QF-PCR技術(shù)在快速產(chǎn)前診斷常見非整倍體染色體異常中的應(yīng)用*

滕奔琦， 章 鈞， 林 穎， 王青青， 林俊偉， 葉燕綢， 侯紅瑛

(中山大學(xué)附屬第三醫(yī)院婦產(chǎn)科，廣東 廣州 510630)

1000-4718(2012)09-1644-07

2012-07-04

2012-08-27

廣東省科技計劃項目(No.2011B061200045)；廣州市科技計劃項目(No.2010GN-E00221)；廣東省科技計劃項目(No.2009B060700107)

△通訊作者Tel： 020-85252625; E-mail: tenben@tom.com

QF-PCR技術(shù)在快速產(chǎn)前診斷常見非整倍體染色體異常中的應(yīng)用*

滕奔琦， 章 鈞， 林 穎， 王青青， 林俊偉， 葉燕綢， 侯紅瑛△

(中山大學(xué)附屬第三醫(yī)院婦產(chǎn)科，廣東 廣州 510630)

目的利用定量熒光PCR(QF-PCR)產(chǎn)前診斷常見非整倍體染色體異常。方法對95例羊水樣本采用QF-PCR技術(shù)檢測短串聯(lián)重復(fù)序列(STR)的多態(tài)性信息含量(PIC)，并將所得實驗結(jié)果與染色體核型分析結(jié)果進行比較。結(jié)果QF-PCR檢測發(fā)現(xiàn)95例羊水標(biāo)本中正常63例，21三體14例(1例嵌合型，1例易位型)，18三體4例，(45,X)3例，(47,XXX)8例；檢測結(jié)果與染色體核型分析結(jié)果一致。QF-PCR檢測結(jié)果的符合率為96.8%。結(jié)論QF-PCR可快速檢測非整倍體染色體異常，并且結(jié)果可靠。

非整倍體； 短串聯(lián)重復(fù)序列； 多態(tài)性信息含量

材 料 和 方 法

1標(biāo)本來源

標(biāo)本來源于2011年1月至2012年8月于我院符合產(chǎn)前診斷指征并行羊膜腔穿刺抽取羊水標(biāo)本95例。羊膜腔穿刺抽取羊水方法：孕婦取仰臥位，確定穿刺位點，常規(guī)消毒鋪巾，在B超探頭引導(dǎo)下行羊膜腔穿刺，抽取羊水20 mL，其中18 mL用于羊水細(xì)胞培養(yǎng)染色體分析，2 mL用于QF-PCR檢測。所有孕婦行羊膜腔穿刺前均已簽署知情同意書。

2主要試劑和儀器

2.1主要試劑TaqDNA聚合酶和熒光素(FAM、HEX和TAMRA)購自Invotrigen；Qiagen DNA Mini Kit、PCR 反應(yīng)緩沖液、dNTP和Mg2+購自Qiagen。

2.2主要設(shè)備 遺傳分析儀(3100)、PCR擴增儀(9600)為ABI產(chǎn)品；染色體核型分析系統(tǒng)為上海北昂醫(yī)療技術(shù)有限公司產(chǎn)品；微量移液器為Finnpipette產(chǎn)品；高速離心機為上海安亭科學(xué)儀器廠產(chǎn)品。

3方法

3.1引物設(shè)計和合成 根據(jù)文獻及Genomic Data Base，使用Primer 3.0設(shè)計PCR 引物。選取5條目標(biāo)染色體上雜合率高、片段長度不一的STR位點共12個及1個性別標(biāo)記位點AMXY。通過預(yù)實驗，最終將13對引物分為2組，性染色體和21號染色體上的7對引物(D21S1435、D21S1411、D21S11；AMXY、DXS981、DX6809、X22)為1組，13和18號染色體6對引物(D13S631、D13S742、D13S634；DXS981D、18S535、D18S978、D18S977)為1組。性染色體和13號染色體引物的正義引物上加上熒光素FAM標(biāo)記；21和18號染色體引物的正義引物上加上熒光素HEX標(biāo)記。AMXY為性別標(biāo)記位點，AMX：女性；AMX、AMY：男性；見表1。

