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植入前和產(chǎn)前診斷染色體嵌合起源和臨床意義

導(dǎo)言

胚胎發(fā)育成一個(gè)完整且健康的嬰兒是一個(gè)高度復(fù)雜和受調(diào)控過(guò)程,需要遺傳密碼的精確轉(zhuǎn)錄和翻譯。染色體非整倍體帶來(lái)了基因劑量的重大變化,這通常會(huì)對(duì)這一精確控制過(guò)程產(chǎn)生災(zāi)難性影響。事實(shí)上,非整倍體的主要影響是胚胎和/或胎兒的致死性。參與的蛋白編碼基因數(shù)量越多,妊娠流產(chǎn)的幾率就越高。

除了少數(shù)例外,人體內(nèi)的每個(gè)體細(xì)胞都應(yīng)該有相同的染色體數(shù)目和結(jié)構(gòu)。這一概念是基于有絲分裂錯(cuò)誤很少發(fā)生的假設(shè)?,F(xiàn)實(shí)中,早期細(xì)胞分裂容易出錯(cuò)導(dǎo)致染色體嵌合。染色體嵌合的臨床效應(yīng)直接與基因失衡的大小、初始事件的時(shí)間以及異常細(xì)胞在組織中的分布有關(guān)。在出現(xiàn)減數(shù)分裂錯(cuò)誤的胚胎中通過(guò)再次染色體分離錯(cuò)誤產(chǎn)生正常的細(xì)胞系,這可以被視為一種機(jī)制,通過(guò)將基因劑量回移至正常水平來(lái)減弱染色體非整倍體的致死性。相反,在染色體正常的受孕中,異常細(xì)胞系出現(xiàn)的越早,異常細(xì)胞所占比例就越大。在最初幾次細(xì)胞分裂中發(fā)生的錯(cuò)誤很可能表現(xiàn)為胚外組織和內(nèi)細(xì)胞團(tuán)出現(xiàn)異常細(xì)胞。

對(duì)于發(fā)現(xiàn)染色體嵌合的情況強(qiáng)烈建議進(jìn)行遺傳咨詢(xún)。每種嵌合都需要根據(jù)其具體情況進(jìn)行評(píng)估,并提出相應(yīng)的建議?;颊咭矐?yīng)了解活產(chǎn)嬰兒染色體嵌合風(fēng)險(xiǎn)。

導(dǎo)致染色體嵌合的機(jī)制

嵌合非整倍體是由兩種主要機(jī)制產(chǎn)生:合子后有絲分裂染色體分離錯(cuò)誤(圖1b-d)和合子后有絲分裂三體/單體挽救先前存在的減數(shù)分裂起源的非整倍體(圖2)。

在胚胎分裂過(guò)程中,染色體分離的錯(cuò)誤有多種機(jī)制。后期延遲是指在其他染色體的絕大多數(shù)姊妹染色單體分離后,染色體仍停留在中極(圖1b)。這種現(xiàn)象通常影響一個(gè)或只有少數(shù)染色體,并可能因姊妹染色單體復(fù)制不足,糾纏或紡錘體微管附著導(dǎo)致。后期延遲導(dǎo)致高分離錯(cuò)誤和非互換形式的非整倍體(即染色體丟失而沒(méi)有相應(yīng)的染色體增加)。在某些情況下,染色體也可能無(wú)法被紡錘體捕獲,人類(lèi)合子的活細(xì)胞成像證實(shí)了這一現(xiàn)象(圖1c)。

在合子分裂過(guò)程中,兩個(gè)親本的基因組被捕獲在一個(gè)紡錘體上,這個(gè)過(guò)程非常容易出錯(cuò)。異常的三極紡錘體也會(huì)出現(xiàn)在著床前胚胎中,導(dǎo)致大量染色體丟失(“混亂”嵌合;圖1d)。它們的形成可能部分受中心體調(diào)節(jié)因子PLK4內(nèi)或臨近的一種常見(jiàn)遺傳變異的影響,這種變異通過(guò)母體傳遞時(shí),可能易于形成三極紡錘體。母體傳遞很重要,因?yàn)閬?lái)自卵子的mRNAs和蛋白質(zhì)驅(qū)動(dòng)胚胎的最初分裂,直到胚胎基因組激活。核內(nèi)復(fù)制,即染色體在不涉及細(xì)胞分裂的情況下重新復(fù)制,胞質(zhì)分裂失敗和中心體過(guò)度復(fù)制與四倍體細(xì)胞的形成有關(guān)(圖1e)。在胞質(zhì)分裂失敗后某些情況下,可能導(dǎo)致雙核細(xì)胞。人類(lèi)胚胎中可出現(xiàn)四倍體,這會(huì)導(dǎo)致染色體不穩(wěn)定、非整倍體和小鼠胚胎腫瘤發(fā)生。

