产品简介

什么是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),指在进行IVF(In-vitro Fertilization)助孕时,在体外受精胚胎植入着床之前,对早期胚胎进行染色体异常(染色体数目和结构异常)的检测,从而挑选正常的胚胎植入子宫,以期获得正常的妊娠。

染色体异常的发生率

根据《中国出生缺陷防治报告(2012)》表示,我国出生缺陷率高达5.6%,育龄妇女不孕不育率约为10~15%,而且自然妊娠胚胎约15~20%发生自然流产,2~8%的夫妇发生复发性流产。这些大多是由染色体异常导致。

开展PGS检测的意义

试管婴儿技术给不孕不育夫妇们带来了希望,但对于一些高龄的、不明原因流产及反复不孕的患者,即使通过试管婴儿的手段,其胚胎植入妊娠率仍然不高,这样的患者中胚胎异常(如有遗传疾病,非整倍体胚胎)的发生率高达50%。所以,利用PGS技术选择健康胚胎对于这些患者来说就显得尤为重要。

● 提高临床妊娠率及活产率
● 降低早期流产风险
● 减少遗传缺陷患儿的出生
● 提高单胎妊娠率

 

参考文献:
[1] Zhihong Yang, Jiaen Liu, et al. Selection of single blastocysts for fresh transfer via standard morphology assessment alone and with array CGH for good prognosis IVF patients: results from a randomized pilot study. Mol Cytogenet. 2012, 5:24.
[2]Brooke Hodes-Wertz, et al. Idiopathic recurrent miscarriage is caused mostly by aneuploid embryos. Fertil Steril. 2012, 98:675–80.

技术原理

高通量测序+软件自动化分析

PGS通过采用高通量测序技术(Next generation sequencing, NGS),对单细胞全基因组扩增产物进行测序,得到数以万计的reads(碱基序列),再与人类基因组参考序列比对,可将reads定位到基因组上,而后通过选取一定长度的窗口,可对窗口内的reads进行计数,从而作为该窗口的信号值(数字信号),该信号会随着测序深度的增加和窗口的增大而趋于稳定,这些拥有稳定信号值的窗口就是用来判定染色体异常的基础。对于一个二倍体的区域(或整条染色体),如信号值是正常值的1.5倍,则可判定为重复(或三倍体),如为正常值的0.5倍,则可判定为缺失(或单倍体)。

产品特点

1.检测特点

准确
高通量测序技术,全面检测23对染色体非整倍体、4Mb以上微重复/微缺失,基于>30000例的胚胎数据库,准确率>99.9%;             

高效
采用具有自主知识产权的E&S™生物信息学分析软件,检测效率高;

全面
可进行胚胎嵌合分析和线粒体拷贝数分析,作为胚胎筛选的重要指标,有助于选择更适合的胚胎。

NGS进行PGS染色体非整倍体筛查,精确度高、成本低、时间短,能够筛查基因组和线粒体上的特异突变。
                                                                 —Dagan Wells, et al. J Med Genet. 2014

2. 检测范围

● 全面覆盖23对染色体
● 染色体非整倍体数目和结构异常
● 4M以上染色体微缺失/微重复
● >30%嵌合体
● 线粒体拷贝数分析

3. 胚胎嵌合分析的重要性

最大限度降低流产率和后代异常几率

胚胎嵌合定义:
胚胎含有两种及两种以上不同核型的细胞系的胚胎,称嵌合胚胎。例如:胚胎中含有一部分二倍体,含有一部分三倍体,这是嵌合胚胎。

胚胎嵌合的可能原因:

1) 体外培养的条件,胚胎发育速度快,染色体高度不稳定,易发生染色体重组
2) 胚胎自我选择(倾向于将异常的细胞推向外滋养层)

不同时期的嵌合比率:
 

参考文献:Vanneste et al. nature medicine,2009; Antonio Capalbo et al, Human Reproduction, 2013

胚胎嵌合的危害:嵌合胚胎容易造成染色体异常、发生自然流产或有先天缺陷患儿出
1)染色体异常;
2)自然流产;
3)先天缺陷患儿出生

在无健康胚胎挑选移植时,优先挑选嵌合比例低的胚胎,能够最大限度降低流产率和后代异常几率。

4. 线粒体拷贝数分析的重要性

作为胚胎筛选的重要参考指标

2014年Dagan Wells等对运用高通量测序技术进行PGS检测时得到的线粒体基因组信息做过分析,发现NGS的方法能够筛查基因组和线粒体上的特异突变;而且线粒体DNA含量提高与染色体非整倍性相关(p<0.05),可作为线粒体和染色体错分离之间的关联;线粒体拷贝信息是染色体异常或基因异常的筛选重要指标。

