无创DNA检测的胎盘绒毛细胞生物学

1983世界上首例绒毛染色体核型分析成功。

当时认为，胎盘的染色体组成忠实地反映了真正的胎儿染色体核型。但不久之后，科学家们遇到了一个新的生物学现象：染色体嵌合体导致胎儿与胎盘染色体不一致。嵌合核型中的三体可能是合子形成后，有丝分裂过程中发生了“不分离”错误，也可能是I期或II期减数分裂时发生了“不分离”，合子形成后纠正这一错误造成的。根据“不分离”错误发生的时间和机制，异常细胞系可以同时存在于胎盘和胎儿，也可以仅在胎儿或仅在胎盘。在前两种情况中，胎儿为真正的嵌合体(TFM)，通过羊膜腔穿刺可证实;第三种情况即为限制性胎盘嵌合体(CPM)，需要通过胎盘细胞遗传学分析证实。

无创DNA检测的DNA片段来自胎盘绒毛外层凋亡的滋养层细胞，检测目的是发现21、18和13三体。无创DNA检测对于胎儿非整倍体检出有很高的敏感性、特异性。单胎妊娠中，各目标染色体的复合检出率及假阳性率(FPR)分别为： 21三体(阳性率99.2%,假阳性率0.09%；下同), 18三体(96.3%,0.13%), 13三体(91.0%,0.13%)，45,X单体(90.3%,0.23%), 其他性染色体(93%,0.14%)。双胎妊娠中21三体的检出率和FPR为93.7%、0.23%。

除了技术原因，造成检测结果与胎儿染色体构成不一致的生物学原因或者来自母亲，或者来自胎儿。胎儿因素包括胎儿部分比例不足、胎儿胎盘嵌合体及双胎之一消失。母体因素包括母体本身染色体异常、母体恶性肿瘤。移植男性器官、组织可能造成胎儿性别检测的错误。由于无创DNA检测的是母体与胎儿胎盘的混合DNA，因此胎儿与胎盘构成不一致，使得无创DNA检测只能成为筛查而不是诊断方法。

绒毛染色体核型分析的金标准

包括对细胞滋养细胞及间质核心的核型分析。通过这种分析方法，绒毛的嵌合可以分为3种：

1型 染色体异常只局限于细胞滋养细胞。

2型 染色体异常局限于绒毛的间质细胞。

3型 染色体异常在两种成分中都能看到。

当绒毛核型分析提示为嵌合体时，必须通过对羊水细胞核型分析区分CPM和TFM。

首先，TFM和CPM在常见非整倍体中的发生频率有染色体特异性。当绒毛细胞有嵌合时，胎儿受累的可能性取决于多个因素，包括异常细胞系分布的类型(1、2、3型)、方式(异常嵌合或异常非嵌合)及受累的染色体及染色体异常的类型。例如，2和7三体是最常见的绒毛嵌合染色体，但羊水细胞都正常。13三体在绒毛嵌合中较少见，胎儿受累比例为2.4%，21三体绒毛嵌合时胎儿受累比例达34%。当21三体与小的额外标记染色体以3型在绒毛中分布时，胎儿受累的比例为100%。

其次，细胞滋养细胞的核型并不总与胎儿相符。大约1%的产前病例中，细胞滋养细胞含有正常细胞系，胎儿不正常，反之亦然。这可以造成无创DNA的假阴性和假阳性结果。假阴性的风险为：13三体为 1/136、18三体为 1/64、21三体为1/135、45,X单体为1/14。假阳性的风险取决于细胞滋养细胞嵌合的水平，以及检测方法对低比例嵌合体的灵敏度。目前，把30%作为可检测出的嵌合比例切割值时，估计FPR为：13 三体为1/3754、18 三体为1/7472、21 三体为1/7372、45,X单体为 1/1421。

由于假阴性和假阳性的存在，后续的产前诊断非常重要。

羊水细胞染色体核型是诊断的金标。

由于无创DNA检测主要在早孕期施行(≥9-10周)，羊水穿刺至少要在孕15周以后进行，有部分孕妇因恐惧、选择未经验证就终止妊娠。常见非整倍体的胎儿胎盘有差异，对不同染色体的发生频率也不同。无创DNA检测高风险后，就要做绒毛活检(CVS)，绒毛细胞嵌合的风险也有染色体特异性，需要后续羊水穿刺证实。

无创DNA检测高风险后，绒毛嵌合的风险为21三体 为2%、18 三体为4%、13三体为22%、45,X单体为59%。对于无创DNA检测21三体和18三体高风险的病例，选择CVS作为诊断手段是合理的。因为绒毛嵌合的风险与胎儿嵌合的风险相似或略高(~2%)。如果无创DNA检测提示45,X单体高风险，由于绒毛嵌合的比例高，因此要选择中孕期羊水穿刺。13三体高风险也应选择羊水穿刺，特别是在超声没有异常发现的情况下。如果超声检查发现畸形，无论无创DNA检测结果如何，即便CVS有嵌合风险，也应选择CVS，以尽早诊断。

临床工作中，如果无创DNA检测高风险的孕妇选择CVS作为产前诊断手段时，需要同时分析细胞滋养细胞和间质细胞，以获得胎儿是否受累的最准确的风险评估。

由于母亲不带有Y染色体，检测Y染色体特异性序列，无创DNA检测可以准确的诊断出男性胎儿患者(例如严重的X连锁疾病)。无创DNA检测出的胎儿性别，有时会与超声检查和/或产前诊断的结果不一致。除了实验室取样错误和质控因素外，可能的原因有胎盘组织的分布不均、“容易混淆”的基因型，例如超声看到的外生殖器与核型提示男胎，无创DNA检测提示女性胎儿，则要怀疑胎儿DNA部分不足，或者双胎之一45,X停止发育。男胎妊娠中胎盘存在45,X的比例约为1/24000。当超声和核型分析显示为女性胎儿、无创DNA检测提示男胎时，要怀疑胎盘中有男性细胞系嵌合、双胎之男胎停育、母亲异体输血或移植。如果超声看到的外生殖器与核型及无创DNA检测结果不符，就要考虑性发育疾病，例如超声显示为女性胎儿，无创DNA检测和核型分析显示男性，要考虑46，XY胎儿女性化疾病(如Smith-Lemli-Opitz综合征、雄激素受体缺乏及5-α还原酶缺乏)。如果无创DNA检测和核型分析提示女性胎儿、超声显示男性，要考虑46,XX胎儿男性化疾病(如有一段隐藏的SRY序列、外源性雄激素、先天性肾上腺皮质增生及分泌雄激素的肿瘤)。

无创DNA检测胎儿拷贝数变异(CNV)有两种类型：

1.对已知遗传综合征特定目标区域致病性CNV的检测包，大小

为1.5到30Mb。

2.全基因组CNV，大小在7～10Mb以上。在大体结构正常、核型正常的胎儿中，有1.7%有CNV异常，与母体年龄无关，因此CNV异常是年轻孕妇有胎儿染色体畸形的主要危险因素。

根据网络资料整理。