孕妇游离DNA(cffDNA)为什么可以用于产前无创亲子鉴定?

2023.09.11 责任编辑:陈醒 阅读量:307

一、孕妇游离DNA(cffDNA)的起源
最早,科学家在肿瘤患者的血浆和血清中发现了肿瘤DNA,并对这种物质进行了分子分析。1997年,Lo等人等效地认为胎儿DNA也存在于妊娠期孕妇的血浆和血清中[1]。并且,他们认为在母体血浆中循环胎儿DNA的发现可能会对无创产前诊断产生影响。这就是最早的孕妇游离DNA(cell-free fetal DNA,cffDNA)的起源。
孕妇游离DNA.PNG 259.6 KB
随后,大量研究对胎儿DNA的来源及生理特征等进行了系统的分析。研究证实,cffDNA的来源有三个:
(1)胎儿细胞[2];
(2)凋亡的胎盘滋养层细胞[3];
(3)胎儿直接跨膜转运[4]。
目前,最普遍认为cffDNA大部分来源于胎盘,少部分来源于胎儿细胞和胎儿DNA分子的跨膜转运。最早在孕4周时,孕妇外周血中发现cffDNA,伴随着孕周增加,cffDNA浓度逐渐上升。有相关的研究结果表明在妊娠早期、中期、晚期,孕妇血液中cffDNA在占总游离DNA的比例是9.7%、9.0%和20.4%[5, 6]。此外,有研究进一步显示孕妇血浆中游离DNA的比例也随着孕周的增加而增加,cffDNA比例在孕10 - 21周之间会每周增加0.1%,21周之后每周增加1%[7]。
孕妇游离DNA
Chan等[8]发现cffDNA片段大小主要集中在193bp到313bp之间,而母体DNA分子片段长度大多都大于313bp,根据DNA分子片段长度的差异,可以通过特异性富集片段长度小于300bp的DNA分子达到高效富集cffDNA的目的。Welker等[9]进一步提出FFA技术可用于提高游离胎儿DNA浓度:所有FF低于4%的样本在经过游离胎儿DNA浓度富集后,其游离胎儿DNA浓度都超过4%,平均增幅3.9倍;对于所有样本,其FF平均增加2.3倍,且99.8%样本的游离胎儿DNA浓度都会增加,进一步奠定了胎儿游离DNA在产前无创亲子鉴定的理论基础。
孕妇游离DNA

2010年Lo等采用测序技术对孕妇血浆中胎儿全基因组进行分析,证实cffDNA片段能够携带胎儿整个染色体组的遗传信息[10],并且在分娩后能够迅速被机体清除,具有妊娠特异性。因此,对于cffDNA的分析在产前无创亲子鉴定中具有巨大的应用潜能。
孕妇游离DNA
二、什么是亲子鉴定?
首先,亲子鉴定是基于两个受检者的DNA信息,进行高通量测序之后,将DNA信息转化为数据信息,通过比对两个受检者上千个SNP位点的基因型,比较每个SNP位点上子代和父本的基因型是否拥有共同的等位基因,如果含有共同的等位基因,则匹配在该SNP位点上判定为匹配;如果全都匹配,则可以确定亲子关系。
什么是亲子鉴定
三、孕妇游离DNA(cffDNA)为什么可以用于产前无创亲子鉴定?
而孕妇游离DNA中,由于含有少量胎儿的DNA信息,通过高通量测序,判定并筛选出来源于胎儿的DNA信息,如果这些DNA信息能够与待测疑父样本匹配,则可以判定胎儿与疑父的亲子关系。
产前无创亲子鉴定

四、产前无创亲子鉴定需要注意什么?
短期内有输血治疗、骨髓移植或异体细胞治疗的孕妇不适合做无创胎儿亲子鉴定。因为经过这些治疗后,供体的DNA会残留在孕妇血液中一段时间,导致检测时无法将供体DNA信息和胎儿DNA信息区分,造成检测结果的不准。
五、产前无创亲子鉴定的优势
无创伤
对比羊水穿刺这种侵入性检查,产前无创亲子鉴定只需要抽取10ml孕妇血,操作无创,避免给胎儿和孕妇带来伤害。
孕早期 不受孕周限制,最早做羊水穿刺需要孕15周以上,而产前无创亲子鉴定最早孕5周就可做。
高精准 结果准确,筛选的上万个SNP位点保障结果的准确性。

