无创产前检测在性染色体疾病筛查中的研究进展

时间：2024-09-03

齐政翟春雅袁碧波

天津医科大学总医院，天津市女性生殖健康与优生重点实验室(300052)

性染色体非整倍体疾病(SCA)是指由于X和Y染色体先天性数目异常所引起的疾病，包括特纳综合征(TS，45,X)、克氏综合征(KS，47,XXY)、超X综合征(47,XXX)、超Y综合征(47,XYY)及性染色体嵌合体等，是较常见的性染色体畸变疾病，在活产婴儿中的发生率1/200～1/400，产前发病率高达1/435，为唐氏综合征的2倍，SCA多表现为生殖系统发育异常，胎儿期很难通过超声检查发现，多数在青春期通过染色体核型分析才能确诊[1-3]，这也是造成妊娠期SCA漏诊的重要原因之一。无创产前检测(NIPT)通过利用孕妇外周血中的胎儿游离DNA(cffDNA)进行生物测序及遗传信息分析，对胎儿可能存在的染色体非整倍体风险进行评估。NIPT技术可于孕早期对胎儿性染色体进行分析，本文就应用NIPT技术进行SCA筛查的临床研究进展及其优势和局限性进行综述。

1 SCA产前筛查的进展及临床意义

在NIPT技术兴起之前，性染色体疾病的产前确诊率较低，尚不能通过典型的超声表现及生化指标检测出来，除侵入性产前诊断(IPD)外，大多性染色体非整倍体的个体常因青春期性发育异常而被确诊。胎儿期染色体疾病诊断的金标准是侵入性产前诊断，经绒毛活检、羊膜腔穿刺或脐静脉穿刺术获取细胞，经培养后进行G显带分析获得胎儿染色体核型，诊断准确率高、可靠性强，在染色体非整倍体、染色体嵌合及平衡染色体重排的检测中占据不可或缺的地位。侵入性产前诊断为有创操作，取样过程中可能有羊膜腔感染、流产、早产甚至胎儿丢失的风险。

性染色体非整倍体异常不属于严重致死、致残、致愚性疾病，多数患者表型正常，少部分表现为身材矮小、发育落后、轻度智力低下以及第二性征发育不良，表型相对较轻且预后可期。SCA患者的临床表现差异性较大，与其染色体畸变的复杂程度相关，即使核型完全相同也会出现不同的临床表型[4-5]。SCA胎儿的表型也与异常细胞所占比例相关，异常细胞比例越低，其临床表现越不明显，超声的阳性率越低，往往是随着其他染色体非整倍体异常(如唐氏综合征)被偶然发现。有99%的45,X的胎儿在妊娠早期自然流产，超过90%的Turner综合征胎儿可以在妊娠早中期通过超声发现异常，其特异性表现为胎儿颈部淋巴水囊瘤和心脏畸形[6-7]。性染色体三体(SCT)虽尚未发现特异性超声表现，但SCT患者在精神发育上的异常比正常核型人群具有更高的发生风险[8]，其中15%～50% SCT患者可能患自闭症；25%～69% SCT患者可能患注意力缺陷多动障碍；8%～13% SCT患者可能患精神分裂症或双向情感障碍；13%～26.9% SCT患者可能患焦虑或抑郁症；70%～80% SCT患者可能患语言功能障碍；16%～37% SCT患者可能患执行功能障碍等。血清学筛查及超声检查不能检出性染色体疾病，它的筛查与诊断应依赖于遗传学标志物的检测。

1997年首次发现孕妇外周血中存在胎儿cffDNA，之后的研究发现可以利用高通量测序对cffDNA片段进行测序，以评估来自非整倍体胎儿的染色体偏多和偏少。自NIPT应用于临床后，胎儿染色体非整倍体的产前筛查模式发生了改变，从传统的血清学筛查高风险者及高龄孕妇建议行产前诊断，到可以选择NIPT作为血清学筛查高风险及临界风险者的二次筛查方案，再到现在NIPT作为一线筛查方案[9]，NIPT的无创性、快速、较高准确率更容易被妊娠妇女及其家庭接受。