高職院校學(xué)校層面建立的創(chuàng)客空間，要有效孵化來自理工文商等不同學(xué)科背景的大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)項目，培養(yǎng)大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)綜合能力，客觀上來講值得進一步研究。高職院校大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)，在創(chuàng)業(yè)上關(guān)注過多，創(chuàng)新上關(guān)注較少。因此，本文從二級學(xué)院(系部)創(chuàng)辦創(chuàng)客空間的角度出發(fā)，研究高職院校大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)人才培養(yǎng)路徑。

表1 12對STR位點及AMXY位點的引物序列

3.2PCR反應(yīng)體系 10×PCR buffer (含Mg2+)2.5 μL；dNTP (2.5 mmol/L)2.0 μL；Primer Mix(10 μmol/L)根據(jù)多重PCR調(diào)整的引物劑量和濃度加入正向引物和反向引物。模板DNA 1.0 μL；Taq酶(5×106U/L)0.125 μL；加水(去離子滅菌水)至總體系25 μL。PCR反應(yīng)條件：94 ℃預(yù)變性5 min,93 ℃30 s,60 ℃30 s,72 ℃ 30 s,40個循環(huán),72 ℃7 min,4 ℃保存。

3.3多重?zé)晒釶CR產(chǎn)物檢測 取去離子甲酰胺 9 μL與GS500 0.5 μL混合，再加入PCR產(chǎn)物 1 μL 放置PCR儀中98 ℃變性5 min，立即置于冰上5 min，轉(zhuǎn)移至上機板上。將樣本放入ABI 3100遺傳分析儀的樣品架中，設(shè)置相關(guān)參數(shù)，輸入樣品信息，POP4凝膠電泳30 min。最后通過GeneMaker 1.80軟件系統(tǒng)進行定量分析。

3.4QF-PCR 非整倍體診斷的判斷標(biāo)準(zhǔn) 根據(jù)國際公認(rèn)的判斷標(biāo)準(zhǔn)(ACC/CMGS best practice meeting was held on the 15th April, 2004)，正常雙峰面積比值(高峰面積∶矮峰面積)區(qū)間為：0.8～1.4，凡雙峰面積比值>1.8或者<0.65，則可判定為三體，1個樣本出現(xiàn)2個有意義位點方可明確診斷[1-2]。

4統(tǒng)計學(xué)處理

結(jié) 果

1正常核型羊水細(xì)胞QF-PCR檢測結(jié)果

QF-PCR所選12個STR位點在66例核型正常胎兒中的PIC分別為：DXS981(0.815)、DX6809(0.741)、X22(0.658)；D21S1435(0.667)、D21S1411(0.870)、D21S11(0.833)；D18S535(0.759)、D18S978(0.759)、D18S977(0.704)；D13S631(0.667)、D13S742(0.926)、D13S634(0.778)。在所選的12個STR位點中，9個STR位點PIC均較高，3個位點(X22、D21S1435和D13S631)的PIC稍低，見表2。

2非整倍染色體異常疾病的QF-PCR檢測結(jié)果

QF-PCR檢測95例羊水樣本結(jié)果正常63例，Down綜合征14例，Edwards綜合征4例， Turner綜合征3例，Klinefelter綜合征8例。QF-PCR 診斷結(jié)果與染色體核型分析結(jié)果一致。異常結(jié)果STR位點擴增分析結(jié)果見表3、表4。結(jié)果判定:染色體上的任意STR位點出現(xiàn)3個等位基因熒光峰，峰值面積比值為1∶1∶1時，或者STR位點出現(xiàn)2個等位基因熒光峰,峰值面積比為2∶1或1∶2 或出現(xiàn)峰值面積未達到2∶1或1∶2，但<0.65 或者>1.8 時，診斷為非整倍體染色體異常。AMX 與AMY 面積比值接近1∶1，提示該胎兒為男性。其中1例Down綜合征男性胎兒陽性樣本的基因掃描圖像見圖1，經(jīng)染色體核型分析結(jié)果為: 47，XY，+21，核型圖見圖2；1例Down綜合征陰性樣本的檢測結(jié)果見圖3，經(jīng)染色體核型分析結(jié)果為: 46，XY，核型圖見圖4。

