唐氏综合征产前筛查及诊断研究进展

邢祎祎 代天怡 杨晓月 山丹

随着中国三胎政策全面开放，高龄产妇数量的增加，新生儿出生缺陷概率也随之增加。在新生儿出生缺陷中染色体异常最为常见，而唐氏综合征(Down′s syndrome，DS)是最常见的染色体异常，其发病率约为1/800[1]。现如今仍无有效的治疗方法，因此产前筛查及产前诊断便成为降低唐氏综合征发病率最有效的方法。

一、唐氏综合征历史

在大约2500年前图马科-拉托利塔文化中的人们留下了大量描绘日常生活的陶器，Bernal等人[2]在这些陶器中发现有些陶器有着典型DS特征，这也是迄今为止发现的人类对唐氏综合征最早的认识。Andrew等人[3]发现16世纪佛兰德耶稣降生画中有一位天使的相貌与其他人明显不同，这幅画可能是最早的代表DS的欧洲作品之一。这意味着DS不是一种现代疾病。

DS和呆小症有相似的特征，早期人们认为这都与甲状腺功能障碍有关。人们只是将呆小症和其他类型的智力低下区别开[4]，认为DS是一种不同类型的呆小症。直到20世纪50年代末，甲状腺治疗被广泛应用于DS和呆小症患儿，但这种治疗对大多数DS患儿无效。随着社会经济和营养状况的改善，呆小症的发病率明显下降，DS也逐渐被人们认识[5]。

二、危险因素

唐筛综合征是由多种因素共同影响的结果，其主要原因在于遗传因素及环境因素[6]。

1.遗传因素：主要源于母亲叶酸代谢基因多态性。1999年James等人发现在染色体分离过程中亚甲基四氢叶酸还原酶(MTHFR)可能起到了重要作用，并通过统计研究指出MTHFR的基因多态性与DS的发生概率有关[7]。此后学者们对MTHFR基因多态性进行了深入的研究，目前关注较多的包括MTHFR C677T，MTHFR A1298C，MTRRA66G，其中MTHFR C677T 和 A1298C已被证实与DS可能有一定相关性[8]，但现尚无可靠证据证明MTRRA66G与DS的发生相关。

2. 环境因素：包括母亲年龄，孕前三月接触有害物质等[9]。Morris等人通过Meta分析得出母亲年龄大于45岁时DS发病率较高，约为34‰( 95% CI:31‰～37‰)[10]，近年也有学者提出年龄大于35岁DS发病率即有显著升高[11]。而对于烟酒、接触有害物质等方面现多为回顾性研究，无明确证据证明，故仅可说明环境因素可能会增加DS发生风险。

三、临床表现及并发症

1866年Down发表的一篇短文中描述了这种疾病。他发现DS患儿头发是棕色的，直而稀疏；脸又平又宽，双眼外眦上斜，眼距宽，眼裂很窄，嘴唇又大又厚，有横向的裂缝。舌头又长又厚，而且很粗糙。鼻子很小。皮肤有轻微的暗黄色，缺乏弹性，让人觉得身体过于大。这是人类首次对这种疾病进行描述[12]。

DS是各种出生缺陷的常见原因，包括先天性心脏病、胃肠道异常、先天性甲状腺功能减退、红细胞增多症、白内障、环枢椎不稳定、阿尔茨海默病等。其中最常见的是先天性心脏病(CHD)，约为30%～50%的唐氏儿会出现CHD[13]。阿尔茨海默病也是DS常见的并发症。阿尔茨海默病发病率在35～49岁的唐氏综合征患者中高达8%，在50～59岁患者中为55%，在60岁以上患者中为75%，这远高于阿尔茨海默病在正常人之间的发病率[14]。如今随着产前诊断技术的进展和DS胎儿选择性流产率的提高，DS相关疾病的发病率呈下降趋势[15]。

四、产前筛查

1. 超声软指标：1987年Benaceraf等人[16]首先提出妊娠中期唐氏综合征患儿超声可见颈部皮肤及软组织增厚，此后随着人们对唐氏综合征患儿超声特征的研究深入，超声软指标逐渐成为唐氏综合征产前筛查的重要手段。有研究表明仅27%的唐氏综合征患儿在孕中期B超中会表现出结构异常[17]，所以超声检查对唐氏综合征仅存在指导意义。但多项超声指标异常时胎儿染色体异常发生率较单项异常明显升高[18]，在临床中需加以重视。

2.孕中期唐氏筛查：唐氏筛查机制为通过回顾性研究得到DS相关危险因素，并使用Logistic 回归得到DS危险系数的回归方程，建立预测模型。将孕妇各项血清学指标、年龄、胎龄等指标带入预测模型便可得到孕妇此次妊娠为唐氏儿的概率。