在某些情況下,兩種染色體分離錯(cuò)誤的組合導(dǎo)致來(lái)自單親遺傳的一個(gè)染色體出現(xiàn)兩個(gè)拷貝,這種現(xiàn)象稱(chēng)為單親二倍體(UPD)。與血緣相似,單親二倍體導(dǎo)致純合子區(qū)域基因常染色體隱性疾病風(fēng)險(xiǎn)增加。UPD還可導(dǎo)致印記基因的異常表達(dá)(僅從父母一方的染色體表達(dá),另一方沉默)。某些染色體含有印記區(qū)域(染色體6、7、11、14、15、20),這些染色體的UPD可導(dǎo)致臨床異常。

植入前胚胎與嵌合

發(fā)病率

據(jù)估計(jì),在人類(lèi)植入前胚胎高達(dá)70%出現(xiàn)嵌合。據(jù)報(bào)道,胚泡期約有2%至50%的胚胎活檢為嵌合體,這種嵌合可來(lái)自生物學(xué)機(jī)制(真性嵌合),也可來(lái)自人工技術(shù)對(duì)滋養(yǎng)外胚層3-7個(gè)細(xì)胞的活檢評(píng)估嵌合體的差異。胚泡的分離顯示胚胎內(nèi)細(xì)胞團(tuán)和滋養(yǎng)外胚層活檢存在95-98%的一致性,這表明在胚泡階段,局限于這兩種細(xì)胞中的一個(gè)高水平嵌合體相對(duì)罕見(jiàn)(2-5%;圖1a)。

臨床意義

2015年Greco等的報(bào)道指出,移植一些非整倍體嵌合胚胎可以導(dǎo)致明顯健康嬰兒出生,這引發(fā)了一場(chǎng)關(guān)于人類(lèi)植入前嵌合體胚胎的適當(dāng)處理和臨床意義的辯論。決定哪些嵌合體胚胎將會(huì)出現(xiàn)正常結(jié)局的確切因素尚待確定。當(dāng)然,與僅移植整倍體胚胎相比,移植嵌合體胚胎顯著降低了臨床妊娠率以及持續(xù)妊娠/活產(chǎn)率,同時(shí)顯著增加了流產(chǎn)機(jī)會(huì)。Zhang等最近的前瞻性研究顯示,嵌合體胚組活產(chǎn)率為27.1%,而整倍體組活產(chǎn)率為47.0%(p<0.001)。

滋養(yǎng)層活檢中確定的嵌合體水平一直是一個(gè)關(guān)鍵焦點(diǎn),一些研究表明,嵌合體非整倍體比例<50%的胚胎移植比異常細(xì)胞比例更高(>50%)的胚胎移植具有更好的臨床結(jié)局。然而,這一結(jié)論并非所有研究都支持。Kushnir等人發(fā)現(xiàn),在非整倍體比例任何閾值下,嵌合胚胎移植的持續(xù)妊娠率或流產(chǎn)率都沒(méi)有顯著差異。盡管Zhang等沒(méi)有特別關(guān)注嵌合胚胎高于和低于50%的結(jié)局差異,但確實(shí)發(fā)現(xiàn),與整倍體胚胎相比,嵌合比例<50%胚胎組的妊娠結(jié)局總體上有所下降。此外,還發(fā)現(xiàn),將<40%的非整倍體胚胎與<50%的非整倍體胚胎進(jìn)行比較,結(jié)果沒(méi)有顯著差異,這進(jìn)一步支持了這樣一種觀點(diǎn),即滋養(yǎng)層嵌合體的程度是持續(xù)妊娠和流產(chǎn)的不良預(yù)測(cè)因子。嵌合胚胎移植研究的一個(gè)主要關(guān)注點(diǎn)是,對(duì)于先前移植整倍體胚胎失敗患者接受嵌合胚胎移植越來(lái)越多。第一個(gè)前瞻性非選擇隨機(jī)對(duì)照試驗(yàn)已經(jīng)報(bào)道,與整倍體胚胎移植相比,移植嵌合胚胎(嵌合比例高達(dá)50%)在妊娠和活產(chǎn)結(jié)果方面沒(méi)有差異。

