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NIPT-PLUS对于染色体疾病和微缺失微重复综合征的临床应用

2019-3-7 16:07| 编辑: 面气灵| 查看: 2006| 评论: 0|来源: 基因检测与解读

摘要: 在人类中,染色体异常如非整倍性和节段性不平衡是常见的,通常源于减数分裂不分离或植入前胚胎阶段的有丝分裂复制错误,通常,它们导至胚胎生长停滞,植入失败或妊娠早期的流产。然而,1-1.7%仍然具有发育能力的胎 ...

在人类中,染色体异常如非整倍性和节段性不平衡是常见的,通常源于减数分裂不分离或植入前胚胎阶段的有丝分裂复制错误,通常,它们导至胚胎生长停滞,植入失败或妊娠早期的流产。然而,1-1.7%仍然具有发育能力的胎儿会受到染色体异常的影响,如果未通过产前诊断检测到,则可以持续到妊娠中期和妊娠期,并在出生时表现为染色体疾病综合征。在1岁之前诊断出的大约15%的先天性异常是主要由染色体异常引起的,其中25%导至围产期死亡。

 

    在初次妊娠筛查(生化和超声筛查)发现胎儿发育异常风险增加的迹象后,通过侵入性羊膜穿刺术或绒毛膜绒毛取样(CVS)获得产前样本,然后使用染色体核型分析和微阵列进行诊断。在孕妇的血浆中发现胎儿DNA以及开发基于下一代测序(NGS)的无创方法能够检测胎儿染色体异常,这已经彻底改变了生殖医学。随着过去7年来无创产前筛查(NIPS)的广泛应用,许多通过传统筛查方法被分类为高风险或低风险的妇女选择NIPS,其灵敏度更高,特异性高于母亲血清筛查用于检测更常见的胎儿三体,以及性染色体非整倍性(SCA)。患者选择的这种变化导至侵入性测试减少高达40%

 

    最近,NIPS的进一步发展和扩展侧重于对由节段性染色体不平衡引起的微缺失/微重复综合征(MMS)的额外分析。尽管MMS相对较少,但它们共同代表了一组重要的染色体疾病,占所有新生儿先天性畸形的1-2%,并且经常导至家庭和社会的严重负担。染色体22q11.21区域的缺失与DiGeorge综合征(DGS)相关,它是最常见的MMS,新生儿发病率在3000-6000分之1。一些临床研究NIPS成功地证明了使用更高测序深度或更高密度的单核苷酸多态性(SNP)靶向方法进行MMS的无细胞检测的概念证明。

 

    已知的生物因素,如低胎儿DNA丰度和受限胎盘镶嵌(CPM),将混淆任何NIPS结果,使得MMS的可靠和准确检测具有挑战性。在报告的临床验证研究中,扩展的NIPS测试检测特定MMS的性能不一,显示DGS,Prader-Willi / Angleman综合征(PWS),猫叫综合征(CDC)、1p36微缺失(1p36 del)综合征的低至中等阳性预测值(PPV) )。在该领域的激烈辩论之后,美国医学遗传学和基因组学学会(ACMG)最近的指南,,得出了一个普遍的共识,即未在大量患者队列的临床环境中证明确实改善了性能之前引入NIPS-plus是不合适的


    为了解决这个问题,最近中南大学邬玲仟教授团队与贝瑞基因合作设计并开发了一种名为NIPS-Plus的高级分析流程,利用比传统NIPS更高的测序深度,组合数据分析算法来额外调用与MMS相关的全基因组拷贝数变异(CNV)。使用NIPS-Plus前瞻性分析94,085例单胎妊娠,并报告其同时检测常见非整倍体和MMS的表现。

 

 


 

该项目收集94085例孕妇外周血,其中38023(40.41%)例为大于等于35岁高龄孕妇。采用ENET算法(游侠发现参考文献为SeqFF,不知与ENET有啥关系)计算胎儿cfDNA丰度,排除小于3%的胎儿cfDNA浓度的样本。项目具体流程如下图1


图1 用于检测染色体疾病与MMS的一级筛查流程

 

共有1128例(1.2%)检测出致病/可能致病染色体异常,965例(85%)为染色体水平非整倍体,并且胎儿羊水细胞全部进行核型验证,163例(15%)为MMS,这些胎儿样本中75%进行羊水细胞染色体芯片或CNVseq验证。具体结果部分(为了让大家看清楚,游侠把原表右边去掉了,完整版看原文)如下表


