截至目前，在線人類孟德爾遺傳（OMIM）數(shù)據(jù)庫已收錄8000多種單基因遺傳病。盡管單基因遺傳病被認(rèn)為是罕見的，其發(fā)病率為萬分之一，甚至可能低至百萬分之一，但單基因病總體發(fā)病率高達(dá)人口的1%，嚴(yán)重影響人類健康。

對于致病變異明確的家庭，單基因病胚胎著床前遺傳學(xué)檢測可以有效阻斷疾病向下一代傳遞。然而目前基于基因組DNA的胚胎著床前遺傳學(xué)檢測方法存在一定的局限性，其準(zhǔn)確性和適用范圍受到單細(xì)胞全基因組擴(kuò)增覆蓋不均和等位基因脫扣的影響。此外，即使胚胎著床前遺傳學(xué)檢測診斷為正常的囊胚，仍有約50%的胚胎無法著床。因此，本研究探索利用滋養(yǎng)外胚層細(xì)胞中豐富的mRNA轉(zhuǎn)錄拷貝來進(jìn)行突變檢測，并同時(shí)評估胚胎著床潛能。

2024年6月20日，北京大學(xué)第三醫(yī)院喬杰院士、閆麗盈教授、嚴(yán)智強(qiáng)副研究員團(tuán)隊(duì)在Advanced Science在線發(fā)表題為“Concurrent Preimplantation Genetic Testing and Competence Assessment of Human Embryos by Transcriptome Sequencing”的研究論文，研究針對目前基于基因組DNA的胚胎著床前遺傳學(xué)檢測的局限性，提出一種利用RNA實(shí)現(xiàn)胚胎著床前遺傳學(xué)檢測的新方法，在準(zhǔn)確診斷致病變異的同時(shí)能夠評估胚胎著床潛能。

論文截圖

目前，胚胎著床前遺傳學(xué)檢測主要通過囊胚外滋養(yǎng)層活檢獲得檢測材料，在基因組DNA水平進(jìn)行遺傳學(xué)檢測。胚胎著床前遺傳學(xué)檢測自應(yīng)用以來一直面臨兩大難題：一是單細(xì)胞全基因組擴(kuò)增存在覆蓋不均和脫扣問題，影響診斷的準(zhǔn)確性和其適用范圍；二是胚胎移植成功率目前仍然相對較低，即使是經(jīng)過著床前非整倍體遺傳學(xué)檢測的胚胎，仍面臨著床失敗的風(fēng)險(xiǎn)。

與單細(xì)胞基因組僅含兩拷貝相比，單細(xì)胞轉(zhuǎn)錄組的拷貝數(shù)豐富。本研究基于囊胚外滋養(yǎng)層細(xì)胞轉(zhuǎn)錄組，開發(fā)胚胎遺傳學(xué)檢測和著床潛能評估方法。研究首先解析了囊胚外滋養(yǎng)層轉(zhuǎn)錄組基因表達(dá)的基本特征，篩選出表達(dá)水平較高且無父母源表達(dá)偏倚的單基因病相關(guān)基因，確立了基于轉(zhuǎn)錄組的胚胎著床前遺傳學(xué)檢測的適用范圍，進(jìn)而開發(fā)出一種高效的基于轉(zhuǎn)錄組的胚胎著床前遺傳學(xué)檢測方法。隨后，研究納入26個(gè)單基因病家系，運(yùn)用該方法成功對26個(gè)家系的82個(gè)胚胎進(jìn)行了突變位點(diǎn)直接檢測，檢測準(zhǔn)確性達(dá)95%；結(jié)合連鎖分析，實(shí)現(xiàn)突變檢測準(zhǔn)確性100%。

另一方面，本研究著眼于胚胎著床前遺傳學(xué)檢測移植成功率不理想這一臨床問題，從胚胎基因表達(dá)和發(fā)育潛能的相關(guān)性出發(fā)，選取染色體表達(dá)水平和總體表達(dá)水平作為關(guān)鍵預(yù)測指標(biāo)，構(gòu)建胚胎著床潛能預(yù)測模型。在遺傳學(xué)診斷的同時(shí)，對胚胎進(jìn)行著床潛能預(yù)測。

在胚胎突變位點(diǎn)的檢測方面，本研究開發(fā)的方法對于囊胚外滋養(yǎng)層中無父母源偏倚的高表達(dá)基因，尤其是全基因組擴(kuò)增后覆蓋度和深度較低的基因更具優(yōu)勢。例如ATXN3基因，其CAG三核苷酸重復(fù)序列的異常擴(kuò)展會引起脊髓小腦共濟(jì)失調(diào)3型（SCA3），在常規(guī)胚胎著床前，遺傳學(xué)檢測中主要依靠連鎖分析進(jìn)行診斷。本研究基于RNA的方法，可以直接檢測出胚胎的CAG重復(fù)數(shù)，并已成功應(yīng)用于多個(gè)臨床家系，為新發(fā)突變和家系不全而無法實(shí)施基因組連鎖分析的夫婦提供了可靠的選擇，擴(kuò)展了胚胎著床前遺傳學(xué)檢測的應(yīng)用范圍。

在胚胎著床潛能的研究方面，胚胎著床是復(fù)雜的生物學(xué)事件，需要胚胎本身、母體子宮容受性和免疫等方面的支持。胚胎層面上，合適的基因表達(dá)被認(rèn)為是著床和發(fā)育的必要條件。本研究以囊胚外滋養(yǎng)層染色體表達(dá)水平和總體表達(dá)水平作為預(yù)測指標(biāo)，建立了胚胎著床潛能評估系統(tǒng)。運(yùn)用該系統(tǒng)預(yù)測胚胎著床潛能，有望顯著提高胚胎移植后的著床成功率。

喬杰、閆麗盈、嚴(yán)智強(qiáng)為本文的共同通訊作者。北京大學(xué)前沿交叉學(xué)科研究院博士研究生王玉倩、李燁，以及北京大學(xué)第三醫(yī)院生殖醫(yī)學(xué)科副主任技師朱小輝為本文共同第一作者。本研究由國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃和國家自然科學(xué)基金資助。

來源： 北大第三醫(yī)院