向萍霞 張池 胡晞江 汪明
1華中科技大學(xué)同濟(jì)醫(yī)學(xué)院附屬武漢兒童醫(yī)院(武漢市婦幼保健院)(武漢430016);2武漢大學(xué)人民醫(yī)院檢驗(yàn)科(武漢430060)
妊娠不足28周、胎兒體重不足1 000 g而終止者,稱為流產(chǎn),發(fā)生在妊娠12周前者稱為早期流產(chǎn)。胚胎著床后31%發(fā)生自然流產(chǎn)(spontaneous abortion,SA),其中80%為早期流產(chǎn)[1],有2次及2次以上流產(chǎn)經(jīng)歷的被稱為復(fù)發(fā)流產(chǎn)(recurrent miscarriage,RM)。染色體異常是自然流產(chǎn)最常見的原因[2],45%~70%的偶發(fā)性流產(chǎn)是基因異常引起的,在復(fù)發(fā)性流產(chǎn)中的比例為25%~57%[3]。微陣列比較基因組雜交技術(shù)(array-based comparative genomic hybridization,aCGH)是一種高效的全基因組范圍分析拷貝數(shù)變異(copy number variants,CNVs)的分子診斷工具,被認(rèn)為是傳統(tǒng)細(xì)胞核型分析的有力替代工具[4],并且無需進(jìn)行細(xì)胞培養(yǎng),分辨率高。將aCGH芯片應(yīng)用于臨床檢測流產(chǎn)絨毛,國內(nèi)外都有文獻(xiàn)報(bào)道[5-8],應(yīng)用該技術(shù)除了可以檢測出染色體異常外,還可以檢測出微缺失和微重復(fù)序列,也就是拷貝數(shù)變異(CNVs)。
有文獻(xiàn)報(bào)道SA組和RM組在染色體異常(類型和組成)的遺傳背景上有統(tǒng)計(jì)學(xué)差異[9],他們的研究只采用的傳統(tǒng)的細(xì)胞核型分析,由于方法學(xué)的限制,有可能漏掉一些未檢測出的異常,我們采用Affimetrix公司的CytoScan optima全基因組芯片,對120例臨床診斷的早期自然流產(chǎn)及復(fù)發(fā)流產(chǎn)的絨毛組織進(jìn)行檢測,旨在更全面的探討早期流產(chǎn)和復(fù)發(fā)流產(chǎn)的遺傳背景差異。
1.1 研究對象選擇2016年6月至2017年12月間在武漢市婦幼保健院就診的患者,收集不明原因早期流產(chǎn)和復(fù)發(fā)流產(chǎn)組織物120例,孕周6~12周?;颊吣挲g22~41歲,平均(31.28±5.17)歲,孕次1~4次。早期流產(chǎn)組58例,復(fù)發(fā)流產(chǎn)組62例,患者均簽署知情同意書。
1.2 研究方法
1.2.1 Array-CGH檢測方法應(yīng)用Affimetrix公司的CytoScan optima全基因組芯片掃描技術(shù)檢測全基因組CNVs。按試劑盒說明書操作,先后加入20 μL Protease K溶液、200 μL樣本和200 μL緩沖液AL,震蕩混勻后56℃溫育10 min,加入200 μL無水乙醇,漂洗2次;加入配制好的消化試劑消化,隨后加入配制的連接試劑連接,然后進(jìn)行PCR擴(kuò)增、提純、定量,加入片段化試劑進(jìn)行DNA片段化處理;將DNA溶液標(biāo)記后加入雜交試劑95℃10 min后,49℃孵育至少10 min,加200 μL 處理好的樣本載入到芯片中,置于密閉雜交盒中50℃16~18 min進(jìn)行雜交反應(yīng);洗染芯片后掃描分析。用Affimetrix GeneChip Scaner生成原始文件,通過AGCC軟件芯片圖像顯示分析,利用軟件Affimetrix Chromosome Analysis SuiteSoftware分析結(jié)果。
1.2.2 統(tǒng)計(jì)學(xué)方法早期流產(chǎn)和復(fù)發(fā)流產(chǎn)的遺傳背景統(tǒng)計(jì)學(xué)差異采用χ2檢驗(yàn)(Fisher′s確切概率法),以P<0.05為差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義,統(tǒng)計(jì)軟件是SPSS 19.0。
