一文讀懂胚胎植入前遺傳學診斷、文讀篩查技術|生殖生育 (轉載)
試管嬰兒技術出現后經歷不斷發展的懂胚斷篩過程，相繼出現三代試管嬰兒技術。胎植“第一代試管嬰兒”也稱常規試管嬰兒技術，入前是遺傳育轉為了解決女性因素導致的不孕問題，如輸卵管、學診內分泌、查技宮腔問題等而誕生的術生。這種技術將精子與卵子放在體外共同培養，殖生載靠精子和卵子的文讀自由結合來實現受精過程。
“第二代試管嬰兒”是懂胚斷篩為了解決由于男性因素導致的不育問題，它又稱卵母細胞胞漿內單精子顯微注射，胎植通過直接將精子注射入卵母細胞胞漿內，入前來達到助孕目的遺傳育轉。如果男方精子數量稀少或沒有足夠的學診活動量，或即使有了足夠的活動量，精子也不愿意與卵子結合，這種情況下第二代試管嬰兒技術可以大顯身手。
“第三代試管嬰兒”也稱胚胎植入前遺傳學診斷，指在胚胎移植前，取胚胎的遺傳物質進行分析，診斷胚胎是否有異常，然后篩選健康胚胎移植。
技術發展所需，現實所迫——PGD/PGS技術應運而生
2012年中國人口協會發布的調查結果顯示，目前我國患者已經超過4000萬，占育齡人口的12.5%。據“2009中國現狀調研報告”：的發病率達15%，病因有上百種、治愈率僅34%，試管嬰兒平均成功率為 20-30%，患者治療失敗約占66%，而這些病因中有50%以上的遺傳因素導致。
近年來，隨著進行輔助生殖助孕的患者越來越多，臨床發現在輔助生殖過程中部分高風險夫婦的胚胎易出現反復種植失敗或者不明原因流產的情況，試管嬰兒的總體活產率不到30%。而研究發現胚胎染色體異常時導致試管嬰兒失敗的主要原因。
2012年《Fertility and Sterility》:對2,282枚反復流產患者的胚胎進行分析，顯示胚胎整倍體的概率僅占35%
2010年，《Fertility and Sterility》雜志上的研究對113份極體和73份囊胚染色體檢測，結果發現非整倍體率分別為65.5%和45.2%
此外，2016年《Fertility and Sterility》雜志上的文獻表明，隨著女性年齡增加，胚胎整倍體概率顯著下降，超過35歲后，整倍體概率直線下降，試管嬰兒活產率不到40%。單純的形態學評價已不足以實現真正選擇染色體核型正常的胚胎植入，因此，臨床上希望通過一定的技術手段能夠在胚胎植入前對胚胎進行篩選，選擇健康的胚胎進行植入，從而提高試管嬰兒的妊娠率和活產率。
第三代試管嬰兒技術又稱為PGD/PGS技術，針對單基因遺傳以及染色體結構和數目異常的檢測，準確率達99%以上。在臨床輔助生殖方面，起到關鍵的指導作用。在國外，通過使用PGS技術能夠將活產率提高至70%的水平，因而我國亟需PGD/PGS技術來更好地實現健康生育。
試管嬰兒技術發展史
GIFT：配子輸卵管內移植；ZIFT：合子輸卵管內移植法；PZD/SZI：透明袋開孔法/透明帶下注入法；ICSI：卵母細胞胞漿內單精子顯微注射；PGD-FISH：通過熒光原位雜交技術進行胚胎植入前遺傳學診斷；PGD-CCS：綜合染色體篩查的胚胎植入前遺傳學診斷
什么是PGD/PGS？
第三代試管嬰兒技術主要分為兩個方向，第一個是胚胎植入前遺傳學診斷，即PGD，第二是胚胎植入前染色體篩查，即PGS。PGD是尋找特定染色體上的已知單基因疾病，PGS是以提高試管嬰兒植入率和活產率為目的的早期產前篩查方法。
PGD側重于胚胎著床前的遺傳診斷，經過體外授精獲得胚胎。檢測物質主要是8細胞期的1個胚胎細胞或者囊胚期的3-5個胚胎滋養層細胞。檢測用單細胞DNA分析法，一是聚合酶鏈反應（PCR），檢測男女性別和單基因遺傳病；另一種是熒光原位雜交（FISH），檢測性別和染色體病。PGD用于臨床檢測越來越廣泛，其主要應用于單基因病遺傳病診斷，染色體異常診斷等。PGS技術是通過一系列的分子技術手段，針對胚胎染色體的數目和結構異常進行檢測，從中篩選出在染色體水平正常的胚胎植入子宮，以期提高胚胎植入的成功率。整個試管嬰兒的流程以及胚胎植入前檢測點如下：