影響著床前胚胎嵌合體檢測(cè)的因素很多。首先要考慮的是隨機(jī)抽取5到10個(gè)細(xì)胞在多大程度上準(zhǔn)確反映了胚胎其余部分的基因組圖譜。隨機(jī)取樣可能表明特定活檢細(xì)胞內(nèi)的嵌合水平,但數(shù)學(xué)模型表明該水平不一定準(zhǔn)確反映整個(gè)滋養(yǎng)外胚層和/或胚胎情況。了解使用植入前非整倍體(PGT-a)基因檢測(cè)方法(如下一代測(cè)序NGS)也很重要,嵌合診斷基于檢測(cè)中間拷貝數(shù),即介于1和2之間(嵌合單體)或介于2和3之間(嵌合三體),其中2代表正常情況。雖然中間拷貝數(shù)確實(shí)可能是由嵌合體引起的,但其他因素,如分析噪音/偽影、擴(kuò)增偏差、污染、有絲分裂狀態(tài)、胚胎活檢技術(shù)的差別、胚胎實(shí)驗(yàn)室條件以及為診斷嵌合體而設(shè)置的實(shí)驗(yàn)室閾值,都會(huì)影響拷貝數(shù)評(píng)估。

Marin等對(duì)囊胚再分析進(jìn)行了薈萃分析,發(fā)現(xiàn)與原始嵌合結(jié)果的一致性?xún)H為42.6%。因此,很明顯,為預(yù)測(cè)嵌合胚胎生殖潛力在滋養(yǎng)外胚層活檢中簡(jiǎn)單評(píng)估嵌合水平并不可靠。

已有報(bào)道NGS技術(shù)引入PGT-A可導(dǎo)致大量節(jié)段染色體非整倍體(segmental aneouploidies,SA)被檢出。即使是在常規(guī)產(chǎn)前和產(chǎn)后樣本中發(fā)現(xiàn)SA,對(duì)于臨床意義的評(píng)估也具有挑戰(zhàn)性。植入前胚胎中的嵌合SAs使臨床意義的評(píng)估更加復(fù)雜。在一些研究中觀察到,選擇移植SA嵌合胚胎的患者的植入率降低,而其他研究表明沒(méi)有明顯差異。SA嵌合胚胎的流產(chǎn)率似乎低于整條染色體非整倍體的胚胎。在某些情況下,診斷為SAs嵌合的胚胎在胚胎的其他部位顯示出整條染色體非整倍體。SA嵌合也可歸因于DNA復(fù)制不同步引起的分析噪音或短暫偽影。SAs嵌合的臨床預(yù)測(cè)價(jià)值數(shù)據(jù)嚴(yán)重缺乏,關(guān)于是否報(bào)告以及報(bào)告后如何管理的爭(zhēng)論仍將繼續(xù)。

對(duì)于沒(méi)有整倍體胚胎的患者來(lái)說(shuō),移植嵌合胚胎可能是懷孕的唯一可能途徑。只有當(dāng)患者充分了解潛在結(jié)局時(shí),才可選擇這種途徑。對(duì)于嵌合胚胎,存活的可能性取決于所涉及的特定染色體以及正常和異常細(xì)胞的比例和分布?;谶@些原則,人們提出了各種優(yōu)先排序模型來(lái)指導(dǎo)患者和臨床醫(yī)生處理由PGT-A診斷的嵌合胚胎,Grati等基于CVS樣本中非整倍體嵌合的發(fā)生率、羊膜穿刺術(shù)(包括UPD)的隨訪結(jié)果、妊娠物中非整倍體嵌合頻率以及在活嬰中觀察到特定非整倍體的可能性,染色體異常的分?jǐn)?shù)越高,移植的優(yōu)先次序越低。優(yōu)先排序工具價(jià)值仍有待確定。嵌合胚胎移植結(jié)果會(huì)有差異,因此需要對(duì)患者進(jìn)行詳細(xì)的遺傳咨詢(xún)。產(chǎn)前診斷實(shí)驗(yàn)室應(yīng)掌握先前PGT-A嵌合結(jié)果,以便進(jìn)行額外的核型分析和/或FISH研究。

