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)病率高達人口的1%，嚴重影響人類健康。

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，其準確性和適用范圍受到單細胞全基因組擴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)外胚層細胞中豐富的mRNA轉(zhuǎn)錄拷貝來進行突變檢測，并同時評估胚胎著床潛能。

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、嚴智強副研究員團隊在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實現(xiàn)胚胎著床前遺傳學(xué)檢測的新方法，在準確診斷致病變異的同時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：一是單細胞全基因組擴增存在覆蓋不均和脫扣問題，影響診斷的準確性和其適用范圍；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。

與單細胞基因組僅含兩拷貝相比，單細胞轉(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)錄組基因表達的基本特征，篩選出表達水平較高且無父母源表達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個單基因病家系，運用該方法成功對26個家系的82個胚胎進行了突變位點直接檢測，檢測準確性達95%；結(jié)合連鎖分析，實現(xiàn)突變檢測準確性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，從胚胎基因表達和發(fā)育潛能的相關(guān)性出發(fā)，選取染色體表達水平和總體表達水平作為關(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，對胚胎進行著床潛能預(yù)測。

在胚胎突變位點的檢測方面，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基因，尤其是全基因組擴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)序列的異常擴展會引起脊髓小腦共濟失調(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)用于多個臨床家系，為新發(fā)突變和家系不全而無法實施基因組連鎖分析的夫婦提供了可靠的選擇，擴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，合適的基因表達被認為是著床和發(fā)育的必要條件。本研究以囊胚外滋養(yǎng)層染色體表達水平和總體表達水平作為預(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、嚴智強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。本研究由國家重點研發(fā)計劃和國家自然科學(xué)基金資助。

來源： 北大第三醫(yī)院