PNAS新文章关注无创胚胎染色体筛查技术（NICS），掀起生殖新革命

近日，由南京军区总医院、无锡市妇幼保健院、北京大学和亿康基因组成的团队联合在《Proceedings of the National Academy of Sciences》上发表了题为《Noninvasive chromosome screening of human embryos by genome sequencing of embryo culture medium for in vitro fertilization》的文章。这代表了NICS技术在全球范围内得到认可，对于临床上的广泛应用又向前迈出了革命性的一大步。

为什么要进行胚胎染色体筛查？

首先我们来了解一下为什么要做胚胎染色体筛查。生育原是人类的本能，但现在却似乎变得不那么容易。根据《中华流行病学杂志》2013年8月刊登的一篇文章显示，1980年-2012年间，国内初婚夫妇的不孕率已攀升至12.5%。 此外，随着二孩政策的全面放开，许多高龄女性都渴望能再次生育，但妇女的生育能力却随年龄的增长而逐年下降，尤其在35岁以后下降更为明显。这使得越来越多的高龄孕妇选择通过辅助生殖技术来实现生育。但是常规试管婴儿成功率约在40%左右。

研究发现，胚胎染色体异常是导致试管婴儿失败的主要原因。而且随着孕妇年龄的增大，胚胎染色体异常的风险也将不断增高。其实不论是辅助生殖还是自然怀孕，都存在相当比例的染色体异常风险。其中通过试管婴儿方式获得的胚胎有40%-60%存在染色体异常。而且随着孕妇年龄越大，胚胎染色体异常的风险就越高。所以说获得健康的胚胎是实现成功怀孕的第一步，对胚胎进行染色体筛查以筛选出没有染色体异常的健康胚胎非常重要。

传统胚胎植入前遗传学筛查（PGS）的缺陷

那么现在临床上胚胎染色体筛查有什么技术可以做到呢？

对，就是PGS，即胚胎植入前遗传学检查，这项技术相信大家已经十分熟悉了。其通过检测23对染色体的结构和数目能检测出胚胎是否有遗传物质异常，避免异常胚胎着床。这是目前国际公认的、能够降低因胚胎染色体异常引起的妊娠失败的有效途径，能够显著提升胚胎移植的临床妊娠率、降低流产率。多个研究表明，传统的胚胎植入前遗传学筛查能够将试管婴儿流产率从26%-33.5%降低至6.9%-11.1%，将临床妊娠率从43.9%-45.8%提升至55%-70.9%。
然而遗憾的是，目前临床采用的用于PGS分析的标本采集：当胚胎发育到第三天或者第五天，活检取卵裂球或滋养外胚层细胞进行检测。这种采集样本方式对胚胎是存在创伤的。

这种有创性的活检取材方法有以下缺点：

1、无论是卵裂期活检或是囊胚期活检，都有可能会对胚胎质量和发育水平造成潜在影响；

2、动物实验表明，有创性的活检可能会引起神经退行性病变，胚胎发育各节点时间的延长，表观遗传修饰的异常，胎盘异常等不利影响。

3、有创性的活检对仪器设备要求较高，对人员的技术水平和熟练程度要求较高，会无形中增长PGS检测的成本。

基于MALBAC-NGS的无创胚胎染色体筛查（NICS）技术的研发

基于以上两方面，研发出一种安全有效、无需活检的无创胚胎染色体筛查的方法显得尤为必要。“如何在保持结果准确度的同时提升胚胎植入前染色体筛查可及性和安全性”也成为了摆在中国科研人员及医生眼前的一道亟需解决的难题。

于是，NICS即基于MALBAC-NGS的无创胚胎染色体筛查应运而生。这项技术由亿康基因研发，由南京军区总院及无锡妇幼保健院共同做前期临床测试。

研究表明，囊胚腔液中存在的基因组DNA可以进行染色体倍性检测，与TE细胞染色体检测结果一致性高达96.6% (904/936)，国内研究中，周灿权团队的研究发现胚胎培养液的地贫PGD的诊断效率可达88.6%。这种理论的支持下，亿康基因研发了NICS技术。

现在我们来了解一下这项无创胚胎染色体筛查技术，这是一项操作简便，无创安全的胚胎植入前染色体检测方法，保持高准确度的同时，对样本的提取手段进行了革新，即从传统的有创活检取材变为培养液的无创采集。具体开发思路如下：

