专访卢煜明:产检技术新里程碑

【字体: 时间:2010年12月15日 来源:生物通

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  产前诊断目前最成熟、最传统的技术莫过于羊膜穿刺,然而即便是再小心谨慎,这种侵入性检测方式还是存在风险,尽管风险可能很小。来自香港中文大学的卢煜明教授开发出一种新的非侵入性检测技术,即通过母亲的血液样本获得胎儿的全基因组图谱,这种新技术不仅可以用于单基因遗传疾病的检测,还可用于复杂性遗传疾病的产前检测。

  

编者按:产前诊断目前最成熟、最传统的技术莫过于羊膜穿刺,然而即便是再小心谨慎,这种侵入性检测方式还是存在风险,尽管风险可能很小。来自香港中文大学的卢煜明教授开发出一种新的非侵入性检测技术,即通过母亲的血液样本获得胎儿的全基因组图谱,这种新技术不仅可以用于单基因遗传疾病的检测,还可用于复杂性遗传疾病的产前检测。该研究成果文章Maternal Plasma DNA Sequencing Reveals the Genome-Wide Genetic and Mutational Profile of the Fetus发布在《Science Translational Medicine》(12月9日)上,并作为当期的封面文章。

 


卢煜明(LO Yuk Ming Dennis)近照


卢煜明教授早年毕业于英国牛津大学医学院,2004年被评为英国皇家爱丁堡内科医学院院士,现任香港中文大学医学院副院长,李嘉诚健康科学研究所所长。

非侵入技术首创
目前进行产前分子遗传诊断主要是用侵入性的取样方法,如羊膜腔穿刺术、胎儿脐血穿刺等,其采样途径、诊断方法对胎儿构成影响,可能造成自然流产、胎儿损伤、羊水持续渗漏感染及栓塞等严重后果。

卢煜明是非侵入性产前诊断技术的首创者,早在1997年他率先发现孕妇外周血中存在“漂流”的胎儿DNA。这项发现令他的研究队伍在非创伤性产前诊断领域上处于世界领先地位,这技术被世界多间实验室(如英国国家血液服务)用作常规检测之用。这项发现亦为医学界提供了崭新的研究方向,首先是提供了安全可靠的测试方法检验孕妇及胎儿的多项疾病,有别于过往较高危的测试方法如羊膜穿刺检查。由于胎儿漂流在孕妇外周血的DNA浓度有限(最多占10%),非侵入性产检停留在一些简单的单基因遗传疾病的检测上,无法检测复杂的遗传疾病。

非侵入技术革新
时隔13年,卢煜明教授再次改进技术,首次在孕妇外周血浆中获得胎儿的全基因组图谱,获得全基因组图谱意味着除了一些简单的单基因遗传疾病的检测外,其他复杂的遗传疾病也可以检测出来。

海底捞针  富集胎儿DNA
据卢煜明教授介绍,胎儿DNA在孕妇外周血中所占比例十分低,更糟糕的是胎儿所有的DNA分子都以短的断裂片段存在,要对几十亿个血浆DNA分子进行测序,并拼装出胎儿全基因组图谱,这是一份工作量非常大的任务,而且这在过去也难以实现。

卢煜明研究团队巧妙的利用双末端测序技术(Illumina Genome Analyzer Platform 索要相关技术资料>> >> )对几十亿个血浆DNA分子进行测序,通过比对寻找匹配的序列,最终卢煜明教授研究团队应用他们自己开发的胎儿全基因组拼接软件拼装出了胎儿全基因组图谱,完成了过去不能完成的任务。

研究小组发现,胎儿DNA片段与母本DNA片段的主要差异在于长短不一,胎儿DNA序列最长可达到166bp或是143bp,143bp的片段是核小体中心片段的大小,而166bp则是在核小体中心片段大小基础上加上一段接头片段。这一新的发现可能让科学家在将来开发出从血浆中富集胎儿DNA片段的新技术。此外,卢煜明教授研究团队发现,核小体核心区143bp中每隔约10bp出现周期信号。这种周期信号来自于螺旋状的DNA结构,这种周期性的信号有助科学家明白血浆DNA的生陈代谢。

利用生物信息学技术清除背景DNA
胎儿基因组可以分为2部分,一部分遗传自父亲,一部分遗传自母亲,通过寻找一些母本没有而父本有的特征性标志,研究小组可获得胎儿来自父本的DNA序列。相比之下,获得来自母本的胎儿DNA难度更大,因为胎儿的DNA周围存在大量的母本DNA,胎儿DNA漂浮在母本DNA海洋当中。为了清除母本DNA背景,卢煜明研究团队开发出一种relative haplotype dosage(RHDO)分析法。

RHDO分析法原理如下,母本DNA以成对染色体形式存在,母本DNA中来自母本父亲的DNA与来自母本母亲的DNA比例为1:1。而胎儿DNA会释放一些母本DNA到母亲的血浆中,那么最终将导致原来的1:1失去平衡。卢煜明研究团队正是利用这原理通过统计算法,进而确认胎儿从母亲遗传到的一半基因组。

