胚胎植入前遺傳學篩查定義
胚胎植入前遺傳學篩查（PreimplantationGeneticScreening,PGS）是指胚胎植入著床之前，對早期胚胎進行染色體數目和結構異常的檢測，通過一次性檢測胚胎23對染色體的結構和數目，分析胚胎是否有遺傳物質異常的一種早期產前篩查方法。從而挑選正常的胚胎植入子宮，以期獲得正常的妊娠，提高患者的臨床妊娠率，降低多胎妊娠。胚胎植入前遺傳學篩查背景
20年前，我國育齡人群中的不孕不育率僅為3%，處於全世界較低水平。2009中國不孕不育高峰論壇公布的《中國不孕不育現狀調研報告》顯示，全國不孕不育患者人數已超過5000萬，以25歲至30歲人數最多，呈年輕化趨勢。平均每8對育齡夫婦中就有1對面臨生育方面的困難，不孕不育率攀升到12.5%~15%，接近已開發國家15%~20%的比率。最為嚴峻的是，這一發生比例還在不斷攀升，衛生組織專家預估中國的不孕不育率將會在近幾年攀升到20%以上。衛生組織專家認為，精神和環境的雙重壓力讓付出沉重的“生命代價”不孕不育已成為嚴重的社會問題。如何有效幫助不孕不育患者解決生育難題，對於社會，醫院及大夫都提出了更高的要求。
胚胎異常是體外受精最終失敗的主要原因之一。英國研究人員開發出一種可篩查胚胎質量的新技術，有望提高試管嬰兒的成功率。
在這種背景下，試管嬰兒技術應運而生。試管嬰兒技術是將卵子與精子分別取出後，置於試管內使其受精，受精卵發育為胚胎，後移植回母體子宮發育成胎兒的技術。試管嬰兒技術作為有效的輔助生殖手段成為大多數不孕不育夫婦的重要選擇，目前平均成功率為20-30%。
第一代試管嬰兒（invitrofertilization,IVF體外受精）解決的是因女性因素引致的不孕
第二代試管嬰兒（intracytoplasmicsperminjection,ICSI單精子卵細胞漿內注射）解決因男性因素引致的不育問題
第三代試管嬰兒（pre-implantationgeneticscreening/diagnosis,PGS胚胎植入前篩查）幫助人類選擇生育最健康的後代
試管嬰兒技術給不孕不育夫婦們帶來了希望，越來越多無法自然受孕的夫婦選擇試管嬰兒，並成功擁有了自己的寶寶。科學研究發現，要想成功妊娠，健康胚胎很關鍵。而通過試管嬰兒方法獲得的胚胎有40-60%存在染色體異常，且隨著孕婦年齡越大，胚胎染色體異常的風險越高。染色體異常是導致妊娠失敗和自然流產的主要原因。因此，健康的胚胎是試管嬰兒成功的第一步，所以植入前遺傳學篩查（PDS）技術開始越來越受到重視。
圖1.生育率和流產率與孕婦年齡的關係*
*數據來源ShepsMC,MenkenJA,1971和FedrickJ,AndersonAB，1976
胚胎植入前遺傳學篩查的意義
PGS的出現是輔助生殖技術和分子生物學技術飛速發展的結果。套用PGS技術通過挑選正常的胚胎，意義顯著。（一）PGS可選擇健康胚胎，提高試管嬰兒成功率，降低流產率
與傳統依賴顯微鏡技術，挑選形態學等級高的胚胎進行移植的胚胎形態學相比，PGS可直接對胚胎的遺傳物質進行分析，準確判斷胚胎是否存在染色體異常，篩選出真正健康的胚胎。
有臨床試驗數據顯示，PGS可將接受輔助生殖治療的反覆流產人群的流產率從33.5%降低至6.9%（Hodes-WertzB，2012），同時將臨床妊娠率從依賴形態學的45.8%提高至70.9%（Yang，2012）。MartinD.Keltz等人最新發布的研究結果顯示，PGS可以顯著改善IVF的各項指標（具體參照表1.形態學與PGS篩選的胚胎移植後多項指標對比）。PGS可以顯著改善第一、二代“試管嬰兒”的各項指標，可以從根本上提高第一、二代“試管嬰兒”的妊娠成功率，降低自然流產率，提高妊娠質量。
（二）避免多胎妊娠，減少實施減胎術