CVS與嵌合

絨毛膜絨毛(CV)由兩層組成:外部細(xì)胞滋養(yǎng)層和內(nèi)部間充質(zhì)核心。間充質(zhì)在發(fā)育上與胎兒關(guān)系更為密切。通過(guò)直接制備(DP)和/或間充質(zhì)的長(zhǎng)期培養(yǎng)(LTC),可以對(duì)CV進(jìn)行細(xì)胞遺傳學(xué)分析,DP反映了快速分裂的細(xì)胞滋養(yǎng)層。美國(guó)的大多數(shù)實(shí)驗(yàn)室只分析LTC,而歐洲的實(shí)驗(yàn)室通常同時(shí)分析DP和LTC。對(duì)于有嵌合證據(jù)的建議行羊水穿刺,羊水細(xì)胞異常提示為真性胎兒嵌合(TFM),而未確診的則被認(rèn)為是局限在胎盤(pán)的嵌合(CPM)。這兩層細(xì)胞的細(xì)胞遺傳學(xué)分析為確定嵌合來(lái)自胎盤(pán)還是胎兒提供了線索。

發(fā)病率

在普通產(chǎn)前人群中,約1-2%的CV樣本中觀察到染色體嵌合,并且通常涉及由于減數(shù)分裂或有絲分裂錯(cuò)誤而導(dǎo)致的二倍體/三倍體嵌合。在CVS中,約87%的異常細(xì)胞系局限于胎盤(pán),其余13%被確定為真性胎兒嵌合。圖3和圖4總結(jié)了TOMA實(shí)驗(yàn)室分析的57539例CVS中不同類(lèi)型嵌合體的觀察率。

臨床意義

CVS提示嵌合時(shí)需要進(jìn)一步羊穿證實(shí)。需要強(qiáng)調(diào)的是,大多數(shù)通過(guò)CVS檢測(cè)到的嵌合體在羊水穿刺中并未得到證實(shí)。

除了在CVS上觀察到的嵌合類(lèi)型外,其他因素也影響羊水細(xì)胞確認(rèn)TFM的可能性。非整倍體嵌合(有絲分裂或減數(shù)分裂)的形成機(jī)制很重要。減數(shù)分裂異常與母體年齡有關(guān),胎兒異常和UPD的風(fēng)險(xiǎn)最高。細(xì)胞滋養(yǎng)層和間充質(zhì)中存在的嵌合主要起源于減數(shù)分裂,如果在一層中未發(fā)現(xiàn)任何正常細(xì)胞也高度提示異常起源于減數(shù)分裂。除常見(jiàn)的三體(13、18、21)外,減數(shù)分裂起源的嵌合三體還涉及9、15、16和22號(hào)染色體。相反,涉及2號(hào)和7號(hào)嵌合三體常在CVS中檢測(cè)到,但幾乎從未確認(rèn)為T(mén)FM,也很少與有絲分裂錯(cuò)誤導(dǎo)致的UPD相關(guān)。染色體4,8,9,12,14,15,16和20的嵌合三體對(duì)于是否存在TFM不確定。其他非整倍體嵌合出現(xiàn)TFM的幾率很低。

圖5顯示了一組選定染色體確認(rèn)TFM的總體可能性。值得注意的是,即使羊水細(xì)胞計(jì)數(shù)很高且結(jié)果正常,也不能排除隱藏的嵌合現(xiàn)象。超聲異常的存在通常是TFM的一個(gè)指標(biāo)。然而,沒(méi)有胎兒畸形,雖然多少讓人放心,但并不能完全排除TFM或以后臨床不良結(jié)局可能。不能絕對(duì)保證CVS嵌合預(yù)后正常。

CVS檢測(cè)為嵌合且該三體狀態(tài)(如21三體)的胎兒能存活下來(lái),這種情況更令人擔(dān)憂。如果在CVS檢測(cè)到的三體包括一條通常被認(rèn)為致死性的染色體,如10三體,那么這種異常更可能表現(xiàn)為局限性胎盤(pán)嵌合。建議后續(xù)檢查包括羊水穿刺和高分辨率超聲評(píng)估胎兒形態(tài)。當(dāng)羊水穿刺作為嵌合CVS的后續(xù)檢查時(shí),實(shí)驗(yàn)室應(yīng)了解CVS的結(jié)果,因?yàn)榧?xì)胞計(jì)數(shù)增加,可以進(jìn)行適當(dāng)?shù)腇ISH研究,以排除羊水穿刺樣本中的嵌合,與常規(guī)細(xì)胞遺傳學(xué)研究相比,具有更高的可信度。染色體特異性探針的FISH檢測(cè)為直接和快速評(píng)估大量未培養(yǎng)細(xì)胞提供了幫助,同時(shí)消除了細(xì)胞培養(yǎng)引起的偽影。染色體微陣列分析(CMA)也可能有助于檢測(cè)未培養(yǎng)細(xì)胞中的嵌合體,但可能無(wú)法檢測(cè)到低于20%的嵌合體。在向患者咨詢(xún)時(shí)面臨的一個(gè)特別具有挑戰(zhàn)性的問(wèn)題是,永遠(yuǎn)不能100%排除TFM,因?yàn)榧词寡蛩?xì)胞明顯正常,但在其他組織中,也可能存在隱性嵌合體。