 

通过分析目前国际上的两种假设:
第一,线粒体水平升高会导致新陈代谢水平异常的提高,研究表明这将会引起胚胎发育能力降低,叫做“沉默胚胎”假说(Quiet Embryo);
第二,线粒体增加可能是一种补偿机制,暗示有细胞器缺陷,或是线粒体突变。我们对进行PGS的胚胎同样进行了分析,发现了和Dagan Wells相似的结果。

正常的胚胎样本和异常胚胎样本之间线粒体比例有极显著差异,染色体异常胚胎其线粒体比例高于染色体正常胚胎,可作为染色体异常筛选重要指标。

适用人群

● 高龄夫妇                 

● 复发性流产夫妇                    

● 反复种植胚胎失败夫妇   

临床案例

检出染色体无异常

测序数据量706881,平均长度120bp,测序深度0.03X,染色体拷贝数分析4Mb以上无异常。

 

检出染色体异常

测序数据量534182,平均长度120bp,测序深度0.03X,染色体拷贝数分析17号染色体三体。

 

检出PGS嵌合

某合作医院提供一个PGS样本,JBRH分别采用生物芯片技术和JBRH测序技术(易安顺®——E&S-MDA-Chimerc胚胎染色体嵌合分析系统)进行分析检测。生物芯片与测序结果均显示,该样本3号染色体短臂异常,测序结果还显示12号染色体发生非整倍体嵌合,嵌合比例是25%,而生物芯片未发现这一异常。JBRH测序技术可发现芯片技术检测不到的染色体异常。

知识小窗

常见的染色体非整倍体综合征   

疾病 发生区域 活产新生儿发生率 备注
Down综合征 21三体
(47,XX; 47,XY)
1/750-800 高龄妇女发生率增加
Edwards综合征 18三体
(47,XX; 47,XY)
1/6,000 大部分在孕期发生流产
Patau综合征 13三体
(47,XX; 47,XY)
1/10,000 95%的胎儿会死于宫内
X三体综合征 X三体
(XXX)
1/1,000(女婴中) 多数患者临床表征不明显,仅有10%的得到诊断
Klinefelter综合征 47,XXY 1/500-1,000(男婴中) 表型相对较轻,至少50%胎儿在孕期发生流产
XYY综合征 47,XYY 1/1,000(男婴中) 父母高龄不影响发病率
Turner综合征 45,X 1/2,500(女婴中) 15%在孕期发生流产

 

常见的微缺失/微重复综合征

疾病 发生区域 活产新生儿发生率 备注
Angelman综合征 Chr 15q11.2-q13 1/12,000-25,000 无法独立生活
Cri du chat综合征 Chr 5p 1/15,000-50,000 女性更为常见,男女比例为3:4
DiGeorge综合征 Chr 22q11.2 1/4,000-5,000 部分缺失病例不表现症状
Langer-Giedion综合征 Chr 8q23.3-q24.13 发生率未知 一种非常罕见的疾病
Miller-Dieker综合征 Chr 17p13.3 1/100,000-300,000 多数患儿不会活过儿童期
Prader-Willi综合征 Chr 15q11.2-q13 1/100,000-300,000 有正常生存期,无治愈方法
Smith-Magenis综合征 Chr 17p11.2 1/25,000-50,000 许多患者未被诊断,实际发生率应接近1/15000
Williams-Beuren综合征 Chr 7q11.23 1/7,500-2,000 生存期短于常人,无治愈方案
Wolf-Hirschhorn综合征 Chr 4p16.3 1/50,000 女性发生率约为男性两倍

 

相关文献
[1] Nathan R. Treff, Ph.D., et al. Evaluation of targeted next-generation sequencing-based preimplantation genetic diagnosis of monogenic disease. Fertil Steril. 2013, 99(5): 1377-1384.
[2] Dagan Wells, et al.Clinical utilisation of a rapid lowpass whole genome sequencing technique for the diagnosis of aneuploidy in human embryos prior to implantation. J Med Genet. 2014, 51: 553-562.
[3] Van der Aa, et al. Preimplantation genetic diagnosis guided by single-cell genomics. Genome Medicine. 2013, 5: 71.
[4] Dagan Wells, Ph.D.Next-generation sequencing: the dawn of a new era for preimplantation genetic diagnostics.  Fertil Steril. 2014 ,101(5): 1250–1251.
[5] Francesco Fiorentino, Ph.D., Anil Biricik, M.Sc., Sara Bono, B.Sc.,etc. Development and validation of a next-generation sequencing–based protocol for 24-chromosome aneuploidy screening of embryos. Fertil Steril. 2014, 101(5): 1375–1382.