2.1 Array-CGH基因分析結(jié)果120例早期流產(chǎn)和復(fù)發(fā)流產(chǎn)絨毛樣本全部成功獲得芯片檢測結(jié)果,成功率100%。檢測出異常染色體67例,異常率為55.8%(67/120)。其中以非整倍體為最多,共62例,檢出率為51.7%(62/120)。CNVs有7例,檢出率為5.8%(7/120),其中單純性CNVs 4例,非整倍體合并CNVs 2例。還檢出1例單親二倍體(UPD)。芯片結(jié)果統(tǒng)計(jì)見表1。
表1 120例流產(chǎn)絨毛array-CGH基因芯片分析結(jié)果Tab.1 Array-CGH results of 120 cases choronic villus samples例
2.2 早期流產(chǎn)和復(fù)發(fā)流產(chǎn)的芯片結(jié)果差異比較(按年齡分組)將120例早期流產(chǎn)和復(fù)發(fā)流產(chǎn)絨毛樣本的芯片檢測結(jié)果按照年齡分組,進(jìn)行組間結(jié)果的詳細(xì)比較,在各組間均未發(fā)現(xiàn)差異具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義的差異,見表2。
3.1 絨毛染色體微陣列比較基因組雜交檢測成功率高傳統(tǒng)的流產(chǎn)絨毛檢測方法由于受細(xì)胞污染的影響,有的樣本絨毛細(xì)胞無法成功貼壁,檢測成功率不高,筆者實(shí)驗(yàn)室的檢出率為51.9%[10]。Array-CGH芯片可以直接對流產(chǎn)絨毛提取DNA進(jìn)行檢測,不需要進(jìn)行細(xì)胞培養(yǎng),成功率為100%。
3.2 全基因組拷貝數(shù)變異(CNVs)微陣列比較基因組雜交技術(shù)(array-based comparative genomic hybridization,array-CGH)是近幾年開始在臨床上應(yīng)用的一種高效的分子核型分析技術(shù),無需進(jìn)行細(xì)胞培養(yǎng),直接提取DNA樣本進(jìn)行全基因組拷貝數(shù)變異(copy number variants,CNVs)檢測,并將變異準(zhǔn)確定位到染色體上,達(dá)到基因水平檢測。CNVs是指在人類基因組中廣泛存在的從1 000堿基對(base pairs,bp)到數(shù)百萬bp范圍的缺失、插入、重復(fù)和復(fù)雜多位點(diǎn)的變異,表現(xiàn)為二倍體重復(fù)或者三倍體重復(fù)以及缺失。重復(fù)或缺失的CNVs可改變基因的結(jié)構(gòu),進(jìn)而對其表達(dá)產(chǎn)生影響,可能引起相應(yīng)的病理表型。CNVs目前分為致病性CNVs、非致病性CNVs以及臨床意義不明確的CNVs三類。本研究中所采用的Affymetrix公司的芯片是全球唯一通過FDA/CFDA/CE認(rèn)證的基因芯片掃描系統(tǒng),本研究采用的CytoScan optima全基因組芯片總共包含315 608個探針,覆蓋對照、拷貝數(shù)(copy number,CN)和單核苷酸多態(tài)性(single nucleotide polymorphism,SNP)探針。其中總共有180,18個CN和148 450個SNP標(biāo)記,在基因組中均勻分布,并重點(diǎn)加密了396個產(chǎn)前相關(guān)的基因區(qū)域。通過SNP和非多態(tài)性探針的結(jié)合,此芯片可應(yīng)用于產(chǎn)前及流產(chǎn)物樣本中CNVs的檢測,等位基因不平衡的檢出等。本研究中檢測出異常染色體67例,異常率為55.8%(67/120)。其中以非整倍體為最多,共62例,檢出率為51.7%(62/120)。CNVs有7例,檢出率為5.8%(7/120)。其中有位于DiGeorge Syndrome疾病區(qū)域的致病性 CNVs[11];有臨床意義不明確[12],位于Xp22.31區(qū)的1.68 Mb片段重復(fù),該片段也有報(bào)道為可引起嚴(yán)重神經(jīng)系統(tǒng)疾?。?3]等幾種CNVs??傮w來看,本研究檢測出的變異率比李穎等[5]報(bào)導(dǎo)的比例(10/43)低,可能是因?yàn)樗麄兊难芯恐邪捞サ臉颖?。