胚胎植入前遗传学筛查
应用二代测序技术进行胚胎植入前遗传学筛查及诊断的基本原理
应用二代测序技术进行胚胎植入前遗传学筛查及诊断的基本原理LI Li-li;SUN Nan;ZHANG Wen-xin【摘要】辅助生殖技术的发展已帮助越来越多不孕不育的夫妇解决生育难题,而胚胎植入前遗传学筛查(PGS)及胚胎植入前遗传学诊断(PGD)进一步排除了存在遗传缺陷的胚胎,并选择健康胚胎进行植入,从而极大降低了新生儿患遗传性疾病的概率.这两项技术最初采用基于分子杂交或聚合酶链式反应(PCR)的检测方法,随后微阵列技术也被应用其中.随着人类基因组计划的完成,DNA测序技术进入高速发展的阶段,二代测序(NGS)采用鸟枪法为基本测序策略,结合生物信息学工具,以高通量、较低成本、检测项目覆盖面广、自动化程度高、可检测未知片段等优势,正不断扩大在PGS/PGD中的应用,同时也对辅助生殖技术产生了深远的影响.【期刊名称】《中国医学装备》【年(卷),期】2019(016)007【总页数】8页(P7-14)【关键词】二代测序技术;胚胎植入前遗传学筛查;胚胎植入前遗传学诊断【作者】LI Li-li;SUN Nan;ZHANG Wen-xin【作者单位】;;【正文语种】中文【中图分类】R394-3遗传学和基因组学的快速发展对人类生命健康及繁衍的影响日益深远，对多种常见和罕见疾病的研究有助于对应预防、检测及治疗方法的开发，从而提高患者及其家人的生活质量。
在不孕不育等问题日益严峻的情况下，辅助生殖技术(assisted reproductive technology，ART)应运而生并被采用于个性化的生育治疗策略，帮助受生育难题困扰的家庭。
其中，植入前遗传学筛查(preimplantation genetic screening，PGS)主要针对高龄、反复助孕失败、反复自然流产等患者，进行植入前胚胎的染色体畸变检测，用于筛查和丢弃染色体畸变的胚胎，保证受孕者所植入的胚胎具有正常染色体组的同时，解决因胚胎染色体畸变而导致的植入失败和反复流产现象，并提高妊娠率[1-2]；植入前遗传学诊断(preimplantation genetic diagnosis，PGD)则主要针对父母本已患有明确遗传病或携带其致病基因，在种植前对胚胎进行相应遗传学诊断，主要包括单基因遗传病和染色体病(如罗氏易位、平衡易位等)，通过选择无致病因素的胚胎进行植入，以提高生育健康婴儿的概率[3]。
胚胎植入前遗传学诊断筛查技术专家共识
胚胎植入前遗传学诊断/筛查技术专家共识随着辅助生殖技术临床开展规模的日益扩大，以及细胞及分子遗传学诊断技术的快速发展，胚胎植入前遗传学诊断(preimplantation genetic diagnosis，PGD)和植入前遗传学筛查(preimplantation genetic screening，PGS)技术迎来了快速的增长和发展。
为使该项技术更加规范且有效地实施，经中国妇幼保健协会生育保健专业委员会、中国医师协会生殖医学专业委员会、中国医师协会医学遗传学分会、中国遗传学会遗传咨询分会和中国妇幼健康研究会生殖内分泌专业委员会专家讨论，结合国际发展动态和国内临床应用的实际情况，达成以下临床和实验室专家共识。
第一部分PGD/PGS的临床流程与质控1 适应证和禁忌证1.1 PGD的适应证1.1.1 染色体异常夫妇任一方或双方携带染色体结构异常，包括相互易位、罗氏易位、倒位、复杂易位、致病性微缺失或微重复等。