参考文献:
[1] Lo, Y. M., Corbetta, N., Chamberlain, P. F., Rai, V., Sargent, I. L., Redman, C. W., & Wainscoat, J. S. (1997). Presence of fetal DNA in maternal plasma and serum. Lancet (London, England), 350(9076), 485–487. https://doi.org/10.1016/S0140-6736(97)02174-0
[2] Bianchi D. W. (2004). Circulating fetal DNA: its origin and diagnostic potential-a review. Placenta, 25 Suppl A, S93–S101. https://doi.org/10.1016/j.placenta.2004.01.005
[3] Mao, J., Wang, T., Wang, B. J., Liu, Y. H., Li, H., Zhang, J., Cram, D., & Chen, Y. (2014). Confined placental origin of the circulating cell free fetal DNA revealed by a discordant non-invasive prenatal test result in a trisomy 18 pregnancy. Clinica chimica acta; international journal of clinical chemistry, 433, 190–193. https://doi.org/10.1016/j.cca.2014.03.011
[4] Alberry, M., Maddocks, D., Jones, M., Abdel Hadi, M., Abdel-Fattah, S., Avent, N., & Soothill, P. W. (2007). Free fetal DNA in maternal plasma in anembryonic pregnancies: confirmation that the origin is the trophoblast. Prenatal diagnosis, 27(5), 415–418. https://doi.org/10.1002/pd.1700
[5] Lun, F. M., Chiu, R. W., Chan, K. C., Leung, T. Y., Lau, T. K., & Lo, Y. M. (2008). Microfluidics digital PCR reveals a higher than expected fraction of fetal DNA in maternal plasma. Clinical chemistry, 54(10), 1664–1672. https://doi.org/10.1373/clinchem.2008.111385
[6] Illanes, S., Denbow, M., Kailasam, C., Finning, K., & Soothill, P. W. (2007). Early detection of cell-free fetal DNA in maternal plasma. Early human development, 83(9), 563–566. https://doi.org/10.1016/j.earlhumdev.2006.11.001
[7] Wang, E., Batey, A., Struble, C., Musci, T., Song, K., & Oliphant, A. (2013). Gestational age and maternal weight effects on fetal cell-free DNA in maternal plasma. Prenatal diagnosis, 33(7), 662–666. https://doi.org/10.1002/pd.4119
[8] Chan, K. C., Zhang, J., Hui, A. B., Wong, N., Lau, T. K., Leung, T. N., Lo, K. W., Huang, D. W., & Lo, Y. M. (2004). Size distributions of maternal and fetal DNA in maternal plasma. Clinical chemistry, 50(1), 88–92. https://doi.org/10.1373/clinchem.2003.024893
[9]  Welker, N. C., Lee, A. K., Kjolby, R. A. S., Wan, H. Y., Theilmann, M. R., Jeon, D., Goldberg, J. D., Haas, K. R., Muzzey, D., & Chu, C. S. (2021). High-throughput fetal fraction amplification increases analytical performance of noninvasive prenatal screening. Genetics in medicine : official journal of the American College of Medical Genetics, 23(3), 443–450. https://doi.org/10.1038/s41436-020-01009-5 
[10] Lo, Y. M., Chan, K. C., Sun, H., Chen, E. Z., Jiang, P., Lun, F. M., Zheng, Y. W., Leung, T. Y., Lau, T. K., Cantor, C. R., & Chiu, R. W. (2010). Maternal plasma DNA sequencing reveals the genome-wide genetic and mutational profile of the fetus. Science translational medicine, 2(61), 61ra91. https://doi.org/10.1126/scitranslmed.3001720


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DNA鉴定

根据孟德尔遗传定律(亲子鉴定的理论基础),孩子身上的遗传物质一半来自于生物学父亲(简称“生父”),一半来自于生物学母亲(简称“生母”),每个基因座上的两个等位基因也分别来自生父和生母。DNA亲子鉴定就是根据科学技术将子女的DNA信息与父亲、母亲的DNA信息相比对,如果符合即是亲生关系,不符则非亲生。

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