12月28日，美國(guó)科學(xué)院院刊(Proceedings of the National Academy of Sciences USA，PNAS)在線發(fā)表了北京大學(xué)謝曉亮、喬杰、湯富酬團(tuán)隊(duì)的最新研究成果。該項(xiàng)研究在國(guó)際上首次建立了一種全新的植入前胚胎遺傳學(xué)診斷方法MARSALA(mutated allele revealed by sequencing with aneuploidy and linkage analyses，高通量測(cè)序同時(shí)檢測(cè)突變位點(diǎn)、染色體異常以及連鎖分析)，可以在早期胚胎階段對(duì)各種單基因遺傳疾病和染色體疾病同時(shí)進(jìn)行精確診斷，以避免嚴(yán)重遺傳病患兒的出生。

作為植入前胚胎遺傳學(xué)診斷的新方法，MARSALA技術(shù)關(guān)鍵的創(chuàng)新點(diǎn)是在單細(xì)胞水平上，通過一步高通量測(cè)序即可檢測(cè)致病基因突變位點(diǎn)和全基因組范圍染色體異常，同時(shí)完成高精度連鎖分析，全面提高診斷的覆蓋面和精準(zhǔn)性。

MARSALA方法示意圖

植入前胚胎遺傳學(xué)診斷減少孕婦痛苦

人類的每一個(gè)體細(xì)胞都含有兩套遺傳物質(zhì)，一套來自母親，一套來自父親。每一套遺傳物質(zhì)包含30億個(gè)堿基，分布在23條染色體上。這些堿基，包括A、T、G、C四種類型。一個(gè)細(xì)胞中的60億個(gè)堿基遵從特定的規(guī)律排列、組合，形成每一個(gè)個(gè)體特異的遺傳序列信息。

染色體數(shù)量異常將會(huì)導(dǎo)致染色體疾病。如每個(gè)細(xì)胞中21號(hào)染色體額外增加一個(gè)拷貝，變成三個(gè)拷貝，即會(huì)導(dǎo)致唐氏綜合征。而60億個(gè)堿基中任意一個(gè)堿基的改變（取代、缺失或者插入新的堿基），都可能會(huì)改變基因組中編碼的遺傳信息，導(dǎo)致機(jī)體不能正常運(yùn)行，從而發(fā)生遺傳疾病。

遺傳疾病通常很難治愈，避免遺傳患兒的出生是目前降低遺傳疾病發(fā)生率的最有效途徑。常規(guī)的產(chǎn)前診斷需要在孕12周左右進(jìn)行絨毛穿刺或者在孕中期18周左右進(jìn)行羊水穿刺和遺傳分析，一旦確診遺傳疾病，如果選擇終止妊娠，會(huì)給孕婦個(gè)人及家庭都帶來巨大痛苦?；诖耍踩肭芭咛ミz傳學(xué)診斷技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生。

植入前胚胎遺傳學(xué)診斷(Preimplantation Genetic Diagnosis, PGD)是一種在胚胎著床前就進(jìn)行遺傳診斷的技術(shù)。但PGD面臨的最大挑戰(zhàn)是每個(gè)胚胎能用于醫(yī)學(xué)檢測(cè)的細(xì)胞數(shù)量極少，通常只有1至5個(gè)細(xì)胞，以至無法對(duì)其直接進(jìn)行后續(xù)的遺傳分析。對(duì)這極少量的細(xì)胞的遺傳物質(zhì)進(jìn)行數(shù)十萬倍的擴(kuò)增，是遺傳分析必須首先解決的問題。擴(kuò)增過程中出現(xiàn)的任何問題，如有些堿基未被擴(kuò)增出來或者擴(kuò)增失誤等，均會(huì)導(dǎo)致診斷錯(cuò)誤。

產(chǎn)前診斷或胚胎植入前遺傳診斷要求準(zhǔn)確性要高，假陽性率和假陰性率要低，操作步驟簡(jiǎn)單，盡量減少人為操作誤差。同時(shí)，為惠及更多有需求的人群，診斷成本要盡可能降低。

MARSALA具有六大優(yōu)勢(shì)

目前，臨床上常用的三種診斷方法在準(zhǔn)確性、可操作性、診斷成本等方面均有其局限性。其中“原位熒光雜交方法”只能針對(duì)少數(shù)幾種染色體疾病，而且受到探針來源及熒光顯微鏡的限制；“PCR方法”（Polymerase Chain Reaction，PCR，聚合酶鏈反應(yīng)）只能針對(duì)單基因疾病或染色體數(shù)量的改變；“高通量芯片技術(shù)”，可進(jìn)行全基因組范圍的染色體檢測(cè)，分辨率也顯著提高，近年來應(yīng)用在臨床上的Karyomapping技術(shù)，能夠同時(shí)檢測(cè)單基因疾病及染色體異常，但無法直接對(duì)突變位點(diǎn)進(jìn)行分析，只能間接推斷。