1.1.2 单基因遗传病具有生育常染色体显性遗传、常染色体隐性遗传、X连锁隐性遗传、X 连锁显性遗传、Y连锁遗传等遗传病子代高风险的夫妇，且家族中的致病基因突变诊断明确或致病基因连锁标记明确。
1.1.3 具有遗传易感性的严重疾病夫妇任一方或双方携带有严重疾病的遗传易感基因的致病突变，如遗传性乳腺癌的BRCA1、BRCA2致病突变。
1.1.4 人类白细胞抗原(human leukocyte antigen，HLA)配型曾生育过需要进行骨髓移植治疗的严重血液系统疾病患儿的夫妇，可以通过PGD选择生育一个和先前患儿HLA配型相同的同胞，通过从新生儿脐带血中采集造血干细胞进行移植，救治患病同胞。
1.2 PGS的适应证近期高通量遗传检测技术(PGS 2.0版)的研究和发展，对PGS的临床意义提出了新的质疑，包括不同程度和部位胚胎染色体异常嵌合型的存在、临床检测技术的精准性、对移植胚胎的选择和放弃的标准、PGS的活产率计算方式及其应用价值等，提示PGS的循证证据尚需进一步的研究和验证，其指征也面临修正和更新。
胚胎植入前遗传学诊断
胚胎植入前遗传学诊断(Preimplantation Genetic Diagnosis ,PGD)一、定义胚胎种植前遗传学诊断(PGD)就是指在体外受精过程中,对具有遗传风险患者得胚胎进行种植前活检与遗传学分析,以选择无遗传学疾病得胚胎植入宫腔,从而获得正常胎儿得诊断方法,可有效地防止有遗传疾病患儿得出生。
植入前遗传学诊断就是随着人类辅助生殖技术,即“试管婴儿”技术发展而开展起来得一种新技术,它就是产前诊断得延伸,遗传学诊断得又一更有希望得新技术。
二、意义(一) 对高龄孕妇与高危妇女进行PGD可以有效地避免遗传病患儿得出生。
(二) 可以有效地避免传统得产前诊断技术,对异常胚胎进行治疗性流产,避免中期妊娠遗传诊断及终止妊娠所致得危险及痛苦。
(三) ＰＧＤ技术得产生与完善可以排除遗传病携带者胚胎,阻断致病基因得纵向传递,从而降低人类遗传负荷。
三、适应征理论上只要有足够得序列信息,ＰＧＤ能针对任何遗传条件进行诊断,即凡就是能够被诊断得遗传病都可以通过ＰＧＤ来防止其患儿出生。
进行PGD得主要对象就是可能有遗传异常或高危遗传因素,需要产前诊断得病例,尤其就是可能同时具有两种以上不同得遗传异常情况。
ＰＧＤ现已用于一些单基因缺陷得特殊诊断,包括Duchenne型肌营养不良、脆性Ｘ综合征、黑朦性白痴(Tay Sachsdiseade)、囊性纤维病(cysticfibrosis)、Rh血型、甲型血友病、镰型细胞贫血与地中海贫血、进行性营养不良、新生儿溶血、21抗蛋白缺乏症,、粘多糖贮积症(ＭＰＳ)、韦霍二氏脊髓性肌萎缩(Werding Hoffman disease),还有染色体异常如Down’S综合征、18三体,罗氏易位等。
四、植入前遗传学诊断得取材可从胚胎着床前各个阶段活检取样,获取其遗传物质信息进行诊断。
目前多采用激光打孔、机械切割或Tyrode酸化打孔后吸出细胞得方法取材。
(一)极体极体细胞可以使用第一极体或第二极体,它们在胚胎发育与合子形成中就是非必须得,因而不影响卵子受精与正常发育,且不会引起伦理学上得争议。
高中选修三生物胚胎移植前的遗传学诊断方法
高中选修三生物胚胎移植前的遗传学诊断方法
“胚胎植入前遗传学诊断适用于有遗传病的患者,需要进行相应的诊断,叫做遗传学诊断。
