無創(chuàng)產(chǎn)前篩查技術(shù)在檢測胎兒染色體非整倍體、微缺失 / 微重復(fù)綜合征以及顯性單基因疾病方面已經(jīng)取得了顯著進展，并 實現(xiàn)了臨床應(yīng)用 。然而，對于 存在 隱性疾病家族史 的孕婦 ， 由于 現(xiàn)有 技術(shù) 的基因 覆蓋 范圍有限， 仍然 面臨一定的 局限性，限制了其廣泛應(yīng)用。

為此 ，上海交通大學(xué)醫(yī)學(xué)院附屬 國際和平婦幼保健院王劍、王彥林、李淑元團隊開發(fā)了一種適用于已知單基因病變異家系孕婦的無創(chuàng)產(chǎn)前檢測技術(shù)（ HaploNIPD ） ，相關(guān)研究于近日 以Universal noninvasive prenatal diagnosis for monogenic disorders using cell-free plasma DNA為題， 發(fā)表在Genome Medicine雜志 。

該方法依托約 120,000 個精心篩選的單核苷酸多態(tài)性（ SNP ）位點構(gòu)建的靶向捕獲平臺，結(jié)合相對單倍型劑量分析（ RHDO ）與隱馬爾可夫模型（ HMM ），實現(xiàn)對胎兒攜帶家族性致病變異的無創(chuàng)推斷，且不受變異類型限制。 該 120,000 個 SNP 的捕獲 panel 基于中國人群特征構(gòu)建 。 為保證全基因組覆蓋的均 一 性，研究采用系統(tǒng)化采樣策略，以約 25 kb 的平均間隔選取 SNP ； 同時，通過提高 1 , 148 個與常見遺傳病相關(guān)靶基因上下游 2 Mb 區(qū)域的 SNP 密度，使臨床關(guān)鍵區(qū)域 具備 更高分辨率（圖1）。

圖 1 ： HaploNIPD 的全基因組特性概覽

2019 年 10 月至 2024 年 12 月，研究團隊共招募 70 個單基因病高風(fēng)險家庭，采集 了 孕婦、 父親 、先證者或其他家庭成員的外周血 。 母體血漿提取的 cfDNA 以及 家系 成員的 gDNA 經(jīng)靶向捕獲測序 ， 測序深度分別為 150X 和 50X 。通過 有創(chuàng)穿刺獲得的胎兒 DNA 樣本除 完成傳統(tǒng) 產(chǎn)前診斷并 作為 HaploNIPD 評估的金標準 外， 還 使用相同 panel 進行 靶向捕獲測序，以全面驗證 HaploNIPD 的準確性。為進一步評估 HaploNIPD 在非整倍體和拷貝數(shù)變異（ CNV ）檢測中的性能，研究額外分析了 14 例確診非整倍體、 8 例微缺失 / 微重復(fù)綜合征（ MMS ）及 130 例正常核型孕婦的血漿樣本 （ 包括上述 70 例單基因高風(fēng)險孕婦 ）（圖2）。