北京大學(xué)的研究團(tuán)隊(duì)開展了植入前胚胎遺傳學(xué)診斷新方法研究，建立了MARSALA方法，與目前常用方法相比，MARSALA方法具有以下六大突出優(yōu)勢(shì)：

一是精度高、分析全面。MARSALA不僅能精確診斷單基因遺傳病，還能同時(shí)精準(zhǔn)篩查染色體異常；其次，因致病突變位點(diǎn)序列信息可被讀取至少數(shù)千次，所以結(jié)果比傳統(tǒng)的診斷方法更加直觀、可靠；

二是能夠進(jìn)行多重校驗(yàn)，大大提高診斷的精確度和可靠性。在深度解析突變位點(diǎn)序列信息的同時(shí)，完成高精度遺傳連鎖分析，提供多個(gè)SNP（Single Nucleotide Polymorphisms，單核苷酸多態(tài)性）連鎖位點(diǎn)信息，對(duì)致病等位基因進(jìn)行多重檢測(cè)和反復(fù)校驗(yàn)，全方位降低因突變位點(diǎn)擴(kuò)增和測(cè)序錯(cuò)誤以及樣品交叉污染等帶來的問題；

三是成本大大降低。利用MARSALA進(jìn)行胚胎診斷，在基因組兩倍覆蓋度的測(cè)序深度下（2X）就能滿足所有分析需求；

四是操作方便。一步高通量測(cè)序就能得到基因突變、染色體異常以及突變位點(diǎn)連鎖信息三個(gè)方面的精準(zhǔn)診斷結(jié)果；

五是對(duì)各種遺傳病患者家系的兼容性高。即使未生育有遺傳疾病的后代，只要有試管嬰兒夫婦的標(biāo)本，即可進(jìn)行胚胎的精確診斷；

六是適用范圍廣，只要預(yù)知致病基因，無論是單個(gè)基因位點(diǎn)的替換、缺失、插入，還是多個(gè)基因位點(diǎn)的復(fù)合突變，甚至是基因大片段缺失、三核苷酸重復(fù)等等，任何類型的基因突變均可采用MARSALA方法進(jìn)行診斷。也就是說目前基因突變導(dǎo)致的已知的四千多種單基因遺傳疾病都可采用MARSALA方法進(jìn)行高精度的植入前遺傳診斷。

MARSALA技術(shù)助力精準(zhǔn)醫(yī)學(xué)發(fā)展

該項(xiàng)研究詳細(xì)介紹了兩個(gè)診斷成功的病例。一個(gè)是常染色體顯性遺傳疾病，單個(gè)堿基缺失導(dǎo)致移碼突變導(dǎo)致多發(fā)性骨軟骨瘤，其后代無論男孩女孩均有50%患病風(fēng)險(xiǎn)；另一例是X染色體連鎖的隱性遺傳疾病外胚層發(fā)育不良，單個(gè)堿基發(fā)生替換突變，后代若為男孩，則有50%幾率患病；后代若為女孩，50%幾率會(huì)成為遺傳疾病攜帶者。北京大學(xué)團(tuán)隊(duì)利用MARSALA方法對(duì)胚胎進(jìn)行了遺傳學(xué)診斷，對(duì)突變位點(diǎn)及染色體情況均進(jìn)行了診斷，幫助兩對(duì)夫婦得到了健康的后代，目前兩個(gè)嬰兒都已滿一歲。

技術(shù)的進(jìn)步為精準(zhǔn)醫(yī)學(xué)插上了翅膀。此項(xiàng)研究探索、應(yīng)用新的方法進(jìn)行胚胎遺傳學(xué)診斷，是基礎(chǔ)與臨床相結(jié)合的跨學(xué)科合作成果，也是轉(zhuǎn)化醫(yī)學(xué)的成果。

北京大學(xué)生物動(dòng)態(tài)光學(xué)成像中心謝曉亮教授、北京大學(xué)第三醫(yī)院?jiǎn)探芙淌凇⒈本┐髮W(xué)生物動(dòng)態(tài)光學(xué)成像中心湯富酬研究員為論文共同通訊作者，北京大學(xué)第三醫(yī)院副研究員閆麗盈博士、北京大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院生物動(dòng)態(tài)光學(xué)成像中心副研究員黃蕾博士、博士后許麗婭為論文并列第一作者，億康基因科技有限公司合作參與了此項(xiàng)研究。該項(xiàng)研究得到了國(guó)家自然科學(xué)基金、科技部863計(jì)劃、北京市科委項(xiàng)目以及北大-清華生命科學(xué)聯(lián)合中心的支持。

隨著這一研究成果被世人所認(rèn)識(shí)、接受，獲得進(jìn)一步推廣，將會(huì)為越來越多的遺傳病家庭帶來福音，也將為人類健康做出更大的貢獻(xiàn)。（文/仰東萍）