胚胎植入前遗传学诊断-高媛

染色体疾病； 单基因病；
检测癌症易感基因； HLA分型。
胚胎植入前遗传学筛查（PGS)
胚胎植入前遗传学筛查（Preimplantation Genetic screening, PGS）是一种
所谓的“低风险”PGD, 最初是为了提高临床妊娠率和着床率而进行的一种
筛查，其适应征为：
1. 高育龄妇女
2. 反复胚胎种植失败的夫妇
1. PGD中存在有创过程，可能会对胚胎造成损伤； 2. 活检过的胚胎，冷冻--复苏的过程可能会使胚胎存活率下降；
3. 对高龄妇女来讲，卵裂球期活检后胚胎的活产率可能下降。
4. 对PGD活产儿须有长期随访，以确认其副作用。
“两害相权取其轻”的原则
PGD的各项相关技术
1.荧光原位杂交技术（FISH） 2.微阵列比较基因组杂交技术（Array-CGH） 3.测序技术（Sanger测序、新一代测序NGS）
高通量测序平台 的优势
灵活样本量
样本量 1~100 个，根据临床需要 选择，更加贴近临床需求
低成本
高通量测序技术，分辨率更高、 分析速度更快，成本更低
短周期
高通量测序平台 的优势
出具报告时间快，实验操作部分 仅需24小时
多功能
染色体平衡易位携带者检测 PGD单基因病 单基因病 + PGS PGS 染色体异倍性检测 胚胎嵌合体分析 线粒体分析 NIPT 双胎NIPT检测 试管婴儿NIPT检测 微缺失/微重复NIPT检测 流产组织学分析 新生儿遗传病筛查 PGD
PGD过程中所涉及的显微操作
优点
1. 不影响卵子受精和正常发育； 2. 不会引起伦理争议； 3. 对胚胎创伤小，可间接反映母 源遗传缺陷
缺点
1. 不能检测父源性遗传 缺陷； 2. 不能检测受精期间或 受精后异常； 3. 极体容易发生退化， 影响诊断效率。
1. 检测细胞数量相对少
备注
受精前、后
极体
卵裂球
目前，至少有3/4以上的PGD为PGS,它可在染色体水平上高分辨率地检测出非整
倍体、片段缺失及重复；被广泛采用的技术包括FISH、Array CGH芯片技术等，近年
来发展起来的新一代测序技术也开始应用于PGS。
OMIM对遗传病及致病基因的统计数据
Number of Entries in OMIM (Updated May 19th, 2015)
胚胎植入前遗传学诊断-定义
胚胎植入前遗传学诊断（Preimplantation Genetic Diagnosis, PGD ）是指在体外受精过程中，对具有遗传风险患者的胚胎进行植入前活
检和遗传学分析，以选择无遗传学疾病的胚胎植入宫腔，从而获得正
常胎儿的诊断方法。 这种方法可有效地防止遗传性疾病患儿的出生，是产前诊断的延
PGD
线粒体基因检测
供体的受精卵 （精子为同一来源）
第四代
胚胎植入前遗传学诊断（PGD)
10 健康宝
宝出生
1 遗传咨询
Start
2获得家系中所有相关
人员的遗传信息
9 产前诊
断
3 基因检测与连锁分
析
8
胚胎移植与 着床
4 辅助生殖技术治疗
7
单细胞的致病 靶基因检测及 连锁分析
5 体外受精及胚胎
培养
6卵裂球单细
0
1,828
Totals
21,577
1,233
59
65
22,934
单基因遗传病PGD适应征：
1. 有遗传病家族史且已明确致病基因位点的常染色体显性、常染色
体隐性、性连锁遗传的单基因遗传病夫妇； 2. 生育的第一个孩子患有恶性疾病如白血病或遗传缺陷，并且在各
种医疗措施治疗后无效的，若采用HLA相同的弟妹脐血干细胞
（2nd
第2极体移除 polar body removal ）
（1st
第1、第2极体移除 & 2nd polar body removal ）
3天卵裂球活检 （day-3 embryo biopsy）
5-7天囊胚外胚层细胞活检 （day-5–7 blastocyst / trophectoderm biopsy）
胚胎植入前遗传学诊断
高媛
国家辅助生殖与优生工程技术研究中心 山东大学附属生殖医院
2015.07.18 中国 济南
主要内容
PGD的定义与背景 PGD的发展历史 PGD/PGS的适应症 PGD的流程及相关技术 PGD与伦理 PGD的最新发展
主要内容
PGD的定义与背景 PGD的发展历史 PGD/PGS的适应症 PGD的流程及相关技术 PGD与伦理 PGD的最新发展
Speicher, M. R. et al. Nature Reviews Genetics 6, 784 (2005).