PGD/PGS的發展歷程
（1）PGD的發展史
PGD可看作是最早期的產前診斷，是生殖醫學與遺傳學相結合的產物。
PGD為控制遺傳患兒的出生、降低遺傳率，探討出生缺陷發病機制等提供了重要途徑。
1967年Edwards提出了PGD的思想
（2）PGS的發展史
PGD已成功應用20余年，PGS針對染色體的異常篩查，晚于PGD發展，屬于嶄新領域，但隨著新技術的發展及應用，PGS檢測技術越來越多地應用于相關研究和臨床檢測中。
最早進行PGS檢測的熒光原位雜交技術（FISH）具有快速、靈敏、準確等優點，但由于熒光顯微鏡只能同時觀察部分探針的熒光信號，因此FISH只能對有限的染色體進行檢測。
隨后，隨著全基因組擴增技術的發展，CGH技術更加全面的、將診斷范圍擴展至全基因組范圍檢測，其原理主要是用不同熒光色標記待檢測DNA和對照DNA，然后進行雜交，通過雙色熒光強度進行對比分析信號。與FISH相比，其主要優點是可以檢測所有染色體數目以及每條染色體各個位點遺傳物質是否改變。但該技術在使用過程中需要對照DNA，并且根據熒光強度進行樣本分析，其準確性相對較低。
最近，高通量測序的發展致使越來越多的研究使用二代測序技術進行PGS單細胞活檢分析。2013年研究人員利用高通量測序技術對單細胞MDA全基因組擴增產物進行低覆蓋度的全基因組測序，開展了人類胚胎細胞非整倍體篩查的臨床前研究，發現在0.07倍的測序深度和5.5%的覆蓋度下可以有效進行染色體非整倍體的確定，在進行活檢囊胚滋養細胞測序的38個囊胚中，68%（26/38）為整倍體，32%（12/38）為非整倍體（15.8%為數目異常，10.5%的樣本檢測為非平衡易位，5.3%的樣本既是非整倍體又是結構異常），其檢測結果準確性與array CGH的結果完全吻合。
越來越多的PGS使用二代測序技術進行胚胎活檢樣本檢測，這說明隨著技術的不斷發展，PGS也得到越來越多的應用。PGS為避免反復流產、降低遺傳患兒的出生、以及臨床體外輔助生殖有重大意義。
PGD/PGS的檢測范圍
（1）PGD——單基因疾病診斷、染色體異常檢測、其他
PGD主要應用于單基因病、X染色體連鎖遺傳和已知的染色體異常檢測，以及一些其他疾病等，其多應用于具有明確遺傳缺陷的病人。
較常見的單基因遺傳病有血友病、白化病、進行性肌營養不良、苯丙酮尿癥等。根據遺傳類型分為常染色體顯性遺傳、常染色體隱性遺傳、X連鎖顯性遺傳、X連鎖隱性遺傳和Y連鎖遺傳五個類型。單基因病遺傳類型不同，檢測方法也不同。PGD進行單基因遺傳病的檢測方法主要是通過PCR方法，2005年我國研究人員應用熒光定量PCR技術對地中海貧血進行PGD檢測，結果選擇非地中海貧血的胚胎移植到子宮，避免妊娠一個地中海貧血胎兒。2009年研究人員利用PGD技術對杜氏肌營養不良攜帶者進行臨床治療，阻止不良患兒的出生。
PGD檢測技術可以診斷體外輔助生殖過程中染色體異常的胚胎，使這些異常胚胎避免植入，預防反復流產以及生出不健康的嬰兒。2007我國研究人員利用熒光原位雜交技術，成功對1例Y染色體微缺失患者進行了PGD，避免Y染色體微缺失胚胎植入，并順利分娩1健康女嬰。2011年，鄭州大學第一附屬醫院生殖中心通過單核苷酸多態性微陣列技術對1例平衡易位攜帶患者的PGD試管嬰兒助孕治療，篩選染色體正常的胚胎進行植入，并于2012年3月成功分娩一健康女嬰。這些實例說明，PGD可以用于胚胎染色體異常檢測，輔助體外生殖。
PGD除了單基因遺傳病和染色體異常疾病診斷外，也可用于HLA分型檢測。2004年研究人員針對中國人16種β地貧突變類型和8種常見的HLA-DRB1基因型，建立了穩定的單細胞多重巢式PCR檢測技術，可同時檢測β珠蛋白基因，與β珠蛋白基因緊密連鎖的STR基因及HLA-DRB1基因，并對4例已出生重型β 地貧患兒的患者進行了β地貧HLA配型的PGD治療。
全世界遺傳性疾病有 4000余種，目前通過使用第三代試管嬰兒技術，能篩選甄別和檢測的遺傳性疾病達確定的多達72種，具體有以下疾病：