2 NIPT在SCA筛查中的应用现状

SCA患者的临床表现差异性较大，与其染色体畸变的复杂程度相关，尽管同其他染色体疾病相比，SCA致死致残率较低，但临床没有根治的方法，如果可以早期发现、早期诊断，经遗传咨询可以避免较严重染色体畸变的患儿出生，染色体畸变程度相对低的患儿可通过早期激素治疗、物理干预、对症治疗和个性化教育改善其预后，故SCA的早期筛查尤其重要[10-11]。

一项meta分析中纳入分析的单个研究的X单体检出率为66.7%～100%，假阳性率为0%～0.52%，X染色体单体以外的性染色体非整倍体检出率和假阳性率为93.0%(95%CI 85.8～97.8)和0.14%(95%CI 0.06～0.24)[12]。而在常见三体综合征的筛查中，21-三体的检出率和假阳性率为99.2%(95%CI 98.5～99.6)和0.09%(95%CI 0.05～0.14)，分析得出，NIPT技术对于染色体非整倍体的筛查效率明显优于传统血清学筛查方法，对于不能通过血清学筛查的SCA，可以通过cffDNA检测筛查，但筛查效率明显低于21-三体。

回顾近年几项关于NIPT筛查性染色非整倍体价值的研究，可以发现其检测准确性具有较大差异。Katia等[13]对9985例妊娠妇女进行NIPT检测分析得出SCA检出率 0.31%(31/9985)，总体阳性预测值为77.3%(17/22)，X单体阳性预测值为69.2%，X-三体阳性预测值为100%，47,XXY核型阳性预测值为80%，47,XYY核型阳性预测值为100%。Alvaro等[14]前瞻性分析研究7113例NIPT样本，并分析细胞遗传学和核型结果得出X单体的阳性预测值为66.7%，X-三体及47,XXY的阳性预测值为100%。Wan等[15]回顾性分析江西省36 913名单胎孕妇NIPT结果，SCA的检出率为0.43%(157/36 913)，153例经产前诊断证实阳性51例，阳性预测值33.33%(51/153)，敏感度100%，特异度99.72%(36 472/36 574)。Liu等[16]在42 924份NIPT标本中检出141例SCA阳性，检出率0.33%(141/42 924)，阳性预测值47.22%，同时评估其阳性预测值随年龄升高的变化趋势为先升高再降低，位于30～34年龄组的阳性预测值最高。Song等[17]研究中SCA筛查的总阳性预测值为54.55%(24/44)；45,X的阳性预测值为23.53%(4/17)；47,XXX、47,XXY和47,XYY的阳性预测值分别为70.00%、75.00%和80.00%。 Suo等[18]研究中得出SCA总体阳性预测值为46.88%；X单体的阳性预测值为32.43%，低于染色体核型为47,XXX(55.56%)、47,XXY(60.00%)、47,XYY(87.50%)的阳性预测值。国内外其他研究中性染色体异常检出率为0.35%～0.76%，SCA检出率0.36%～0.55%[18-21]。此外，Hu等[22]对8141名单胎妊娠孕妇的研究得出NIPT对SCA的阳性预测值为45.83%，明显低于21-三体及18-三体的阳性预测值(80%及60%)，但高于13-三体及微重复、微缺失的阳性预测值(14.28%及36.11%)；但在此研究中X单体的假阳性率高达91%。Xu等[21]通过分析31 515例单胎妊娠的NIPT结果时发现NIPT对于筛查SCA同筛查21-三体、18-三体、13-三体一样具有较高的灵敏度和特异度，但SCA的假阳性率(0.26%)显著高于三体联合假阳性率(0.12%)，阳性预测值(42.66%)显著低于三体联合阳性预测值(77.44%)。

综上，NIPT可以通过分析cffDNA识别胎儿SCA，其阳性预测值为42.66%～92.90%，该技术可以有效筛查胎儿性染色体异常疾病，但受多种因素影响仍存在一定的假阳性率，不能作为诊断性检查手段，应进一步结合其他产前诊断方法做出准确诊断。NIPT对包含Y染色体的SCA的检出更准确，可能由于母体染色体不含Y染色体，使从母体血浆中获得的Y染色体更容易与母体染色体区分。NIPT对45,X的检出准确率还有待提高。

