12月28日，美國科學(xué)院院刊(ProceedingsoftheNationalAcademyofSciencesUSA，PNAS)在線(xiàn)發(fā)表了北京大學(xué)謝曉亮、喬杰、湯富酬團隊的最新研究成果。該項研究在國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(mutatedallelerevealedbysequencingwithaneuploidyandlinkageanalyses，高通量測序同時(shí)檢測突變位點(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)是在單細胞水平上，通過(guò)一步高通量測序即可檢測致病基因突變位點(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性。

　　植入前胚胎遺傳學(xué)診斷減少孕婦痛苦

　　人類(lèi)的每一個(gè)體細胞都含有兩套遺傳物質(zhì)，一套來(lái)自母親，一套來(lái)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(lèi)型。一個(gè)細胞中的60億個(gè)堿基遵從特定的規律排列、組合，形成每一個(gè)個(gè)體特異的遺傳序列信息。

　　染色體數量異常將會(huì )導致染色體疾病。如每個(gè)細胞中21號染色體額外增加一個(gè)拷貝，變成三個(gè)拷貝，即會(huì )導致唐氏綜合征。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，導致機體不能正常運行，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(lái)巨大痛苦?；诖?，植入前胚胎遺傳學(xué)診斷技術(shù)應運而生。

　　植入前胚胎遺傳學(xué)診斷(PreimplantationGeneticDiagnosis，PGD)是一種在胚胎著(zhù)床前就進(jìn)行遺傳診斷的技術(shù)。但PGD面臨的最大挑戰是每個(gè)胚胎能用于醫學(xué)檢測的細胞數量極少，通常只有1至5個(gè)細胞，以至無(wú)法對其直接進(jìn)行后續的遺傳分析。對這極少量的細胞的遺傳物質(zhì)進(jìn)行數十萬(wàn)倍的擴增，是遺傳分析必須首先解決的問(wèn)題。擴增過(guò)程中出現的任何問(wèn)題，如有些堿基未被擴增出來(lái)或者擴增失誤等，均會(huì )導致診斷錯誤。

　　產(chǎn)前診斷或胚胎植入前遺傳診斷要求準確性要高，假陽(yáng)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

　　目前，臨床上常用的三種診斷方法在準確性、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”只能針對少數幾種染色體疾病，而且受到探針來(lái)源及熒光顯微鏡的限制；“PCR方法”（PolymeraseChainReaction，PCR，聚合酶鏈反應）只能針對單基因疾病或染色體數量的改變；“高通量芯片技術(shù)”，可進(jìn)行全基因組范圍的染色體檢測，分辨率也顯著(zhù)提高，近年來(lái)應用在臨床上的Karyomapping技術(shù)，能夠同時(shí)檢測單基因疾病及染色體異常，但無(wú)法直接對突變位點(diǎn)進(jìn)行分析，只能間接推斷。

　　北京大學(xué)的研究團隊開(kāi)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：

　　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千次，所以結果比傳統的診斷方法更加直觀(guān)、可靠；

　　二是能夠進(jìn)行多重校驗，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（SingleNucleotidePolymorphisms，單核苷酸多態(tài)性）連鎖位點(diǎn)信息，對致病等位基因進(jìn)行多重檢測和反復校驗，全方位降低因突變位點(diǎn)擴增和測序錯誤以及樣品交叉污染等帶來(lái)的問(wèn)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序深度下（2X）就能滿(mǎn)足所有分析需求；

　　四是操作方便。一步高通量測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)方面的精準診斷結果；

　　五是對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本，即可進(jìn)行胚胎的精確診斷；

　　六是適用范圍廣，只要預知致病基因，無(wú)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)的復合突變，甚至是基因大片段缺失、三核苷酸重復等等，任何類(lèi)型的基因突變均可采用MARSALA方法進(jìn)行診斷。也就是說(shuō)目前基因突變導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)助力精準醫學(xué)發(fā)展

　　該項研究詳細介紹了兩個(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)堿基缺失導致移碼突變導致多發(fā)性骨軟骨瘤，其后代無(wú)論男孩女孩均有50%患病風(fēng)險；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??；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)團隊利用MARSALA方法對胚胎進(jìn)行了遺傳學(xué)診斷，對突變位點(diǎn)及染色體情況均進(jìn)行了診斷，幫助兩對夫婦得到了健康的后代，目前兩個(gè)嬰兒都已滿(mǎn)一歲。

　　技術(shù)的進(jìn)步為精準醫學(xué)插上了翅膀。此項研究探索、應用新的方法進(jìn)行胚胎遺傳學(xué)診斷，是基礎與臨床相結合的跨學(xué)科合作成果，也是轉化醫學(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)第三醫院?jiǎn)探芙淌?、北京大學(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研究。該項研究得到了國家自然科學(xué)基金、科技部863計劃、北京市科委項目以及北大-清華生命科學(xué)聯(lián)合中心的支持。

　　隨著(zhù)這一研究成果被世人所認識、接受，獲得進(jìn)一步推廣，將會(huì )為越來(lái)越多的遺傳病家庭帶來(lái)福音，也將為人類(lèi)健康做出更大的貢獻。