微阵列比较基因组学杂交技术（ array- based comparative genomic hybridization, aCGH)
Sanger测序及STR位点分析
新一代测序
主要内容
PGD的定义与背景
PGD的发展历史 PGD/PGS的适应症 PGD的流程及相关技术 PGD与伦理 PGD的最新发展
试管婴儿与胚胎植入前遗传学诊断
收集生殖细胞 体外受精 受精卵分裂 植入
卵细胞
第一代
精子
第二代 （ICSI)
健康胚胎
ICSI
第三代 (PGD)
检测
受体妈妈的卵细胞 体外 受精 供体妈妈的卵细胞 受体的受精卵
1. 胚胎数量相对多； 2. 诊断准确性较高 1. 胚胎完成一次自我选择，临 床妊娠率提高； 2. 可以获得更多的检测细胞数 量 3. 诊断准确性高
3天后6-10细胞期
囊胚
1. 囊胚形成率仅为50% 左右，可检胚胎数量 有限； 2. 可供诊断时间短，可 能需要冷冻胚胎
5-7天囊胚期取滋 养层细胞
显微操作对胚胎的副作用
高准确度
生物信息学分析软件和完善的技 术流程，寻找 >4Mb 微重复 / 微 缺失能够达到>99%的准确率。
对迟发性的相关疾病的PGD，要有相应技术检测以排除患 病可能。
宗教
罗马天主教： 反对
犹太教：认可，但反对基因改造
主要内容
PGD的定义与背景
PGD的发展历史 PGD/PGS的适应症 PGD的流程及相关技术 PGD与伦理 PGD的最新发展
胚胎植入前遗传学诊断最新发展
技术的发展可以提高PGD的准确性
SNP芯片或新一代测序技术的应用在检测单基因致病靶基因的
2000年 我国中山大学第一附属医院庄广伦教授等完成的国内第一 例PGD婴儿诞生（FISH方法完成的血友病PGD）
主要内容
PGD的定义与背景
PGD的发展历史 PGD/PGS的适应症 PGD的流程及相关技术 PGD与伦理 PGD的最新发展
胚胎植入前遗传学诊断-适应征
非整倍体筛查：胚胎植入前遗传学筛查(PGS)；
移植可以治愈或显著延长生命，可以考虑采用PGD进行HLA相 同的后代筛选； 3. 线粒体相关疾病，若线粒体DNA突变负荷与疾病严重程度成正相
关，可以考虑PGD；
4. 携带有癌症等疾病易感基因的人群
单基因遗传病PGD的现状:
国际：
目前全球已做100，000个PGD临床病例，其中12,000个为单基因遗传病
4,121
292
4来自百度文库
28
4,445
Phenotype description or locus, molecular basis unknown
1,525
130
5
0
1,660
Other, mainly phenotypes with suspected mendelian basis
1,713
113
2
胚胎植入前遗传学诊断-发展历史
1967年 Robert Edwards与Richard Gardner完成兔子囊胚活检后 的性别鉴定
1978年 世界第一个试管婴儿在英国诞生（Robert Edwards）
1983年 Kary Mullis提出聚合酶链式反应（PCR）
1993年 Kary Mullis获得诺贝尔化学奖
3. 复发性流产的 夫妇
4. 不良孕产史等
G. Harton et al., ESHRE PGD consortium best practice guidelines for organization of a PGD centre for PGD/PGS. Human Reproduction, 2011; 26(1): 4–24.