胚胎植入前遗传学诊断技术,是为了避免有可能生育遗传病患儿的夫妇,将来生育遗传病的孩子。
又叫做产前诊断。
产前诊断是怀孕之后,做相应的抽取羊水、脐带血等胎儿组织,做产前诊断。
胚胎植入前遗传学诊断,是把诊断的取材提前到胚胎期,即当胚胎处在早期胚胎和囊胚阶段,取到胚胎细胞进行相应的遗传学诊断,把筛选出正常的胚胎放到子宫内,让它继续生长,避免出生遗传病患儿。
”
在许多方面，胚胎的生存能力取决于其遗传状况。
这是由大多数卵子中存在的染色体异常引起的。
例如，在年轻（35岁以下）妇女中，健康的卵母细胞的比例约为50％；随着年龄的增长，整倍体（无染色体的过量或缺乏）的细胞数量仅约10％。
这在自然和体外受精中都可以观察到。
因此，仅一部分获得的无遗传障碍的胚胎可用于IVF。
植入前遗传学诊断可以清除异常胚胎，并仅选择健康的胚胎进行后续移植。
它允许您：
确定每个染色体的拷贝数；
识别染色体异常——倒位和重排；
分析遗传物质的单基因病理学和基因结构的变化（例如在囊性纤维化中）。
在受精卵发育的第5-6天，对PGD进行胚胎活检（取胚泡滋养外胚层的样品），然后冷冻保存。
以前，这种研究是在胚胎培养的第3天进行的，但准确性较低，因此今天已不在早期使用。
高通量基因测序植入前胚胎遗传学诊断和筛查技术规范
一、适应证和禁忌证
１．适应证：（１）高通量测序PGD的适应证：包括多种遗传疾病如基因性疾病、非平衡的染色体结构异常、染色体数目异常，以及染色体微小片段插入、缺失与重复等；（２）高通量测序PGS的适应证：自然流产≥3次、或2次自然流产且其中至少１次流产物检查证实存在病理意义的染色体或基因异常的患者，反复种植失败（移植优质胚胎３次及以上，或移植不少于10个可移植胚胎）的患者，也可用于>38岁的高龄且需要采用辅助生殖技术的患者。
４．机构可根据自身条件独立开展本项检测，也可择优与经卫生行政管理部门批准的高通量测序技术临床应用于胚胎植入前遗传学诊断的试点或正式运行的医学检验机构签订合作进行本项检测的服务协议，将测序交由对方进行。
（１）独立开展本项检测的机构，必须采取必要措施保证本项技术的质量并定期进行评价，按本规范开展工作。
（２）与上述合作医学检验机构在本机构内共建联合实验室或交由上述合作方进行本项检测的医疗机构，由双方合作开展本项技术。医疗机构与合作方须签订合作协议，明确双方权责：
二、设备条件
机构须具备细胞遗传学实验诊断的设备和上述第一部分第一条第３款所要求的相应设备。在此基础上，机构应同时具备专业的高通量测序技术相应的核心设备（如与第三方合作可由第三方提供），该设备由经卫生行政管理部门批准试点或正式开展高通量测序技术临床应用的单位生产。各种设备的种类、数量须与实际开展的项目及工作规模相匹配。
①对外合作的医疗机构必须是符合本规范第一部分基本要求所规定的医疗机构；
②医疗机构负责临床医疗行为，包括病例的筛选、PGD/PGS方案的确定、检测前的咨询、签署知情同意书、样本采集、报告签署和发放、结果解释、临床处理、质量评价、医疗风险管理等；
胚胎植入前遗传学诊断名词解释
胚胎植入前遗传学诊断名词解释胚胎植入前遗传学诊断简介胚胎植入前遗传学诊断（Preimplantation Genetic Diagnosis，PGD）是一种常用于辅助生殖技术的遗传学检测方法。
它通过对胚胎进行基因检测，以筛查或诊断可能携带某种遗传疾病的胚胎，并选择健康的胚胎进行植入到母体子宫内，从而降低将遗传疾病传递给后代的风险。
