胎兒染色體核型分析常被用于高危妊娠的產(chǎn)前檢查中，隨著技術(shù)的發(fā)展，染色體微陣列分析（chromosomal microarray analysis，CMA）在產(chǎn)前診斷中的應(yīng)用也逐步推進(jìn)，并成為檢測高危妊娠中顯微和亞顯微水平染色體結(jié)構(gòu)變異的一線技術(shù)。高深度全基因組測序（whole genome sequencing，WGS）可以提供整個基因組的全面視圖，是一種高通量的檢測單核苷酸變異、插入/缺失、拷貝數(shù)變異和基因組結(jié)構(gòu)重組的技術(shù)手段。但目前而言，高深度WGS的價格高昂，且變異信息較多，較難在產(chǎn)前診斷中廣泛應(yīng)用；而基于低深度WGS的水平，能夠在降低每個樣本的測序成本基礎(chǔ)上，同時提高檢測通量，達(dá)到低深度高通量的目的（low-pass WGS）1。那么，是否可以借助低深度高通量全基因組測序技術(shù)，進(jìn)一步提升產(chǎn)前診斷的準(zhǔn)確性、靈敏度，為臨床決策提供更多精準(zhǔn)信息呢？

近期，由香港中文大學(xué)醫(yī)學(xué)院婦產(chǎn)科學(xué)系等團(tuán)隊發(fā)表于國際醫(yī)學(xué)遺傳學(xué)權(quán)威學(xué)術(shù)雜志Genetics in Medicine的文章對低深度高通量全基因組測序和染色體微陣列分析進(jìn)行了比較，分析結(jié)果支持將低深度全基因組測序用于產(chǎn)前診斷中以提供更多有意義的臨床信息。

圖：相關(guān)研究成果發(fā)表于Genetics in Medicine雜志。

圖片來源：Genetics in Medicin

背景 | 傳統(tǒng)的入侵性產(chǎn)前診斷技術(shù)及其局限

臨床上，倘若孕婦曾經(jīng)歷流產(chǎn)，或在超聲波檢查時發(fā)現(xiàn)胎兒出現(xiàn)異?；蛱剖暇C合癥篩查呈陽性，醫(yī)生都會建議她們接受侵入性產(chǎn)前檢查，以診斷胎兒是否患有遺傳疾病。傳統(tǒng)的胎兒染色體核型分析通過顯微鏡觀察染色體的結(jié)構(gòu)。約三分之二胎兒的細(xì)胞核型報告會呈現(xiàn)正常，但當(dāng)中至少有一成胎兒會出現(xiàn)結(jié)構(gòu)異?；虬l(fā)育遲緩等，這與多種綜合癥或遺傳病有密切關(guān)系。香港中文大學(xué)醫(yī)學(xué)院婦產(chǎn)科學(xué)系系主任梁德楊教授介紹說：“如果我們能夠在產(chǎn)前診斷中發(fā)現(xiàn)胎兒患有臨床顯著的基因組失衡，就能夠為孕婦及其家人提供更多資訊，以助他們作出相應(yīng)決定，并檢視日后生育的計劃。許多綜合癥或遺傳病其實都與染色體細(xì)微結(jié)構(gòu)出現(xiàn)異常有關(guān)，但傳統(tǒng)的染色體核型分析難以將這類微細(xì)的基因異常辨認(rèn)出來?！?為了克服傳統(tǒng)染色體核型技術(shù)的局限性，香港中文大學(xué)醫(yī)學(xué)院于2009年在亞洲地區(qū)率先引入并應(yīng)用基因芯片技術(shù)于產(chǎn)前診斷之中，運(yùn)用染色體微陣列分析以檢測超過100種已知的基因序列缺失或重復(fù)。該院婦產(chǎn)科學(xué)系團(tuán)隊還于今年9月進(jìn)一步引入了全基因組測序技術(shù)，從而更精準(zhǔn)及全面地檢測基因中的微缺失或微重復(fù)，找到更微細(xì)的致病性變異。

圖：香港中文大學(xué)醫(yī)學(xué)院婦產(chǎn)科學(xué)系成功引入嶄新的全基因組測序技術(shù)。（右起）香港中文大學(xué)醫(yī)學(xué)院婦產(chǎn)科學(xué)系副教授蔡光偉教授、系主任梁德楊教授和研究助理教授董梓瑞博士。圖片來源：香港中文大學(xué)