GAO等[4]對早期自然流產(chǎn)的絨毛染色體進(jìn)行了常規(guī)細(xì)胞培養(yǎng)、FISH和aCGH檢測的方法學(xué)比對研究,他們報(bào)道在100例樣本中,培養(yǎng)失敗14例,F(xiàn)ISH和aCGH檢測成功率都是100%,他們只檢測出1例CNVs。其余結(jié)果中 16-三體、21-三體、18-三體、22-三體以及45,X單體、性染色體異常的三倍體等的檢出率和本研究都比較相似。他們認(rèn)為微小突變在他們的研究結(jié)果中比例不高,可能是由于有些微小突變并無致死性。SHEN等[14]對436例絨毛樣本進(jìn)行aCGH和第二代測序的全基因組對比研究,他們測出的CNVs比例為5.3%(23/436),和我們的結(jié)果5.8%是比較接近的。邢長英等[15]通過高通量基因測序技術(shù)對胚胎停育行清宮術(shù)的絨毛組織進(jìn)行分析,認(rèn)為流產(chǎn)組織中,微重復(fù)占81.3%,微缺失僅占18.8%,提示胚胎染色體的微重復(fù)可能更容易影響胚胎早期發(fā)育,導(dǎo)致妊娠早期的胚胎停育。本研究中檢測出1例單親二倍體(uniparental disomy,UPD),是同源染色體來自同一親體的情況。UPD在人群中的發(fā)生率大概為1/3 500[16]。對于UPD,即使采取常規(guī)培養(yǎng)制片成功,核型報(bào)告只能報(bào)告46,XX,不能檢測出異常,只能用分子遺傳學(xué)方法予以診斷和分析。本研究中有1例臨床診斷為“胎兒宮內(nèi)發(fā)育遲緩”的樣本,經(jīng)芯片檢測全基因組范圍內(nèi)未見明顯基因缺失?!疤簩m內(nèi)發(fā)育遲緩”現(xiàn)稱“胎兒宮內(nèi)生長受限”,有母體和胚胎兩方面因素影響,本研究中只涉及一例,后續(xù)研究將擴(kuò)大樣本進(jìn)行深入探討。
表2 早期流產(chǎn)和復(fù)發(fā)流產(chǎn)的芯片結(jié)果差異比較(按年齡分組)Tab.2 Comparison of distribution of genomic results in SA and RM by maternal age 例(%)
3.3 早期流產(chǎn)和復(fù)發(fā)流產(chǎn)的遺傳背景無顯著性差別CHOI等[9]在2014年對自然流產(chǎn)和復(fù)發(fā)流產(chǎn)的細(xì)胞培養(yǎng)和核型分析的報(bào)道認(rèn)為:自然流產(chǎn)和復(fù)發(fā)流產(chǎn)的細(xì)胞遺傳學(xué)背景存在顯著差異。他們的研究由于采用的是傳統(tǒng)的細(xì)胞培養(yǎng)和核型分析,因而在文章中已經(jīng)說明一部分培養(yǎng)失敗的案例沒有納入。另外,他們的報(bào)道中孕周范圍包括20周的絨毛,納入病例的孕周范圍比本研究廣。他們的研究中也報(bào)道10周以內(nèi)的早期流產(chǎn)和復(fù)發(fā)流產(chǎn)的細(xì)胞遺傳背景差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。本研究采用基因芯片的檢測方法,對12周以內(nèi)的早期流產(chǎn)和復(fù)發(fā)流產(chǎn)的分子遺傳背景進(jìn)行檢測,認(rèn)為無差異性,和CHOI等的研究結(jié)論基本一致。
綜上所述,array-CGH可直接對流產(chǎn)物提取DNA進(jìn)行檢測,克服了傳統(tǒng)核型分析細(xì)胞培養(yǎng)失敗,中期染色體制備不理想等缺點(diǎn),對于UPD也能檢測出來,為臨床咨詢流產(chǎn)原因提供了一種更有效地遺傳學(xué)檢測方法。HARDY等[17]通過文獻(xiàn)檢索分析比較了FISH、CGH、SNP、qPCR、QF-PCR等分子遺傳學(xué)方法,認(rèn)為在培養(yǎng)失敗時,aCGH是最好的選擇。MASSALSKA等[3]也直接指出array-CGH芯片檢測是目前臨床檢測流產(chǎn)絨毛是否存在基因異常最有效的方法。本研究采用array-CGH芯片對12周以內(nèi)的早期流產(chǎn)和復(fù)發(fā)流產(chǎn)的分子遺傳背景進(jìn)行檢測,認(rèn)為沒有顯著差異,因?yàn)檠芯恐锌偣布{入120例病例,CNVs的檢出率不高,可以下一步擴(kuò)大樣本量做進(jìn)一步的研究。