胚胎植入前遗传学诊断的步骤1.体外受精（In Vitro Fertilization，IVF）：通过促排卵药物促进卵巢发育并采集女性多个成熟卵子，然后将卵子与精子在实验室中结合，使其受精形成受精卵。
2.胚胎培养：受精卵在实验室中进行培养，通常持续3-5天。
在此期间，受精卵会发育为多个细胞的团块，称为胚胎。
3.胚胎细胞取样：在胚胎培养的特定时间点，通过取样技术，如取卵细胞进行基因检测。
通常有两种主要的取样方法：细胞外囊胚活检（BlastomereBiopsy）和滋养层细胞活检（Trophectoderm Biopsy）。
–细胞外囊胚活检：在第三天的8-10个细胞阶段，通过取一个或多个细胞来进行基因检测。
–滋养层细胞活检：在第五天的100-150个细胞阶段，通过取一部分滋养层细胞来进行基因检测。
4.基因检测：从取样的胚胎细胞中提取DNA，并进行遗传学分析。
常用的遗传学分析方法包括：–多态性位点分析（Polymorphic Marker Analysis）：通过分析特定位点上的多态性标记来确定是否携带某种遗传疾病。
–针对特定突变位点的PCR扩增（Polymerase Chain Reaction，PCR）：通过PCR扩增特定突变位点的DNA片段，并进行序列分析来确定是否携带某种遗传疾病。
–数字PCR（Digital PCR）：通过将DNA分子分隔成数百万个微小的反应室，并计算每个反应室中的DNA分子数量，来检测特定突变位点的存在。
–着丝粒染色体检测（Fluorescence In Situ Hybridization，FISH）：通过使用荧光探针标记染色体特定区域的DNA序列，来检测染色体异常。
胚胎植入前遗传学诊断
囊胚活检
• D5-6天胚胎发育到囊胚阶段后，活检囊胚滋养层细胞进行 遗传学检测。
• 优点： 不影响将要发育成胎儿的内细胞团的发育； 可检测细胞数较多，检测失败概率降低； 对SNP-array而言，能大大减低费用。
groups,includingQiao’s,aresteppingupefforts
street.Inside,about50physiciansonher
Theconditionsthereareripe:geneticdiseases toimprovethetechnology,increaseawareness
centre that she runs blocks the doorway aroundtheworldhasgenerallybeenslow,in well-equippedandpowerfulclinical-research
and extends some 80 metres down the China,itisstartingtoexplode.
活检细胞移入EP管
全基因组扩增 全基因组扩增产物
关键技术④： 对全基因组扩增产物的全基因组测序
关键技术⑤： SNP芯片技术
二、植入前遗传学诊断和筛查的临床应用
遗传组学分析
CHINA’S PUSH
FOR
BETTER BABIES
Acampaigntoincreasepreimplantationgenetic diagnosiscouldputthecountryonthepath towardseliminatingcertaindiseases.