（2）PGS的篩查范圍
PGS主要對早期胚胎進行染色體數目和結構異常的檢測，通過一次性檢測胚胎23對染色體的結構和數目，分析是否存在染色體數目異常（三體、單體和多體）以及結構異常（染色體缺失或重復）。隨著檢測技術的不斷發展，PGS檢測技術可以在全基因組范圍內進行染色體數目及結構篩查。
1995年，FISH首次快速應用于一些遺傳學性的染色體異常檢查，其檢測范圍只能是固定的一些染色體，未能夠針對全部染色體進行檢測。隨著全基因組擴增技術的發展，2015年研究人員通過SNP和CGH技術對PGS樣本檢測，結果表明至少可以檢測3M以上的缺失或者重復。結合全基因組擴增技術和高通量測序技術的發展， 2013年研究人員通過對已知男方為單基因顯性遺傳病患者進行體外輔助生殖，獲取18枚質量好的胚胎，利用二代測序平臺對胚胎中極少量細胞進行PGS檢測，選擇正常胚胎植入女性子宮內，并生育出健康嬰兒。
現狀
與國際相比，盡管我國輔助生殖技術起步比世界首例晚了10年，但近年來我國通過第三代試管嬰兒技術獲得的成果越來越顯著，這對實現健康生育起到舉足輕重的作用。
2015年，解放軍總醫院耳鼻咽喉研究所所長王秋菊教授和山東大學附屬生殖醫院陳子江教授引領團隊利用PGD技術成功阻斷GJB2基因突變致遺傳性的垂直傳遞，實現了我國首例成功阻斷重度遺傳性第三代試管嬰兒的誕生。
2016年1月，我國首例應用核型定位（Karyomap）基因芯片技術進行“植入前單基因病診斷（PGD）”的試管嬰兒誕生。2016年2月，我國首例胚胎植入前遺傳學診斷楓基因健康雙胎試管嬰兒于解放軍總醫院誕生，標志著我國對楓單基因遺傳疾病的產前診斷及干預已上升到新的臺階。
臨床難點
盡管技術的進步不斷解決了PGD/PGS臨床上存在的問題，然而PGD/PGS在臨床上應用還面臨著很多困難。
PGD/PGS主要針對高齡（＞36周歲）、習慣性流產（流產次數＞2次）、反復植入失敗（＞3次移植高質量胚胎或多次移植，胚胎總數＞10的種植失敗）的病例。然而，目前對于高齡患者是否需要進行PGS檢測，臨床上還存在很大的爭議。
在臨床操作上，PGD/PGS存在著一定的難點。例如PGD/PGS活檢可分為卵裂球活檢和囊胚活檢，這兩種活檢時間存在各自的優缺點。此外，PGD/PGS技術涉及的流程較多，中間環節易發生人為操作的誤差，因而檢測流程和控制也是該技術臨床上面臨的障礙之一。
遺傳咨詢是PGD/PGS臨床化的關鍵環節，必須由獲得遺傳咨詢師證書的專業咨詢人員進行臨床咨詢。然而，目前存在的問題體現在臨床一線遺傳咨詢師的短缺和相關知識，尤其是對檢測報告的解讀、遺傳學診斷和臨床處理策略方面相關知識的匱乏，這也是當前PGD/PGS臨床化急需解決的障礙。
臨床爭議
自問世以來，PGS臨床爭議一直不斷。對于高齡患者是否要進行PGS檢測，目前還存在很大的爭議。在2007年至2008年間，《新英格蘭雜志》和《Human Reproduction》上的研究顯示，盡管對高齡女性進行PGS選擇健康胚胎移植，胎兒出生率并沒有增加。此外，《Fertility and Sterility》雜志也于2010年刊文表示不支持對高齡女性進行PGS檢測。
2007年NEJM：PGS不但不能增加反而明顯降低了繼續妊娠率和胎兒出生率
然而，隨著二代測序技術及芯片技術的發展，PGS提高胚胎植入率和活產率逐漸被證實。2015年，《PLoS One》對過去通過全染色體篩查進行胚胎植入前檢測的40多個臨床試驗進行了Meta統計分析，通過對一萬例左右樣本的統計分析，證實了PGS檢測可顯著提高植入率、妊娠率和活產率，平均提高30%左右，而流產率和多胎妊娠率顯著下降，最多下降可達80%。2016年《Human Reproduction》上的研究表示多中心PGS檢測后的胚胎臨床結果一致，這意味著PGS檢測技術可以推廣應用。
2015《PLoS One》：Meta統計分析證實，PGS顯著提高植入率、妊娠率、活產率