表2正常標(biāo)本12個STR位點的檢測結(jié)果

STRlocusHeterozygosityRatiooftwopeakareaamongheterozygotes95%CIDX9810．8151．175±0．1101．126～1．114DX68090．7401．160±0．8511．120～1．201X220．6851．165±0．1501．105～1．224D21S14350．6671．186±0．0771．160～1．212D21S14110．8701．088±0．1051．057～1．119D21S110．8331．136±0．1031．105～1．168D13S6310．6670．971±0．1110．932～1．009D13S7420．9261．094±0．0881．069～1．119D13S6340．7781．080±0．0651．061～1．101D18S5350．7591．143±0．1311．099～1．187D18S9780．7591．102±0．0831．075～1．129D18S9770．7041．113±0．0831．082～1．143

表3常染色體異常標(biāo)本(21三體14例或18三體4例)6個STR位點檢測結(jié)果

Table 3. The results of 6 STR loci in chromosome aneuploidies(14 cases of trisomy 21 and 4 cases of trisomy 18)

STRlocusThreepeaksTwopeaksSinglepeakRatioofpeakareaD21S14356802．083±0．162D21S14116621．970±0．136D21S116802．013±0．108D18S535202—D18S9782201．934±0．000D18S9770403．331±0．521

表4性染色體異常標(biāo)本(47，XXX8例和45，X3例)4個STR位點檢測結(jié)果

Table 4. The results of 4 STR loci in chromosome aneuploidies(sex chromosome)

STRlocus47，XXX45，XRatioofpeakareaThreepeaksTwopeaksSinglepeakSinglepeakAMXY08031．951±0．245S98104431．565±0．466S680904431．133±0．057X2204432．510±0．014

圖1示1例Down綜合征男性胎兒羊水標(biāo)本的基因掃描圖像,D21S1435呈現(xiàn)峰面積比例2∶1，D21S1411呈現(xiàn)峰面積比例2∶1，D21S11呈現(xiàn)三峰面積比例1∶1∶1。這3個位標(biāo)均強烈提示胎兒為21三體綜合征患者。AMX與AMY面積之比值接近1∶1，提示該胎兒為男性。經(jīng)過染色體核型分析證實胎兒是21三體綜合征男性患者，其核型分析結(jié)果是：47,XY,+21。

Figure 1. Typing of the DNA genescan of one of trisomy 21 syndrome fetus.The D21S11 (green, 309～364 bp) marker showed triallelic trisomic peaks. The D21S1435 (green, 170～194 bp) and D21S1411 (green, 241～271 bp) markers showed diallelic trisomic peaks. The X and Y chromosome-specific AMXY markers were amplified (blue, 101～109 bp).

圖11例Down綜合征陽性樣本DNA基因掃描分型圖

Figure 2. Chromosomal karyotype of one of trisomy 21 syndrome fetus.

圖21例Down綜合征陽性樣本染色體核型圖

圖3示胎兒的AMX為單峰, 提示為女性胎兒。DX981、DX6809及X22均呈現(xiàn)2個面積比接近于2∶1的雙峰，提示胎兒存在3條X染色體。據(jù)此預(yù)測胎兒同時存在3條X染色體, 核型為47, XXX。其它染色體上的各位標(biāo)熒光峰均顯示正常，經(jīng)染色體核型分析證實，符合Jacobs綜合征的診斷，見圖4。

圖5示胎兒的AMX為單峰，提示為女性胎兒。DX981、DX6809及X22均呈現(xiàn)單峰，提示僅1個X染色體的存在。據(jù)此預(yù)測胎兒核型為45，X。其它染色體上的各位標(biāo)熒光峰均顯示正常，經(jīng)染色體核型分析證實，符合45，X單體綜合征的診斷。