新技术的优越性与挑战
通过获得胎儿全基因组图谱,新的非侵入性产检技术让产前诊断变得更有优势,胎儿在子宫中就可以通过全基因组检测各类或简单或复杂的多基因遗传疾病。

作为一个新的检测方法,非侵入性产前诊断最终的金标准是准确率,它必须与传统的羊膜穿刺检测技术对比,比较敏感性和特异性,不断改进。

下一步计划
目前,卢煜明教授已经通过一例临床个案获得初步临床验证,未来还需要进行更多的临床检测。此外,这项技术目前造价十分高昂,当务之急是开发降低成本的检测方法。进一步完善这一技术还需要时间。

卢煜明教授就这项技术已经申请专利,将在未来开展商业转化工作。
(生物通 张欢)



卢煜明(LO Yuk Ming Dennis)是分子生物学的临床应用专家。尤其致力于研究人体内血浆的DNA和RNA。

卢煜明最重大的研究成果为1997年 发表的《母亲血浆中胎儿核酸的探索与应用》。他发现女性在怀孕期间,体内的胎儿会释放DNA和RNA至母亲的血浆之中,而且占母亲血浆中的DNA达5%之高。这项发现令他的研究队伍在非创伤性产前诊断领域上处于世界领先地位,这技术被世界多间实验室(如英国国家血液服务)用作常规检测之用。这项发现亦为医学界提供了崭新的研究方向,首先是提供了安全可靠的测试方法检验孕妇及胎儿的多项疾病,有别于过往高危的测试方法如羊膜穿刺检查。同时,卢煜明亦将有关技术引伸至其他不同的范畴,例如癌症、心脏病等。

SARS事件中的贡献
2003年起在中国广东省爆发严重急性呼吸道综合症(SARS) 流行病,令内地有超过5000人染病,348人死亡。而疫情迅速传播到香港地区,最终导致1755染病, 297死亡。2003年3月末,香港中文大学医学院委任卢煜明统筹一个专责对抗 SARS的研究小组,寻找病毒的任何蛛丝马迹,破解其基因图谱、追踪病毒行踪以及发展新的快速测试病毒方法。研究小组于工作第十三日将病毒三万个基因密码全部破解。4月16日与香港大学同一时间向世界公布基因排序。比加拿大及美国疾病及预防控制中心稍慢一步。

卢煜明又将其母亲血浆内有胎儿 DNA 存在理论应用于SARS冠状病毒测试。他的研究小组发现冠状病毒有如胎儿,会同样将病毒基因释放到血浆中。最后成功研究出一种新的测试法,可以在病人入院后第一日进行测试,准确度高达八成。这项测试法的另一项优越之处是可以量化计算病人病情严重性。测试证明,需要进入深切治疗部的SARS病人,比病况轻微的SARS病人体内病毒多三十倍。测试法的作用可有效侦察出病毒会否来袭。

Biosketch about 卢煜明(Yuk-Ming Dennis Lo)

香港中文大学  化学病理学系
教育经历:
英国剑桥大学文学学士                                       1986
英国牛津大学医学学士                                       1989
英国剑桥大学文学硕士                                       1990
英国牛津大学哲学博士                                       1994
英国皇家内科医学院院士                                     1995
英国皇家病理科医学院院士                                   1999
英国牛津大学医学博士                                       2001
英国皇家爱丁堡内科医学院荣授院士                           2004


职务
香港中文大学医学院副院长(研究)               2002-
香港中文大学李嘉诚健康科学研究所所长           2005-
香港中文大学李嘉诚医学讲座教授                 2005-
香港中文大化学病理学系讲座教授                 2003-

奖项
• 国家自然科学奖(二等)                                 2005
• 香港十大杰出青年                                       2000
• 香港杰出领袖奖(创意) (星岛日报及CNBC合办)              2000
• 世界十大杰出青年                                       2001
• Emmanuel College Entrance Exhibition                       1983-4
• College Senior Scholarship                             1984-5
• G.G. Hooper Senior Scholarship                         1985-6
• Colin MacKenzie Prize for outstanding performance         1984-5
in Tripos                                          1985-6
• Wing Tat Lee Elective Scholarship to the University          1988-9
of Hong Kong
• L.J. Witts Prize in Haematology or Gastroenterology         1988-9
• Radcliffe Infirmary Prize in Pathology                     1988-9
• Radcliffe Infirmary Prize in Medicine                      1989-90
• Year Prize, Royal College of Pathologists                   1989-90
• Carreras Senior Studentship in Natural Science,              1990-1
Hertford College, Oxford.
• President's Prize (runner-up), Royal Society of Medicine, U.K.1996
• Professors’ Prize, Association of Professors                  2000
of Academic Departments of Chemical Pathology
• Avadesh Saran Memorial Oration Award                    2002
9th Asian Pacific Congress of Clinical Biochemistry
• U.S. National Academy of Clinical Biochemistry             2006
Distinguished Scientist Award
• Cheung Kong Scholars Achievement Award, Ministry of Education,
China                                                   2006
• Chemical Pioneer Award 2006, American Institute of Chemists  2006
• American Association for Clinical Chemistry (AACC) Award for
Outstanding Contribution for a Publication in the International
Journal Clinical Chemistry                                   2007
• Fulbright Distinguished Scholar Award                    2009-10


 

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