遗传病是以遗传物质结构或功能改变作为仅有或主要致病原因的一大类疾病。在产前诊断中,遗传病主要包含染色体病、基因病、线粒体病等,现阶段检测的遗传病主要是细胞水平的染色体结构变异和数量异常以及分子水平的基因改变。

随着超声的普及化,孕期行正规的超声筛查能够提升胎儿异常的检出率,减少缺陷儿的出生。胎儿超声结构异常是其染色体异常及复杂综合征的影像表现方式,同时颈项透明层(nuchal translucency,NT)增厚等软指标异常也是遗传病的重要表现。超声探查到的软指标及结构异常作为孕妇侵入性产前诊断的指征,可以提升胎儿染色体异常的阳性率。

1、妊娠早期超声异常与遗传病的相关性

1.1妊娠早期超声结构异常与遗传病的关系

近年来胎儿结构异常和染色体异常的筛查已倾向于妊娠早期,以便能更早地诊断异常胎儿。国际妇产科超声学会(International Society of Ultrasound in Obstetrics and Gynecology, ISUOG)已经把妊娠早期超声筛查胎儿结构异常的时间定在妊娠11～13+6周。2016年Wagner[1]通过对妊娠早期胎儿超声结构筛查4 641例发现,染色体异常在妊娠早期超声结构筛查中就能检出94.5%。国内学者也在不断探讨,有学者[2]对1 882例孕妇行胎儿超声检查,发现妊娠早期胎儿结构异常检出率远远高于妊娠中晚期,所以需早诊断、早干预。严重胎儿畸形在妊娠早期超声筛查中容易检出,但是对于不明显的改变或是畸形出现较晚的胎儿异常需到妊娠中晚期才能发现,早期胎儿超声结构异常是早期侵入产前诊断的指征之一。

1.1.1颜面部畸形

唇腭裂是最常见的颜面部畸形。研究发现约40%的妊娠早期唇腭裂畸形伴有染色体异常,与18-三体、13-三体及Pierre-Robin等遗传综合征有关[3]。

1.1.2神经系统畸形

妊娠早期超声可筛查出的神经系统畸形主要包含无脑儿、开放性神经管缺陷、前脑无裂畸形(holoprosencephaly, HPE)等。胎儿神经系统发育畸形的出现机率较高,在胎儿先天性异常中占40%～50%。Kagan等[4]通过总结报道,全前脑畸形患儿中65.9%存在染色体异常,其中13-三体发生率最高,为86.2%。我国学者史珊珊等[5]提出在HPE中,由染色体异常导致的大约占25%～50%,但是部分拷贝数变异(copy number variations,CNVs)致病原理尚未明确。

1.1.3泌尿系统畸形

正常情况下,在妊娠11～13+6周膀胱上下径一般小于6～7 mm。膀胱增大可能是正常变异,但也可能合并染色体变异或结构畸形。Sannacherchi等[6]研究发现大约有500种综合征与泌尿系统发育畸形有关,多是由于胎儿染色体的结构不平衡性改变导致。

1.1.4心脏大血管畸形

我国发生率最高的先天发育异常是先天性心脏病(congenital heart disease, CHD),机率约为0.6%～1.9%。有学者[7]研究报道胎儿患有先天性心脏畸形时,大多数是单独存在的,也有部分合并其他异常,25%～40%的已识别综合征伴有CHD。大约有33%～42%的CHD胎儿伴有染色体异常,CHD也是单基因病引起像Marfan等部分综合征的伴随表现之一[8]。

1.1.5骨骼系统畸形

目前骨发育异常类型约有200种,大约一半为致死性的。我国学者研究发现胎儿肢体畸形较常见于染色体异常,同时还发现胎儿四肢骨骼系统畸形多伴有非整倍体异常和亚显微结构异常。

1.2妊娠早期超声软指标异常与遗传病的关系

在妊娠早期超声筛查中常见的软指标有:颈项透明层增厚,鼻骨缺失、三尖瓣反流等。Nicolaides等于1992年把颈背部透明层作为筛查妊娠早期胎儿染色体的指征,使染色体异常检出率达到75%。目前NT是最常见的超声软指标。

1.2.1颈项透明层增厚

颈项透明层指在妊娠早期(孕11～13+6周)超声检查胎儿颈后皮肤与皮下软组织间无回声区,NT值>2.5～3 mm为NT增厚。我国戚庆炜教授[9]指出胎儿NT增厚与其染色体异常及器官结构发育畸形均有关。还有学者研究发现在妊娠早期NT与孕周有关,随着孕周的增长而增厚;当其大于2.4 mm时,胎儿发生染色体异常或结构异常的机率大大提升[10]。NT结合血清学检测是妊娠早期筛查染色体异常的重要形式。

