中华妇产科杂志2006年7月第41卷第7期Chin J Obstet Gynecol, July 2006,Vol. 41,No. 7・综述・ 孕妇血浆中游离胎儿DNA测定在产前万方数据诊断中的应用易萍李力陈竹钦 传统的羊膜腔穿刺和绒毛吸取是目前许多医院较为常用的产前诊断技术,因其操作易导致流产、胎儿损伤或死亡、宫内感染、羊膜破裂等,使其在临床上的推广和应用受到了限制。利用孕妇外周血中的胎儿细胞进行遗传学诊断一直是无创性产前诊断的重要探索途径「‘1。但由于孕妇外周血中的胎儿细胞数量少,而且存在个体差异,目前很难从外周血中分离出完整的胎儿细胞,这无疑限制了这种方法在临床上的应用{’〕。1997年,有学者研究发现,孕妇血液循环中存在较丰富的游离胎儿DNA,这一发现为无创性产前诊断和筛查开辟了新领域[[2.37。 近年来,孕妇血液循环中游离胎儿DNA的研究已经取得实质性的进展。许多发表的研究方法都是通过检测胎儿特异性的父源性DNA序列来鉴定胎儿基因型的。目前利用实时定量PCR技术鉴定胎儿性别、RhD血型的准确率已接近100%。在英国和欧洲其他国家的一些研究机构,已将检测RhD阴性孕妇血浆或血清中RhD基因序列来鉴定胎儿RbD血型列入了常规产前诊断。同时对于有发生X染色体连锁疾病风险的胎儿,应用这种无创性胎儿性别鉴定的方法已取得临床效果[4s7。 研究表明,一些胎儿染色体非整倍体和妊娠并发症可影响孕妇血液循环中胎儿DNA的水平,游离胎儿DNA水平的升高与胎儿21三体、妊娠剧吐、羊水过多、子痈前期和溶血、肝酶升高、血小板减少(HELLP)综合征有关。有关胎儿DNA定量的潜在临床意义已进行了广泛的研究。胎儿DNA生物学特性方面的研究在近几年也有了新的进展。本文着重介绍游离胎儿DNA定量分析的临床应用和游离胎儿DNA的组织来源。 一、关于游离胎儿DNA与胎儿染色体非整倍体21三体是胎儿最常见的染色体异常, 可导致胎儿出生后智力障碍,也称为唐氏综合征。1997年,有人首次利用PCR技术证明孕育21三体胎儿的孕妇外周血中胎儿细胞数量比孕育正常胎儿的孕妇高6倍。因此认为这两组孕妇血浆中,胎儿DNA可能有类似胎儿细胞样的变化。为了证明这一假想,有学者利用实时定量PCR技术扩增Y染色体序列,分别在美国波士顿和中国香港开展研究,在美国波士顿选择的孕育21三体男性胎儿的7例孕妇和孕育正常男性胎作者单位:400042重庆, 第三军医大学大坪医院野战外科研究所妇产科儿的19例孕妇血浆中,胎儿DNA水平的中位数分别为46基因组当量(GE)/"和23 GE/ml;在中国香港选择的孕育21三体男性胎儿的6例孕妇和孕育正常男性胎儿的18例孕妇血浆中,游离胎儿DNA水平的中位数分别为48 GE/ml和16 GE/nli。这项研究提示,孕育21三体胎儿的孕妇血浆中游离胎儿DNA平均水平比正常孕妇高两倍左右;同时也提示,实时定量PCR技术分析孕妇血浆中游离胎儿DNA具有可靠性和可重复性,通过这种方法可在世界不同研究中心开展合作研究[6]。研究认为,通过检测孕妇血清中的胎甲球蛋白(AFP)、非结合雌三醇、人绒毛膜促性腺激素(hCG)和抑制素A等,能够发现70%一81%唐氏综合征胎儿。在欧洲,一般情况下,所有孕妇均进行这些指标的血清学筛查。而在美国,这项检查只在年龄小于35岁的孕妇中常规进行,对于年龄更大的孕妇一般采取有创性的检查。Farina等[[7l评价了孕妇血浆中游离胎儿DNA能否作为筛查唐氏综合征的血清学标志物后发现,单独用孕妇血浆中游离胎儿DNA进行筛查可检测到21%的唐氏综合征胎儿,与单独用a-AFP进行筛查的结果相似。如果将游离胎儿DNA与目前临床常用的4个标志物一起进行检测,结果发现,唐氏综合征胎儿筛出率由81%上升到86%。虽然目前这项研究仅限于男性胎儿,但它表明了游离胎儿DNA水平测定可以提高唐氏综合征胎儿的筛出率。Wa taganara等181将5例孕育13三体胎儿、5例孕育18三体胎儿和60例孕育正常胎儿的孕妇血清标本进行比较,结果发现,孕育13三体胎儿的孕妇血浆游离胎儿DNA水平比正常孕妇有明显升高;而孕育18三体胎儿的孕妇血浆游离胎儿DNA水平与正常孕妇没有差别。由于目前还没有血清学检查可以对13三体胎儿进行筛查,因此孕妇血浆中游离胎儿DNA水平可能是筛查这种染色体异常的第1个血清学标志物[[9]。 二、游离胎儿DNA与子痛前期子痈前期是严重影响母儿健康的妊娠期特有疾病, 发病率高达7%一10%,是导致孕产妇和围产儿死亡的主要原因。此病主要临床表现为高血压、蛋白尿、水肿,其病因及发病机理至今尚未阐明,滋养细胞侵人障碍导致的细胞因子异常释放被认为是该病的主要原因。