(1)一联筛查。1984年Merkatz等人[19]首次提出DS母体甲胎蛋白(AFP)数值低于正常胎儿母体AFP数值，这使得AFP成为最早用于DS筛查的血清学标志物，但其筛查效果欠佳。AFP主要来源于肝脏及卵黄囊。母体中AFP于孕14～20周呈线性上升，20周后逐渐缓慢下降。DS胎儿发育不成熟可能是导致AFP低于正常值的原因之一，但具体原因现尚不明确。因高龄(> 35岁)为DS的危险因素之一[20]，人们尝试联合年龄及AFP来推算DS的患病概率。1987年Cuckle等人[21]首次提出通过年龄及AFP数值计算唐氏综合征概率的量化表格，这也是最早的一联唐氏筛查，但其检出率较低，约为20%，假阳性率约为4%～8%[22]。

(2)二联筛查。人绒毛膜促性腺激素(HCG)是一种由胎盘滋养层分泌的糖蛋白，由α和β亚基组成。妊娠早期HCG及β-HCG逐渐升高至孕8周达到峰值，后逐渐下降至孕20周趋于稳定。1987年Bogart等人[23]提出将HCG应用于唐氏综合征产前筛查可提高其检出率，但仍处于较低水平。1990年Macri通过检测母体β-HCG含量发现β-HCG唐氏综合征检出率可达50%～67%，明显高于HCG。结合β-HCG、AFP与母亲年龄，DS检出率可达80%。但其假阴性率及假阳性率均较高，存在漏诊及误诊的情况[24]。

(3)三联筛查。游离雌三醇(uE3)是来自胎盘的一种类固醇激素，由于uE3半衰期短，约为20～30 min，故可作为反应胎盘功能的一种血清学标志物。在正常妊娠中uE3随孕周增加而逐渐增加，妊娠15～20周中呈对数增长，而DS母体内uE3较正常妊娠孕妇低30%[25]。随着uE3被添加至DS筛查指标中因其在孕中期变化大，核对孕周格外重要[26]。

(4)四联筛查。孕期抑制素A(inhibin-A)主要由胎盘分泌。DS母体中inhibin-A较正常妊娠升高2倍以上，故可作为DS筛查的一种标志物。单独应用inhibin-A对DS检出率可达62%，联合AFP、β-HCG、uE3作为血清学四联筛查可将检出率提升约10%，且假阳性率不增加[27]。但因其检测项目较多、计算复杂、成本较高，目前在国内应用较少。

3. 无创DNA：1997年Lo等人[28]在母体血浆中发现了胎儿DNA，使无创DNA检测(non-invasive prenatal testing，NIPT)走进了人们的视线，并广泛用于临床筛查。NIPT是应用高通量测序技术，通过提取母体外周血血浆中胎儿游离DNA(cell free fetal DNA，cffDNA)进行检测，分析胎儿是否患染色体异常的一种检测方法。

(1)无创DNA检测的优势。相较于传统血清学检测方法，NIPT具有更高的特异性及敏感性。2013年Song等人[29]将NIPT与三联体血清筛查做对比，发现在对21-三体、18-三体、13-三体的筛查中NIPT有较高敏感性与特异性。随后，也有学者提出NIPT将DS检出率由65%～70%提高至90%以上。且由于血清学筛查假阳性率较高，导致大量孕妇进行了不必要的穿刺，不但穿刺一定的流产率给孕妇带来了心理负担，也消耗了大量的人力物力。有研究表明血清学检测高风险人群穿刺阳性率仅为2.14%[30]。而NIPT因更高的准确率，避免了约95%不必要的穿刺[31]。

(2)无创DNA检测的局限性。无创DNA虽然有着较高的敏感性与特异性，但仍然存在一定的假阳性和假阴性结果。造成假阴性结果的主要原因在于胎儿DNA含量过低。有研究表明当胎儿DNA含量低于4%时易出现假阴性结果[32]。对母体中胎儿DNA含量影响最为显著的是胎儿的孕周。自孕7周起胎儿DNA便可从母血中测得，并随孕周增加而增加。孕10周时胎儿DNA含量便可达10%，故孕10周后NIPT假阴性率也较孕10周前低。除此之外，胎儿染色体为嵌合体也会影响NIPT假阴性率。例如当胎儿一条染色体为嵌合体的比例为50%，胎儿DNA在母血中的含量为10%时，可检测到的为嵌合体的三体染色体则为5%，从而导致假阴性结果[33]。

