度42 mm。胎兒雙頂徑、頭圍與孕周相符,但胸廓狹小,股骨短而彎曲,擬診TD。
【病例2】孕婦24歲,妊娠23+3周,2014年5月超聲測值:胎兒雙頂徑63 mm,頭圍227 mm,腹圍233 mm,股骨長徑17 mm,肱骨長徑16 mm,羊水最大前后徑62 mm。胎兒超聲結(jié)構(gòu)描述:胎兒四肢可見,雙側(cè)股骨、脛腓骨、肱骨、尺橈骨均縮短。省級醫(yī)院二維+彩超+三維復(fù)查結(jié)果:胎兒發(fā)育相當(dāng)于22孕周。胎兒多發(fā)異常:(1)軟指標(biāo)異常:鼻骨缺失,枕后皮層增厚。(2)骨骼系統(tǒng)異常:四肢極短小,彎曲(相當(dāng)于15周);頭型異常——苜宿草狀;胸廓狹??;脊柱向右側(cè)側(cè)彎;雙手、雙足小。擬診TD。
【病例3】孕婦前后共孕育3次患胎,本次實驗樣品取自第三胎。第一胎于2011年行超聲檢查:中孕期胎兒彩超,Ⅲ級產(chǎn)前超聲檢查:雙頂徑70 mm(28周),頭圍245 mm,胸圍132 mm,腹圍 200 mm(24周),股骨長徑23 mm(17周),肱骨長徑20 mm(16周),足長40 mm,羊水指數(shù)211 mm。超聲結(jié)構(gòu)描述:頭顱增大,前額前凸;胸腔狹窄,胸圍縮小,心胸比值增大(〉0.6),腹部相對膨隆,胸圍/腹圍比值縮?。ā?.89);胎兒四肢各長骨均可見,但雙手呈握拳狀,長骨明顯縮短、彎曲,所有長骨長度均低于正常值的4倍標(biāo)準(zhǔn)差;羊水偏多。提示致死性骨發(fā)育不全改變。第二胎于2013年行超聲檢查:中孕期胎兒彩超,Ⅲ級產(chǎn)前超聲檢查:雙頂徑55 mm,頭圍200 mm,腹圍180 mm,股骨長徑40 mm,肱骨長徑39 mm,羊水指數(shù)150 mm。超聲估計平均胎齡:22周4天,胎兒體重(532±135)g。胎兒四肢各長骨均可見,但雙手呈握拳狀。第三胎于2014年行超聲檢查:中孕期胎兒彩超,Ⅲ級產(chǎn)前超聲檢查:雙頂徑62 mm,頭圍215 mm,腹圍187 mm,股骨長徑22 mm,肱骨長徑19 mm,羊水指數(shù)218 mm。超聲結(jié)構(gòu)描述:頭顱增大,胸腔狹窄,胸圍縮小,雙肺隱約可見,肋骨明顯縮短,腹部相對膨隆。胎兒四肢各長骨均可見,但雙手呈握拳狀,長骨明顯縮短、彎曲,所有長骨長度均低于正常值的4倍標(biāo)準(zhǔn)差;羊水位于該孕周第96百分位數(shù)。擬診TD。
本論文研究已得到中山大學(xué)倫理委員會的批準(zhǔn),所有受檢者均完全知情同意。
1.2 實驗方法
1.2.1 DNA模板的制備
胎兒標(biāo)本(羊水或臍血)和正常對照標(biāo)本DNA的提取,按試劑盒說明書的步驟操作或采用本室已建立的方法進(jìn)行[12-13]。
1.2.2 普通引物和特異引物的設(shè)計及PCR擴(kuò)增
以NM_000142作為FGFR3基因的參考序列,用Primer Premier 5.0軟件自行設(shè)計引物。普通引物的名稱、序列及擴(kuò)增條件見表1。特異引物的設(shè)計思路:根據(jù)擴(kuò)增受阻突變系統(tǒng)(amplification refractory mutation system,ARMS)[13]原 理 ,針 對c.742C〉T/p.R248C突變后的序列為“……GTGCTCCCCGCACCGGCCCATCC……”,我們?nèi)藶樵黾右粋€錯配堿基,把下游引物設(shè)計成能被“Apa LI”內(nèi)切酶識別的特異引物“GTGCACCCCGCACCGGCCCATCC”,其中“GTGCAC”正好能被 Apa LI(G TGCAC)酶解。特異引物的名稱、序列及擴(kuò)增條件見表1。引物由北京六合華大基因科技有限公司廣州分公司合成,聚丙烯酰胺凝膠電泳(polyacrylamide gel electrophoresis,PAGE)純化。
表1 FGFR3基因exon 7的普通引物和特異引物及PCR條件Table 1 Common primer and specific primer of exon 7 inFGFR3gene and PCR condition
1.2.3 酶切鑒定(restriction endonuelease tesing,RE)
1.2.3.1 普通引物PCR產(chǎn)物的Afe I酶切鑒定
取正常對照、非p.R248C突變的TD病例、胎1~胎3共5個樣品的普通引物的PCR產(chǎn)物各7 μL,然后在每一管中依次加入 Buffer(10×)2 μL、Afe I(10 U/μL)1 μL,補充三蒸水至 20 μL,于37℃酶切 30~60 min,然后 65℃ 20 min終止反應(yīng),所得酶切產(chǎn)物用1%瓊脂糖凝膠電泳。
1.2.3.2 特異引物PCR產(chǎn)物的Apa LI酶切鑒定(ARMS/RE法)
取擴(kuò)增陽性(胎1~胎3)的PCR產(chǎn)物各7 μL,然后依次加入 Buffer(10×)2 μL、Apa LI(10 U/μL)1 μL、補充三蒸水至 20 μL,于 37℃酶切 2~3 h,然后于65℃20 min終止酶切,所得酶切產(chǎn)物用1.8%~2%瓊脂糖凝膠電泳。