LA等〔’。〕比较了20例子痛前期和20例正常对照的孕妇,证实子痛前期孕妇的血浆中游离胎儿DNA水平为正常对照的5倍。又有研究表明〔川,最后发展为子痛前期的无症状孕妇血浆中游离胎儿DNA水平比正常孕妇高。Levine等〔12〕在游离胎儿DNA与子痛前期的关系方面进行了大规模的多中心研究,从120例子痈前期孕妇和120例匹配的血压正常孕妇中获取了658份血清标本,第1次抽血时间均于孕22周前,发现最后发展为子痛前期的孕妇血清游离胎儿DNA水平有两个升高时期:第1个时期是发生在孕13一17周或更早一些,第2个时期发生在子痛前期症状发生前3周。关于游离胎儿DNA与子痛前期的因果联系的机制尚需进一步阐明,但目前认为,其原因可能是由于胎盘异常导致的DNA释放增加,以及病程进展中由于肝脏和肾脏功能受损导致游离胎儿DNA清除减少。 三、游离胎儿DNA与双胎输血综合征双胎输血综合征是双羊膜囊单绒毛膜单卵双胎妊娠的 最严重的并发症。双胎输血综合征发生原因是两个胎儿的胎盘灌注不平衡,从而导致两胎儿生长不一致和双胎之一死亡或两个胎儿均死亡。本病可在胎儿镜直视下利用激光束凝固双胎间吻合血管从而建立功能性双绒毛膜胎盘。但激光束可导致邻近的绒毛小叶的损伤,可为胎盘和游离胎儿DNA的相关性研究提供了可能性。为了证明激光产生的热和缺血性胎盘损伤导致游离胎儿DNA水平升高的假说,将34例有双胎输血综合征并发症的孕妇进行了激光烧凝治疗,结果发现,治疗后孕妇血浆中的游离胎儿DNA水平持续上升,而且在治疗后24 h有1个高峰〔‘,〕。虽然孕妇血浆中的游离胎儿DNA水平与激光束凝固的血管数量无相关性,但是发现,在至少有1个死胎的孕妇血浆中游离胎儿DNA水平明显升高。这个偶然的发现提示,血浆中游离胎儿DNA水平可能作为评价这种新方法疗效的一种预测指标。医源性绒毛小叶损伤和血浆中游离胎儿DNA水平的相关性,提示了胎盘是游离胎儿DNA的来源[13] 四、游离胎儿DNA与母一胎输血综合征母一 胎输血综合征是一种少见的产科疾病,即胎儿红细胞由胎盘的绒毛间隙进人孕妇血循环,从而引起胎儿不同程度的失血及孕妇溶血性输血反应。因为其临床表现具有隐匿性,在多数情况下不易做出早期诊断,故围产儿死亡率较高。但母一胎输血综合征缺乏准确的标志物及临床观察指标,尤其在早期妊娠阶段。孕妇血浆中游离胎儿DNA水平的检测技术比较简单,而且重复性好,目前有研究认为,孕妇血浆中游离胎儿DNA水平测定可以反映子宫内操作后的母一胎输血情况「141。又有学者对早期妊娠选择性人工流产术后孕妇血浆中游离胎儿DNA进行研究表明,利用实时定量PCR扩增Y染色体DYS1序列,可以观察到终止妊娠后孕妇血浆中游离胎儿DNA水平升高,尤其在早期妊娠阶段。这与胎盘血管结构和胎儿血细胞生成的功能发育阶段相符,提示游离胎儿DNA水平升高是由于医源性损伤了新发育形成的母一胎间血管所造成的〔15,16]。进一步应用实时定量RT-PCR技术发现,,珠蛋白mRNA可以作为胎儿红细胞的标志物。虽然血浆中,珠蛋白mRNA含量在许多患者经过人工流产术后降低,但>孕9周的患者人工流产术后,,珠蛋白万方数据mRNA含量升高,这与血浆中游离胎儿DNA水平升高是一致的。这些研究提示,人工流产术后孕妇血浆中游离胎儿DNA水平升高也可能来自于胎儿血细胞,同时提示,定量检测孕妇血浆中游离胎儿DNA水平,为孕9周后的母一胎输血综合征提供了1个新的标志物〔”〕。五、 游离胎儿DNA生物学行为和组织来源自从发现孕妇血浆或血清中存在胎儿DNA以来, 其组织来源备受关注。目前研究认为,胎盘和胎儿血细胞均是孕妇血浆或血清中游离胎儿DNA的主要来源,但仍然存在争论。1. 游离胎儿DNA的血细胞来源:所有孕妇血液循环中均存在胎儿细胞和胎儿DNA。利用末端脱氧核昔酸转移酶介导的脱氧尿普三磷酸标记法(TUNEL)免疫染色技术发现母血中有43%的胎儿细胞具有凋亡标志物。有研究表明,胎儿DNA作为凋亡小体存在于孕妇血液循环中〔1870Hristoskov。等〔19〕研究表明,母血和脐带血中超过一半的胎儿有核红细胞呈TUNEL阳性。这些研究提示,许多胎儿细胞通过母一胎界面后要进人程序性细胞死亡。因此,这些细胞可能是携带遗传物质的载体进人孕妇血液循环中。另外,胎儿细胞和胎儿DNA在一些妊娠并发症,如子痛前期、胎儿21三体和羊水过多的情况下同时升高。近年来研究表明,孕妇血浆中,珠蛋白mRNA含量比非孕妇女要高,而且,珠蛋白是胎儿红细胞的标志物。因此,这些研究均支持孕妇血浆中游离胎儿DNA部分来自于造血细胞的学说〔”〕。