因為試管嬰兒平均成功率為20-30%，為提高一次植入成功率，一般會同次植入2-3個胚胎，因此往往會出現一些多胞胎的現象。多胞胎比單胎更具有風險性，這種危險對於媽媽和孩子來說都存在。權威調查發現雙胞胎的剖宮產率78.45%，早產占47.07%，合併症和併發症占39.7%。雙胞胎以及多胞胎的母親更容易在懷孕期間發生糖尿病、高血壓等妊娠期綜合徵，而且產後出血的機率也要高，同時也比較容易發生早產。早產的孩子大都會發生先天性肺部疾病，而且這種疾病將是終生的。
因此，為了保護母子的安全，三胞胎以上，原則上需要進行減胎術，減胎手術有10%的機會造成全部胚胎流產。國際著名生殖醫學專家庫克教授，一直建議如果採用試管嬰兒的方式，最好只接受一個受精卵的移植，他不建議試管嬰兒生雙胞胎，因為這種方法對母子並沒有多大好處。雖然美國沒有強制規定，但是如果給女性移植胚胎，最後生出雙胞胎，那么醫生的這次移植通常會被視為不成功的移植。
利用PGS技術選擇健康胚胎，提高試管嬰兒成功率，可以避免了因盲目地移植了多個胚胎以提高妊娠成功率，導致多胎妊娠而不得不在孕期實施減胎術造成的危害及倫理道德上的衝突。
表1.形態學與PGS篩選的胚胎移植後多項指標對比*
移植率（Implantationrate） | 臨床妊娠率（Clinicalpregnancyrate） | 持續妊娠率（Ongoingpregnancyrate） | 多胎妊娠率（Multiplepregnancyrate） | 流產率(Miscarriage) | |
IVF(-PGS) | 19.15% | 43.91-45.8% | 32.49-41.7% | 34.38% | 26.01-33.5% |
IVF(+PGS) | 45-52.63% | 55-70.9% | 61.54-92% | 8.33% | 6.9-11.11% |
*數據來源BrookeHodes-Wertz,JamieGrifo,etal.(2012).FertilityandSterility,98:675-680.ZhihongYang,JiaenLiu,etal.(2012).MolecularCytogenetics,5:24MartinD.Keltz,MarioVega,etal.(2013).JAssistReprodGenet,30:1333–1339.
胚胎植入前遺傳學篩查研究歷史
1990年，英國Handyside成功地用聚合酶鏈反應（PCR）技術分析卵裂球對性連鎖性疾病攜帶者進行胚胎性別篩選後的妊娠分娩，完成了世界上第一例PGS，開創了產前篩查的新紀元。進入90年代，植入前篩查技術有了飛速發展。1994年，Monne用螢光原位雜交(fluorescentinsituhybridization，FISH)技術，在植入前篩查染色體非整倍體及胚胎性別獲得成功。此後，多重PCR，螢光PCR，多色FISH等技術陸續發展。
1998年FISH開始套用於染色體平衡易位的PGS。通過選擇正常和平衡配子或胚胎，PGS可顯著降低染色體易位導致的反覆自然流產率。同年，商業化供應的能同時篩查13，18，21，X和Y五條染色體的五色探針也開始用於PGS中進行高齡婦女卵子和胚胎的非整倍體篩選。
1999年以來陸續開展的間期核轉換（interphasenuclerconversion)技術，比較基因組雜交(comparativegenomichybridization，CGH)，全基因組擴增（wholegenomeamplification,WGA）技術相繼用於PGS，進一步促進了該技術的研究和套用。
2010年以來，高通量測序技術（High-throughputsequencing）開始飛速發展，一次對幾十萬到幾百萬條DNA分子進行序列測定，對一個胚胎的基因組進行細緻全貌的分析成為可能，將PGS帶入全新的領域。