1.2.4 測序鑒定
將普通引物及特異引物的擴(kuò)增產(chǎn)物交北京六合華大基因科技有限公司廣州分公司用ABI PRISM 3730型測序儀完成雙向測序。
2.1 普通引物的PCR產(chǎn)物的Afe I酶切結(jié)果
如圖1所示,泳道lane簡寫成L,L1:100 bp Marker,L2、L4、L6、L8、L10 分別是N(正常標(biāo)本)、M(非 p.R248C 突變)、胎 1(F1)、胎 2(F2)、胎 3(F3)用普通引物擴(kuò)增的產(chǎn)物(535 bp),L3、L5、L7、L9、L11分別是N、M、F1、F2、F3用Afe I酶切的結(jié)果。正常和非p.R248C突變序列能被酶解,均切成255 bp和280 bp 2個片段(L3和L5),而p.R248C的突變序列無法被酶解,所以雜合子經(jīng)Afe I酶切后,均產(chǎn)生 255 bp、280 bp和535 bp 3個片段(L7、L9和L11)。
圖1 AfeI酶切鑒定p.R248C突變Figure 1 Enzyme identification of p.R248C mutation withAfeI
2.2 特異引物的PCR產(chǎn)物的Apa LI酶切結(jié)果
如圖 2所示,M:100 bp Marker;L1:正常對照(擴(kuò)增陰性);L2、L4、L6:胎1、2、3(雜合子,未切);L3、L5、L7:胎 1、2、3(雜合子,已切);L8:非p.R248C突變的病例(擴(kuò)增陰性)。特異引物的擴(kuò)增產(chǎn)物為365 bp,3例患胎酶切后均產(chǎn)生22 bp和343 bp 2個片段。
2.3 測序結(jié)果
2.3.1 普通引物的測序結(jié)果
見圖3,①~④依次是:正常對照、胎1、胎2、胎3的FGFR3 E(6-7)部分序列比對圖。①的正常對照為純合序列C/C,②~④的胎1~胎3均為雜合序列C/T。經(jīng)分析證實,患胎1~3的FGFR3基因均存在c.742C〉T/p.R248C雜合突變,為已報道的TD-I型的致病性突變。
圖2 Apa LI酶切鑒定p.R248C突變Figure 2 Enzyme identification of p.R248C mutation withApaLI
圖3 普通引物擴(kuò)增產(chǎn)物的部分正向序列比對圖Figure 3 The partial forward sequence alignment figure of the products amplified by using common primers
2.3.2 特異引物的測序結(jié)果
如圖4所示,圖4的①~③分別代表:普通引物的正常純合序列(為C,T)、普通引物的雜合突變序列(為C/T,T)、特異引物的雙錯配序列(為T,A)。第③排PCR產(chǎn)物的第312~317 bp含有我們設(shè)計的Apa LI單切點G TGCAC。“T”是突變的堿基,“A”是我們?nèi)藶殄e配的。從上述結(jié)果來看,經(jīng)過特異引物擴(kuò)增后,單錯配的突變序列就會轉(zhuǎn)變成含有Apa LI酶切位點的新序列,從而為隨后的酶切鑒定奠定了基礎(chǔ)。
圖4 普通引物和特異引物的擴(kuò)增產(chǎn)物的測序結(jié)果Figure 4 The sequencing results of the products amplified by using the common primer and specific primer respectively
TD-I型是一種先天性、致死性的AD遺傳的短肢畸形病,通常胎死腹中或出生后不久即夭折。本病具有較典型的臨床、影像學(xué)和病理學(xué)特征。超聲檢查是目前產(chǎn)前診斷本病的主要方法,但容易把TD與成骨不全Ⅱ型(osteogenesis imperfecta typeⅡ,OI-Ⅱ)、Ⅷ型(osteogenesis imperfecta typeⅧ,OI-Ⅷ)、軟骨不發(fā)育Ⅰ型和Ⅱ型(achondrogenesis typeⅠand typeⅡ,ACG-Ⅰ和ACG-Ⅱ)、窒息性胸廓發(fā)育不良(asphyxiating thoracic dysplasia,ATD)等相混淆,故需產(chǎn)前基因檢測方能確診。TD-I型危害嚴(yán)重,至今尚無有效的治療措施,快速檢出突變、闡明病因進(jìn)而對高危胎兒實施產(chǎn)前基因診斷是目前確診及防治該病的最佳應(yīng)對策略,也是開展早期產(chǎn)前診斷和胚胎植入前診斷的必要前提條件。
