综述：基因测序在塑造胎儿治疗中不断扩展的作用：临床与伦理考量

本综述深入探讨了基因测序技术（NGS）如何革新胎儿治疗领域，涵盖扩展性携带者筛查（ECS）、无创产前检测（cfDNA）、外显子组/基因组测序（ES/GS）等临床应用，并强调其在风险分层、精准诊断及指导胎儿手术与分子干预（如基因治疗、酶替代疗法）中的关键作用。同时，文章系统分析了伴随技术发展而来的伦理与社会挑战（如VUS、公平性），呼吁建立社区知情、公平且精准的产前基因组诊疗体系。

　　

1 引言

宫内干预（手术/医学-分子—基因、蛋白、细胞为基础）代表了医学科学的突破性进展，旨在人类发育的最早阶段解决胎儿解剖和遗传性疾病。对于许多疾病，宫内治疗彻底改变了我们看待胎儿病理学的方式。胎儿手术最早发展于1980年代，当前的治疗手段为治疗患有双胎输血综合征（TTTS）、脊柱裂、先天性膈疝、下尿路梗阻等疾病的胎儿铺平了道路，针对Galen静脉畸形、脑积水或腹裂的新兴手术也在不断涌现，所有这些都伴随着重大的围产期发病和死亡风险。由同种免疫引起的胎儿贫血的宫内输血，如今已在世界范围内常规进行，安全性良好。该程序不仅允许进入胎儿循环，还为胎儿分子干预（如宫内干细胞移植、酶替代疗法以及未来的基因治疗和基因编辑）提供了途径。这些干预措施可以预防宫内器官损伤，并改善许多遗传性疾病相关的不良围产期结局。

产前诊断，包括基因组测序，是产前治疗和改善遗传性疾病结局的基石。全球范围内，3%–6%的儿童（美国近300万）患有遗传性疾病，其中700多种是可治疗的孟德尔疾病。对于许多受影响的患者，及时（可能在宫内）的干预对于控制显著的发病率和死亡率至关重要。目前，已有54个基因与32种不同的疾病相关联，拥有不同证据水平（从病例报告到临床试验）支持的合理产前治疗方案，这些信息可能为未来的试验提供参考。遗传病的产前诊断也可能影响妊娠管理，包括分娩考虑和早期新生儿干预。

下一代测序（NGS）技术的产前应用包括扩展性携带者筛查（ECS）、无细胞DNA（cfDNA）筛查以及外显子组/基因组测序（ES/GS）。这些检测与核型分析和微阵列相结合，增强了对遗传性疾病的产前检测和诊断能力。产前基因检测自其诞生以来一直是胎儿干预的一个组成部分，允许进行风险分层，确保胎儿能获得预期的生存益处（与边际改善/矫正相比）、降低发病率并提高生活质量。然后将这种益处与宫内干预对母体和胎儿的风险进行权衡。与胎儿分子疗法相关的风险包括免疫原性、过敏反应、病毒载体的胎儿和母体插入突变、致癌事件以及潜在的种系修饰。

ES/GS在减少不必要的胎儿或产后手术干预方面的临床效用正在显现，特别是在那些手术程序不能显著改善结局的情况下。例如，在水脑症中，测序可以对具有阳性遗传病因（如L1CAM/TRIM71变异）的亚组进行分层，在这种情况下，胎儿第三脑室造口术或产后脑室腹腔分流术可能解决症状，但并不能显著改善神经认知结局。在产前发现的骨骼发育不良中，超声发现预示着不良预后，分子遗传诊断可以指导医疗管理决策，包括选择基因靶向治疗 versus 尝试复苏或姑息手术的决定。同样，在先天性膈疝中，测序可以检测到与不良预后相关的染色体或单基因异常，从而为关于胎儿干预（如气管阻塞、期待管理或终止妊娠（TOP））的决策提供信息。

1.1 产前干预的基本原理

产前成像，包括早孕期解剖超声，能够早期检测胎儿异常，这些异常可能有潜在的遗传原因，并带来重大的生殖后果（即流产、死产、早期新生儿死亡）。如果与生命相容，胎儿异常可能预示着未来儿童将面临显著的发病率。在超声异常明显之前识别遗传病的能力是关键，因为及时诊断可以为早期治疗提供一个关键窗口期，在表型完全显现和器官损伤不可逆转之前进行干预。