胚胎行植入前遗传学诊断后妊娠并分娩一例
１ ９ 年 ， 国 的Ｈ ｎ ｙｉｅ … 用 聚合 酶链 Ｃ 技 术 扩 增 ｘ 连 锁 疾 病妇 女 体 外 受 精 胚 胎 Ｐ Ｒ） 一 的Ｙ 色体 长臂 特异 重 复序 列 ，首 次成 功 对胚 胎进 染 行 了性 别诊 断 ， 得 了正 常女婴 。 获 随后 Ｐ 技 术逐 渐 ＧＤ 广 泛应 用 于 多种 染 色 体 疾 病 和 部 分 单 基 因 遗 传 病 的夫 妇 ， 过对 这些 夫 妇 的配 子 或胚 胎 进 行相 应 遗 通 传 学 检测 ， 择 正 常 胚 胎 移 植 回母 体 宫 腔 ， 样 就 选 这
（ Ｉｔ ｐ ｏ ａ ｈ Ｆ ｍ ｌｎ，０ ２， ：０ ４ ２） Ｉ ｎ ｒｄＨｅｈ ／ ａ Ｐａ ２ １ ３１ ４ ４， １ ， Ｒｅ
１ 病例 报告
声 显示 宫 内妊娠 ， 胎囊 ， 见胎芽 及胎 心 。妊 娠 中 单 可
患 者 女 ，９ 。 因 稽 留流 产 后 不 孕 半 年 ， ２岁 于
示 ，枚 均 为正 常男性 胚胎 。移植 ３ ５ 枚胚 胎 ， 存 ２ 。 冻 枚 胚 胎移 植 后 第 １天 ， ｈ Ｇ ７ ｕ。移植 后 ４ 超 ４ 血 Ｃ 为４ ２Ｉ 周
作者单位 ：０ １０ 天津市 中心妇产科医院生殖 医学 中心 ３００ 通信作者 ： 张云山 ， － ａｌｔ ｙ＠ｈｔ ｉｃｒ Ｅ ｍ ｉ：ｚｓ ｏ ｌ ｏ ｊ ｍａ ． ｎ
２ 卵裂球 。固定 后进 行荧 光原位 杂交 （ＩＨ）探 针 个 ＦＳ ， 选 用 美 国Ｖ ｓ 公 司生 产 的性 染 色体 着 丝 粒探 针 ， ｙｉ ｓ ｘ
Ｋｉ ｆ ｔ ￣合征 ，个女孩为Ｘ Ｘ ｌｅ ｌｒ ｎ ｅｅ １ Ｘ 嵌合型 ， 其余５ 个男 孩 和３ 女孩核 型及 表型 未见 异常 。 Ｉ ＸＸ 嵌 合 型 个 ｛ ￣ Ｘ 的表型正常 的女性生育 了一个双倍体／ 四倍体嵌合
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胚胎植入前遗传学筛查
胚胎植入前遗传学筛查
胚胎染色体异常是导致胚胎着床失败、早孕期胎儿流产的一大因素。
研究表明，随着年龄的增长，女性产生的正常卵子数量下降，导致胚胎中染色体数目异常的胚胎比例增加。
PGS检测可以在胚胎植入母体之前，筛选出检测结果为染色体正常的胚胎进行植入，从而减少因胎儿染色体问题而带来的流产甚至引产，减少移植次数，提高治疗效率，好孕之神就会降临！
PGS（preimplantation genetic screening），即胚胎植入前遗传学筛查，是指在进行辅助生殖技术（IVF/ICSI）助孕的过程中，在胚胎移植之前，对早期胚胎或者卵子散在发生的染色体异常进行筛查，以挑选染色体正常的胚胎植入子宫，以期减少因胚胎染色体异常导致的流产及反复流产，获得正常的妊娠，提高IVF妊娠率。
胚胎植入前遗传学筛查就是在人工辅助生殖过程中，对胚胎进行种植前活检和高通量基因测序分析，以选择染色体正常无遗传学疾病的胚胎植入子宫，提高着床率和持续妊娠率，降低流产率，从而获得正常胎儿的诊断/筛查方法。
胚胎植入前遗传学筛查推荐人群：
1、卵子染色体异常率较高的高龄（≥35岁）孕妇；
2、染色体数目及结构异常的夫妇；
3、严重的男性不育，少弱精子症，畸精症；
4、生育过染色体异常疾病患儿的夫妇及有反复自然流产史的孕妇；
5、反复胚胎种植失败的的孕妇。
在人工辅助生殖过程结合应用高通量测序的PGS的优势在于：
1、PGS的全染色体筛查的误差率降低（<2%），准确性高大于99%，并且覆盖全面，染色体非整倍体以及10Mb以上微重复/微缺失均能检测；
2、对囊胚活检无任何影响；
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3、消除母体年龄对植入的影响；
4、能够检测出嵌合体（因为12%的囊胚是嵌合体，嵌合体比整倍体胚胎的受孕率低50%）；
5、与普通PGS技术相比，可以将流产率降低60%，同时提高移植着床率，提高临床妊娠率和持续妊娠率。
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