Advanced Science:窥一斑而知全豹——基于内质网染色鉴别稀有滋养层细胞用于无创产前诊断单基因病

孕妇巴氏拭子(Papanicolaou smears, Pap)中包含了数量可观的、因胎盘发育而脱落至母体生殖道中的滋养层细胞(trophoblastic cells)。这些细胞含有完整的胎儿基因组信息,犹如“一斑之全豹”、“一叶之深秋”;通过获取Pap中的脱落滋养层细胞,能以无创的方式对胎儿基因组进行分析,在单基因性疾病及其他遗传性疾病的无创产前诊断中具有重要的研究意义与临床应用价值。然而,由于Pap中含有大量的母体细胞,在Pap中寻找滋养层细胞犹如“大海捞针”,如何准确识别、获取稀有的滋养层细胞,一直是困扰研究者的重要问题。传统的滋养层细胞检测手段主要依赖于以胞膜标志物为基础的磁性细胞分离以及对胞内蛋白标志物进行的免疫染色鉴定。然而,磁性分选法分离得到的滋养层细胞往往会黏附着大量的母体细胞或母体DNA;另外,胞内鉴定方法中固定、穿透等步骤可能会对细胞内基因组造成破坏,这些均会使胎儿DNA的下游分析受到影响。

表面上滋养层细胞与母体上皮细胞如出一辙,但实际上却截然不同。内质网(endoplasmic reticulum, ER)是细胞内参与蛋白质合成、加工、转运的重要细胞器。滋养层细胞能分泌大量的人绒毛膜促性腺激素和孕酮等激素,这些激素水平指标已被广泛运用于早孕检测、妊娠监督、流产筛查中;因此,与母体上皮细胞相比,分泌活跃的滋养层细胞具有数量更丰富、功能更活跃的内质网。南方医科大学南方医院郑磊课题组利用这一特性,成功利用内质网靶向染色联合线性判别分析(linear discriminant analysis, LDA)进行稀有滋养层细胞的无损鉴定。研究者在细胞系模型与Pap临床标本中证实,ER标记的滋养层细胞与母体背景细胞的荧光差异可以达2-5倍,在自动扫描系统以及LDA分析的辅助下,滋养层细胞的鉴别准确性可达98%。单细胞分离、扩增、测序证实,通过该新型方法可于90.6%的样本中获取纯的滋养层细胞。研究团队进一步证实,利用该方法分离得到的稀有滋养层细胞可成功地对5个家系中可能患有–SEA/地中海贫血以及6个家系中可能患有β地中海贫血的胎儿进行产前诊断,诊断结果与穿刺性诊断结果一致率为100%。另外,对稀有滋养层细胞进行高通量测序有望用于多种单基因性疾病的产前诊断,具有重要的应用前景。

该研究为脱落滋养层细胞的无损鉴定及其用于单基因性疾病的无创产前诊断提供坚实的实验基础。研究者相信,通过功能差异进行细胞快速鉴定将是稀有胎儿细胞进行临床转化的重要手段。相关论文近日在线发表在Advanced Science (DOI: 10.1002/advs.201903354)。