除了ECS，胎儿测序越来越能够提供早期、快速、广泛和精确的基因检测。NGS可以在妊娠早期检测出许多没有超声特征的遗传性疾病，而这些疾病以前直到出生后才被诊断出来。对于许多疾病，潜在的遗传原因对咨询、手术/医学治疗、患者选择以及无论是否有胎儿干预的整体结局都具有重要影响。然而，家庭可能对进行产前基因检测犹豫不决，即使存在明显的结构异常，部分原因是最终结局可能不确定，社会支持存在差异，以及产前与产后经验的差异。宫内疗法的可用性有可能改变这种方法。

许多单基因疾病在子宫内发展，因此在产前提供基于细胞、蛋白质或基因的分子干预措施，有可能预防或减轻出生前的器官损伤。由于胎儿免疫系统仍在发育，宫内表位暴露可以诱导对重组酶和基因产物的免疫耐受，从而降低抗原致敏的可能性，尽管这种方法可能无法实现对递送载体（如腺相关病毒）的耐受。此外，宫内应用可能允许治疗剂更有效地穿过血脑屏障，遏制通常在出生后难以治疗的神经系统并发症。产前治疗还可以利用胎儿造血和间充质干细胞，这些细胞在肝脏中丰富且易于获取。最后，发育中的胎儿体积相对较小，可能需要基于体重的较低治疗剂量，具有优越的药物与靶细胞比率，从而提高效率并降低成本。对于溶酶体贮积症（LSD）等疾病，宫内治疗可以作为明确治疗的桥梁，稳定胎儿状况并防止进一步的器官损伤。对于某些神经肌肉疾病，如脊髓性肌萎缩症（SMA），宫内治疗可以阻止或延迟产前运动神经元的退化。

1.2 扩展性携带者筛查

扩展性携带者筛查（ECS）可以识别出具有单基因疾病生殖风险的夫妇。目前有许多大型ECS面板可供商业使用，尽管在包含的疾病方面存在不一致之处。需要就哪些疾病应进行普遍筛查以及如何一致和公平地向患者提供此类检测达成共识。基因面板确定的考虑因素应包括是否有足够的数据来充分判定在这些基因中观察到的遗传变异的意义。阳性携带者状态/家族史可能允许进行体外受精（IVF）和植入前遗传学诊断（PGD），以及移植健康胚胎，从而减少对产前诊断和干预的需求。当PGD不可行时，ECS可能有助于指导胎儿或新生儿的诊断检测，并可能允许早期产前/产后干预。

实现现有宫内疗法的全部益处需要考虑哪些疾病可能在子宫内治疗，并确保相关基因包含在ECS面板以及胎儿基因组筛查或测序中。筛查不仅基于携带频率（遵循ACMG实践指南），还应基于可用的产前和产后疗法，这增加了可操作的携带者结果。ECS和胎儿干预本质上是共生的；胎儿干预专家应了解哪些可治疗的疾病被包含或排除在ECS面板之外，而策划ECS面板的人员需要考虑当前或新兴的宫内疗法所针对的遗传病。将潜在可治疗的疾病纳入ECS面板还必须考虑基因组数据集中遗传祖先代表性的差异，以及跨不同族裔群体的携带者筛查性能差异。这些挑战影响着随后的胎儿诊断检测、咨询以及关于针对特定基因/变异的新兴疗法的决策。

随着该领域向个性化医疗和针对特定基因或变异的靶向治疗（例如反义寡核苷酸疗法、基因编辑和替代）发展，ECS及随后的胎儿诊断检测将为这种精准医学方法（无论是在子宫内还是在新生儿期）提供基础。