2016年《Human Reproduction》:多中心PGS檢測后的胚胎臨床結局一致，說明PGS檢測技術可以推廣應用
盡管目前有很多PGS提高植入率和活產率的報道，但仍有較多的隨機對照研究得不到足夠的證據證明PGS能有效改善植入率和活產率，加上胚胎嵌合的可糾正性、PGS活檢操作和高費用問題，PGS仍受到爭議，仍需要更大規模的臨床隨機研究支持。
國際PGD/PGS指南
2004年PGD國際協會頒布了PGD技術指南，并于2008年修正了PGD操作流程及實驗室質量保障指南，就PGD實驗室建立、標本取材、診斷技術、胚胎移植、質量控制與保障、遺傳咨詢與隨訪等提出了建議。歐洲人類生殖與胚胎協會（ESHRE）PGD聯盟就PGD實驗室的設立及相關的3項技術：DNA擴增技術、熒光原位雜交（FISH）技術、胚胎活檢建立了相關指南。2015年，Tur-Kaspa等提出了用于HLA配型的PGD指南，有助于指導PGD技術在選擇與罹患血液系統疾病、急需臍帶血干細胞（骨髓）移植患兒的父母選擇HLA配型符合的胎兒中的規范應用。作為高加索人群中最常見的單基因遺傳病，囊性纖維瘤在歐洲人群中的患病率為1/4000，Girardet等2015年則提出了囊性纖維瘤PGD指南，可作為單基因病PGD技術指南參考。這些指南有助于規范PGD技術，并建立符合中國國情的PGD技術規范和指南。（本段選自《 中國實用婦科與產科雜志》）
PGD國際協會頒布了PGD技術指南
Tur-Kaspa等提出了用于HLA配型的PGD指南
Girardet等2015年則提出了囊性纖維瘤PGD指南
為了規范PGS市場檢測行為并制定操作指南，成立于1944年的國際知名的加拿大婦產科醫生協會(SOGC)在2015年5月發布了胚胎植入前基因診斷和篩查技術指南性文件“Technical Update: Preimplantation Genetic Diagnosis and Screening”，以替代2009年8月發布的第232號文件。文件中明確了PGD及PGS技術的臨床應用價值。
2015年SOGC發布了胚胎植入前基因診斷和篩查技術指南性文件
其中文件的指導性意見如下：
1.在進行胚胎植入前遺傳學診斷前，必須由有資質的遺傳咨詢師提供遺傳指導，確保患者充分理解產生出生缺陷兒的風險，疾病對孩子的影響以及可選擇的胚胎植入前診斷和產前診斷各自的優點和局限性。(III-A)
2.如果胎兒可能產生的異常可以由單個細胞或者多個滋養層細胞檢測出來，患者夫婦應該被告知胚胎植入前遺傳學診斷可以減少由父母一方或雙方異常導致胎兒異常的風險。(II-2B)
3.由于胚胎植入前診斷技術的局限性以及可能導致的錯誤結果，提倡進行侵入性產前檢測或產后檢測，以確認胚胎植入前遺傳學診斷的結果準確性。(II-2B)
4.相對于卵裂球活檢，目前滋養層細胞活檢對胚胎發育沒有明顯影響，因此，盡可能的選用滋養層細胞進行檢測，并推薦由有經驗的人進行操作。(I-B)
5.對于單基因病的胚胎植入前診斷，盡可能使用多重PCR的技術對胚胎滋養層細胞進行活檢。(II-2B)
6.對攜帶染色體易位的夫婦，推薦在胚胎植入前對胚胎滋養外胚層細胞進行所有染色體異常進行篩查，因為在這個方面已經有大量的臨床證據證明胚胎植入前檢測能夠帶來良好的臨床效果。(II-2B)
7.在進行胚胎植入前遺傳學篩查（PGS）前，必須由認證的遺傳咨詢師對夫妻雙方提供教育、技術介紹以及專業的遺傳咨詢，以確保夫妻雙方能夠充分了解此項技術，包括技術優勢、局限性、發生錯誤風險以及目前在PGS是否能夠提高IVF活產率方面的爭論。(III-A)
8.由于已經有臨床試驗證實利用熒光原位雜交技術（FISH）對發育到第3天胚胎進行PGS檢測會導致活產率的下降，因此該技術不應在用于胚胎植入前篩查。(I-E)
9.在胚胎植入前，對發育到囊胚階段的胚胎進行所有染色體異常進行檢測，能夠提高植入率，有利于IVF周期的胚胎選擇以及具有良好的預后效果。(I-B)