但是也有一些争论,虽然在子痛前期的情况下孕妇血循环中胎儿有核红细胞和游离胎儿DNA水平均升高,但两者并未发现有数量关联。Zhong等〔207发现,在正常孕妇血液循环中胎儿有核红细胞和游离胎儿DNA没有数量关联。如果胎儿DNA来自于胎儿细胞裂解,那么若把血标本放在试管内,胎儿细胞裂解也会释放并增加游离胎儿DNA水平。然而,研究发现,将孕妇外周血在试管内放置24 h,游离胎儿DNA水平也未见升高[[217。同时研究发现,体外受精成功的双胎孕妇在胚胎移植18d后,血浆中才可检测到Y染色体DNA序列,而且自然妊娠的单胎孕妇在妊娠32 d后,血浆中才可检测到Y染色体DNA序列〔15,22]。但是在如此早的妊娠时间,母一胎循环还未建立,不支持妊娠早期游离胎儿DNA来自于胎儿血细胞的假说。2. 游离胎儿DNA的胎盘来源:通过检测阴道分娩和剖宫产前后母血中游离胎儿DNA的水平发现,大多数孕妇在产后2h,血浆中游离胎儿DNA已无法检测到。而产后大量的细胞在数周内从孕妇血液循环中被清除,某些细胞亚群在产后可持续存在,甚至数十年。孕妇血浆中胎盘激素的定量检测也支持游离胎儿DNA系胎盘来源的假说〔237。Oh ashi等[[42」发现,妊娠中期妇女血清中游离胎儿DNA水平与p-hCG有相关性。Smid等〔25发现,双胎孕妇的血浆中游离胎儿DNA的水平高于同期单胎孕妇,推测其原因,前者的胎盘比后者重。Sekizawa等〔261发现,孕足月妇女血浆中游离胎儿DNA水平和脐带血浆中母亲DNA水平分别为・494・中华妇产科杂志2006年7月第41卷第7期Chin J Obstet Gynecol, July 2006, Vol. 41, No. 7万方数据14%和0.9%。这些研究表明,母一胎界面交换是不平等的,由于存在胎盘,所以有更多游离胎儿DNA进人母体。从胎盘的结构特点来看,孕妇血浆中游离胎儿DNA大多数来自绒毛滋养细胞。还有前述的激光烧凝治疗的双胎输血综合征的孕妇,发现治疗后孕妇血浆中游离胎儿DNA水平持续上升,这也支持游离胎儿DNA由胎盘来源的假说〔13]0总之,自发现孕妇血浆中存在胎儿DNA已有7年了, 游离胎儿DNA水平检测在临床应用范围方面不断扩大。孕育胎儿为21三体、13三体的孕妇血液循环中游离胎儿DNA水平高于正常孕妇,但在胎儿为18三体的孕妇中却未见类似现象。子痛前期孕妇血液循环中游离胎儿DNA水平高于正常孕妇,而且游离胎儿DNA水平变化可能作为子痈前期发病的早期筛查指标。通过定量检测Y染色体序列和,珠蛋白mRNA发现,孕9周以上孕妇的人工流产术后血浆游离胎儿DNA水平升高。提示游离胎儿DNA水平检测作为母一胎输血综合征的新标志物有一定的临床意义。激光治疗双胎输血综合征后,或胎儿死亡后,母体中游离胎儿DNA水平明显升高可能有助于判断治疗的预后。参考文献1 Guetta E, Simchen MJ, Mammon-Daviko K, et al. Analysis of fetalbl ood cels in the maternal circulation: chalenges, ongoing eforts,and potential solutions. Stem-Cells-Dev,2004,13:93-99.2 Simpson JL, Bischof F. Cell-free fetal DNA in maternal blood:ev olving clinical applications. JAMA,2004,291:1135-1137.3 Chiu RW, Lo YM. Recent developments in fetal DNA in maternalpl asma. Ann N YA cad Sci, 2004,1022:100-104.4助nders RJ, Christiaens GC, Bossers B, et al. Clinical applicationso f cell-fere fetal DNA form maternal plasma. Obstet Gynecol, 2004,103:157-164. 