伸，是遗传学诊断的又一更有希望的新技术。
PGD 绒毛采集 羊水采集 脐血采集
胚胎植入前遗传学诊断-背景
1. 大多数的遗传性疾病目前还缺乏有效的治疗手段。 2. 对患病胎儿进行选择性流产/引产给孕妇造成身心 的双重伤害；
3. 不可避免遗传性疾病的垂直传递。
主要内容
PGD的定义与背景 PGD的发展历史 PGD/PGS的适应症 PGD的流程及相关技术 PGD与伦理 PGD的最新发展
新一代测序
胚胎植入前遗传学筛查（PGS）
病例介绍
主要内容
PGD的定义与背景
PGD的发展历史 PGD/PGS的适应症 PGD的流程及相关技术 PGD与伦理 PGD的最新发展
PGD与伦理
非医学需要的选择胚胎
性别、智商、容貌等原因引起的选择胚胎，以致带来新一 轮“优生”运动
按父母意愿选择胚胎-美国案例
2010年 Robert Edwards获诺贝尔生理医学奖
胚胎植入前遗传学诊断-发展历史
1990年 英国的Alen Handyside等完成的世界第一个PGD婴儿诞生 （X-连锁隐性遗传病）。 1992年 Handyside等再次完成CFTR的PGD婴儿（常染色体隐性遗 传病）诞生，自此PGD得到蓬勃发展。
Prefix
Gene description Gene and phenotype, combined
Autosomal 14,135
X Linked 696
Y Linked 48
Mitochondrial 35
Totals 14,914
83
2
0
2
87
Phenotype description, molecular basis known
约完成全部测序工作的80% 编码区仅占基因组的~1-2%，共22,000基因
2003年, 首次公布准确、完整的基因组序列(2005年，完成约 92%)
从碱基对到临床实践 国家人类基因组研究所（NHGRI）10年规划
高通量测序平台的优势
仪器操作简单
仪器操作方便、快捷、数据通量 适中，适合医院使用
胞活检
18
PGD流程 PGD/PGS临床流程
PGD/PGS的实验室操作流程
体外受精、胚胎培养
极体、胚胎活检
（ 极体活检，胚胎卵裂阶段活检，囊胚活检）
活检细胞的检测、分析
（PCR/ FISH/ aCGH/SNParray/ NGS）
胚胎移植或冷冻
胚胎植入前遗传学诊断（PGD）的关键技术
•
如何安全地获得有效胚胎遗传性样本
PGD。
Anver Kuliev et al., Atlas of Preimplantation Genetic diagnosis, third edition, 2014
国内：
常规开展单基因遗传病PGD的生殖中心很少。
单基因遗传病PGD难点:
1.样本难以获取
2.痕量样本
3.易污染
4.等位基因脱扣 5.同源重组 以上难点是造成单基因病胚胎植入前遗传学诊断发展的 主要障碍。
同时，可完成染色体水平的检测，减少非整倍体、染色体易位、片
段缺失或重复带来的染色体异常；
SNP位点检测可对由于交叉重组带来的HLA配型失败进行监控
，提高PGD-HLA配型成功率。
基因组学的发展依赖于技术的突破
人类基因组的序列图
“人类基因组工作草图”于2000年6月公布，并分别发表在2001年2 月的《Nature》和《Science》杂志
FISH
Sanger测序技术
STR基因分型
aCGH
新一代测序技术
荧光原位杂交-（ fluorescent in situ hybridization，FISH )
FISH问世于20世纪70年代，是在同 位素原位杂交基础上发展起来的。 原理是如果被检测的染色体或DNA 纤维切片上的靶DNA与所用的核酸 探针是同源互补的，二者经变性-退 火-复性，即可形成靶DNA与核酸探 针的杂交体。再用与荧光素分子偶 联的单克隆抗体与探针分子特异性 结合来检测DNA序列，最终完成定 性、定位、相对定量分析。
—显微操作取样
•
如何准确地完成遗传性样本的筛查/诊断 —单个/3-5个细胞的检测
PGD过程中所涉及的显微操作
目前多采用激光打孔、机械切割或Tyrode酸化打孔后吸出细胞的方法取材 。
卵母细胞胞浆内单精子注射 （IntraCytoplasmic Sperm Injection, ICSI）
（1st
第1极体移除 polar body removal）