1.2.2鼻骨缺失

鼻骨缺失是筛查染色体异常的越来越受重视项目,有较高特异性。Kagan等[11]总结鼻骨缺失的三体综合征胎儿病例,在正常核型胎儿是2.6%,在13-三体是45.0%,在18-三体是52.8%,在21-三体是59.8%。Sepulvda等[12]认为妊娠早期胎儿超声筛查鼻骨缺失的出现与21-三体的发生有紧密联系。因此鼻骨缺失对三体综合征有重要提示价值。

1.2.3三尖瓣反流

Falcon等[13]认为,三尖瓣反流在染色体正常胎儿中少于5%,而在21-三体超过65%,在13-三体与18-三体发生率超过30%。我国学者对妊娠早期孕妇行胎儿超声筛查,也证实轻度三尖瓣反流与21-三体异常有关[14]。

1.2.4异常的静脉导管血流频谱

近年来发现胎儿超声静脉导管血流频谱检测,可以作为筛选染色体异常和先天性心脏异常的重要形式。即使NT正常,异常的血流频谱仍高度怀疑染色体异常。此外,虽然染色体无异常,但是NT和血流频谱显示异常时,发生其他发育异常的可能仍然很高。因此,妊娠早期NT和血流频谱联合使染色体异常的检出效果更好。

2、妊娠中晚期胎儿超声异常与遗传病的相关性

2.1妊娠中晚期超声结构异常与遗传病的关系

妊娠中晚期有明显超声结构异常的胎儿,是出生缺陷及新生儿死亡的重要原因,包括:颈部水囊瘤、心内膜缺损、胸腹部畸形等。在临床上,颈部淋巴水囊瘤等畸形已经作为单独指标进行染色体异常的筛查。有学者研究发现异常的数量不同时,出现染色体异常的机率也有很大的差别,所以要结合胎儿异常种类和数量,判断染色体发生异常的情况。超声结构异常胎儿进行侵入性产前诊断排除遗传因素的改变,是判断是否继续妊娠的重要手段之一。

2.2妊娠中晚期超声软指标异常与遗传病的关系

在二十世纪末,Sohl等[15]认为胎儿伴有软指标异常发生染色体异常的机率增加,而且软标记的个数与发生染色体异常的机率成正比。因此孕期超声筛查存在结构异常和软指标异常时,建议行染色体检测。妊娠中晚期超声软指标有颈背部皮肤皱褶增厚(nuchal fold, NF)、侧脑室增宽(fetal cerebral ventriculomegaly, VM)、脉络丛囊肿等。

2.2.1颈背部皮肤皱褶增厚

NF增厚的诊断标准一般认为是15～18周≥5.0 mm或18～24周≥6.0 mm。NF的发现开启了筛查染色体异常的新阶段。有学者报道,当测量NF大于5 mm时,对染色体异常有高度的提示价值,特别关于21-三体,是其一项准确超声筛查指标[16]。所以当NF增厚时,应进行染色体检测。

2.2.2侧脑室增宽

在侧脑室水平切面,测量其三角内径,一般≥10.0 mm就称为侧脑室增宽。常清贤等[17]研究指出,合并其他结构畸形的中、重度VM患儿染色体异常的风险远远比轻度VM患儿高。国外学者报道[18],轻度VM患儿染色体核型异常检出率是4.2%,而重度VM患儿是6.8%,说明随着VM的严重程度不同,染色体异常的机率也不同。21-三体是重度VM最常见的染色体异常,其次是18-三体及13-三体等。

2.2.3脉络丛囊肿

1984年在妊娠中期超声筛查中初次诊断出脉络丛囊肿,发现其大小、数量、消失与否和胎儿染色体发生异常的机率无关。Beke等[19]认为有脉络丛囊肿的患儿3.6%伴染色体异常,说明它的存在与染色体异常有着重要相关性。

2.2.4小脑延髓池增宽

孤立的小脑延髓池增宽,一般不出现胎儿染色体异常,当伴随其他畸形时,常常预示发生染色体异常,特别是与18-三体有关。胎儿神经系统的畸形也会伴有小脑延髓池增宽,因此应高度怀疑颅内是否还有其他异常。