表1 用于检测94,085例胎儿染色体疾病与MMS的NIPS-Plus的性能参数

 

T21、T18、T13三体的阳性预测值(PPV)分别为95%,82%和46%。其他染色体的罕见三体或单体的阳性预测值(PPV)为29%。不同的性染色体阳性预测值(PPV)分别为45,X(26%)、47,XXY(83%)、47,XXX(62%)、47,XYY(75%)、46,XY(Xdel)(11%)。

 

疑似微缺失微重复综合征(MMS)胎儿

120个致病/可能致病的胎儿CNV中,32个为已知经典染色体疾病,包括14例DiGeorge综合征、6例22q微重复综合征,4例PWS、6例猫叫综合征和2例1p36缺失综合征。

 

14例DiGeorge综合征,13例为真阳性,1例为假阳性,PPV为93%

6例22q微重复综合征,4例为真阳性,2例为假阳性,PPV为67%

4例PWS,3例为真阳性,1例为假阳性,PPV为75%

6例猫叫综合征,3例为真阳性,1例为假阳性,PPV为75%

2例1p36缺失综合征,0例为真阳性,2例为假阳性,PPV为0%

 

在剩余的88个非经典染色体疾病中:

72例大于等于10Mb CNV,23例为真阳性,49例为假阳性,PPV为32%

16例小于10Mb CNV,3例为真阳性,13例为假阳性,PPV为19%

 

假阴性与灵敏度

共有10例致病性染色体异常胎儿漏检:

3例T21三体,灵敏度为99%;

2例T18三体,灵敏度为98%;

2例DiGeorge综合征,灵敏度为87%;

1例PWS,灵敏度为75%;

1例猫叫综合征,灵敏度为75%;

1例1p36缺失综合征,灵敏度为0%。

 

讨论

尽管NIPS已被临床医生和患者广泛接受用于检测常见的胎儿三体和性染色体异常,但关于检测稀有染色体异常与微缺失微重复综合征的临床价值仍存在争议。反对者认为,相对较低的PPV和许多MMS的致病性的不确定性使得对高风险结果的遗传咨询存在困难,增加了不必要的侵入性检测,并且给夫妇带来了过度的压力。另一方面,支持者认为,任何产前诊断的目的都是为了防止患有严重染色体疾病综合征的儿童的出生,甚至在低到中等的PPV中,NIPS对于识别大部分具有罕见染色体疾病的胎儿具有足够的灵敏度,而这些综合征通过常规超声扫描很难检测出来。

 

基于在超过94,000次怀孕的研究中的表现,NIPS-Plus显示了适用于检测致病性非整倍体,复发性MMS以及全基因组MMS的一级筛查方法。NIPS-Plus对检测临床常见的微缺失微重复综合征表现出高灵敏度和特异性,同时对检测常见的非整倍体保持非常高的灵敏度和特异性。

 

总体而言,常见三体和MMS的假阴性合并为0.01%,这包括通过超声确诊的五例和在出生时确诊的五例。

 

目前,对于高危母体血清筛查结果,软指标或超声结构异常所怀疑胎儿异常的孕妇的处理是侵入性产前检查,基于本文用于检测包括MMS在内的广泛临床常见染色体疾病的扩展筛查的高性能,作者建议NIPS-Plus是所有孕妇的一级筛查方案

 

鉴于国际上训练有素的遗传咨询师极度缺乏,毫无疑问,将NIPS-Plus作为医疗系统的一线筛查实施将具有挑战性,需要重新分配现有资源。目前,产前筛查和患者管理的所有方法都与诊断测试和遗传咨询相关。例如,传统的FTS目前消耗大量的医疗资源,而结果通常是95%的假高危风险。因此,随着NIPS-Plus替代FTS越来越多,NIPS-Plus有可能释放更多可用的诊断测试和咨询资源,以关注高风险结果

作者介绍

周在威 博士  毕业于上海交通大学医学院,上海寻因生物创始人,公司主要业务包括临床生物信息学实操培训、NGS工作站与生信流程开发(单基因、WES-CNV、NIPT-PLUS、cnv-seq)、遗传病临床与科研分析


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