基于PCR的遗传疾病风险检测新方法

  当你问一个即将做父母的人在想什么，他们会告诉你，最重要的事情不是为宝宝准备好房间、安装汽车安全座椅、或者安排日托，而是孩子能够健康地出生。然而，许多父母并不知道他们携带致命基因突变，直至有缺陷的孩子出生。然后他们想知道，如果再生一个孩子是否会发生同样的事情。

  在生育年龄之前导致严重出生缺陷和死亡的基因突变很罕见，通常在父母双方都不会检测的到。由于不完全的外显率，这种突变可能会越过数代人的间隔，许多突变被认为在父母生殖细胞减数分裂期间开始出现，因此仅在生殖细胞和在孩子中检测到它们。

  相反，体细胞突变，是通过受精和成人期之间发生的1016次有丝分裂中的错误而产生的。如果这些突变发生在胚胎发育足够早的阶段，具有不同基因型的细胞系就可能出现在同一个人当中，这被称为体细胞嵌合（somatic mosaicism）。

  美国贝勒医学院的Pawel Stankiewicz和James R. Lupski，研究被诊断为罕见遗传疾病的儿童父母造血谱系中的体细胞嵌合，以更好地了解所传递的突变是如何出现的。他们的研究小组开发出一种数学模型，用于评估后面出生孩子当中疾病复发的风险，并用一种基于PCR的简单、敏感和特定的试验方法，来检测父母血样中的突变，以帮助遗传咨询师进行风险评估。相关研究结果以两篇论文的形式发表在最近的《Am J Hum Genet》杂志。

  意外新发现？

  通过梳理临床基因组数据库，研究人员在罕见遗传疾病患者中发现了拷贝数变异（CNVs），临床试验表明，这些突变是新生的。这些CNVs可能出现在有丝分裂期间，通过染色体断裂，通过DNA复制过程中的错误模板转变，或者通过非等位基因的同源重组。

  这两项研究的第一作者Ian Campbell指出：“我们偶然发现了一名具有缺失的患者，想检测突变点。我们还测试了来自父母的DNA，惊奇地发现，在父亲中存在低水平的相同缺失。”

  Lupski评论说：“你可以称它为意外新发现，或者你可以叫它听从于你的顾问并进行适当的控制。以前当我们考虑新突变的时候，我们认为它们只发生在生殖细胞中。”

  找到突变点

  通过建立一个多中心国际合作，该研究小组挑选了100个无关家庭，他们的孩子受基因组疾病的影响，其CNV数据是有效可得的。这些缺失最初是通过美国和欧洲临床诊断实验室进行的单核苷酸多态性（SNP）阵列或比较基因组杂交（aCGH）分析而确定的。

  接下来，研究小组设计了高分辨率的CGH阵列，并围绕缺失挑选了一段200kb的序列，以定位缺失的范围。每隔500kb的探针可帮助缩小突变点搜索。一旦缺失的范围缩小，该研究小组就设计长片段PCR（LR-PCR）引物，对突变点进行扩增和测序，以确定突变点接头。这为他们提供了一段精确的序列，可以在父母与孩子之间进行比较。该研究小组使用数字微滴PCR来评估父母中嵌合性的程度。

  这些PCR试验提供了相当大的优势，作为诊断方法超过了直接Sanger测序或全外显子组或基因组测序，它们更加敏感、成本更低，结果更易于分析和解释。

  研究人员选择了外周血淋巴细胞用于后续分析，因为这些细胞共有一个相同的前体、外胚层组织及早期胚胎生殖细胞。因此，发生在外胚层分化之前的一次缺失事件，可能会导致生殖细胞系和造血细胞系的嵌合性。

  从选定的100个家庭中，研究小组发现，在受影响儿童的父母中，有4%的人表现出突变嵌合。Campbell说：“我们认为，这个比例会更高，因为我们只测试了一种比较容易分离的组织（血液）。在后续研究中，我们想测试不同类型的细胞。”

  评估复发风险

  虽然只进行血液检测可能会低估嵌合性的普遍性，但是对于评估下一个孩子疾病复发的风险，这还是非常有用的信息。

  这项研究的合作者、贝勒医学院和莱斯大学统计学家Chad Shaw说：“遗传学界认为，新突变发生在父母生殖细胞发育的后期阶段，这对复发风险的观念有影响。一旦研究小组具有嵌合性的经验数据，我们就可以积极地探索，每名父母所引起的风险。对于父亲来说，有直接的生殖细胞取样方法，但是实际上比这更复杂，因为我们需要模拟胚胎发育中突变的出现。”

  与卵子相比，在精子细胞系中有更多的细胞分裂，因为父亲在一生中必须产生更多精子，远远超过母亲的卵子数。在此基础上，我们可以合理地假设，父亲传递一个新突变的风险可能高于母亲。然而，她再生育具有相同基因组疾病孩子的风险实际上也会升高，因为与精子相比，卵子间无性系祖细胞的共享增加；母亲也更可能发生该突变的体细胞嵌合。

  Campbell解释说：“平均而言，具有有丝分裂新突变的精原细胞，会产生更小的精母细胞库。母亲的所有卵子都发生在胚胎早期，跟随较少的有丝分裂（卵子大约30次，精子大约400次）。因此，平均而言，有较大数量的卵子共有相同的突变，我们在某些X连锁疾病（如杜氏肌营养不良症）中看到了这一现象。”