2.2.5心室内点状强回声

心室内点状强回声常与腱索或乳头肌相连,与心动周期和心脏瓣膜呈同步活动,具体机制还不明确。Beke等[19]发现,单纯的心室内点状强回声与染色体异常没有相关性,但伴有其他超声畸形时,染色体异常的机率是7.9%。也有学者认为,心内强光点的发生与胎儿非整倍体有紧密联系,特别是与21-三体[20]。

2.2.6肠管回声增强和肠管扩张

胎儿肠管回声与骨组织回声相似称为肠管回声增强。孤立的肠管回声增强意义较小,但当伴有其他超声畸形,出现染色体异常的机率会提高3～4倍。Beke等[19]总结在妊娠中期有肠管回声增强和肠管扩张的患儿5.7%发生染色体异常。有学者[21]总结分析80例肠管回声增强患儿超声,发现6例有染色体异常,而且均伴有严重结构畸形。对于超声肠管回声增强的患儿给予关注,特别是伴有其他超声异常,要怀疑是否存在染色体异常。

2.2.7长骨短小

长骨短小一般是染色体异常的表现。潘玉萍[22]对6 425名妊娠中晚期孕妇研究发现,胎儿超声筛查长骨短小对三体综合征有高度的敏感性及特异性,而且发现在三体综合征中,肱骨短小中的检出率明显比股骨短小要高,说明肱骨短小比股骨短小提示胎儿三体综合征异常的意义更大。

2.2.8肾盂扩张

有学者提出一侧肾盂扩张出现染色体异常的机率是1%,然而两侧肾盂扩张或伴有其它超声指标畸形时,染色体异常机率是3%。我国学者[23]对122例肾盂扩张的病例总结,孤立性肾盂扩张不主张行产前诊断,但伴有其他超声畸形时,应行产前诊断,排除非整倍体异常的可能。

2.2.9单脐动脉

脐带内只有一根脐静脉和一根脐动脉称之为单脐动脉(single umbilical artery, SUA)。Dagklis等[24]表明单纯的SUA出现时染色体无异常,而伴有其他一种超声结构畸形时,出现染色体异常机率为3.7%,伴有多种结构畸形时染色体异常机率为50.7%。也有学者认为SUA合并的畸形数量越多,越常出现非整倍体异常。

3、胎儿超声异常遗传检测方法新进展

胎儿超声异常是产前诊断的重要指征,针对胎儿超声异常的遗传病诊断分为三个层次。胎儿染色体核型检测是现代产前诊断的一线方法,染色体数目异常与显著的结构变异都能识别出,但核型分辨率低,5 Mb以下的CNVs无法检出。

染色体基因组芯片分析(chromosome microarray analysis,CMA)技术可检出非整倍体异常、大片段缺失与重复、微缺失与微重复以及单亲二倍体和杂合性缺失,CMA可以检测出50～100 Kb以上的染色体改变。2014年我国产前诊断专家共识CMA是当前最有效的染色体诊断方法,尤其是产前超声检查胎儿结构异常时,如果染色体核型结果正常,则需进一步进行CMA检测[25]。2016年美国学者提出用CMA代替核型分析用作胎儿超声异常遗传病的首要检测手段[26]。

高通量测序(next-generation sequencing, NGS)技术正飞速发展,低深度的CNV-seq正逐渐用于产前诊断。2019年4月我国发表了第一个《低深度全基因组测序技术在产前诊断中的应用专家共识》,提出CNV-seq可以作为一线产前诊断技术,应用于需进行有创产前诊断的孕妇,CNV-seq技术可检测全染色体非整倍体、大片段缺失/重复以及全基因组CNVs[27]。

有研究表明产前超声异常的胎儿核型分析的诊断率约30%,CMA提高了6%[28]。胎儿超声筛查异常,但核型及CMA均正常时,有学者[29,30]研究发现外显子检测可以将诊断率提高8.5%,特别是超声提示多发结构异常时,诊断率可提高达到15%。胎儿超声异常也是单基因病的表现形式之一。因此,连续多胎胎儿异常,而胎儿核型分析CMA及CNV-seq均无异常时,仍怀疑超声异常与遗传因素有关时,建议行外显子或全基因组测序。

在后基因组时代,随着数据库的完善和分子技术的成熟,染色体核型分析技术已不能满足临床需求,分子水平对产前诊断给予了有力的补充。胎儿超声异常是分子水平诊断的最主要指征,结合超声软指标和结构异常种类及数量,在细胞水平及分子水平探讨胎儿超声异常的遗传病因学,对控制出生缺陷确保优生优育有巨大优势。

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基金:山东省医药卫生科技发展计划(2017WS598);泰安市科技发展计划(2017NS0127)