嵌合體局限于胎盤(pán)可能與妊娠并發(fā)癥有關(guān),這種觀點(diǎn)一直是一個(gè)長(zhǎng)期爭(zhēng)論的話題。最新數(shù)據(jù)表明,除16三體外,所有其他罕見(jiàn)常染色體三體(rare autosomal trisomy,RAT,定義為除13、18或21號(hào)染色體的常染色體三體)CPM在出生體重、新生兒重癥監(jiān)護(hù)室(NICU)入院率、高血壓疾病發(fā)病、自然早產(chǎn)率和apgar評(píng)分方面,與無(wú)CPM妊娠沒(méi)有顯著性差異。有些特殊情況需要注意,如同時(shí)存在于細(xì)胞滋養(yǎng)層和間充質(zhì)層的小比例嵌合。這類(lèi)情況與低出生體重相關(guān)。CPM為16三體的臨床處理比較特殊。除胎兒畸形和宮內(nèi)死亡外,16三體的CPM也會(huì)出現(xiàn)胎兒宮內(nèi)生長(zhǎng)受限(IUGR)、先兆子癇和早產(chǎn)的風(fēng)險(xiǎn)。因此,16三體嵌合的診斷需要對(duì)高血壓疾病和胎兒生長(zhǎng)受限進(jìn)行隨訪監(jiān)測(cè)。胎盤(pán)功能障礙和功能不全被認(rèn)為是導(dǎo)致母體先兆子癇和IUGR的關(guān)鍵因素。2018年的一項(xiàng)丹麥隊(duì)列研究表明,與因母體高齡行CVS相比,最初因PAPP-A顯著低水平而行CVS的患者, 16三體CPM的不良妊娠結(jié)局的風(fēng)險(xiǎn)較高。該數(shù)據(jù)強(qiáng)調(diào)了不同指征發(fā)現(xiàn)的胎盤(pán)嵌合在結(jié)局方面存在潛在差異。值得注意的是,相當(dāng)一部分患者妊娠結(jié)局良好。在丹麥的研究中,32%的16三體CPM病例足月出生兒體重正常且無(wú)畸形。Sparks等報(bào)告了一個(gè)類(lèi)似規(guī)模的隊(duì)列,包括16三體CPM病例和16三體TFM病例。雖然后者先天異常的發(fā)生率顯著較高,尤其是肌肉骨骼方面,但大多數(shù)兒童(TFM+CPM)表現(xiàn)出正常的神經(jīng)發(fā)育和高生活質(zhì)量分?jǐn)?shù)。真性16三體嵌合胎兒其表型存在高度差異,且疾病譜較為廣泛,包括:IUGR、不對(duì)稱(chēng)的顱面和身體表現(xiàn)、聽(tīng)力損失、尿道下裂、脊柱側(cè)凸、皮膚色素沉著異常、早產(chǎn)、產(chǎn)婦高血壓、雙血管臍帶、指趾彎曲、肺發(fā)育不全和先天性心臟病。嚴(yán)重程度可能與各器官系統(tǒng)中三體細(xì)胞與二體細(xì)胞的比率有關(guān)。

羊水細(xì)胞與嵌合

羊水細(xì)胞來(lái)源于各種胎兒器官,如泌尿生殖道、呼吸器官和上皮系統(tǒng)。樣本還可含有母體組織碎片、母體血液和胎盤(pán)或胎膜細(xì)胞。實(shí)驗(yàn)室方法包括用于核型分析的LTC和熒光原位雜交(FISH)的DC或LTC、染色體微陣列和其他細(xì)胞基因組技術(shù)。對(duì)于常規(guī)核型分析,異常有時(shí)僅限于單個(gè)細(xì)胞或培養(yǎng)物,這些通常被視為細(xì)胞培養(yǎng)或染色體制備偽影或其他無(wú)關(guān)緊要情況(“假嵌合”)。真性嵌合的診斷是基于在兩個(gè)或多個(gè)獨(dú)立的細(xì)胞培養(yǎng)中檢測(cè)到相同的異常。

