第七节　遗传病的产前诊断

产前诊断（prenatal diagnosis）又称“宫内诊断”，是针对一些特定疾病的高风险家庭，以生殖健康为目的，对孕期胎儿进行某些遗传性疾病的检测，在产前确定胎儿是否患有疾病，通过选择性生育的方式，防止具有严重遗传病、智力障碍和先天畸形患儿出生。产前诊断是由细胞遗传学、分子遗传学、生化遗传学、影像学等学科和临床医学实践紧密结合起来形成的一门交叉学科，有很强的实际应用价值，对提高出生人口素质有重要价值。广泛开展产前诊断，减少遗传病患儿的出生，已成为医学遗传学的重要课题。

一、产前诊断现状

遗传病包括各种染色体病、单基因病、多基因病、线粒体病等，其中基因明确和表型都明确的单基因遗传病有4000多种。这些遗传病可在胎内造成流产，是造成新生儿死亡的原因之一。存活者或者在出生早期，或者在儿童、青少年期发病，造成程度不等的智力发育障碍或者体格发育异常，部分患者死亡。成年后则通过人类繁衍，在人群中不断传播，造成恶性循环，给家庭带来严重不幸，给社会造成沉重负担。因此，人们希望找到一种早期诊断和治疗这些疾病的方法，产前诊断就是顺应这一要求而发展起来的。

产前诊断的发展主要取决于取材技术的进步和实验室检测技术的进步。自20世纪60年代开始经腹壁羊膜腔穿刺术用于产前诊断以来，产前诊断技术发展很快，1966年羊水细胞培养成功后不久，第一例21-三体综合征和半乳糖血症产前诊断成功，标志着宫内诊断的可行性。20世纪70年代以后，这些技术已广泛应用于临床。随着绒毛、羊水细胞培养、高分辨显带染色体、重组DNA等技术的广泛应用和不断完善，继之可经胎儿镜取胎儿血标本和经宫颈、取绒毛做产前诊断。近年唐氏筛查（血清学筛查）是被普遍接受的孕期筛查方法。唐氏筛查采用测定孕妇血清β-绒毛膜促性腺激素（β-hCG）、甲胎蛋白（AFP）、游离雌三醇（FE3），根据孕妇检测此三项值的结果，并结合孕妇年龄，计算出本病的危险度，将孕妇区分为高危与低危两类。对于高危孕妇进一步进行羊水穿刺作最终诊断。唐氏筛查的优点是接受度高，只需采血一次即可完成。但是它具有假阳性率高与漏检率高的缺点。

目前正在发展一些基于下一代DNA测序的无创筛查技术，通过检测母血中胎儿游离DNA，进行染色体异常的筛查/诊断。研究表明，高通量测序的无创检测技术能够将染色体异常的胎儿检出率提高到99%的水平，并且将假阳性率降低到1%以内。

产前诊断的技术主要有：①染色体核型分析；②基于DNA技术的基因突变分析、荧光标记探针杂交分析、基因芯片分析等；③B超和磁共振等影像学分析。

优生知识和遗传知识的普及使遗传病的产前诊断受到了社会的广泛重视，我国有较多城市开展了以染色体核型分析为主的产前诊断。近年来，随着分子生物学技术的发展，北京、上海、广州等地都开展了多种遗传代谢病或者单基因遗传病的产前诊断。

二、产前诊断对象

产前诊断的对象主要针对一些特定疾病的高风险的家庭，包括致病基因携带者、症状前检测和有遗传病先证者的夫妻或者家庭成员，在他们妊娠的早期或者中期，采用染色体或者DNA分析技术，对胎儿进行遗传学检测，以确定胎儿是否为某种遗传病患者。

产前诊断适应对象主要有如下几种情况：

1.夫妇之一有染色体异常（数目或结构），或生育过染色体病患儿的孕妇，特别是表型正常，而有染色体异常的携带者。

2.夫妇之一为某种单基因病患者，或曾生育过某一单基因病患儿的孕妇。

3.夫妇之一有神经管畸形或生育过开放性神经管畸形儿的孕妇。

4.不明原因的自然流产、畸胎史、死产或新生儿死亡史的孕妇。

5.羊水过多的孕妇。

6.夫妇之一有致畸因素接触史。

7.大于35岁的高龄孕妇，或者21-三体综合征血清学筛查阳性者。

8.具有遗传病家族史又属于近亲婚配的孕妇。

随着杂合子检测技术的提高，针对人群中某些高发、严重致残的遗传病，进行杂合子筛查为基础的产前诊断也在发展。例如在我国广东和广西，针对高发的地中海贫血，所有成年人在婚前检查中都进行杂合子筛查，对夫妻双方都是杂合子携带者进行遗传咨询和产前诊断，这种前瞻性的产前诊断正在取得显著的社会效益。

