胚胎植入前遗传学诊断技术专题

胚胎植入前遗传学诊断技术专题

生物探索编者按自世界首例试管婴儿诞生以来，相继出现了三代试管婴儿技术。技术的发展以及现实需求使第三代试管婴儿技术应用越来越广泛，患者受益越来越显著。然而，第三代试管婴儿技术在临床上应用如何？面临着哪些困境？在全面二孩时代，企业是如何推动我国第三代试管婴儿技术的发展？世界首例“试管婴儿”于1978年7月25日诞生于英国奧德海姆总医院，我国首例试管婴儿于1988年诞生于北

京大学第三医院，迄今为止，全世界已有超过600万例的试管婴儿。自世界首例试管婴儿诞生以来，相继出现了三代试管婴儿技术。技术的发展以及现实需求使第三代试管婴儿技术应用越来越广泛，患者受益越来越显著。然而，第三代试管婴儿技术在临床上应用如何？面临着那些困境？在全面

二孩时代，企业是如何推动我国第三代试管婴儿技术的发展？

1概述三十多年来，辅助生殖技术的发展经历了常规的“试管婴儿”（体外受精和胚胎移植）、卵胞浆内单精子显微注射（ICSI）、胚胎移植前基因（遗传学）诊断，再到囊胚培养、卵子和精子冷冻、卵母细胞体外成熟技术等，这些技术是现代科学的一项重大成就，开创了胚胎研究和生殖控制的新纪元。试管婴儿的三大时代试管婴儿技术出现后经历不断发展

的过程，相继出现三代试管婴儿技术。“第一代试管婴儿”也

称常规试管婴儿技术，是为了解决女性因素导致的不孕问题，如输卵管、内分泌、宫腔问题等而诞生的。这种技术将精子与卵子放在体外共同培养，靠精子和卵子的自由结合来实现受精过程。“第二代试管婴儿”是为了解决由于男性因素导致

的不育问题，它又称卵母细胞胞浆内单精子显微注射，通过直接将精子注射入卵母细胞胞浆内，来达到助孕目的。如果男方精子数量稀少或没有足够的活动量，或即使有了足够的活动量，精子也不愿意与卵子结合，这种情况下第二代试管婴儿技术可以大显身手。“第三代试管婴儿”也称胚胎植入前

遗传学诊断，指在胚胎移植前，取胚胎的遗传物质进行分析，诊断胚胎是否有异常，然后筛选健康胚胎移植。技术发展所需，现实所迫——PGD/PGS技术应运而生

2012年中国人口协会发布的调查结果显示，目前我国不孕

不育患者已经超过4000万，占育龄人口的12.5%。据“2009中国不孕不育现状调研报告”：不孕不育的发病率达15%，

病因有上百种、治愈率仅34%，试管婴儿平均成功率为

20-30%，不孕不育患者治疗失败约占66%，而这些病因中

有50%以上的遗传因素导致。近年来，随着进行辅助生殖助孕的患者越来越多，临床发现在辅助生殖过程中部分高风险夫妇的胚胎易出现反复种植失败或者不明原因流产的情况，试管婴儿的总体活产率不到30%。而研究发现胚胎染色体异

常时导致试管婴儿失败的主要原因。2012年《Fertility and Sterility》:对2,282枚反复流产患者的胚胎进行分析，显示胚胎整倍体的概率仅占35%2010年，《Fertility and Sterility》杂志上的研究对113份极体和73份囊胚染色体检测，结果发现非整倍体率分别为65.5%和45.2%此外，2016年《Fertility and Sterility》杂志上的文献表明，随着女性年龄增加，胚胎整倍体概率显著下降，超过35岁后，整倍体概率直线下降，试管婴儿活产率不到40%。单纯的形态学评价已不足以实现真正选择染色体核型正常的胚胎植入，因此，临床上希望通过一定的技术手段能够在胚胎植入前对胚胎

