对话中南大学邬玲仟、贝瑞基因于福利：10万人前瞻性临床研究，推动NIPT Plus进入一线产前筛查

无创DNA产前检测（NIPT）自问世以来，已为千万家庭进行了胎儿三大染色体疾病的排查。与传统的血清学检测方法相比，NIPT具有无创、准确率高等优点。但NIPT并非万能，也存在无法检出的染色体异常，如染色体微缺失/微重复综合征（MMS）等。对于MMS，常规筛查手段无能为力，如何通过NIPT手段同时检测？阳性预测值（PPV）能否与常见的21三体综合征检测相当？

近日，贝瑞基因联合中南大学生命科学学院医学遗传学研究中心、湖南家辉遗传专科医院等多家机构在国际权威学术杂志《Nature》子刊《Genetics in Medicine》上发表了扩展性无创产前筛查（NIPT Plus或NIPS-Plus）大规模前瞻性队列研究结果，为NIPT Plus未来成为一线产前筛查方法提供了强有力的证据。针对该研究，测序中国第一时间采访了文章作者：中南大学医学遗传学研究中心副主任邬玲仟教授以及贝瑞基因首席信息官于福利博士。采访中，两位专家对开展该临床研究的初衷、取得的成果以及NIPT Plus核心技术等相关问题进行了细致的分享，并畅谈了对NIPT Plus落地临床的见解。

邬玲仟教授谈到，染色体畸变是导致出生缺陷的主要原因，其新生儿发病率约为2%，主要由染色体异常综合征和严重单基因病组成。其中染色体异常综合征又分为常染色体非整倍体综合征、性染色体非整倍体综合征、5～10M以上大片段缺失/重复综合征和染色体微缺失/微重复综合征。而常规NIPT的筛查目标只包括T21、T18、T13三大染色体非整倍体综合征，仅占染色体畸变的20%。

染色体异常患儿通常没有有效的治疗方式，通过产前筛查来进行预防是最佳的解决方案。

毫无疑问，产前检测领域亟待技术升级，扩展覆盖更多病种。于福利博士介绍：“MMS综合发病率高，大都会导致胎儿先天性畸形、器官功能障碍、生长发育迟缓、智力残疾、自闭症等，更重要的是胎儿MMS的发生率与孕妇年龄无关，所有年龄阶段的孕妇都需要做产前筛查。”

近年来，NIPT的研发目标开始聚焦于检测MMS。但胎儿DNA含量过低等生物学因素和众多技术瓶颈为MMS检测的可靠性和准确性带来了巨大挑战。为了解决这一难题，国外科学家率先开展了多项临床研究，利用更深度的测序或更高密度的靶向SNP测序，成功完成了扩展性NIPT进行MMS检测的概念验证。

然而，这些扩展性NIPT在MMS检测中的表现却并不如人意。“在已报告的临床验证研究中，对于特定MMS的检测，扩展性NIPT检测数据差异较大，PPV大都低于50%。”于福利博士遗憾地表示。基于以往研究结果，美国医学遗传学学会曾发布指南指出，在得到较大数量队列研究数据支持之前，不建议对NIPT检测范围进行扩展。

作为国内NIPT领域早期开拓者之一，贝瑞基因于2010年将NIPT技术引入国内，并率先将NIPT进行商业化运作。2014年，针对扩展性NIPT在临床应用中遇到的难题，也为提高MMS等的临床检测效率，贝瑞基因联合中南大学生命科学学院医学遗传学研究中心、湖南家辉遗传专科医院、湖南省妇幼保健院等研究团队，设计并开发了一种名为“NIPT Plus”的扩展性NIPT检测方法。该流程利用比常规NIPT检测更深度的测序，结合创新的数据分析算法来另行读取与MMS相关的CNV。

邬玲仟教授介绍：“NIPT Plus是NIPT的升级产品，与常规NIPT相比，其最大的优势就是对筛查的目标疾病进行了扩展。我们研发应用的NIPT Plus目标疾病范围拓展至染色体非整倍体综合征、>5M的大片段缺失/重复综合征以及7种高发MMS，约占染色体畸变的80%。而目前国际上不同版本的NIPT Plus目标疾病范围包括染色体非整倍体综合征、>7～10M的大片段缺失/重复综合征以及3～5种微缺失综合征不等，仅占染色体畸变的40%～60%。”

对于开展本项大规模前瞻性队列研究的初衷，邬玲仟教授表示，NIPT Plus技术的概念验证在国际上已进行数年，迄今国内外报道了一些不同版本的扩展性NIPT Plus技术方法及小规模的临床研究，但是否能够将其推荐至临床一线应用仍然受到临床医学界的高度关注和担忧，极其需要有包括PPV、NPV、FP、FN等临床检测效能相关指标的大数据支撑。于福利博士补充道：“我们开展NIPT Plus大规模前瞻性队列研究，希望从临床实践中进一步验证。在真实世界中，NIPT Plus的PPV是多少？NPV又是多少？”