雖然本病多為散發(fā)病例,但近年來我室發(fā)現(xiàn)不少有遺傳背景的家系,如家系3父母曾連續(xù)數(shù)胎孕育致死性侏儒癥患胎,推測與父或母的生殖腺存在雜合突變嵌合體有關(guān)。對于有遺傳背景的家系來說,自然受孕生出TD-I患胎的風(fēng)險非常大,因此,最好采用胚胎植入前遺傳學(xué)診斷(preimplantation genetic diagnosis,PGD)方法輔助生育。而進(jìn)行PGD對檢測時間有嚴(yán)格要求,需在24 h內(nèi)完成遺傳病的診斷,否則會影響植入和胚胎的存活,雖然目前已有新技術(shù)可采取囊胚期取卵裂球進(jìn)行檢測,延長了胚胎體外檢測的時間,然而對于那些要求或需要在卵裂期植入胚胎的診斷來說則仍需嚴(yán)格控制時間,RE鑒定以及ARMS/RE雙重特異鑒定全程只需3~4 h即可作出確診,大大節(jié)省了檢測時間,故特別適用于PGD。此外,由于TD-I是致死性的侏儒癥,通常都要引產(chǎn),故若能越早確診,就越能減輕引產(chǎn)對孕婦的身心傷害。
建立RE法,是根據(jù)R248C突變前后序列的改變導(dǎo)致了酶切點的改變而設(shè)計的。對于E(6-7)普通引物來說,擴(kuò)增產(chǎn)物為535 bp,突變前的正常序列是“CACAGAGCGCTCCCCG”(含有一個Afe I“AGCGCT”酶切位點,能被Afe I切開),而發(fā)生c.742C〉T突變后,序列變?yōu)椤癆GTGCT”,該Afe I酶切位點消失,故正常序列可被切出255 bp和280 bp 2個片段,而純合突變無法被酶解,仍是535 bp;雜合子可切出255 bp、280 bp、535 bp 3個片段。因此實驗結(jié)果中雜合患胎會顯示3個片段。因此,用此酶即可鑒定有無p.R248C突變以及突變是雜合突變還是純合突變。此處正常樣品是作為陽性對照,而純合突變作為陰性對照。
建立ARMS法,是因為它特異、快速、廉價,一次PCR即可鑒定。特異引物的擴(kuò)增產(chǎn)物為365 bp,該引物對于突變序列來說,僅有1個堿基(即T〉A(chǔ))是錯配的,而對于正常序列來說,則有2個堿基的錯配(即C〉T和T〉A(chǔ))。因此在控制好擴(kuò)增條件時,就能讓單錯配的突變序列擴(kuò)增陽性,而雙錯配的正常序列擴(kuò)增陰性。陽性產(chǎn)物由于含有能被Apa LI識別的酶切位點(G TGCAC),因此擴(kuò)增后可進(jìn)一步用Apa LI作酶切鑒定,以提高其準(zhǔn)確性和可靠性。又由于雜合子突變其中一條是正常序列,無擴(kuò)增產(chǎn)物,故雜合突變和純合突變一樣,酶切后均是產(chǎn)生22 bp和343 bp 2個片段。若要鑒定雜合突變和純合突變,則可用普通引物鑒定,結(jié)果如上所述。
對于酶切鑒定,現(xiàn)有快切酶,5~10 min即可完成鑒定,故只要試劑質(zhì)量保證,用上述二法均可在半天內(nèi)完成高危胎兒的快速產(chǎn)前診斷,尤其對于沒有測序儀的基層單位特別適用,因此本法具有推廣應(yīng)用價值。
本文關(guān)于RE及ARMS/RE法的成功建立和產(chǎn)前診斷的成功實施為今后繼續(xù)開展本病以及其他相關(guān)遺傳性骨病的快速產(chǎn)前基因診斷積累了寶貴的經(jīng)驗,奠定了良好的基礎(chǔ)。
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Fast detection of thanatophoric dysplasia typeⅠp.R248C mutation hot spots and rapid prenatal diagnosis of three TD typeⅠhigh-risk fetuses
JIANG Yu1,PAN Jingxin2,GUO Dongwei3,AI Yang1,LI Rong1,JIANG Weiying1,F(xiàn)ANG Qun4,GUO Yibin1
(1.Department of Medical Genetics,Zhongshan School of Medicine,SUN Yat-sen University,Guangzhou,Guangdong,China,510080;2.Department of Internal Medicine,the Second Affiliated Hospital,F(xiàn)ujian University of Medical Science,Quanzhou,F(xiàn)ujian,China,362000;3.Clinical Medicine,Medical College,Xiamen University,Xiamen,F(xiàn)ujian,China,361102;4.Fetal Medicine Center,the First Affiliated Hospital,Sun Yat-sen University,Guangzhou,Guangdong,China,510080)