PNAS上发表《NICS技术的评价及初步临床研究》

NICS技术研发出来之后其效果如何是大家非常关心的问题。所以，亿康基因通过MALBAC技术结合第二代高通量测序的方法，检测培养至囊胚期的培养液，得出全24-染色体的非整倍体情况，对比了培养液与对应整个胚胎（捐赠胚胎）的染色体非整倍体情况，以此来对NICS技术用于胚胎植入前染色体筛查做出评价。

其中，NICS的样本来源于人类受精后的ICSI胚胎从第三天（D3）培养到第五天(D5)的培养基；胚胎样本即为NICS样本所对应的D5-D6胚胎。

根据对比分析得出NICS的评价指标，结果如下：

评价指标	比值	比率（%）
灵敏度	15/17	88.2%
特异性	21/25	84.0%
阳性预测值	15/19	78.9%
阴性预测值	21/23	91.3%

评价结果显示NICS样本与胚胎样本存在高度的相关性，敏感度和特异性达88.2%和84%，说明NICS技术是一种十分有效的胚胎染色体筛查技术。

接下来的一步就很明确了，那就是在临床上进行NICS技术的初步应用研究。在NICS的安全性和有效性得到验证后，经患者的同意，使用NICS技术对平衡易位家庭的胚胎进行检测（平衡易位即由相互易位和复杂易位形成的原发性易位，在普通人群发生率为1．9%。，染色体平衡易位患者流产和生畸形儿的可能性极高，生出健康儿的比例不足三分之一）。

该家系为男方平衡易位46XY，t（14；15）（q22；q24）的患者，共获得3枚囊胚，各取3枚胚胎的囊胚培养液，利用MALBAC技术进行全基因组扩增，后进行二代测序和胚胎的染色体非整倍性分析，发现3枚胚胎中有1枚胚胎的NICS结果显示正常，另外两枚胚胎的NICS结果显示异常，经患者同意，我们将NICS检测异常的两枚胚胎收集后进行染色体非整倍性分析，发现其与NICS的结果一致。最终将NICS检测正常的胚胎进行了移植，患者成功怀孕，并于孕19周时通过了羊水检测。2016年3月5日全球首例接受无创胚胎染色体筛查（NICS）的试管婴儿于无锡市妇幼保健院生殖中心健康诞生，各项检测指标均正常。

NICS的评价和初步临床研究结果由南京军区总医院、无锡市妇幼保健院、北京大学和亿康基因组成的团队联合在PNAS上发表，由此这项造福人类的革命性技术走向世界。

NICS后续临床应用和意义

鉴于前期有效性和安全性验证结果，经医院伦理委员会通过，并征求患者同意后，无锡市妇幼保健院开展了世界首批NICS的临床研究。

序号	女方年龄	适应症	移植周期	临床结局
1	30	男方46,XY,t(14;15)	1	活产
2	28	男方无精子症；46,XY，15p＋	1	活产
3	34	男方46,XY,inv(p12q13)	1	活产
4	32	女方46,XX,t(1;18)(p13.3;q21)	2	移植失败
5	26	复发性流产（流产三次）	1	活产
6	32	男方47，XYY	2	活产
7	29	反复种植失败（7次移植）	1	随访

统计截止到2016年7月，无锡市妇幼保健院已开展16例患者的NICS检测，所有经NICS检测的妊娠者未发现流产案例。

NICS技术研发和临床应用的社会意义是非比寻常的。

首先，技术平台的降低。NICS技术在保持高准确度的同时，对样本的提取手段进行了革新，即从传统的活检取材变为培养液采集。这使得样本提取更易操作，技术革新或将大幅提升胚胎染色体筛查可及率，有望造福更多存在生育难题的家庭；

其次，NICS技术节约了社会成本。如果对所有移植前的胚胎进行NICS技术优选，真正实现选择性单胚胎移植，可以降低多胎发生率及产科并发症。从这方面讲，如果能普及NICS技术，可节约大量的社会成本；

第三，NICS技术对高龄女性有积极影响。尤其是二胎政策开放以后，高龄女性的流产率和妊娠失败率都很高。如果通过NICS技术筛查胚胎的染色体，选择健康胚胎移植，可以进一步提升成功率；

第四，NICS技术对子代的影响几乎为零，更加安全，对子代的健康相较于传统的胚胎植入前遗传学检测更有保障。

相信通过今后更多NICS技术临床研究和发展，这项技术能够在临床上更广泛地推广和应用，造福更多想要健康宝宝的家庭。

（转化医学网360zhyx.com）