1.3 无细胞DNA筛查

无细胞DNA（cfDNA）允许早期非侵入性地筛查常见三体性（13, 18, 21）、性染色体非整倍体（即45, X），并在检测拷贝数变异（即22q11.2缺失综合征、5p缺失）和罕见常染色体三体方面有新兴应用。针对单基因疾病（sgcfDNA）的cfDNA筛查也日益可用，包括筛查常染色体显性（AD）疾病（如结节性硬化症、软骨发育不全）、常染色体隐性（AR）疾病（如地中海贫血），以及关于广泛使用无细胞外显子组筛查的新兴报告。sgcfDNA还允许识别那些可能在妊娠后期才出现或因为超声正常而无法在产前检测到的AD疾病受影响胎儿。虽然单基因疾病单独来看很罕见，但总体上却很常见，许多疾病对患者有慢性、限制生命的影响。虽然sgcfDNA筛查在英国已被纳入对因携带者状态、家族史或超声检测异常而处于高风险孕妇的产前护理中，但sgcfDNA在低风险人群中的使用正在增加。尽管缺乏临床验证研究，针对AR疾病的sgcfDNA可以在不需要伴侣参与的情况下识别出受影响的妊娠。

cfDNA的准确性和性能因测试条件而异，对于更普遍的疾病具有更高的阳性预测值。cfDNA结果阳性的患者需要进行CVS/羊膜穿刺术（AC）或产后检测（可能包括核型分析、微阵列、基因panel、单基因检测、ES或GS）进行确认性诊断检测，因为可能出现假阴性和假阳性筛查结果。

对于拒绝诊断检测的家庭，cfDNA筛查可能允许进行一些风险分层，并在考虑宫内干预时为术前评估提供有价值的背景信息。虽然在进行分子治疗之前进行确认性检测至关重要，但仅使用cfDNA筛查来确定胎儿手术资格仍然是一个公开辩论的问题。当确认性检测的周转时间（尽管能提供更完整的风险分层，判断胎儿是否能从手术中获得预期益处）可能使干预时间超出手术窗口期，或者当获得此类检测的机会有限，或者检测带来风险（羊膜穿刺术）或延误危及胎儿生存（脊柱裂、主动脉瓣狭窄）时，这一问题尤为突出。相反，额外的遗传学发现可能会影响患者继续或终止妊娠的态度——无论是否进行宫内治疗。这些决定应得到下游护理机会和结构性支持的支持。公平和正义问题从筛查开始，一直延伸到诊断检测，包括基因组测序选项。此外，通过cfDNA偶然检测到母体恶性肿瘤（作为假阳性结果的一个原因）已为临床医生和研究人员所认识。当cfDNA结果与胎儿诊断检测结果不一致时，应考虑潜在母体恶性肿瘤的可能性，并应提供明确的进一步母体评估方案以及胎儿诊断检测。

1.4 外显子组和基因组测序

在某些情况下，获得明确的分子遗传诊断需要进行基因组测序。对于多发先天性异常病例，外显子组测序（ES）是一种广泛的检测方法，因其在 interrogating 约2%的蛋白质编码基因组（包含约85%的已知致病变异）方面具有成本效益而受到青睐。产前ES在多发胎儿异常病例中的诊断率约为32%，但这会根据检测指征而有所不同。基因组测序（GS）提供了更全面的分析，诊断率至少相当，并且随着快速和超快速GS的发展，周转时间越来越短，目前已在儿科研究环境中可在8小时内提供结果，并正逐渐进入临床应用。

ES和GS为产前应用开启了可能性，因为快速准确的诊断对于及时的宫内干预至关重要。在具有结构异常的胎儿中，这些测序选项可能有助于确定一个统一的潜在诊断，为靶向治疗以及风险和预后评估提供信息。当怀疑存在遗传性疾病但非侵入性产前筛查方法或超声未提示特定疾病时，通常使用ES和GS。在没有结构异常的胎儿中，广泛的基因检测可以识别出缺乏产前表型（超声发现）但仍可能在出生前适合进行分子干预的疾病。然而，这种方法增加了复杂性，特别是在解释的不确定性（包括多效性不确定性）、检测和结果披露的时机以及对受影响社区的更广泛影响方面。