3QF-PCR技術(shù)的檢測結(jié)果與染色體核型分析結(jié)果的比較

95例羊水標(biāo)本均成功進行QF-PCR檢測，發(fā)現(xiàn)正常63例，21三體14例，18三體4例，X單體3例，三體(47，XXY)8例。上述檢測結(jié)果與染色體核型分析結(jié)果一致。但2例核型為46,XX的X染色體上的3個STR位點及1例核型為46,XX的18號染色體上的3個STR位點出現(xiàn)純合子的情況，QF-PCR方法對其診斷出現(xiàn)信息量不足的情況，導(dǎo)致結(jié)果無法判斷。95例羊水標(biāo)本行染色體核型分析均成功，發(fā)現(xiàn)66例為正常核型，14例為21三體，其中包括嵌合型1例，核型為46，XY，der(21：21)(46.7%)/46,XY(53.3%)，易位型1例，核型為46，XY，-14，+t(14q21q)，18-三體4例，(45,X)3例，(47,XXY)8例。QF-PCR檢測結(jié)果的符合率96.8%；對于21、18、13、X 及Y 染色體非整倍體的檢出率為100%，假陽性率為0，假陰性率0，見表5。

Figure 3. Typing of the DNA genescan of one of Jacobs syndrome (47,XXX) fetus.The AMX showed monosomic peak (blue, 102 bp). The DX981 (blue, 144～174 bp), the DX6809 (blue, 200～230 bp) and the X22 (blue, 250～294 bp) markers showed diallelic trisomic peaks.

圖31例Jacobs綜合征(47,XXX)陽性樣本DNA基因掃描分型圖

Figure 4. Chromosomal karyotype of one of Jacobs syndrome (47,XXX) fetus.

圖41例Jacobs綜合征(47,XXX)陽性樣本染色體核型圖

Figure 5. Typing of the DNA genescan of one of Turner syndrome (45，X) fetus.The AMX (blue, 102.3 bp), the DX981 (blue, 160.6 bp), the DX6809 (blue, 209.3 bp) and the X22 (blue, 302.9 bp) markers showed monosomic peak.

圖51例Turner綜合征(45，X)陽性樣本DNA基因掃描分型圖

Figure 6. Chromosomal karyotype of one of Turner syndrome (45，X) fetus.

圖61例Turner綜合征(45，X)陽性樣本染色體核型圖

表5 QF-PCR技術(shù)的檢測結(jié)果與染色體核型分析結(jié)果

4妊娠結(jié)局隨訪

14例21三體及4例18三體胎兒在QF-PCR檢測發(fā)現(xiàn)異常后，均于抽取羊水后1周內(nèi)住院引產(chǎn)， 引產(chǎn)后取胎兒皮膚組織再次行QF-PCR檢測及染色體核型分析，均與產(chǎn)前診斷結(jié)果相符。66例羊水染色體核型正常的孕婦均妊娠至34周后分娩，新生兒未見明顯異常。

討 論

QF-PCR是一種通過對STR進行擴增，以對染色體拷貝數(shù)目異常進行快速產(chǎn)前診斷的方法。QF-PCR 應(yīng)用了光譜技術(shù)與計算機技術(shù)相結(jié)合，其優(yōu)點主要表現(xiàn)在高敏感性、高特異性、高精確性、高效性等方面。STR遺傳多態(tài)性可用雜合度和多態(tài)信息量等指標(biāo)來衡量, 多態(tài)信息量大于0.5, 表明遺傳標(biāo)記可提供高度的遺傳信息[3]。多態(tài)位點的基因頻率、雜合度、多態(tài)信息含量等參數(shù)因樣本來源、群體不同而有差異。本實驗所選用的9個STR位點DXS981、DX6809、D21S1411、D21S11、D18S535、 D18S978、D18S977、D13S634和D13S742的PIC均較高，3個位點(X22、D21S1435和D13S631)的PIC稍低，但均在0.5以上, 表明本實驗所選取的STR位點基本上可提供高度的遺傳信息。

在實際操作中1個正常的二倍體細(xì)胞的2個等位基因中的一個會被優(yōu)先擴增, 并隨著反應(yīng)的進行被優(yōu)先擴增的產(chǎn)物也被用作模板過度表達[4]，所以在本實驗結(jié)果中顯示的等位基因峰面積比值并不完全是1∶1，比值范圍在0.97～1.18 之間，與文獻報道的正常雜合二倍體每一檢測位點雙峰面積比值一般在0.8～1.4的范圍相符合[5]。