3 NIPT在SCA产前诊断方面的应用优势

自2011年基于胎儿cffDNA检测的无创产前检测在全球范围内推广使用后，多项研究已经证实NIPT对于21-三体、21-三体、13-三体的检测保持极高的灵敏度和特异性、较高的阳性预测值以及较低的假阳性率。2016年美国妇产科医师协会(ACOG)和母胎医学会(SMFM)推荐将cffDNA筛查取代传统的Patau、Edwards和唐氏综合征筛查，作为一线筛查方案，也可以用于SCA和基因拷贝数变异(CNVs)的筛查。有调查显示NIPT应用于SCA的产前筛查以后，提高了SCA筛查效率及产前检出率，使SCA的产前诊断比例上升3倍[23]。

在NIPT 应用于SCA筛查之前，SCA通常因为伴有唐氏综合征等三体综合征或超声异常行产前诊断而被发现和诊断，而表型正常的SCA患者可能会于青春期出现明显症状，如身材矮小、原发性闭经、第二性征发育不良等，此时可能已经错过生长激素、性激素等激素治疗的最佳时机，预后稍差。相关研究表明, NIPT技术在筛查SCA时灵敏度、特异度很高，阳性预测值可高达77%以上，应用NIPT筛查可以有效识别SCA患者，避免非必要的侵入性产前诊断操作，降低有创产前诊断的并发症，同时为SCA胎儿的父母提供足够的时间以做好接受SCA孩子的准备，包括心理准备及经济准备，也能在SCA患儿出现症状前尽早干预，改善预后[13-15,24]。

目前，NIPT可以用于筛查SCA，但由于其检测效能尚不稳定。 Xie等[25]针对NIPT作为一线及二线筛查方案进行相关研究，从成本-效果层面分析，NIPT作为一线方案或二线方案，筛查SCA的效率均不能得出准确性结论，且成本较21-三体、18-三体、13-三体高。这种情况与NIPT在不同研究中对SCA检测的准确性尚未有一致性结果有一定关系，SCA相比于常见三体综合征，NIPT检测SCA的阳性预测值30%～90%，所以SCA的诊断还需进一步通过侵入性产前诊断明确胎儿染色体核型结果，以做出金标准的诊断结果。但无明显超声结构异常的SCA胎儿，应充分告知孕妇NIPT结果的假阳性可能以及SCA患儿染色体核型可能的致病风险，供其作妊娠选择。

综上所述，NIPT在筛查SCA的灵敏度、特异性、阳性预测和孕妇的可接受性方面有很大的优势，从而有效地避免出生缺陷，延缓SCA合并症的发生，提高人口素质。

4 影响NIPT筛查SCA准确性的因素

NIPT是利用来自孕妇外周血中的cffDNA测序以得到遗传信息，孕妇外周血中的游离DNA来自于母体和胎盘组织，其中胎儿游离DNA主要来源于胎盘滋养细胞的凋亡细胞，因此NIPT检测的是胎盘而非胎儿本身，故NIPT检测的准确性常受局限性胎盘嵌合和母体SCA、母体SCA嵌合体等因素影响。约1%的妊娠会发生限制性胎盘嵌合体(CPM)[26]，在CPM中嵌合程度会影响NIPT的筛查性能，近1/3的假阳性或假阴性是由于CPM造成的，且X染色体单体的胎盘嵌合多发，说明CPM对NITP结果有显著的影响，这也解释了NIPT假阳性/假阴性是不可避免的，且X单体的产前诊断还需谨慎进行。

此外，NIPT在检测SCA时并不能区分来自胎盘和来自母体的cffDNA，所以母体因素，如母体SCA嵌合体、未明确诊断的母体SCA和母体CNVS等都可能影响NIPT的准确性。有报道称，母体SCA可以出现在临床表现正常、生殖系统发育健全的妇女，例如47,XXX的女性大多数患者除了身材较高以外，没有明显的临床异常，高达90%的47,XXX女性不知道自己的染色体异常，而母体为47,XXX可能导致NIPT提示胎儿X染色体增多高风险。