Genome Med丨HaploNIPD一种通用的产前单基因病无创诊断方案

无创产前筛查技术在检测胎儿染色体非整倍体、微缺失 / 微重复综合征以及显性单基因疾病方面已经取得了显著进展，并 实现了临床应用 。然而，对于 存在 隐性疾病家族史 的孕妇 ， 由于 现有 技术 的基因 覆盖 范围有限， 仍然 面临一定的 局限性，限制了其广泛应用。

为此 ，上海交通大学医学院附属 国际和平妇幼保健院王剑、王彦林、李淑元团队开发了一种适用于已知单基因病变异家系孕妇的无创产前检测技术（ HaploNIPD ） ，相关研究于近日 以Universal noninvasive prenatal diagnosis for monogenic disorders using cell-free plasma DNA为题， 发表在Genome Medicine杂志 。

该方法依托约 120,000 个精心筛选的单核苷酸多态性（ SNP ）位点构建的靶向捕获平台，结合相对单倍型剂量分析（ RHDO ）与隐马尔可夫模型（ HMM ），实现对胎儿携带家族性致病变异的无创推断，且不受变异类型限制。 该 120,000 个 SNP 的捕获 panel 基于中国人群特征构建 。 为保证全基因组覆盖的均 一 性，研究采用系统化采样策略，以约 25 kb 的平均间隔选取 SNP ； 同时，通过提高 1 , 148 个与常见遗传病相关靶基因上下游 2 Mb 区域的 SNP 密度，使临床关键区域 具备 更高分辨率（图1）。

图 1 ： HaploNIPD 的全基因组特性概览

2019 年 10 月至 2024 年 12 月，研究团队共招募 70 个单基因病高风险家庭，采集 了 孕妇、 父亲 、先证者或其他家庭成员的外周血 。 母体血浆提取的 cfDNA 以及 家系 成员的 gDNA 经靶向捕获测序 ， 测序深度分别为 150X 和 50X 。通过 有创穿刺获得的胎儿 DNA 样本除 完成传统 产前诊断并 作为 HaploNIPD 评估的金标准 外， 还 使用相同 panel 进行 靶向捕获测序，以全面验证 HaploNIPD 的准确性。为进一步评估 HaploNIPD 在非整倍体和拷贝数变异（ CNV ）检测中的性能，研究额外分析了 14 例确诊非整倍体、 8 例微缺失 / 微重复综合征（ MMS ）及 130 例正常核型孕妇的血浆样本 （ 包括上述 70 例单基因高风险孕妇 ）（图2）。

图 2. 研究工作流程

在 70 例 已知单基因疾病家系中， HaploNIPD 成功在 69 例（ 98.57% ）中推断出胎儿单倍型，且结果与有创产前诊断一致。唯一未能明确判定的 Fam8 家系因胎母 源 GJB2 基因区域发生重组，导致难以区分其为正常胎儿或母体致病等位基因的携带者。 该特殊案例亦提示，在应用 HaploNIPD 进行无创产前检测时，基因重组对结果准确性具有 重要 影响。 随后，研究团队将 HaploNIPD 推断的胎儿单倍型与利用相同捕 获 panel 从胎儿 gDNA 构建的“真实”单倍型进行比对，系统评估其全基因组单倍型推断准确性并分析影响因素。父系单倍型在全基因组范围内始终保持高度一致，平均准确率为 99.74% （ 95% CI: 99.70 – 99.78% ）；母系单倍型略低，为 98.23% （ 95% CI: 97.80 – 98.66% ）。进一步分析显示，胎儿 游离 DNA 分数 （ fetal fraction, ff ） 和重组是影响单倍型推断 准确性 的主要因素： ff 显著影响母系单倍型准确性，而对父系影响 甚微 。 当 ff 由 3.92% 提升至 18.79% 时，母源单倍型推断的准确率由 93.02% 显著提高至 99.74% 。 此外 重组区域 单倍型推断 的准确性明显低于非重组区域，且在 母源 单倍型 推断 中尤为突出 ，由 99.44% （ 95% CI: 99.25-99.63% ） 下降至 90.94% (95% CI ： 89.38-92.50%) （ p = 2.95 × 10⁻⁶ ）（图3）。

图 3. 重组及 ff 对 胎儿单倍型 推断 准确性 的影响

为降低低 ff 和重组区域对单倍型推断准确性的影响，研究团队基于重组状态和 ff 建立了 iSNP 数 目 阈值 标准 。在非重组区域，父母双方的单倍型推断均较为稳定，通常不受 iSNP 数量影响。 然而，当 ff < 5% 时，母源单倍型推断准确性可能会有所下降。 在重组区域，父源单倍型 推断 需至少 10 个 iSNP 才能达到 ≥ 95% 的准确率；母源单倍型 推断 的 iSNP 阈值则随 ff 变化： ff ≥ 15% 时需 ≥ 10 个 iSNP ， ff 10 – 15% 时需 ≥ 20 个 iSNP ， ff 5 – 10% 时需 ≥ 30 个 iSNP ，而 ff <5% 时准确性通常低于 95% 。因此，研究将 ff <5% 或重组区目标区域内 iSNP 不足的样本标记为 “ no-call ” 。 并根据以上研究结果制定了临床质控流程（图4）。

图 4. HaploNIPD 质控流程图

鉴于单基因病高风险家庭常需同步筛查非整倍体和微缺失 / 微重复综合征（ MMS ），研究团队利用 HaploNIPD 对 152 例母体血浆样本进行了评估，结果表明，所有常见非整倍体（ 13 、 18 、 21 三体及 X 、 XXX 、 XXY 、 XYY 染色体异常）和所有 MMS 均被准确检出，与 IPD 结果完全一致，无假阳性或假阴性。 HaploNIPD 检测非整倍体的灵敏度和特异性均为 100% 。在 MMS 中， 8 例致病性 CNV 均成功检出，灵敏度为 100% 。假阳性主要发生在较小 CNV 中： CNV ≥10 Mb 的阳性预测值（ PPV ）为 100% ，而 4 - 10 Mb 的 PPV 为 33.33% ，其特异性分别为 100% 和 95.56% 。

总体来看， HaploNIPD 是一种高效且经济的 NIPT-M 技术，能够在无创条件下实现全基因组胎儿单倍型的推断，并同时检测非整倍体和微缺失 / 微重复综合征（ MMS ）。 HaploNIPD 结合全基因组父母单倍型分析和融合胎儿分数及重组信息的质控框架，在显著简化技术流程的同时仍保持高诊断准确性 。 该综合平台有助于对高危妊娠进行早期、无创遗传评估，支持及时的临床决策。

原文链接：https://link.springer.com/article/10.1186/s13073-025-01588-5

制版人：十一

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