1.5 宫内干预

产前遗传诊断与宫内治疗紧密相关、相互依存；测序技术的进步识别出可能受益于宫内干预的胎儿，而胎儿干预的可获得性则决定了哪些疾病被认为是可行动的。候选疾病包括脊髓性肌萎缩症（SMA）、泰-萨克斯病（TSD）和粘多糖贮积症（MPS）等疾病。对于SMA 0型和1型，运动轴突变性在子宫内就开始了，产前治疗有可能在表型变得明显之前阻止这一过程。同样，TSD的病理学早在妊娠17周就开始了，胎儿皮层和白质中出现异常的转录组，但没有神经变性和炎症的转录组标志物，这表明存在一个潜在的产前治疗窗口。宫内酶替代疗法的临床前模型显示，MPS VII型小鼠的存活率显著提高，表现为细胞内沉积物减少、骨长度增加以及糖胺聚糖积累减少（与未经治疗的对照组相比）。这种方法改善了大脑渗透性并诱导了免疫耐受，为针对八种溶酶体贮积症胎儿的首个人类宫内酶替代疗法临床试验奠定了基础。

与ECS、cfDNA和ES/GS一样，它们也对胎儿干预产生重要影响。胎儿手术的里程碑式试验仅保留给没有已知遗传疾病或额外异常的胎儿参与，以限制潜在的混杂因素，例如已知的遗传性神经发育障碍。例如，脊柱裂产前与产后修复的随机试验（MOMS）排除了通过核型分析或FISH已知有染色体异常的胎儿，包括那些患有22q11.2缺失综合征的胎儿。患有脊柱裂的个体神经认知延迟和运动发育受损的发生率较高，这两者都是MOMS试验的主要结局。虽然遗传排除标准允许在基因检测结果阴性的患者中更清晰地解释结果，但很难推断支持或反对干预的证据适用于患有特定遗传疾病的胎儿，这继续影响着治疗或研究参与的资格。

基因检测机会的增加导致了更多的遗传诊断，促进了对遗传变异性的更深入理解和更清晰的基因型-表型关联，这对于宫内干预是必要的。这也导致了对理解外显率（即特定基因型导致特定表型的几率）局限性的更深认识。这种基因组理解对于推进宫内分子疗法（在预期表型出现之前开始治疗）以及开发针对个体基因组的“n-of-1”个性化疗法至关重要。反过来，基因治疗研究的进展，特别是针对单基因疾病的研究，可能会导致更多可用治疗方法，许多研究性药物具有潜在的产前应用就证明了这一点。

除了改善临床结局外，产前和产后分子疗法可能会导致自然史研究中未曾观察到的新表型，原因是生存期有限和/或其他表现占主导地位。例如，在SMA治疗后存活时间更长的个体中，最近报道了与疾病相关的认知功能障碍，即使 optimally timed 的产后治疗也未能完全纠正躯干和延髓肌肉无力。尽管进行了产后治疗，某些症状（可能先前被主要表型抑制/掩盖）的持续存在可能归因于运动神经元在妊娠中期发育过程中对高SMN表达的需求。用于治疗SMA的基因疗法Zolgensma（使用腺相关病毒-AAV9-载体向运动神经元细胞递送功能性SMN1基因拷贝）于2019年首次获批，这限制了我们目前预测治疗后长期表型的能力。

虽然精准基因组医学的创新旨在提高我们仅根据基因型预测表型的能力，但测序的增加也凸显了准确表型预测方面日益增长的挑战，强调了疾病和治疗的生物学和社会复杂性。对于同一基因中多种致病变异可导致表型的遗传病，可能存在多种复合杂合基因型，每种组合都可能产生独特的功能结果。尽管对于一些拥有长期治疗范例的经过充分研究的疾病（即苯丙酮尿症），现在有在线计算器可用于预测酶活性和预期的治疗反应，但大多数遗传病缺乏如此详细和复杂的预测工具。随着新的宫内干预措施的出现，精确建立清晰的基因型-表型关联并更好地预测有或没有治疗的结局的能力至关重要。此外，受影响社区可能对疾病和可能的干预措施有不同的看法，因为残疾和生活质量的概念取决于社会背景。因此，需要在产前遗传医学和研究中让社区、患者和公众更多地参与进来，以便在研究设计和目标中更好地考虑生活经验。