进行筛选，选择健康的胚胎进行植入，从而提高试管婴儿的妊娠率和活产率。第三代试管婴儿技术又称为PGD/PGS技术，针对单基因遗传以及染色体结构和数目异常的检测，准确率达99%以上。在临床辅助生殖方面，起到关键的指导作用。在国外，通过使用PGS技术能够将活产率提高至70%的水平，因而我国亟需PGD/PGS技术来更好地实现健康生育。试管婴儿技术发展史GIFT：配子输卵管内移植；ZIFT：合子输卵管内移植法；PZD/SZI：透明袋开孔法/透明带下注入法；ICSI：卵母细胞胞浆内单精子显微注射；PGD-FISH：通过荧光原位杂交技术进行胚胎植入前遗传学诊断；

PGD-CCS：综合染色体筛查的胚胎植入前遗传学诊断什么是PGD/PGS？

第三代试管婴儿技术主要分为两个方向，第一个是胚胎植入前遗传学诊断，即PGD，第二是胚胎植入前染色体筛查，即PGS。PGD是寻找特定染色体上的已知单基因疾病，PGS

是以提高试管婴儿植入率和活产率为目的的早期产前筛查

方法。PGD侧重于胚胎着床前的遗传诊断，经过体外授精获得胚胎。检测物质主要是8细胞期的1个胚胎细胞或者囊胚期的3-5个胚胎滋养层细胞。检测用单细胞DNA分析法，

一是聚合酶链反应（PCR），检测男女性别和单基因遗传病；另一种是荧光原位杂交（FISH），检测性别和染色体病。PGD 用于临床检测越来越广泛，其主要应用于单基因病遗传病诊断，染色体异常诊断等。PGS技术是通过一系列的分子技术手段，针对胚胎染色体的数目和结构异常进行检测，从中筛选出在染色体水平正常的胚胎植入子宫，以期提高胚胎植入的成功率。整个试管婴儿的流程以及胚胎植入前检测点如下：PGD/PGS的发展历程

（1）PGD的发展史PGD可看作是最早期的产前诊断，是

生殖医学与遗传学相结合的产物。

PGD为控制遗传患儿的出生、降低遗传率，探讨出生缺陷发病机制等提供了重要途径。1967年Edwards提出了PGD

的思想（2）PGS的发展史PGD已成功应用20余年，PGS 针对染色体的异常筛查，晚于PGD发展，属于崭新领域，

但随着新技术的发展及应用，PGS检测技术越来越多地应用

于相关研究和临床检测中。最早进行PGS检测的荧光原位杂交技术（FISH）具有快速、灵敏、准确等优点，但由于荧光显微镜只能同时观察部分探针的荧光信号，因此FISH只能对有限的染色体进行检测。随后，随着全基因组扩增技术的发展，CGH技术更加全面的、将诊断范围扩展至全基因组范围检测，其原理主要是用不同荧光色标记待检测DNA 和对照DNA，然后进行杂交，通过双色荧光强度进行对比分析信号。与FISH相比，其主要优点是可以检测所有染色体数目以及每条染色体各个位点遗传物质是否改变。但该技术在使用过程中需要对照DNA，并且根据荧光强度进行样本分析，其准确性相对较低。最近，高通量测序的发展致使越来越多的研究使用二代测序技术进行PGS单细胞活检分析。2013年研究人员利用高通量测序技术对单细胞MDA全基因组扩增产物进行低覆盖度的全基因组测序，开展了人类胚胎细胞非整倍体筛查的临床前研究，发现在0.07倍的测序深度和5.5%的覆盖度下可以有效进行染色体非整倍体的确定，在进行活检囊胚滋养细胞测序的38个囊胚中，68%（26/38）为整倍体，32%（12/38）为非整倍体（15.8%为数目异常，10.5%的样本检测为非平衡易位，5.3%的样本既是非整倍体又是结构异常），其检测结果准确性与array CGH的结果完全吻合。越来越多的PGS使用二代测序技术进行胚胎活检样本检测，这说明随着技术的不断发展，PGS也得到越来越