NEJM：基于深度家系外显子测序的无创产前筛查技术（DES-NIPT） 实现胎儿特异性致病变异的精准检测

胎儿遗传诊断在产前护理中至关重要。近年来，产前Trio（家系）外显子组测序的进展显示出诊断优势。但由于胎儿取样的侵入性，产前家系外显子组测序仅限于具有可识别结构异常的胎儿检测，无法诊断更多的单基因疾病，因为这些疾病没有在产前表现出来，这导致大量新生儿患有致命的和严重衰弱的儿科疾病。随着液体活检技术的发展，通过检测分析母体血液样本中的cfDNA可以实现无创胎儿检测（NIPT），为产前筛查带来了革命性的进步，但由于现有筛查的分辨率较低，其应用尚主要局限于染色体疾病。

来自丹麦的研究团队开发了基于深度家系外显子组测序的无创产前筛查（DES-NIPT）方法。这种全面的非侵入性筛查方法可以高灵敏度检测胎儿单核苷酸变异（SNV）、小片段插入和缺失（Indel）、大拷贝数变异（CNV）以及母体血液样本的cfDNA染色体非整倍体。这一概念验证方法利用超深度、错误校正、家系外显子组测序，能够高精度检测胎儿De Novo变异。该结果发表在The New England journal of Medicine 上，文章题为“Comprehensive Noninvasive Fetal Screening by Deep Trio-Exome Sequencing”。

为了解决目前胎儿遗传诊断的局限性，研究团队开发了DES-NIPT方法（图1）。首先，研究团队招募了13~21周的36名孕妇及其伴侣，这些孕妇的孕早期有创产前基因检测显示高危。主要入组标准是颈透明测量值至少5mm，在妊娠早期或中期发现至少一个胎儿异常，或两者兼有。对从母体血浆中提取的cfDNA进行DES，每个样本的覆盖率为2710×到8075×不等（平均4548×）。定制的分析框架用于准确检测和过滤变异，研究人员通过独特的分子标签、特定位点噪声建模和胎儿分数（即母体血液样本中胎儿来源的cfDNA的比例）的估计来进行纠错。胎儿分数为3.72%到19%。DES分析用于鉴定母体血浆和匹配的父母血液样本中的胎儿De Novo和遗传的父亲变异。对于纳入研究的所有孕妇，研究团队将DES-NIPT与有创产前家系全外显子组测序、全基因组测序以及绒毛膜绒毛或羊水取样染色体微阵列分析的结果进行比较。

图1.DES-NIPT流程。

研究检测到以下被认为临床相关的致病性胎儿De Novo变异（图2）：4个SNV、1个小片段缺失、2个常染色体三体、1个性染色体非整倍体、2个大CNV、1个不平衡易位。DES-NIPT检测到的所有致病变异都在匹配的有创胎儿样本中得到证实，且与胎儿表型一致，并为11例妊娠提供了遗传诊断。有创筛查在36例妊娠中未发现额外的诊断意义De Novo变异。结果表明，DES-NIPT与有创产前分析完全一致，可100%检测到致病性De Novo变异。

图2.DES-NIPT的性能和工作流程。A：标准无创产前筛查与DES-NIPT性能比较。B：利用母体血浆cfDNA，DES-NIPT检测出的胎儿De Novo变异。C：DES-NIPT的完整工作流程和估计时间，获得检测结果约需要7天。

接下来，为了评估胎儿外显子组在cfDNA中的代表性，研究团队扩大了分析范围，包括位于编码区域内的所有父系遗传胎儿序列变异（图3）。DES-NIPT检测所有蛋白质编码基因的胎儿序列变异的平均灵敏度为95.12%。灵敏度取决于胎儿分数和测序覆盖率。

此外，DES-NIPT检测到通过有创产前分析确定的所有胎儿De Novo变异。在部分血浆样本中，DES-NIPT检测到少量未知来源的序列变异，但在相应的侵入性采集样本中未发现。研究团队认为，这些变异可能来自PCR、捕获产物、低级别母体体细胞嵌合或胎盘受限变异，仍需进一步分析以确定其来源。这些变异均未被认为与临床相关或需要进一步检测。

图3.DES-NIPT检测序列变异分析及敏感性。

DES-NIPT分析包括亲本样本，可以选择在亲生父母中进行携带者筛查，以确定患有隐性疾病的高危妊娠。该研究表明，在母亲不携带相同变异的情况下，这种检测方法可以准确地检测胎儿遗传父亲变异的信息（图4）。此外，确认胎儿是否携带母系遗传变异仍需要进行有创检测。

图4.DES-NIPT检测纯父系变异的性能。

该研究表明DES-NIPT提供了一种无创和全面筛查多种遗传疾病的选择，不会对胎儿或母体构成风险。De Novo变异被认为是严重儿童发育障碍的主要原因。DES-NIPT能够高精度地检测胎儿De Novo变异。将DES-NIPT整合到常规产前护理中，并结合胎儿超声筛查，将有机会提高早期检出率，减少侵入性检查的次数，并促进及时干预。虽然需要大量的研究来验证这一假设，但该上述研究结果预测假阳性率较低。所有阳性结果均应通过产前有创诊断检查予以证实。此外，DES-NIPT周转时间约为7天，可提供及时的结果。

原文链接：https：//doi.org/10.1056/NEJMc2307918