胚胎植入前遺傳學篩查(Preimplantation Genetic Screening,PGS)是指胚胎植入著床之前,對早期胚胎進行染色體數目和結構異常的檢測,通過一次性檢測胚胎23對染色體的結構和數目,分析胚胎是否有遺傳物質異常的一種早期產前篩查方法。從而挑選正常的胚胎植入子宮,以期獲得正常的妊娠,提高患者的臨床妊娠率,降低多胎妊娠。PGS不僅可以治療不孕癥,在阻斷遺傳病傳播、降低人類遺傳負荷上都具重要意義,因此,它實際上是一項以優生優育為目的生殖醫學技術。

科學研究發現,要想成功妊娠,健康胚胎很關鍵。而通過試管嬰兒方法獲得的胚胎有40-60%存在染色體異常,且隨著孕婦年齡越大,胚胎染色體異常的風險越高。染色體異常是導致妊娠失敗和自然流產的主要原因。因此,健康的胚胎是試管嬰兒成功的第一步,所以植入前遺傳學篩查(PGS)技術開始越來越受到重視。 

PGS的出現是輔助生殖技術和分子生物學技術飛速發展的結果。應用PGS技術通過挑選正常的胚胎,意義顯著。
 

(一)PGS可選擇健康胚胎,提高試管嬰兒成功率,降低流產率

與傳統依賴顯微鏡技術,挑選形態學等級高的胚胎進行移植的胚胎形態學相比,PGS可直接對胚胎的遺傳物質進行分析,準確判斷胚胎是否存在染色體異常,篩選出真正健康的胚胎。有臨床試驗數據顯示,PGS可將接受輔助生殖治療的反復流產人群的流產率從33.5%降低至6.9%,同時將臨床妊娠率從依賴形態學的45.8%提高至70.9%PGS可以顯著改善第一、二代試管嬰兒的各項指標,可以從根本上提高第一、二代試管嬰兒的妊娠成功率,降低自然流產率,提高妊娠質量。
 

(二)避免多胎妊娠,減少實施減胎術

因為試管嬰兒平均成功率(即通常所說抱嬰回家率)30-40%,為提高一次植入成功率,一般會同次植入2-3個胚胎,因此往往會出現一些多胞胎的現象。多胞胎比單胎更具有風險性,這種危險對于媽媽和孩子來說都存在。權威調查發現雙胞胎的剖宮產率78.45%,早產占47.07%,合并癥和并發癥占39.7%。雙胞胎以及多胞胎的母親更容易在懷孕期間發生糖尿病、高血壓等妊娠期綜合征,而且產后出血的概率也要高,同時也比較容易發生早產。早產的孩子大都會發生先天性肺部疾病,而且這種疾病將是終生的。 

PGS可活檢的遺傳物質有:(1)配子如精子或卵子;(2)卵裂期胚胎的卵裂球;(3)囊胚滋養外胚層細胞。每種遺傳物質的活檢都有其優缺點。

受精前取配子進行篩查的用法,目前尚不多。

卵裂球活檢是現在PGS取材的主要途徑。一般選培養到第三天,610細胞期的卵裂球,此期的細胞具有全能分化的潛能,取出12個細胞,不會影響胚胎的發育。卵裂球帶有父母遺傳給胚胎的全套基因組,可以進行比較全面的檢查。 

囊胚期活檢是PGS篩查的另一途徑。這種方法是在體外將受精卵培養到第五天,用顯微操作法從囊胚期胚胎滋養外胚層吸取5-10個細胞作遺傳學篩查。用囊胚期胚胎細胞的優點是無碎片和降解細胞,而卵裂期胚胎常有碎片和降解細胞。因為不影響內細胞團,故不會累及胚胎發育。但是受培養技術的限制,40%以上胚胎不能在體外很好地發育到囊胚期。 

因為PGS只取到極少量的細胞(最低只有12個),取到細胞之后如何在低樣本量進行準確檢測是急需解決的問題。目前根據遺傳物質發生變化的方式不同,可將PGD技術歸為4類:染色體分析、DNA分析、RNA分析和蛋白質分析。
 

一、染色體分析

染色體數目或結構發生變化,可能導致某種綜合征。通常伴有發育畸形和智力低下,它也是導致流產與不育的重要原因,其發病率較高。目前統計有0.5%0.7%的活產兒、75%的胎兒有染色體畸變,同時體外受精獲得的胚胎染色體異常高達30%。因此植入前對染色體進行分析,一方面,為高質量胚胎的篩選提供依據,以利于提高植入率;另一方面,可以避免性染色體異常以及三體患兒出生。染色體分析普遍采用熒光原位雜交(fluorescence in situ hybridizationFISH)。可以在植入前對多倍體、異倍體胚胎進行篩查,21三體(先天愚型)11三體、13三體(Patau綜合征)18三體(Edwards綜合征)Fish在鑒定胚胎性染色體是否異常上具有獨到之處,如多X(Turner綜合征、Klinefecter綜合征)、多Y(XYY綜合征)以及性染色體片段易位導致的性別異常、性逆轉等只能采用Fish技術,采用PCR技術無法檢測出來。另外,在植入前可發現平衡易位(blancedtranslocatioa),避免由其導致的反復流產。一些X連鎖、Y連鎖性疾病,則需鑒定胚胎性別后,植入女性胚胎。

