胎儿基因诊断可以指导临床管理，为精准医学提供依据。无创产前检测（NIPT），也称为产前游离DNA筛查，通过检测孕妇的血液筛查胎儿的染色体非整倍体情况，包括额外的13、18、21号染色体拷贝、其他染色体的获得与丢失以及与一些胎儿健康状况相关的少数突变。但是，对于许多产前遗传诊断，有必要确定基因组中蛋白质编码序列的单个核苷酸变化，即“外显子组”。外显子组筛查目前仍需要通过侵入性手段进行基因检测，例如羊膜穿刺术，这涉及到巨大的成本，并为母亲和胎儿带来一些固有的风险，限制了许多单基因疾病的诊断。

近日，来自美国马萨诸塞州总医院（MGH）、布莱根妇女医院（BWH）、麻省理工学院和哈佛大学Broad研究所的研究人员在顶级期刊The New England Journal of Medicine上发表了题为“High-Resolution and Noninvasive Fetal Exome Screening”的correspondence文章。研究人员开发了一种非侵入性高分辨率产前基因筛查方法，称为无创胎儿测序（non-invasive fetal sequencing，NIFS）。NIFS可以从孕妇血液的循环游离DNA（cfDNA）中筛查胎儿全外显子组（图1），检测胎儿DNA序列的所有基因突变，并区分潜在的致病性突变与遗传自母体的可能良性突变。研究人员通过分析51名孕妇的血液样本评估了NIFS方法，表明NIFS能够捕获遗传自母体的基因突变，以及母体中不存在的与产前诊断相关的De novo突变。

文章发表于NEJM

整体而言，研究人员共对51例妊娠进行了NIFS初步检测（图1），包括在MGH和BWH接受护理孕妇的所有三个孕期。NIFS筛查使用母体血液样本，而不需要对母亲或父亲再进行单独的基因检测。结果表明，无论检测到的胎儿DNA数量如何，NIFS对检测胎儿基因组而不是母体基因组中的单碱基DNA变化、Indel都非常敏感。

图1.高分辨率NIFS工作流程

研究人员招募了36名孕妇及其伴侣，纳入标准关键是NT值（颈部半透明测量值）至少为5mm，至少有一个在妊娠早期或中期发现的胎儿异常，或两者都有。通过对从母体血浆中提取的cfDNA进行超深外显子组测序，鉴定了以下胎儿致病性突变，研究人员认为这些突变在妊娠期具有临床相关性：四种单核苷酸变异（SNV）、一种Indel、两种常染色体三体性、一种性染色体非整倍体、两个大拷贝数变异和一种不平衡倒位。

研究人员比较了11名胎儿和28名母亲中NIFS发现的突变与匹配的外显子组测序数据。结果表明，NIFS对检测SNV高度敏感，特别是新生SNV和父系遗传SNV。对于胎儿SNV基因型，NIFS能以相对较高的灵敏度与母体基因型区分开来，但如果母体是杂合子，准确率则在较低的胎儿分数时下降。

在回顾性分析中，NIFS能够准确地发现和预测胎儿序列突变，NIFS对原始数据的敏感性>99%，过滤后的灵敏度>90%。此外，NIFS能够对582839个突变进行高灵敏度的基因分型，这些突变在28名母亲的外显子组测序中得到证实（灵敏度为98.3%），这一结果突出了NIFS用于携带者筛查的潜力。

在14例接受当前标准基因检测的妊娠中，研究人员评估了NIFS的有效性（图1）。这些妊娠被转诊为标准护理诊断程序，并检测到100%的突变，这些突变已通过侵入性检测确定，包括多发畸形胎儿的CNV，小颌畸形胎儿的COL2A1剪接变异体以及与CFTR囊性纤维化相关的纯合变异体。分析表明，NIFS可以在核苷酸分辨率下对不同胎龄的De novo突变进行强有力的筛查，有可能在超过15%-20%的胎儿组分中检测出母系遗传和隐性疾病突变。

BWH临床遗传学家Kathryn Gray教授表示：“这项研究的临床意义可能是深远的，特别是对于超声波怀疑胎儿异常并需要进行侵入性检查的妊娠。”

众所周知，胎儿序列突变可以从无细胞胎儿DNA中获得，外显子组测序已经是护理标准的一部分，但目前需要侵入性程序。该研究结果表明，非侵入性血液测序很可能从胎儿外显子组中捕获与标准护理相同的基因信息，无需侵入性检测。该团队目前正在与其他研究人员合作，以扩大和验证这些发现，并进一步开发NIFS方法。

Broad研究所和Talkowski实验室的计算科学家Christopher Whelan博士表示：“我们的基准分析表明，该方法还有更多的优化空间。随着进一步发展，NIFS可能使用目前在标准外显子组测序中捕获的大多数突变。”

论文原文：

Brand H, Whelan CW, Duyzend M, Lemanski J, Salani M, Hao SP, Wong I, Valkanas E, Cusick C, Genetti C, Dobson L, Studwell C, Gianforcaro K, Wilkins-Haug L, Guseh S, Currall B, Gray K, Talkowski ME. High-Resolution and Noninvasive Fetal Exome Screening. N Engl J Med. 2023 Nov 23;389(21):2014-2016. doi: 10.1056/NEJMc2216144. PMID: 37991862.