Objective To build up the specific rapid methods of RE and ARMS/RE for mutation hotspot“p.R248C”in the FGFR3 gene of thanatophoric dysplasia type I(TD-I),then use the method for rapidprenatal diagnosis of 3 follow-up high-risk fetuses of TD-I to stop the birth of suffering fetuses,at the same time,lay a good foundation of preimplantation genetic diagnosis(PGD)for the future. Methods First,according to the characteristics of the sequence of the mutation hot spot p.248C before and after mutation,the appropriate enzyme“Afe I”was selected to establish the identification method of enzyme digestion.After that,specific primers of double mismatch bases were devised,combining the method of digestion of Apa LI(ARMS/RE)to achieve the double identification.In the end,the sequences obtained by common primers were used to verify the negative and positive results through DNA sequencing. Results For the normal control and the patient without p.R248C mutation of TD-I,PCR products(535 bp)of exons(6-7)of FGFR3 gene,amplified by common primers,could be digested into 2 fragments(255 bp and 280 bp)by Afe I.However,for fetuses 1~3,the PCR products could be digested into 3 fragments(255 bp,280 bp and 535 bp).The normal control and the patient without p.R248C mutation of TD-I were negative using the specific primers E7(p.R248C),which could not be further identified by enzyme digestion.For the fetuses with p.R248C mutation of TD-I,PCR products(365 bp)of exon 7 of FGFR3 gene,amplified by specific primers,could be digested by Apa LI and all the digested products were 22 bp and 343 bp.Sequencing results of common primers’products indicated:fetuses 1~3 were p.R248C heterozygous mutation. Conclusions The method is fast,accurate and reliable,which can be available for the fast detection of mutation hot spot p.R248C and the rapid prenatal diagnosis of high-risk fetus with p.R248C mutation.This method can also be applied to PGD of high-risk fetus of TD-I with the mutation“p.R248C”.For the 3 high risk fetuses have been diagnosed with TD-I,the clinic suggested termination of pregnancy as soon as possible.
Thanatophoric dysplasia type I;FGFR3 gene;p.R248C mutation;ARMS/RE;Fast detection;Prenatal gene diagnosis
閩粵合作科研基金(71010025)
1.中山大學(xué)中山醫(yī)學(xué)院醫(yī)學(xué)遺傳室,廣東,廣州510080
2.福建醫(yī)科大學(xué)附屬第二醫(yī)院內(nèi)科,福建,泉州362000
3.廈門大學(xué)醫(yī)學(xué)院臨床醫(yī)學(xué)專業(yè),福建,廈門361102
4.中山大學(xué)附屬一院胎兒醫(yī)學(xué)中心,廣東,廣州510080
郭奕斌,E-mail:aguoabin@qq.com
注:姜煜和潘敬新為并列第一作者