發(fā)病率

羊水穿刺主要是因?yàn)楦啐g,約0.2%的病例顯示真性嵌合,0.76%顯示多細(xì)胞假嵌合,3.73%顯示單細(xì)胞假嵌合。真性嵌合通常涉及性染色體異常或21、18或13三體。 

臨床意義

雖然羊水細(xì)胞的細(xì)胞遺傳分析結(jié)果被認(rèn)為是對(duì)胎兒核型的全面診斷,重要的是,要認(rèn)識(shí)到在對(duì)隨后出生嬰兒或流產(chǎn)兒的后續(xù)研究中,往往并沒(méi)有證實(shí)嵌合存在。這可能反映了細(xì)胞分布的組織特異性差異或檢測(cè)的局限性。此外,結(jié)果確認(rèn)也受到涉及哪條染色體的影響。某些染色體更容易被確認(rèn)(性染色體和21三體),而其他染色體(2號(hào)和7號(hào)染色體)在后續(xù)羊水穿刺中幾乎從未被發(fā)現(xiàn)(圖5)。對(duì)于在羊水細(xì)胞中診斷出嵌合體的病例,羊水中異常細(xì)胞的相對(duì)比例與胎兒組織中異常細(xì)胞的相對(duì)比例關(guān)系不大。此外,低水平嵌合可能不會(huì)表現(xiàn)為嬰兒或胎兒的明顯異常。其中一個(gè)最明顯的例子是性染色體缺失,只有很少嵌合病例表現(xiàn)出異常表型。對(duì)于RAT嵌合來(lái)說(shuō),很多都是個(gè)案報(bào)道,存在結(jié)果差異,報(bào)道不一。

通過(guò)羊水穿刺診斷的TFM并不一定會(huì)出現(xiàn)不良結(jié)局,因?yàn)橛纱水a(chǎn)生的表型將取決于異常細(xì)胞的比例及其在大腦、心臟等關(guān)鍵組織中的分布。在2018年對(duì)17例產(chǎn)前8號(hào)染色體三體嵌合病例的研究中,超聲檢查未發(fā)現(xiàn)任何先天性異常的情況下,羊水嵌合水平低的TFM的總體預(yù)后較好。實(shí)際上,除非胎兒中已有明顯的超聲異常,否則無(wú)法準(zhǔn)確預(yù)測(cè)個(gè)別病例的預(yù)后。由受過(guò)適當(dāng)訓(xùn)練的遺傳人員或從業(yè)人員為CPM/TFM患者提供遺傳咨詢(xún)。幫助他們了解各種可能結(jié)果的復(fù)雜性。

無(wú)細(xì)胞DNA無(wú)創(chuàng)產(chǎn)前檢測(cè)與嵌合

無(wú)細(xì)胞DNA(cfDNA)檢測(cè)基于對(duì)母體血漿中循環(huán)無(wú)細(xì)胞DNA片段量化,這些片段來(lái)自母體和凋亡滋養(yǎng)層。因此,cfDNA無(wú)創(chuàng)產(chǎn)前檢測(cè)(NIPT)的結(jié)果基本上反映的是細(xì)胞滋養(yǎng)層的遺傳結(jié)構(gòu),而不是胎兒本身。NIPT本身不是為了檢測(cè)嵌合體,但有時(shí)實(shí)驗(yàn)室對(duì)異常的存在或不存在的評(píng)估有些模糊,并且與樣本中胎兒DNA水平不相符時(shí),可能明顯提示存在嵌合。根據(jù)NIPT結(jié)果,也可能高度可疑嵌合,因?yàn)橛行┣逗象w不能存活,如,對(duì)于常染色體單體或RAT。當(dāng)胎兒DNA片段比例(如,45,X/47,XXX)很低時(shí),NIPT不可能檢測(cè)到嵌合體。