造成NIPT假阳性的原因主要包括：限制性胎盘嵌合体、母体染色体异常、双胎之一消失、母体患恶性肿瘤。母体血浆中的游离DNA主要来源于滋养细胞[34]，NIPT检测结果为胎盘核型，若出现胎盘嵌合，检测结果则与胎儿核型不一致，从而出现假阳性结果。同时，由于NIPT是通过检测母体外周血游离DNA来推测胎儿核型的，当母体自身核型异常时NIPT结果会受到影响。母体患恶性肿瘤时，实体瘤染色体可出现非整倍体，这些含有异常染色体的肿瘤细胞凋亡后肿瘤DNA会进入血液中也会干扰NIPT的结果。消失的双胎发生的主要原因为当双胎之一死亡，消失胎儿的细胞滋养层会通过靠近胎盘螺旋动脉或与存活胎儿的胎盘融合，从而使得异常DNA进入母体血液导致假阳性结果[35]。

4. 尿多肽：染色体异常会导致基因的异常表达，从而产生异常的蛋白质[36]。在DS母体内现已发现多种可作为DS筛查的蛋白质标志物，分别来源于母血、羊水、脐血、尿液及胎盘[37]。其中尿多肽作为尿液中的DS标志物以其无创性、高灵敏度及高特异度为产前筛查提供了新的思路。Shan等人[38]用弱阳离子交换磁珠对尿液的电子喷雾质谱分析，发现其灵敏度高达95.7%，特异度为70.0%。最新研究表明尿液中TIMP2和LAMP2作为DS标志物，其敏感性为74%，特异性为82%，有望加入DS产前筛查的蛋白标志物[39]。

五、产前诊断

产前诊断是通过绒毛穿刺、羊水穿刺、脐带穿刺来获取样本，并对胎儿遗传性疾病进行诊断。常用的技术包括染色体核型分析、荧光原位杂交、染色体微阵列分析及基因测序技术。

1. 染色体核型分析：染色体核型分析是通过显带技术比较判断是否有胎儿染色体数目或结构异常的方法，是胎儿染色体疾病诊断的金标准。相比较其他方法，染色体核型分析可更好的检测出染色体平衡易位和嵌合体[40]。但其耗时较长，且仅能检测10 MB以上的片段改变，对于微小缺失、重复或不平衡易位准确率也相对较低[41]。

2. 荧光原位杂交：荧光原位杂交(FISH)是应用荧光标记核酸探针，按照碱基互补配对原则与待测样本进行杂交，来判断是否存在染色体数目或结构异常。荧光原位杂交相较于染色体核型分析不需要进行细胞培养，极大的缩短了检测时间，通常可在1～3 d内得到结果，且分辨率较染色体核型分析高，可探及≥300 kb的染色体片段[42]。但因其需要特异性探针，现应用仍存在局限性，目前常用的特异性探针包括13、18、21、X、Y等染色体探针[43]。

3. 染色体微阵列分析：染色体微阵列分析(CMA)是一种新型的分子遗传学诊断方式，可进行全基因组扫描，对于染色体不平衡的拷贝数变异(CNV)，尤其是对于检测染色体组微小缺失、重复等不平衡性重排有较高的诊断价值[44]。CMA能检测出小于100 kb的染色体片段改变，相较于染色体核型分析检出率更高[45]，且无需进行细胞培养，耗时短。有研究发现超声提示结构异常而染色体核型分析未发现异常的病例中存在CMA异常病例，CMA可使检出率可提高约6%[46]。2013年美国妇产科医师协会指南[47]及2014年国内的专家共识也提出若超声提示结构异常应增加CMA检测。但因其价格较高，临床应用较少[48]。

4. 基因测序技术：近年来基因测序技术被逐渐应用于临床，该技术可进行染色体DNA的测定，现已发展至四代测序。第一代测序包括化学裂解法、Sanger测序。其中Sanger测序因其准确性高，目前仍是基因分型的金标准。但两种方法均存在读取片段短、操作复杂的弊端。第二代测序也称高通量测序，相较于第一代测序成本更低，且准确性高，现广泛用于全基因组测序、全外显子测序等临床诊断。第三代测序为单分子测序，不需要PCR扩增，可读取更长的片段，也缩短了测序时间，但酶的活性及稳定性难以保持。第四代测序为纳米孔测序，是通过力学、电学等对DNA碱基对进行直接判读，现仍在研究中，有望未来应用于产前诊断[49]。

综上所述，随着研究的进一步深入，产前筛查的准确率逐渐提高，对母体的创伤越来越小；产前诊断的诊断面逐渐扩大，耗时逐渐缩短。产前筛查及产前诊断的飞速发展有效降低了唐氏综合征患儿的出生率，极大提高了人口质量。