圖 2. 研究工作流程

在 70 例 已知單基因疾病家系中， HaploNIPD 成功在 69 例（ 98.57% ）中推斷出胎兒單倍型，且結(jié)果與有創(chuàng)產(chǎn)前診斷一致。唯一未能明確判定的 Fam8 家系因胎母 源 GJB2 基因區(qū)域發(fā)生重組，導(dǎo)致難以區(qū)分其為正常胎兒或母體致病等位基因的攜帶者。 該特殊案例亦提示，在應(yīng)用 HaploNIPD 進行無創(chuàng)產(chǎn)前檢測時，基因重組對結(jié)果準確性具有 重要 影響。 隨后，研究團隊將 HaploNIPD 推斷的胎兒單倍型與利用相同捕 獲 panel 從胎兒 gDNA 構(gòu)建的“真實”單倍型進行比對，系統(tǒng)評估其全基因組單倍型推斷準確性并分析影響因素。父系單倍型在全基因組范圍內(nèi)始終保持高度一致，平均準確率為 99.74% （ 95% CI: 99.70 – 99.78% ）；母系單倍型略低，為 98.23% （ 95% CI: 97.80 – 98.66% ）。進一步分析顯示，胎兒 游離 DNA 分數(shù) （ fetal fraction, ff ） 和重組是影響單倍型推斷 準確性 的主要因素： ff 顯著影響母系單倍型準確性，而對父系影響 甚微 。 當(dāng) ff 由 3.92% 提升至 18.79% 時，母源單倍型推斷的準確率由 93.02% 顯著提高至 99.74% 。 此外 重組區(qū)域 單倍型推斷 的準確性明顯低于非重組區(qū)域，且在 母源 單倍型 推斷 中尤為突出 ，由 99.44% （ 95% CI: 99.25-99.63% ） 下降至 90.94% (95% CI ： 89.38-92.50%) （ p = 2.95 × 10?? ）（圖3）。

圖 3. 重組及 ff 對 胎兒單倍型 推斷 準確性 的影響

為降低低 ff 和重組區(qū)域?qū)伪缎屯茢鄿蚀_性的影響，研究團隊基于重組狀態(tài)和 ff 建立了 iSNP 數(shù) 目 閾值 標準 。在非重組區(qū)域，父母雙方的單倍型推斷均較為穩(wěn)定，通常不受 iSNP 數(shù)量影響。 然而，當(dāng) ff < 5% 時，母源單倍型推斷準確性可能會有所下降。 在重組區(qū)域，父源單倍型 推斷 需至少 10 個 iSNP 才能達到 ≥ 95% 的準確率；母源單倍型 推斷 的 iSNP 閾值則隨 ff 變化： ff ≥ 15% 時需 ≥ 10 個 iSNP ， ff 10 – 15% 時需 ≥ 20 個 iSNP ， ff 5 – 10% 時需 ≥ 30 個 iSNP ，而 ff <5% 時準確性通常低于 95% 。因此，研究將 ff <5% 或重組區(qū)目標區(qū)域內(nèi) iSNP 不足的樣本標記為 “ no-call ” 。 并根據(jù)以上研究結(jié)果制定了臨床質(zhì)控流程（圖4）。

圖 4. HaploNIPD 質(zhì)控流程圖

鑒于單基因病高風(fēng)險家庭常需同步篩查非整倍體和微缺失 / 微重復(fù)綜合征（ MMS ），研究團隊利用 HaploNIPD 對 152 例母體血漿樣本進行了評估，結(jié)果表明，所有常見非整倍體（ 13 、 18 、 21 三體及 X 、 XXX 、 XXY 、 XYY 染色體異常）和所有 MMS 均被準確檢出，與 IPD 結(jié)果完全一致，無假陽性或假陰性。 HaploNIPD 檢測非整倍體的靈敏度和特異性均為 100% 。在 MMS 中， 8 例致病性 CNV 均成功檢出，靈敏度為 100% 。假陽性主要發(fā)生在較小 CNV 中： CNV ≥10 Mb 的陽性預(yù)測值（ PPV ）為 100% ，而 4 - 10 Mb 的 PPV 為 33.33% ，其特異性分別為 100% 和 95.56% 。

總體來看， HaploNIPD 是一種高效且經(jīng)濟的 NIPT-M 技術(shù)，能夠在無創(chuàng)條件下實現(xiàn)全基因組胎兒單倍型的推斷，并同時檢測非整倍體和微缺失 / 微重復(fù)綜合征（ MMS ）。 HaploNIPD 結(jié)合全基因組父母單倍型分析和融合胎兒分數(shù)及重組信息的質(zhì)控框架，在顯著簡化技術(shù)流程的同時仍保持高診斷準確性 。 該綜合平臺有助于對高危妊娠進行早期、無創(chuàng)遺傳評估，支持及時的臨床決策。

原文鏈接：https://link.springer.com/article/10.1186/s13073-025-01588-5

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