發(fā)病率

目前還沒(méi)有NIPT對(duì)嵌合的檢出率估計(jì)。然而,已有報(bào)道全基因組NIPT檢測(cè)到RAT,最可能的解釋是嵌合體。除了研究設(shè)計(jì)的差異外,報(bào)告的RAT發(fā)病率差異很大,從低至1:835到高至約1:91。荷蘭最近的TRIDENT-2  NIPT研究表明,在“一般風(fēng)險(xiǎn)”人群中,RAT發(fā)病率為0.18%(~1:556)。這與TRIDENT-1研究報(bào)告的1.11%(~1:91)形成對(duì)比,TRIDENT-1研究評(píng)估的是“高風(fēng)險(xiǎn)”人群。Benn等對(duì)10項(xiàng)全基因組NIPT研究的最新薈萃分析計(jì)算了RAT的平均發(fā)病率,不考慮適應(yīng)癥,約為1:310(0.32%)。這一比率包括未發(fā)現(xiàn)的雙胎之一死亡或母體惡性腫瘤引起的RAT。NIPT檢測(cè)到的最常見(jiàn)的RAT是16,22和15三體,占比均>9%。RAT在CVS中的發(fā)病率(0.41%)高于NIPT(0.32%)。

臨床意義

通過(guò)NIPT全基因組篩查預(yù)測(cè)RAT有三個(gè)主要結(jié)果。對(duì)于CVS,CPM是最可能的解釋?zhuān)?0-94%)。如果RAT處于非常高的細(xì)胞比例,可能流產(chǎn)。如果羊水穿刺確認(rèn)RAT,則表型表現(xiàn)很寬泛,可能從正常到嚴(yán)重受累不等。挑戰(zhàn)在于無(wú)法準(zhǔn)確預(yù)測(cè)每個(gè)特定病例的結(jié)局。全面的超聲檢查有助于發(fā)現(xiàn)解剖異常和生長(zhǎng)異常。

Benn等人收集了6項(xiàng)研究結(jié)果,其中包括151例經(jīng)全基因組NIPT鑒定的RAT。41.1%正?;町a(chǎn),27.2%胎兒丟失,7.3%胎兒異常,2.0%臨床意義明顯的UPD,14.6%胎兒生長(zhǎng)受限或低出生體重。沒(méi)有對(duì)每個(gè)病例進(jìn)行細(xì)胞遺傳學(xué)確認(rèn)。從NIPT全基因組篩查報(bào)告RAT的價(jià)值仍有很大爭(zhēng)議,需要進(jìn)行大量工作來(lái)評(píng)估通過(guò)NIPT檢測(cè)RAT的臨床價(jià)值。

未檢出的嵌合可能的臨床意義

已經(jīng)明確從胚胎期到出生,真正的染色體嵌合會(huì)出現(xiàn)大幅降低。其中一些與早期胚胎致死、植入失敗、自發(fā)性胎兒死亡和非整倍體糾正有關(guān)。有些還可能與染色體不平衡細(xì)胞的選擇性劣勢(shì)有關(guān)。盡管異常細(xì)胞可能會(huì)減少到低水平,但在妊娠早期出現(xiàn)的嵌合對(duì)發(fā)育影響可能仍很明顯??杀憩F(xiàn)為生長(zhǎng)不對(duì)稱(chēng)和色素異常,或由發(fā)育不全引起的其他情況。

當(dāng)懷疑染色體異常時(shí),低水平殘留的異常細(xì)胞群可能主要局限于特定組織,并且在常規(guī)分析樣本中未被檢測(cè)到,其后果是什么?可能包括常見(jiàn)的常染色體三體復(fù)發(fā),同一染色體不平衡的復(fù)發(fā)性妊娠丟失,卵巢早衰和癌癥。術(shù)語(yǔ)“隱匿性嵌合體”已被提出,用于描述嵌合體隱藏但根據(jù)臨床發(fā)現(xiàn)存在可疑情況。當(dāng)存在超聲異常而羊水細(xì)胞中僅觀察到正常細(xì)胞時(shí),其他組織中很可能存在隱匿性嵌合體?,F(xiàn)代分子細(xì)胞基因組學(xué)方法的應(yīng)用為尋找以前常規(guī)細(xì)胞遺傳學(xué)分析不能發(fā)現(xiàn)的低水平嵌合體和解決其中一些相關(guān)問(wèn)題提供了機(jī)會(huì)。如CVS很少能識(shí)別8號(hào)染色體三體但在隨后的羊水細(xì)胞培養(yǎng)中能通過(guò)核型分析發(fā)現(xiàn),可能因?yàn)檫x擇性生長(zhǎng)劣勢(shì)造成。但通過(guò)FISH或CMA對(duì)未培養(yǎng)的羊水細(xì)胞進(jìn)行直接分析,已證明在后續(xù)羊水穿刺研究中可有效識(shí)別8號(hào)染色體三體嵌合體。