5 Harper TC, Finning KM, Matrin P, et al. Use of matenral plasmaf or noninvasive determination of fetal RhD status. Am J ObstetGynecol, 2004,191:1730-1732.6 Lo YM, Lau TK, Zhang J,et al. Incerased fetal DNA concentrationsi n the plasma of pregnant women caryring fetuses with trisomy 21.Cl in Chem,1999, 45:1747-17517 Farina A,LeShane ES,Lambert-Messerlian GM, et al. Evaluationof cell-fere fetal DNA as a second-trimester maternal serum marker ofDown syndrome pregnancy. Clin Chem, 2003,49: 239-2428 Wataganara T, LeShane ES, Fairna T, et al.Maternal serumf ree fetal DNA levels are incr-a-rd in rasr-of trisomy 13 butcenlol-tt irsomy 18. Hum Genet, 2003,112: 204-208.9 Saller DN, Canick JA, Blitzer MG, et al. Second-trimester maternals eurm analyte levels associated with fetal tirsomy 13. Prenat Diagn, 1999,19:813一16.10 Lo YM, Leung TN, Tein MS, et al. Quantitative abnormalities off etal DNA in maternal serum in preeclampsia. Clin Chem,1999, 45:184-188. 11 Leung TN, Zhang J, Lau TK, et al. Increased matenral plasma fetalDNA concentrations in women who eventually develop preeclampsia.Cl in Chem, 2001,47: 137-139'.12 Levine RJ, Qian C, Leshane ES, et al. Two-stage elevation of cell-f ree fetal DNA in matenral sera befoer onset of preeclampsia. Am JObs tet Gynecol, 2004, 190: 707-713.13 Wataganara T, Gratacos E, Jani J,et al. Persistent elevation of cel-f ere fetal DNA levels in maternal plasma atfer selective laser coagulation of chorionic plate anastomoses in seveer midgestationalt win-twin transfusion syndrome. Am JObs tet Gynecol, 2005,192:604- 609.14 Lau TK, Lo K%,Chan LY, et al. Cell-free fetal deoxyribonucleicaci d in maternal circulation as a marker of fetal-maternal hemorrhagei n patients undergoing external cephalic version near term. Am J Obstet Gynecol, 2000,183:712-716.15 Wataganara T, Chen AY, LeShane ES, et al. Cell-fere fetal DNAl evels in maternal plasma after elective first-tirmester termination ofpr egnancy. Fertil Steril,2004,81:638.644.16 Wataganara T, Leshane ES, Chen AY. Circulating cell-free fetalnucl eic acid analysis may be a novel marker of fetomatemalhemor