三、产前诊断取材

实施产前诊断，取材技术是关键的第一步，主要包括羊膜腔穿刺术、绒毛吸取术以及无创性产前诊断技术等。

1.羊膜腔穿刺术

羊膜腔穿刺术是产前诊断的一个重要手段，可于妊娠中期16～20周通过腹壁进行，此时羊水比较多，可达170～200ml，羊膜腔空间相对较大，羊水中活细胞的比例较大（20%），一次性培养成功率高（98%以上），有利于细胞培养和染色体分析。在孕龄较大的羊水中虽然胎儿细胞增多，但活细胞比例则越少，因此，大孕周的羊水细胞培养可能会较困难。羊膜腔穿刺术最早用于Rh血型不合的病例，以检测羊水内的胆红素，以后又用于测定血型和胎儿性别。羊水是一种比较直接地反映胎儿各项功能的介质。羊水细胞为胎儿脱落的上皮细胞，经培养后可做酶活性测定或提取DNA进行单基因遗传病分析，可进行染色体核型分析，能为临床提供相当多的信息。

羊膜腔穿刺术应在B超监测下进行，穿刺过程中可能出现的子宫收缩、腹部胀痛、阴道出血、感染或胎儿损伤等症状，一般不会引起早产、流产或畸形。羊水细胞培养时应考虑母体细胞污染、染色体变异和真假嵌合型问题。应该注意对于有出血倾向、盆腔或宫腔感染、先兆流产和孕周小于14周或大于24周者为反指征。此方法造成的胎儿丢失率为0.5%。

2.绒毛吸取术

绒毛来自胚胎滋养层，采取绒毛组织可于妊娠9～12周通过阴道吸取绒毛，这时绒毛细胞比较容易培养。在操作时，一般在B超的指示下进行，吸取胚囊周围的绒毛。抽取绒毛以10～30mg为宜，抽取以后可直接或经培养后进行类似羊水细胞的各项测定，可用于酶活性测定或基因分析，为产前诊断提供依据。对有先兆流产、出血倾向、盆腔或宫腔感染以及怀孕8周以前的孕妇不宜做绒毛吸取术。绒毛吸取术优点是比羊膜腔穿刺术提前2个月，不必培养。若判断胎儿患病可及时干预。手术的相关并发症有流产、肢体缺失、感染、出血等。采用绒毛进行遗传学检测，要由有经验的人员在显微镜下仔细分离蜕膜和血凝块，减少母血细胞的污染，这对DNA检测尤为重要。

3.无创性产前诊断技术

20世纪70年代初在孕妇外周血中发现核型为46，XY的细胞后，已确定孕妇外周血中存在胎儿细胞，这为利用胎儿细胞进行产前诊断开辟了一种对胎儿无创伤性的诊断方法。该方法可在不干扰胎儿宫内生长的前提下获取胎儿细胞，从而可避免羊膜腔穿刺、绒毛活检、胎儿宫内取血等方法对母亲和胎儿的危害，具有取材方便、风险小、不受孕妇年龄限制等影响的优点。

近年，基于下一代高通量DNA测序的无创筛查技术，通过检测母血中胎儿游离DNA，进行染色体异常和单基因遗传病的筛查/诊断正在兴起，无创产前筛查/诊断技术代表了当前产前筛查/诊断的发展方向。

四、常用产前诊断技术

在目前条件下，产前诊断主要通过分子生物学、细胞遗传学、生化遗传学（蛋白和酶）以及影像学技术进行。

1.基因诊断

遗传病是指由遗传物质发生改变而引起的或者是由致病基因所控制的疾病，遗传病是由基因突变所引起，因此，基因突变的遗传学检测是诊断遗传性疾病的核心。根据DNA序列变化的碱基变化，基因突变大致可分为点突变、大片段突变和动态突变三大类。

点突变一般指一些小的DNA序列变异，包括少数几个碱基的插入、缺失和碱基替换等。根据对功能的影响，点突变包括同义突变（synonymous mutation）、错义突变（missense mutation）、无义突变（nonsense mutation）、移码突变（frameshift）、启动子突变（promoter mutation）、剪切位点突变（splice site mutation）等。