本研究使用D21S1435、D21S1411、D21S11等新位點對14例21三體、4例18三體、3例X單體和8例X三體(47，XXX)進行檢測。通過3～4個位點的結(jié)合檢測, 檢出率高達100%。文獻報道使用4個以上位點結(jié)合檢測21三體才可達100%。因此，上述位點可被用于常見非整倍體染色體異常的快速產(chǎn)前診斷。

本研究中95份羊水標(biāo)本經(jīng)QF-PCR技術(shù)擴增成功，所有結(jié)果均在48 h內(nèi)得出，其中所有染色體核型分析正常的樣本用QF-PCR檢測均無染色體數(shù)目異常，21、18、13、X 及Y五種染色體非整倍體用QF-PCR 技術(shù)均可全部檢出，無假陽性。本研究結(jié)果表明QF- PCR 技術(shù)在檢測這五種非整倍體上敏感性和特異性均為100%，與核型分析比較快速、成本低、所需樣本量少、自動化程度高、操作簡便及適合大規(guī)模應(yīng)用，所以QF-PCR可作為核型分析培養(yǎng)失敗的一個補充。

本研究發(fā)現(xiàn)2例性染色體3個STR位點為純合子及1例18號染色體上3個STR位點均為純合子的標(biāo)本，QF-PCR技術(shù)對其診斷出現(xiàn)信息量不足的情況，這主要是因為染色體上的特異性STR位點數(shù)選用少的原因，可以通過增加STR檢測位點來解決。本實驗中1例嵌合型21三體，嵌合比例46.7%，被準(zhǔn)確檢測出。QF-PCR技術(shù)對于嵌合體的檢測存在一定的局限性。應(yīng)用QF-PCR方法目前僅能檢出包括常見非整倍體異常, 尚不能檢出染色體平衡易位及異常核型<15%三體細(xì)胞或<20%單體細(xì)胞存在時嵌合體[6]。QF-PCR 檢測結(jié)果還會受到檢測位點選擇、STR 位點雜合度等因素的影響, 因此在臨床項目開展中要考慮到QF-PCR方法的上述局限性。在患者來源上主要選擇對單純唐氏高風(fēng)險和高齡人群的產(chǎn)前診斷上[7-8]。而存在超聲異常的胎兒患染色體病的可能性較無超聲異常者明顯增加，可能存在分子學(xué)方法檢測不到的染色體異常[9-10]。

隨著QF-PCR技術(shù)的不斷完善和研發(fā)，快速產(chǎn)前診斷的不斷發(fā)展, 臨床實踐中將會有更多有價值的遺傳標(biāo)記被發(fā)掘出來。

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QuantitativefluorescencePCRforrapidprenataldiagnosisofcommonchromosomeaneuploidies

TENG Ben-qi, ZHANG Jun, LIN Ying, WANG Qing-qing, LIN Jun-wei, YE Yan-chou, HOU Hong-ying

(DepartmentofObstetricsandGynecology,theThirdAffiliatedHospitalofSunYat-senUniversity,Guangzhou510630,China.E-mail:tenben@tom.com)

AIM: To evaluate the effectiveness of quantitative fluorescence PCR (QF-PCR) as a method for rapid prenatal diagnosis of common chromosome aneuploidyies.METHODSPolymorphism information contents (PIC) of each short tandem repeat (STR) in 95 cases of amniotic fluid samples were detected by QF-PCR and the data were compared with the results of routine chromosome karyotype analysis.RESULTSThe results of QF-PCR included 63 normal samples and 14 trisomy 21, 4 trisomy 18, 3 (45, X) and 8 (47, XXX). The rapid QF-PCR assay was successful to detect all aneuploidies involving chromosomes 21, 18, 13, X and Y in prenatal diagnosis, which were verified by chromosome karyotype analysis. The results showed that the total coincidence rate between QF-PCR and routine chromosome karyotype analysis was 96.8%.CONCLUSIONThe QF-PCR is a reliable method of detecting common chromosome aneuploidies for rapid prenatal diagnosis.

Aneuploidy; Short tandem repeat; Polymorphism information content

R363

A

10.3969/j.issn.1000-4718.2012.09.019