北大學者發明新技術，助力胚胎植入前無創檢測

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撰文 | 馮水寒、應可鈞

責編 | 葉水送

由於生育年齡推遲、社會壓力增大、不良生活方式等因素，一部分人遭遇了難以自然生育的困境，繼而發展了人類輔助生殖技術（Assisted Reproductive Technology，ART），其代表的技術，如試管嬰兒技術被譽為20世紀醫學界的一大奇蹟，給許多無法自然受孕的夫婦帶去了希望。

然而要想成功妊娠，孕育出健康的胎兒，胚胎移植前基因檢測是不可或缺的。其中，胚胎植入前染色體非整倍性檢測（PGT-A）是指在胚胎植入之前利用多種技術檢查早期胚胎的染色體數目和結構是否正常。

目前，臨床上最常用的染色體非整倍性檢測方法是取用胚胎滋養外胚層的細胞進行組織活檢。儘管利用該方法篩選出整倍體胚胎後能夠提高胚胎移植的成功率，但關於這一方法的準確性、安全性以及適宜的人群，始終存在爭議。

研究者使用胚胎培養液進行移植前無創基因檢測，圖片來自PNAS

6月24日，北京大學生物醫學前沿創新中心謝曉亮教授及其合作者在美國《國家科學院院刊》（PNAS）上發文稱，基於嚴格的方法，比較植入前無創基因檢測和滋養外胚層活檢兩種方法對染色體非整倍性進行檢測，最終證明利用胚胎培養液遊離DNA的無創基因檢測（niPGT-A）比滋養外胚層活檢（TE）具有更高的準確性和可靠性。

中國人民解放軍總醫院（301醫院）生殖中心姚元慶主任表示，「謝曉亮教授和Racowsky教授的工作為植入前胚胎無創檢測的臨床轉化奠定了堅實的理論基礎，在這些工作的基礎上，開展基於二代測序的胚胎培養液遊離DNA非整倍體檢測的多中心、大樣本、隨機對照的臨床試驗將為無創植入前胚胎檢測的臨床應用提供循證醫學證據，最終將這一創新技術應用於臨床實踐成為可能。」

傳統技術存在何種問題？

整倍體/非整倍體嵌合體可能導致滋養外胚層活檢結果不準確，圖片來自PNAS

胚胎滋養外胚層活檢的準確性與胚胎嵌合體相關。嵌合體指的是在同一個胚胎中存在兩種及以上的不同基因型的細胞。在胚胎中，多達30-40％的人類胚泡是嵌合體，其中整倍體/非整倍體嵌合體的發生率在2.0-2.9％和14.0%-17.3％之間，這將不可避免地導致滋養外胚層活檢的結果不能反映內細胞團以及其最終形成的胎兒的染色體整倍性。

除了對準確性的擔憂外，滋養外胚層活檢的安全性也值得關注。雖然目前尚未有證據明確指出滋養外胚層活檢對胚胎有害，但其安全性仍然是未知的。因為取出滋養外胚層細胞可能會對胚胎帶來潛在的傷害，甚至影響胚胎的著床能力。

新技術助力胚胎植入前檢測

無創的植入前非整倍體基因檢測方法被開發出來，圖片來自PNAS

由於滋養外胚層活檢存在上述局限性，2016年謝曉亮及其合作者首次開發出了一種無創的植入前非整倍體基因檢測方法（niPGT-A），利用胚胎培養液中遊離的DNA進行基因檢測。但由於結果一致性較差，這種方法當時未被看好，並且被認為不如傳統的滋養外胚層活檢技術。

樣品處理過程，圖片來自PNAS

在這項研究中，研究人員首先收集了52個冷凍捐贈的人類囊胚，這些胚囊之前曾經過外部實驗室的滋養外胚層活檢測試。隨後研究人員將這些囊胚解凍後，在微滴培養基中單獨培養24小時，收集培養基和胚胎，擴增並測序。

之後，研究者對比了利用培養液遊離 DNA的無創基因檢測和滋養外胚層活檢得到的染色體倍性結果，以及對整個胚胎測序得到的真實結果。通過使用嚴格的程序來設置嵌合體閾值，研究者優化了無創基因檢測結果的假陰性率和假陽性率，其陽性預測值和特異性均遠高於滋養外胚層活檢。此外，無創基因檢測的胚胎倍性和染色體拷貝數的一致率均高於滋養外胚層活檢。

這些結果表明，無創基因檢測不易發生與胚胎鑲嵌相關的錯誤，並且比滋養外胚層活檢更可靠。

接下來，研究者將繼續改進該方法，提升準確性。未來該方法將有望取代滋養外胚層活檢技術，為使用試管嬰兒技術的夫婦帶來更為安全可靠的胚胎植入前檢測。

評論

姚元慶中國人民解放軍總醫院（301醫院）生殖中心

2019年6月24日，《美國科學院院報》在線發表了謝曉亮教授和哈佛大學布列根和婦女醫院（Brigham and Women』s Hospital）Catherine Racowsky教授團隊完成的無創植入前胚胎檢測的最新研究成果，採用二代測序技術，該研究檢測了42個捐贈的整個胚胎的非整倍性，並分別與同一胚胎的胚胎滋養層活檢的二代測序結果和胚胎培養液遊離DNA的二代測序結果進行了比較。

結果顯示，胚胎培養液遊離DNA檢測比胚胎活檢更準確地代表胚胎的非整倍性。這一研究結果的發表對於無創植入前胚胎檢測技術的臨床應用具有重要意義。

多年來，通過胚胎的非整倍性檢測，選擇具有發育和種植潛能的胚胎進行移植，提高體外受精和胚胎移植的成功率，降低多胎率的發生是輔助生殖技術的熱點問題，也存在一定的爭議，主要是胚胎活檢造成損傷的安全性風險問題以及胚胎嵌合造成的幾個活檢胚胎細胞的檢測結果不能反映整個胚胎整倍性的問題。

2016年，謝曉亮教授的團隊在《美國科學院院報》上報告了首例基於胚胎培養液遊離DNA二代測序的植入前胚胎檢測的「試管嬰兒」出生。在無創植入前胚胎檢測的探索上走出了第一步，在避免胚胎活檢所造成的可能的安全性問題上提供了解決方案，但源自卵丘細胞或是顆粒細胞母源DNA和胚胎嵌合對檢測結果的干擾，仍然是無創植入前胚胎檢測的瓶頸問題。

在謝曉亮教授和Racowsky教授的最新研究中，通過改進單精子卵胞漿顯微注射前的卵母細胞脫顆粒細胞技術和胚胎培養液收集時間的調整，基本解決了母源DNA對檢測結果的干擾，並通過以整個胚胎檢測結果作為標準的方法，發現胚胎培養液遊離DNA檢測與整個胚胎檢測結果的符合程度顯著高於胚胎活檢的結果，從而為回答胚胎培養液遊離DNA檢測的準確性問題，提供了有力證據。

我們認為，無創植入前胚胎的發育和著床潛能檢測將全面改變輔助生殖技術的臨床策略。

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