大片段突变指较大物理尺度的DNA变异，包括缺失、插入、重复、重排等，变化可从数十个碱基至数十万个碱基的变化，使整个基因缺如或者功能丧失。

动态突变（dynamic mutation）是指DNA中的一些特定碱基重复序列拷贝数发生扩增而导致的突变。在人类基因中，正常等位基因的这种重复序列的拷贝数较低，重复序列的拷贝数有一个范围，超过这个范围，重复序列将变得不稳定。而突变等位基因的拷贝数明显增加，就有可能对基因转录或其表达产物产生影响，表现出疾病症状或在染色体上表现出脆性位点。至今已发现30余种遗传性疾病与动态突变有关，其中属于CGG/CCG重复的有脆性X综合征、Fraxe综合征；属于CAG/CTG重复的有重症肌无力（DM）、X连锁的脊柱和延髓肌萎缩、脊髓与小脑运动失调-1型（SCA1）、舞蹈症、亨廷顿病、齿状核与苍白球萎缩症、Machado-Joseph（MJD）综合征等。

构成人体基本单位的细胞，无论来自何种器官或组织，它们的基因组是完全一致的，采用基因分析方法，在个体发育的任何阶段，以任何有核细胞为材料，都可能检测出这些基因的缺陷，正是这些优点，近数十年来DNA诊断技术得以飞速发展，大大推动了遗传病的诊断。基因检测的结果是确诊性的指标，不仅能明确个体是否患病（有症状或者症状前），而且还能部分揭示个体的临床表现，例如某些基因突变的表型为重症或者轻症，家系成员是否携带致病基因的杂合子，为遗传咨询和产前诊断提供可靠的依据。

在开展基因诊断时应该特别注意以下几点：

（1）目前遗传病的基因分析是以临床诊断为基础的，没有准确的临床诊断，基因分析便无法进行。因为遗传病有遗传异质性，即不同的基因病变，不同的遗传方式可产生相同的临床表现，或者相同的临床表现是由不同基因病变所导致，所以要尽可能多的提供临床和生化检查资料，提高临床的鉴别诊断能力。

（2）产前诊断的先决条件是对先证者作出准确的基因诊断，在母亲再次妊娠时才可能有针对性地做某种基因检测，在进行产前诊断前，要进行家系成员预分析，使少量的胎儿DNA样品分析有的放矢。

（3）取材的准确性至关重要，产前诊断的误差往往是由于材料的污染。血性羊水要通过羊水细胞培养，去除母亲血细胞方能分析。在实验过程中，标本的误标、高灵敏度的PCR检测的污染等需要高度引起重视，要做好分子实验室的合理布局以及一系列的质量控制。

（4）基因突变有多样性，核苷酸的改变有缺失、插入、取代和动态突变等。要明确基因突变的类型和区域。对于目标基因检出一些未知序列变异，特别是通过数据库分析后仍不能明确是否致病性时，诊断一定要慎重，特别是对于病因不明采用新一代测序技术发现的DNA变异携带者。

基因芯片技术是近年遗传学检测的重大进展，它可以通过一次实验对某一样本的整个基因组进行检查。与传统的遗传学检测手段相比，基因芯片检测有如下特点：①检测通量高，能够在一张芯片上检测整个基因组的基因拷贝数变异（copy number variations，CNVs）；②检测分辨率高，传统的核型分析即使分辨率最高也只能检测大于10Mb（1M=1×106）的片段，而基因芯片能够检测小于100kb（1M=1×103），甚至1kb的拷贝数变异。SNP芯片能检测单个核苷酸改变。

在临床上，基因芯片有两类主要用途：①用于检测染色体拷贝数变异的疾病，这是目前临床诊断各类染色体微缺失和微重复综合征的首选方法。②进行单核苷酸多态性分析，用于复杂疾病以及多基因遗传病的临床相关性研究。基因芯片检测技术也可应用于产前诊断，可以检测出绝大部分的染色体异常和常规染色体分析无法检测出的微缺失和微重复综合征。