數(shù)據(jù) | 低深度全基因組測序vs染色體微陣列分析

基因芯片技術(shù)和全基因組測序技術(shù)均通過使用絨毛活檢細(xì)胞、羊水或胎兒臍帶血測量DNA序列中的拷貝數(shù)變異，以檢測胎兒是否出現(xiàn)基因組異常。DNA拷貝數(shù)是指某個基因或基因組部分的拷貝數(shù)目出現(xiàn)重復(fù)或遺漏。這些DNA拷貝數(shù)的差異令每個人有不同特征，但部分DNA拷貝數(shù)異常會導(dǎo)致某些疾病發(fā)生。為了比較低深度全基因組測序（low-pass GS）和染色體微陣列分析（CMA），實驗團(tuán)隊在2016年底到2019年初之間入組了1023名孕婦，同時進(jìn)行了上述兩種檢測。在全部樣本中，CMA檢測出87例非整倍性和37例致病或可能致病的染色體拷貝數(shù)變異，共121例樣本的異常（兩種染色體異常存在部分重疊）；而low-pass GS不僅檢測到了全部的CMA報道的染色體異常，還額外檢測到17例非整倍性或致病/可能致病的染色體拷貝數(shù)變異。以染色體微陣列分析為基準(zhǔn)，低深度全基因組測序達(dá)到了99.9%（121/121）的靈敏度和87.7%的特異性（121/138），總體診斷陽性率為13.5%（138/1023）。另一方面，不同技術(shù)對于DNA起始量的要求影響著臨床應(yīng)用的難度。實驗團(tuán)隊按照CMA起始量300ng DNA和low-pass GS起始量50ng的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行了樣本制備。根據(jù)兩種技術(shù)的臨床質(zhì)控標(biāo)準(zhǔn)，低深度全基因組測序樣本中有5例未能通過初期實驗，而染色體微陣列分析則有47例，兩種技術(shù)的重復(fù)實驗率分別為0.5%（5/1023）和4.6%（47/1023），表明低深度全基因組測序應(yīng)用于產(chǎn)前診斷的樣本要求更低，實驗也更加穩(wěn)定。應(yīng)用 | 新技術(shù)能檢測出更多具臨床意義的基因組及染色體異常低深度全基因組測序與染色體微陣列分析的比較展示出前者應(yīng)用于臨床產(chǎn)前診斷的巨大潛力，得益于測序深度的有效控制，在測序價格的持續(xù)降低的今天，這一技術(shù)有了更為廣闊和光明的前景。香港中文大學(xué)醫(yī)學(xué)院婦產(chǎn)科學(xué)系副教授蔡光偉表示：“全基因組測序是一種先進(jìn)的測序方法，可以提供全基因組序列信息。過去五年，我們的團(tuán)隊通過利用低深度高通量全基因組測序的方法，成功開發(fā)了全基因組DNA拷貝數(shù)分析（命名為FetalSeq），單次運(yùn)行可檢測的樣本數(shù)量亦更多（48個樣本），并證明它比基因芯片技術(shù)能夠為產(chǎn)前診斷提供額外及更精準(zhǔn)的遺傳信息?！?談及低深度全基因組測序技術(shù)的臨床意義，香港中文大學(xué)醫(yī)學(xué)院婦產(chǎn)科學(xué)系研究助理教授董梓瑞博士認(rèn)為：“通過分析全基因組，F(xiàn)etalSeq胎兒測序平臺有助鑒定由染色體疾病、致病性DNA拷貝數(shù)變異或單基因病癥如杜興氏肌肉營養(yǎng)不良癥。此技術(shù)能夠為孕婦及其家庭提供更準(zhǔn)確的胎兒診斷，以便計劃日后的健康管理?！?香港中文大學(xué)醫(yī)學(xué)院婦產(chǎn)科學(xué)系是香港產(chǎn)前基因診斷的領(lǐng)導(dǎo)團(tuán)隊之一。自2009年引入基因芯片技術(shù)分析，以識別染色體數(shù)字異常（如唐氏綜合癥）和微缺失或重復(fù)綜合癥以來，其團(tuán)隊一直致力提供相關(guān)服務(wù)及研究以配合入侵性基因檢測的需求增長。自2019年6月起，香港醫(yī)院管理局向所有香港高危孕婦提供免費(fèi)的基因芯片技術(shù)分析。最近，香港中文大學(xué)發(fā)表的另一份研究運(yùn)用基因芯片技術(shù)分析與產(chǎn)前診斷有顯著臨床意義的DNA拷貝數(shù)，證明每64個進(jìn)行入侵性遺傳診斷的懷孕個案當(dāng)中就有1個會發(fā)生致病性的基因畸變。4 相信，未來低深度全基因組測序在臨床領(lǐng)域?qū)兄蟮陌l(fā)展空間，為臨床提供更多精準(zhǔn)、可信的遺傳信息，為人類健康做出更加突出的貢獻(xiàn)。

華大智造MGISEQ-2000測序平臺

近年來，低深度全基因組測序技術(shù)的應(yīng)用前景逐步得到臨床實際案例得佐證。本項研究基于華大智造MGISEQ-2000測序平臺完成，據(jù)悉MGISEQ-2000是華大智造基因測序儀的主力機(jī)型，單機(jī)運(yùn)行數(shù)據(jù)產(chǎn)出達(dá)75-1440GB, 支持多種讀長，滿負(fù)荷PE150最快僅需38小時，支持科研、醫(yī)學(xué)臨床、司法、農(nóng)業(yè)等領(lǐng)域應(yīng)用，以其獨有的DNBSEQ?技術(shù)為核心，數(shù)據(jù)產(chǎn)出具有高準(zhǔn)確性、低重復(fù)序列率和低標(biāo)簽跳躍的優(yōu)勢（MGISEQ-2000在部分海外國家產(chǎn)品名稱切換為DNBSEQ-G400）。