rhage atfer elective first-tirmester termination of pregnancy.Ann N Y Acad Sci, 2004,1022:129-13417 Wataganara T, LeShane ES, Chen AY, et al. Plasma gamma-globin gene expression suggests that fetal hematopoietic cels contribute tot he pool of circulating cell-fere fetal nucleic acids during pregnancy.Cl in Chem,2004,50: 689-693.18 Bischoff FZ, Dang D, Home C, et al. Fetal DNA in matenral plasma circulates as apoptotic bodies: elucidation of the structuralnat ure of fetal DNA for non-invasive prenatal genetic diagnosis. Am JHum Genet, 2003,73 (Suppl) :189.19 Hristoskova S, Holzgreve W, Hahn S. More than one-half of thee rythroblasts in the fetal circulation and cord blood,TUNELpos itive. Clin Chem, 2001,47:1870-1871.20 Zhong XY, Holzgreve W, Hahn S. Cell-free fetal DNA in thema tenral circulation does not stem from the transplacental passage off etal erythroblasts. Mol Hum Reprod, 2002, 8:864-870.21 AngetrRM, LeShane ES, Lo YM, et al. Fetal cell-free plasma DNAconcent rations in maternal blood are stable 24 hours after collection:a nalysis of first- and third-trimester samples. Clin Chem, 2003,49:195-198. 22 GuibertJ , Benachi A, Grebile AG, et al. Kinetics of SRY gene appearance in matenral serum; detection by real time PCR in earlypr engancy atfer assisted reproductive technique. Hum Reprod,2003,18:1733- 1736.23 Ng EK, Tsu NB, Lau TK, et al. mRNA of placental origin is eradilydet ectable in maternal plasma. Proc Natl Acad Sci USA,2003,100:47484753. 24 Ohashi Y, Miharu N, Honda H, et al. Correlation of fetal DNA andhuman chorionic gonadotorpin concentrations in second-trimestermat ernal serum. Clin Chem,2002,48:386-388.25 Smid M, Galbiati S, Vassallo A, et al. Fetal DNA in maternalpl asma in twin prengancies. Clin Chem,2003,49:1526-1528.26 Sekizawa A, Yokokawa K, Sugito Y, et al. Evaluation ofbi dierctional transfer of plasma DNA through placenta. Hum Genet,2003,11 3: 307-310.(收稿日期:2005-09-27)(本文编辑:侯存明)