1.6 新生儿筛查与产前诊断

对于本可从产前干预中受益但未在妊娠期间检测出的疾病，新生儿筛查（NBS）提供了在儿童生命早期进行干预的第二次机会。产前诊断后，NBS可以确认诊断，并能够实现及时的产后治疗，作为产前应用的替代或补充。来自NBS项目的数据可以通过改善基因型-表型关联、重新定义疾病的自然史以及告知宫内干预的功效来指导新的胎儿疗法的研究和开发。部分由于早期治疗的重要性而被添加到推荐统一筛查小组（RUSP）中的疾病，如果更早的治疗可以合理地改善结局，也可能成为未来产前干预试验的候选对象。对于可通过宫内分子疗法治愈的疾病，对通过NBS诊断的患者进行随访提供了比较数据，以评估胎儿基因靶向治疗试验的成功。从出生到儿童期的结局监测对于完善这些胎儿疗法是不可或缺的。

2 讨论

产前医学中使用的测序技术增强了对胎儿疾病的检测和精确诊断。ECS和快速基因组测序与先进的早孕期成像技术相结合，允许更早的诊断，扩展了决策机会，并提供了定制围产期监测和护理的能力。尽管基因检测的作用以及理解基因型-表型关联对胎儿分子疗法的重要性是明确的，但在胎儿手术干预前强制进行基因测序的作用仍然是一个公开辩论的问题。它可能允许进行更完整的风险分层，确保胎儿将从手术中获得预期益处；然而，完成检测所需的时间在某些情况下可能使胎儿错过最佳手术窗口，从而危及胎儿生存。基因检测传统上指导着手术干预——过去通常不对13三体和18三体的婴儿进行产后手术，而是选择姑息治疗，因为长期预后不良。然而，更多的知识和不断变化的手术范式导致更多婴儿接受手术。胎儿患有潜在遗传性疾病时从宫内手术中获益的可能性很难预测，并且因具体的潜在疾病而异。在胎儿手术干预前进行广泛的ES/GS检测也存在发现与检测指征无关的偶然或次要发现，或鉴定意义不明确的变异（VUS）的风险，这可能使患者失去治疗资格。因此，在迫切需要决策的情况下或当变异致病性或表型关联不明确时，广泛使用GS可能会通过排除具有不确定或模糊结果的患者而产生意外的护理障碍，从而限制了他们获得及时且可能有益的胎儿疗法的机会。就脊柱裂而言，因非致死性遗传疾病或VUS而排除病例可能会妨碍接受已知具有神经学益处的胎儿手术。虽然在研究方案中考虑基因型至关重要，但将其作为临床护理的空白标准可能会减少公平性，特别是在变异解释或长期表型预测仍然不确定的情况下。

尽管早期基因诊断和胎儿干预改变了我们看待胎儿病理学的方式，但随着遗传数据量和临床机会的不断增加，端到端的解决方案对于最大化对产前护理和围产期结局的影响至关重要。人工智能驱动的综合系统可以整合庞大的基因组测序数据，以辅助变异筛选、分析图像、改善基因型-表型关联，并根据可用的产前/产后疗法（标准护理与临床试验）实现风险/益处/结局分层。集成的端到端系统可以指导提供者和家庭穿越复杂的护理选择迷宫，可能将患者“桥接”到可能挽救生命的既定和实验性疗法，使信息民主化并获取最新的医学进步，同时缩小诊断与个性化明确护理之间的差距。对于缺乏产前疗法的疾病，端到端的解决方案有助于优化产前管理，确保向立即产后干预的平稳过渡。

平等获得本文讨论的部分或全部基因检测仍然是一个问题，主要原因是保险覆盖范围的限制以及获得提供先进检测和胎儿治疗的临床项目或研究的机会。这引起了生殖正义的担忧，因为有限的机会会延续到家庭计划和此类检测所允许的准备工作中。最后，需要进一步的研究来根据胎儿表型和临床病史建立最有效的筛查和检测算法，描绘产前疾病表现的特征和时机，并阐明导致宫内病理的具体遗传变异。受影响的患者社区应参与所有推动这些技术向前发展的决策过程。