胚胎植入前染色體篩查的新技術

　　盡管體外受精（IVF）已經徹底改變了不孕不育的治療，但這個過程本身不夠高效，成功率很低。染色體非整倍體，是造成體外受精失敗的主要原因，因為大多數非整倍體胚胎無法植入，或在孕早期流產。因此，提高成功率的關鍵，是選擇染色體數目正常的胚胎。為此，人們開始采用胚胎植入前染色體篩查（PGS）。

　　他們最早使用的分子細胞遺傳學技術是熒光原位雜交（FISH）。不過，一些報道認為，基于FISH的PGS結果是站不住腳的。不少前瞻性隨機臨床試驗發現，在使用FISH進行PGS后，妊娠率并沒有任何改善。這是因為FISH只能篩查有限的染色體。于是，人們將目光轉移到能篩查全部24條染色體的新技術，以便對胚胎進行更準確的評估。

　　如今，一系列分子遺傳學技術被開發出，能夠對單個或少量細胞中的24條染色體進行分析，如比較基因組雜交芯片（aCGH）、單核苷酸多態性芯片（SNP）和定量PCR反應（qPCR）。

　　Array CGH是第一個在全世界廣泛使用的染色體全面篩查技術。它包含了與整個或部分基因組雜交的探針，通過比較每個探針的雜交強度，專家可確定特定區域是否缺失或擴增。這實現了拷貝數變異（CNV）和雜合性缺失（AOH）的檢測。

　　新一代測序（NGS）技術則有望帶來更多的突變數據。假如測序深度足夠，從理論上能夠以核苷酸的分辨率定位結構和拷貝數變異。相比之下，芯片的分辨率大抵在kb數量級。隨著分辨率的提高，NGS可檢測染色體倒位以及與疾病相關的點突變。

　　下面，我們就來看看胚胎植入前染色體篩查中常用的產品。

　　芯片

　　24sure芯片是許多參考實驗室及IVF實驗室的選擇，由英國BlueGnome公司開發。2012年，這家公司被Illumina收購。到目前為止，24sure芯片已經處理了超過35萬個臨床樣本。

　　24sure芯片利用先進的芯片技術和前沿的BlueFuse分析軟件，全面并準確地評估胚胎活檢中的全部24條染色體。這些芯片可用于第一和第二極體、卵裂球活檢和滋養外胚層活檢中的非整倍體篩查。分析結果的可信度高，有助于選擇整倍體胚胎進行植入。篩查可以在12小時內完成，因此不會干擾新一輪IVF的時間進度。

　　它的具體過程包括：(1) 擴增。從新鮮或冷凍的單細胞中提取出DNA并擴增。在QC之后，經過擴增的模板可立即使用，或保存待用。(2) 標記。利用隨機引物和Cy染料標記擴增后的模板。(3) 雜交。將標記后的片段與24sure芯片雜交。洗掉未結合的DNA。(4) 掃描。利用激光掃描儀掃描芯片，生成此芯片的.tiff圖像文件。(5) 數據分析。利用BlueFuse Multi分析軟件存儲、分析并解釋數據。分析是全自動的，且結果很容易解釋。

　　關于胚胎植入前染色體分析的首個公開發表的隨機前瞻性研究表明，在IVF治療階段使用24sure技術選擇性植入整倍體胚胎，可明顯提高懷孕率1。Yang Z等人報告稱，在預后良好的患者組，20周時的妊娠率提高了65%。利用24sure芯片選擇整倍體胚胎（n=55），妊娠率達到69.1%，而在標準的胚胎形態選擇（n=48）后，妊娠率僅為41.7%。這項研究的結果提供了直接的證據，說明即使是預后良好的年輕女性，24sure分析也可以提高妊娠率。

　　安捷倫的SurePrint G3 human CGH 8×60 K oligo芯片也廣泛用于染色體的全面篩查。此外，這家公司最近還推出了GenetiSure Pre-Screen Kit，可篩查第三天和第五天胚胎的單細胞中的非整倍體以及其他5-10 Mb范圍內的基因組畸變。它將整個運行周期縮短至8小時以內，可同時分析多達14個樣本和2個參考樣本，在不明顯增加成本的前提下篩查更多胚胎。

　　測序

　　Illumina在2014年也推出了基于NGS的篩查方案。VeriSeq PGS方案，由VeriSeq PGS Kit 和MiSeq測序系統組成，利用新一代測序（NGS）技術來全面、準確地篩查全部24條染色體，以選擇整倍體胚胎。VeriSeq PGS所產生的PGS結果與廣泛使用的24sure芯片型技術相當。此外，NGS具有改善分析流程、提高通量和增強性能的潛在機會。

　　VeriSeq PGS方案提供了一種快速、整套的PGS流程，可以在大約12小時內完成。首先，利用SurePlex DNA Amplification Kit從單個胚胎細胞中提取DNA并擴增。之后利用VeriSeq DNA Library Kit對擴增后的樣品進行簡化的文庫制備。最后，將制備好的文庫上樣到流動槽中，并在MiSeq系統上測序。

　　在最近的一項研究中，Fiorentino等人驗證了NGS在PGS中的使用2。在雙盲研究中，他們評估了18個單細胞和單個卵裂球的190個全基因組擴增產物，評估了4,992條染色體，其中402條拷貝數具有非整倍型。NGS在非整倍體檢出上的特異性為99.98%，而靈敏度為100%。基于NGS的24條染色體非整倍體篩查操作的陽性預測值和陰性預測值都為100%。

　　在Zheng等人去年發表的文章中，他們比較了NGS和aCGH方法3。他們認為，基于NGS的拷貝數分析可能是最準確，最具信息量的，因為這種方法使用數千個位點的序列數據。與aCGH相比，NGS也不需要對照樣本，動態范圍也更大。不過，NGS同樣有限制，不建議用來檢測低水平鑲嵌。它也不能直接檢測平衡染色體重排。

　　當然，成本也是人們考慮的因素。目前，每個樣本的NGS檢測成本比aCGH高10-20美元。作者認為，這可能是因為這種技術剛剛開始用于人類的胚胎植入前染色體篩查。隨著NGS成本的大幅下降，人們相信NGS的成本有望低于aCGH。

　　未來，我們還需要更多的數據，來證明這些新技術確實能提高體外受精的成功率。