为确切评估NIPT Plus在常见染色体非整倍体和MMS检测中的临床表现，研究团队历时4年，针对94,085例单胎妊娠女性开展大规模前瞻性队列研究，并行检测常见染色体非整倍体和全基因组MMS。于福利博士告诉我们：“行业内对NIPT检测MMS的观望态度主要源于PPV。与传统的T21、T18、T13染色体非整倍体不同，MMS的片段长度太小，检测技术的优劣会显著的反映在PPV的数值上。”随访研究结果显示，在适度提高原NIPT测序深度的基础上，NIPT Plus不仅保持了对非整倍体筛查的高PPV，对全基因组MMS的筛查也获得了理想PPV，其中对最常见的MMS——DiGeorge综合征的PPV高达93%，与最常见的染色体非整倍体——T21的PPV相当，远超同期国际同类技术水平。

邬玲仟教授强调：“研究结果显示，升级的测序技术流程和创新的分析算法先进可靠，方法学刚性稳定，临床检测效能和追踪随访等主要指标均居国际领先水平，不仅为我国，也为全球推荐NIPT Plus临床一线应用指南制定提供了强有力的支撑，可谓是产前检测领域的一项里程碑式工作。”

为贴近临床的真实情况，提供更强的指导意义和参考价值，除单胎要求外，该研究未设置入组标准。经统计，该研究中40.41%为高危孕妇（年龄≥35岁），59.58%为低危孕妇（年龄<35岁），另有0.004%孕妇未透露年龄。于福利博士表示：“这是国际上首个囊括普通和高危孕妇的大样本前瞻性研究，研究数据对胎儿游离DNA信息的使用价值进行了充分展示。研究成果展示了NIPT Plus作为一线筛查方法的能力，能够提高致病性染色体非整倍体、大片段缺失/重复综合征以及全基因组MMS的检出率。这样大样本、大数据的研究成果也是中国在此领域实力的输出。”

MMS是非常微小的染色体变异，为了实现MMS的高效检出，研究团队可谓发挥了不少“奇思妙想”。

首先，母体外周血中可检出的胎儿DNA非常少，测序过程又存在噪音的干扰，如何有效区分、识别CNV信号就显得至关重要。于福利博士谈道：“事实上，PPV的核心痛点正是噪音，如果这一痛点能够突破，80%的问题就解决了。”因此降噪成为该团队研发的核心。

研究团队认为，大家以往的关注点在降噪，为何不直接去掉噪音？基于此想法，研究团队在NIPT Plus中进行了一项重要创新——“反思维降噪”。对此，于福利博士举了一个形象的例子：“噪音是在测序过程中客观存在的。通常情况下，人们在众多噪音中寻找目标信号，就像在一片草丛中找一根针，难度可想而知。现在我们是反过来，把草丛扔掉，让针自己显现出来。”

为此，研究团队开发了一种利用PCA（主成分分析）的方法来解决“信噪比”问题，并开发了隐马尔可夫模型（HMM）来检测CNV。同时，NIPT Plus在文库构建方面采用贝瑞独家的PCR-free技术，即不经PCR扩增直接对血浆游离DNA进行建库测序，从数据源头上保障CNV的检测结果更真实更精准。

作为国内无创产前基因检测领域的领导企业，贝瑞基因凭借雄厚的技术积淀，率先在中国投入NIPT Plus的临床研究，经过4年努力，多项技术实现突破，产品实现再次升级。

在此研究中，NIPT Plus文库构建环节的PCR-free技术发挥了汗马功劳。据介绍，PCR-free是贝瑞基因自主研发的快速文库构建技术。该技术克服了传统CNV检测在分辨率、全基因组覆盖程度、通量和成本等方面的不足以及PCR扩增偏好性问题，数据重复性好，成本较低，适用于大规模临床应用。于福利博士表示，目前使用PCR-free的NIPT Plus产品已经达到了临床级别，操作简便，性能稳定。本次研究公布的大规模真实客观数据的支撑，也将进一步推动产品的审批。

确保了产品性能之后，未来如何推动NIPT Plus的临床普及？对此，邬玲仟教授提出了几点建议：“1. 教育和宣传，使老百姓、患者及其家属和普通医务人员认识筛查目标疾病的危害性、筛查的必要性、技术的优越性和技术的局限性；2. 产前诊断中心服务能力建设，加强对基因型-表型对应关系的认识，提高遗传咨询水平；3. 规范管理，把好质量关，同时要特别重视全程产前检查/监测的重要性。”

随着中国经济的快速发展和二胎政策的放开，NIPT渐渐成为人们口中的高频词汇，这一技术也已成为产前筛查领域的重要检测手段。在本项研究中，NIPT Plus展现出了优异的临床检测效能，有望成为一线产前筛查方法。在未来，NIPT Plus势必在降低出生缺陷方面起到重要作用。