2.细胞遗传学诊断

对多发畸形甚至微小畸形者，父母一方为平衡易位携带者或有多次流产史者，或家族中有染色体病者，应做染色体检查。怀疑胎儿染色体病可采用绒毛组织或细胞进行常规的染色体核型分析。染色体显带技术如G显带、C显带和Q显带等处理后出现不同的横纹称为“染色体带”，根据带纹可识别每一条染色体，使诊断更可靠。高分辨率显带技术研究染色体结构异常，可发现更多的染色体病。原位杂交技术是细胞遗传学与分子遗传学方法的结合产物，可提高诊断的分辨率和准确性。FISH检查必须预先知道异常发生部位并有针对性地选择特异性探针，只能对个别问题进行分析。FISH技术主要用于染色体上的微小缺失，这些微缺失综合征用传统的染色体分析方法不能识别，包括Prader-Willi综合征、Angelman综合征、Williams综合征等。

3.生化诊断

对于第一胎有异常的家庭，再次怀孕前明确第一胎的病因十分重要。传统上测定血尿代谢产物、酶蛋白活性是确诊单基因遗传病的主要方法，遗传代谢病中常见的氨基酸代谢病、有机酸代谢病、脂肪酸氧化障碍疾病等，由于母亲的肝肾功能正常，遗传代谢物一般难以在胎儿体内或者羊水中聚积，生化代谢物测定的产前诊断一般不应用于产前诊断。

遗传性代谢病中多数为酶缺陷所致，因此可用经培养的羊水上皮细胞或绒毛，采用酶活性测定的方法做产前诊断。首先要将羊水细胞经培养后达1×106时收获再测酶活性，或直接测绒毛中酶活性。但有些酶不在羊水细胞或绒毛中表达，例如苯丙酮尿症的产前诊断无法测定胎儿肝脏的苯丙氨酸羟化酶，只能做DNA分析。溶酶体贮积症是用酶活性测定方法进行产前诊断最多的一组疾病。

相比基因诊断，酶学诊断如能排除母体细胞污染，诊断的可靠性较高，如同时进行基因诊断，结果更为可靠。由于遗传代谢病都是明确的单基因遗传病，基因产前诊断要首选。

4.医学影像学诊断

最常用的是几乎无创伤的超声波检查，B超因图像清晰、分辨力强，因而应用广泛。在怀孕的不同时期进行检查，可以确定胎儿是否存活、胚胎数目，可以发现胎儿体表畸形，如无脑儿、脊柱裂、畸胎瘤等畸形。可以发现某些心脏畸形，食管闭锁、小肠闭锁、肾积水和多囊肾等内脏畸形，通过测定胎儿指标可判断有无生长迟缓，测量股骨长度可判断与肢体畸形有关的遗传病。除了部分骨代谢异常的遗传代谢病，绝大多数遗传代谢病没有影像学的改变。

表1-13列出国内开展的部分遗传代谢病产前基因诊断、酶学诊断疾病。

五、产前诊断和降低出生缺陷

对有遗传代谢病先证者的家庭进行基因、酶学的产前诊断，以最大限度地避免严重遗传病患儿出生，是降低遗传代谢病危害的非常有效的预防措施，意义重大，其发展必将进一步推动多学科的发展。但是，作为一项较为特殊的临床服务，应认识到这是一个高风险的医疗行为。产前诊断都是通过检测家系中已知基因突变的传递判断胎儿状况，而非对胎儿基因全序列进行分析，无法发现新产生的生殖源性突变（de novo），无法完全避免遗传病患儿的出生。另外，产前诊断存在技术难度大、昂贵、技术风险大以及伦理学的相关问题，目前只在一小部分大医院进行，与遗传咨询密不可分。为规范产前诊断，加强产前诊断的法规，建立专业准入、人员准入、技术准入制度、伦理审批十分重要。

遗传学的观点看，中华民族既有大量优质基因，也存在相当数量的有害基因，两者构成我们的基因库。重视遗传医学，防止和减少有遗传病和先天性疾病的患儿出生是一项重要的工作。产前诊断是其中的一个重要环节。

医学遗传方面的优生措施包括全国遗传病调查、禁止近亲结婚、婚前检查、适龄生育、遗传咨询、产前检查、产前筛查、新生儿疾病筛查等。今后，常见单基因遗传病的杂合子检出也是预防遗传病的重要措施。非遗传医学方面的优生措施，例如，预防孕妇营养不良、预防病毒感染、避免滥用药物、治理环境污染、避免接触有害物质、在分娩期预防新生儿窒息和产伤、加强对新生儿的护理、保证新生儿营养等也非常重要。

（顾学范）