結(jié)論

在微陣列和NGS時(shí)代,臨床醫(yī)生和患者經(jīng)常會(huì)遇到意義不確定的變異(VUS)帶來(lái)的挑戰(zhàn)和困難。事實(shí)上,不確定意義在臨床遺傳學(xué)中并不是一個(gè)新概念,因?yàn)樽詮漠a(chǎn)前細(xì)胞遺傳學(xué)診斷出現(xiàn)以來(lái),一直在處理結(jié)果的不確定性,主要表現(xiàn)為染色體標(biāo)記、嵌合體和重排。嵌合體在產(chǎn)前診斷中的重要性已經(jīng)得到了充分認(rèn)識(shí),不應(yīng)將其稱(chēng)為FUS(意義不確定的發(fā)現(xiàn)),而應(yīng)將其視為“結(jié)果不確定的發(fā)現(xiàn)”(FUO)。相反,采用篩查方法如NIPT/cfDNA檢測(cè)和報(bào)告VUS/FUO的臨床實(shí)用性存在非常大的爭(zhēng)議。預(yù)測(cè)臨床影響取決于確定的時(shí)間,然后通過(guò)超聲和羊水穿刺等后續(xù)隨訪獲得結(jié)果。除非對(duì)每個(gè)主要的胎兒組織(腦、心、腎等)進(jìn)行活檢,并且在沒(méi)有明顯胎兒異常的情況下,否則產(chǎn)前發(fā)現(xiàn)的嵌合體仍然是一個(gè)FUO。

圖1   . 人類(lèi)植入前胚胎嵌合體起源。a、 卵裂期和囊胚期非整倍體精子和卵子(單細(xì)胞)以及嵌合胚胎的發(fā)生率(%)。b-e,導(dǎo)致染色體嵌合胚胎的機(jī)制示例。b、 后期延遲。c、 染色體捕獲失敗。d、 三極紡錘體形成。e、 核內(nèi)復(fù)制或胞質(zhì)分裂失敗導(dǎo)致四倍體細(xì)胞。 

 圖2. 三倍體拯救。圖示母體減數(shù)分裂I期分離錯(cuò)誤,產(chǎn)生二倍體卵子。正常單倍體精子受精產(chǎn)生三倍體胚胎。根據(jù)三倍體拯救過(guò)程中丟失的染色體,拯救的同源二倍體有三種可能的結(jié)果。當(dāng)母體染色體在三體拯救過(guò)程中任一染色體丟失時(shí),產(chǎn)生的二倍體細(xì)胞將同時(shí)包含母體和父系同源物(雙親遺傳)。當(dāng)父系染色體在拯救事件中丟失時(shí),產(chǎn)生的二倍體同源染色體將僅來(lái)自一個(gè)親本,即母親(單親二體,UPD)。在所有情況下,三倍體和二倍體細(xì)胞的嵌合體都會(huì)出現(xiàn)。
 
圖3:通過(guò)羊穿證實(shí)的絨毛取樣時(shí)檢測(cè)到的嵌合體最終分類(lèi)。CPM,局限性胎盤(pán)嵌合體;TFM,真性胎兒嵌合體。如果染色體異常僅在滋養(yǎng)細(xì)胞中檢測(cè)到,羊膜穿刺術(shù)時(shí)未確認(rèn),則歸類(lèi)為CPMI。如果已確認(rèn),則稱(chēng)為T(mén)FM IV。同樣,如果僅在間質(zhì)中檢測(cè)到異常,羊水穿未確認(rèn),則歸類(lèi)為CPM II。如果確認(rèn),則為T(mén)FM V。如果在兩層中檢測(cè)到異常,而在羊穿時(shí)未確認(rèn),則分類(lèi)為CPM III。如果確認(rèn),則稱(chēng)為T(mén)FM VI。
圖4:CVS時(shí)觀察到的嵌合類(lèi)型頻率(餅圖)和羊水穿刺時(shí)每種類(lèi)型被確認(rèn)的可能性(條形圖)。CPM:局限于胎盤(pán)的嵌合。TFM:真性胎兒嵌合
圖5:在羊水穿刺中確定特定染色體的真性胎兒嵌合的總體可能性

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