乔杰：生殖遗传医学的进展和单细胞PGDPDS

乔杰：生殖遗传医学的进展和单细胞PGDPDS

随着环境污染及生育年龄的推迟，不孕不育率越来越高，

WHO 已将不孕不育症、癌症、心脑血管疾病列为当今影响

人类健康的三大疾病。据统计，我国平均每8 对育龄夫妇中

就有1 对不能正常受孕。试管婴儿技术可有效解决不孕不育难题，自1978 年世界上首例试管婴儿在英国诞生以来，全

世界试管婴儿数已超过六百万，胚胎植入前诊断/筛查PGD/PGS ）技术可以有效的提高试管婴儿的成功率。

2015 年4 月25 日，在中国遗传学会遗传咨询分会—复旦大学第一期遗传咨询师培训班上，北京大学第三医院院长、妇产科主任、生殖医学中心主任乔杰做了《生殖遗传医学的进展和单细胞PGD/PDS 》报告，重点讲述了PGD/PGS 的定义、临床应用，以及最新应用于生殖医学领域的MALBAC

技术，并对其未来发展做了预测。

胚胎植入前遗传学诊断/筛查（PGD/PGS ）的定义

PGD/PGS 是胚胎植入前遗传学诊断/筛查（Preimplantation

Genetic Diagnosis/Screening ），是指在人工辅助生殖过程中，对胚胎进行种植前活检和遗传学分析，以选择无遗传学疾病的胚胎植入子宫，从而获得正常胎儿的诊断/筛查方法。

这两种技术均建立在试管婴儿基础之上，都可以直接筛除有问题的、不健康的胚胎，挑选正常的胚胎植入子宫，可有效

避免遗传病患儿的出生，阻断致病基因的纵向传递，从而获得正常的妊娠，提高患者的临床妊娠率，避免因引产给孕母带来的身心创伤。生殖遗传学诊断/筛查使用的技术

过去20 年间，胚胎植入前遗传检测主要通过卵裂球活检结合聚合酶反应(PCR) 或荧光原位杂交(FISH), 对胚胎的单基因遗传异常以及有限的染色体异常进行检测。近年来胚胎植入前遗传检测技术提高，出现一些新兴的遗传检测方法,例如

微阵列-比较基因组杂交(Array-CGH) 以及单核苷酸多态性微阵列(SNP-array) 技术，它们使得同时检测23 条染色体成为可能,并能以更高的精度检测小片段染色体的拷贝数变化、

及结构改变等。这使得胚胎植入前遗传检测的应用价值不仅

在于可排除遗传异常胚胎,更可用于提高大龄生育、反复流产

等不孕不育人群的受孕率。

PCR 技术1985 年首次应用于遗传病基因诊断，目前已有近

百种遗传病可用PCR 技术进行诊断和产前诊断。由于PCR 技术可将微量的DNA 扩增数百万倍，因此它适应适用于各种来源的DNA 标本，包括羊水穿刺、绒毛采样、脐血胎儿血液采集、胎儿活检、母外周血分离胎儿细胞、宫颈刷取细胞及着床前取细胞等。PCR 技术在PGD 中也面临着一些问题：荧光原位杂交技术

( fluoresence in situ hybirdization,F I

S H )是一种将分子生物学(探针)与细胞遗传学(染色体) 结合，检测染色体异常的新技术。与传统的细胞遗传学方法相比，

其优势在于:(1) 无需细胞培养，间期细胞即可用于杂交分析。

(2) 检测时只需计数间期细胞核上不同的杂交点，比传统的核型分析操作简单。(3) 与核型条带分析方法相比,运用特定探

针检测更敏感,更具特异性，特别是对染色体微小片段异常的检测，更有针对性。FISH 也可检测和定性标记染色体，因

此非常适用于临床染色体异常疾病的产前诊断。然而，FISH

技术一次只能检测一个或几个候选位点，且需要细胞遗传学

家对每一例标本进行评判，这一过程平均要花费5－7 个小时甚至更多的时间：比较基因组杂交 ( comparative genomic hybridization, CGH )技术是在FISH 技术的基础上发展起来的一种新的分子细胞遗传学技术。该技术不需细胞培养，次杂交实验即可在整条染色体或染色体区带水平对不同基因组间DNA 序列拷贝数的差异进行检测并定位，其在生殖遗传学方面的临床应用及面临问题如下：SNP-array 技术，

即单核苷酸多态性微阵列(single nucleotide polymorphism y) 技术，它能够检测出大量的细微DNA 改变和与染色体拷贝数

arra

(非整倍体) 或染色体结构重排有关的异常改变。SNP

分析能够对所有的23 对染色体都进行分析，不过其也有临床应用局限：单细胞测序为PGD/PGS 提供了有力的工具单细胞全基因组测序技术是在单细胞水平对全基因组进行扩增与测序的一项新技术，其原理是将分离的单个细胞的微量全基因组DNA 进行扩增，获得高覆盖率的完整基因组后

进行高通量测序。 2011 年，《自然方法》杂志 ( Nature Methods ) 将单细胞测序列为年度值得期待的技术之一， 2013 年，《科学》杂志( Science )将单细胞测序列为年度 最值得关注的六大领域榜首。单细胞测序技术出现以后，就 被迅速应用到生殖医学领域，为人们研究人类胚胎发育、获 知全部基因组信息提供了有力的工具。

谢晓亮教授是我国单细胞测序领域的领军人物，他带领研究 组创建了一种新的人单细胞全基因组测序技术 火成环循环扩增技术( Multiple Annealing and

Looping-Based Amplification Cycles, MALBAC

数性扩增， 解决了扩增偏倚， 同时保持了 90% 以上的基因组 扩增覆盖度，使得检测单细胞中较小的 DNA 序列变异变得 更容易，分辨率提高，可以检测单基因突变，以及同时检测 多个基因。 MALBAC 技术发明之后， 已陆续用于对人类单个细胞、 精子细胞、单个卵母细胞等测序，并在实际临床应用中取得 了良好的效果： 案例 1 ：案例 2：预测：下一个 PGD 新技术的出现可能来自 表观遗传学 最后，乔杰教授对 PGD 的发展进行了预测，她表示，与单

)，这是迄今 为止在单细胞测序及相关领域最先 进的技术。

MALBAC 利用 特殊的引物，使得扩增子结尾互补成环，防止了

DNA 的指

单个