二、DNA分析
 
迄今有1 000多種遺傳病的基因被定位。DNA分析主要是檢測單基因遺傳病。目前主要是采用聚合酶鏈反應(PCR)技術。
 
2.1單基因遺傳病的PGD:一些常見病如血友病、β地中海貧血、新生兒溶血、鐮刀型細胞貧血、肌營養不良、軟骨發育不全、多指、脊髓小腦共濟失調Ⅰ型、遺傳性腎炎、囊性纖維病、黑朦白癡等都屬單基因遺傳病,其致病基因及突變位點特征都比較清楚,目前檢測的方法都是以PCR為基礎。進行PGD時,以單細胞為反應模板,PCR的功效受到限制,因此采用多種改進的PCR法。如:引物延伸預擴增、原位PCR、免疫PCR、熒光標記定量PCR、等位基因特異性擴增、微衛星DNA的PCR及甲基化特異PCR等。DNA分析往往以已知基因序列為前提,人類基因突變數據庫(human genome mutation database,HGMD)為其提供了便利條件。HGMD包括已發表的堿基替換、缺失、復制、插入及重排等突變,可在世界廣域網上共享,通過上網便可查詢遺傳病基因突變的數據信息。
 
2.2多基因遺傳病的PGD:由于多基因遺傳病其分子機理尚不十分清楚,受多個微效基因及環境因素影響,因此給診斷帶來很大困難。PGD必須建立在家系診斷基礎上,必須有多個家系樣本做參照,才能做出正常診斷和預后評估。已知多基因病為一些常見出生缺陷,如神經管缺陷(NTD),包括無腦兒和脊柱裂,以及一些常見病如高血壓、動脈粥樣硬化、Ⅱ型糖尿病、哮喘、精神分裂癥、躁狂抑郁癥等。
 

三、RNA分析
 
目前此技術主要采用以下兩種方法,但運用較少。
 
3.1逆轉錄PCR(reverse transcription and polymerase chain reaction,RT-PCR):將致病基因表達的mRNA反轉錄成cDNA,再對cDNA進行擴增,來檢測目的基因。目前已將該法應用于Marfan綜合征患者的PGD。
 
3.2基因表達的微點陣分析:卵裂球細胞染色體改變、異常發育或發生細胞凋亡,RNA表達會發生變化。目前正在研究的一種新技術---微點陣分析(microarray assay),即將人類已知基因的cDNA用熒光標記,與滴加待測樣品的點陣玻片雜交,通過掃描器測定熒光光譜,借助計算機軟件定量檢測基因表達,1 d內可檢測幾千個基因的活性。此項工作還未應用于PGD,是一項前景可觀、有待開發的領域。

 
四、蛋白質分析
 
蛋白質與生物特性直接相關,對蛋白質分析是PGD的另一個方向。被稱為“臨床分子掃描器”的質譜儀,可用于細胞抽提物中蛋白質2D凝膠斑點鑒定。在電泳過程中,根據電荷和分子大小,細胞內蛋白質呈現由1 000~3 000個斑點組成的特征圖譜,其中每個斑點代表1個蛋白,斑點圖譜可顯示蛋白質含量,還顯示其是否進行了翻譯后修飾。圖譜的變化往往反映出某種疾病,尤其是蛋白質翻譯后修飾發生變化被認為是導致疾病的征兆。關于植入前胚胎細胞蛋白組的研究,目前尚無報道。
 
五、其他技術
 
少精、寡精患者通過體外受精或細胞質內單精子注射(introcytoplasmic sperm injection,ICSI)技術,可以獲得后代,甚至無精者通過附睪、睪丸穿刺也可以得到自己的孩子,但子代仍面臨不育可能。因為5%~20%的無精和寡精是由基因缺陷造成的,如Y染色體上的單拷貝基因——缺失型無精子基因(DAZ)和多拷貝基因——RNA結合修飾基因(RBM)家族片段缺失。建議此類患者植入女性胚胎,另外對于Y-連鎖性疾病,也需要植入女性胚胎。因此,需嘗試在受精前篩選出X精子。由于FISH或PCR法檢測精子具有破壞性,不能再用于受精。因此可利用一種無毒性且在細胞內只暫短停留的熒光染料染精子,由于X和Y精子核質量不同,可經流式細胞儀分開,其受精率在65%以上。
 
DNA芯片技術是近年來發展起來的新技術,具有快速、準確、低耗的特點。利用此技術可以在基因組水平上進行表達、突變和多態性分析以及遺傳制圖和序列測定,現已應用于人類疾病的診斷。相信不久,在芯片上對某一患者的全部基因組的遺傳分析將成為常規。另外,近年得到極大發展的測序技術,尤其是單細胞基因組測序技術為人類胚胎植入前診斷提供新的發展方向。

 
PGS適用人群
 
高齡孕婦(年齡≥35歲)
 
反復自然流產史的孕婦(自然流產≥3次)
 
反復胚胎種植失敗的孕婦(失敗≥3次)
 
生育過染色體異常疾病患兒的夫婦
 
染色體數目及結構異常的夫婦
 
有強烈意愿的夫婦
 
選擇了PGS,常規產前檢查仍不可忽視。因為全世界各種遺傳性疾病有4000余種,而目前PGS只能檢查胚胎23對染色體結構和數目的異常,無法覆蓋所有疾病。因為PGS取材有限,只是取一定數量的卵裂球或者囊胚期細胞,雖然不會影響胚胎的正常發育,但取材細胞和留下繼續發育的細胞團遺傳構成并非完全相同,故對于某些染色體嵌合型疾病可能出現篩查結果不符。另外染色體疾病的發病原因至今不明,目前也沒有預防的辦法。雖然挑選了健康的胚胎,但是胚胎移植后,生命發育任何一個階段胎兒由于母體原因、環境等因素,染色體都有可能出現異常變化。所以選擇PGS成功受孕后,孕婦仍然需要進行常規的產前檢查。
 
PGS不可替代產前篩查。若常規產前檢查發現胎兒異常,或孕婦本人具有進行產前篩查的指征,強烈建議孕婦選擇羊水穿刺等產前篩查方式進行確認。