胚胎植入前遺傳學篩查現狀和方法
國內外對PGS技術的研究熱情一直沒有停止過，目前PGS技術層面面臨的挑戰主要有以下兩點：(一)如何安全有效地獲得胚胎的遺傳物質以供檢測。
PGS可活檢的遺傳物質有：(1)配子如精子或卵子；(2)卵裂期胚胎的卵裂球；(3)囊胚滋養外胚層細胞。每種遺傳物質的活檢都有其優缺點。
l配子。受精前取配子進行篩查的用法，目前尚不多。這種方法的問題關鍵在於如何完成精子或卵子的遺傳分析，同時又不影響其受精能力。目前較多用卵子進行PGS，主要是利用第一極體或第二極體的遺傳學分析，間接推斷卵子正常與否。但是，用極體分析來推斷卵子的基因組或其染色體結構和數目，並不能完全反映卵子遺傳組成的真實情況。而且極體僅能反映母方的遺傳規律，而不能反映來自父方的遺傳規律。
l卵裂球。卵裂球活檢是現在PGS取材的主要途徑。一般選培養到第三天，6～10細胞期的卵裂球，此期的細胞具有全能分化的潛能，取出1～2個細胞，不會影響胚胎的發育。卵裂球帶有父母遺傳給胚胎的全套基因組，可以進行比較全面的檢查。
囊胚細胞。囊胚期活檢是PGS篩查的另一途徑。這種方法是在體外將受精卵培養到第五天，用顯微操作法從囊胚期胚胎滋養外胚層吸取5-10個細胞作遺傳學篩查。用囊胚期胚胎細胞的優點是無碎片和降解細胞，而卵裂期胚胎常有碎片和降解細胞。因為不影響內細胞團，故不會累及胚胎髮育。但是受培養技術的限制，40%以上胚胎不能在體外很好地發育到囊胚期。因此，無法獲取囊胚期細胞進行PGS。雖然取一定數量的囊胚期細胞不會影響胚胎的正常發育，但內細胞團和滋養外胚層細胞的遺傳構成並非完全相同，故用滋養外胚層細胞進行PGS有可能造成誤診。篩查時分別用幾個細胞分析比用單個細胞篩查的方法更好，可以降低誤診率。
(二)如何克服極低樣本量對篩查的準確性以及有效性的影響。
因為只能取到極少量的細胞（最低只有1、2個），取到細胞之後如何在低樣本量進行準確檢測是急需解決的問題。目前的方法有：
螢光原位雜交FISH技術
染色體分析普遍採用螢光原位雜交（fluorescenceinsituhybridization，FISH）。將DNA探針用不同顏色的螢光染料標記，與固定在玻片上的細胞不同染色體雜交後，在螢光顯微鏡下被雜交的部分呈現不同顏色的螢光。從而對染色體異常進行篩查。FISH仍是目前篩查染色體病的主要方法。主要用來篩查染色體非整倍體，特別是13、18、21、X和Y染色體的數目異常。
但是FISH技術目前存在的問題，在於無法一次性檢測所有染色體，一般每個卵裂球細胞只能標記5條染色體，約需5個多小時。最多只能用三輪FISH檢測13條染色體來，而且隨著核變性次數的增多，探針的雜交效率也降低。因此，在對胚胎進行非整倍體篩查的PGS中無法同時篩查全套23條染色體，不能做到真正意義的核型分析。有報導套用FISH技術至少有約20%的非整倍體漏診。
晶片技術
比較基因組雜交技術(comparativegenomehybridization，CGH)曾經是唯一能在單細胞水平提供整套染色體遺傳信息的方法。其原理是將檢測DNA和參照DNA用不同螢光色標記，然後逆向競爭雜交，通過雙色螢光強度比分析，可檢測全基因組DNA的缺失和增加，從而對全套染色體進行遺傳學分析。近年來，隨著晶片CGH技術的發展，篩查的時間縮短至48h內。
單核苷酸多態性(singlenucleotidepolymophisms，SNP)晶片的原理與CGH晶片不同。SNP晶片篩查中通過與父母SNP位點的對比，可以判斷胚胎染色體的單倍型，而螢光強度也可用於判斷染色體的數目。SNP晶片目前價格昂貴。
全基因組擴增技術
全基因組擴增(wholegenomeamplification，WGA)是最近出現的，一組對全部基因組序列進行非選擇性擴增的技術，其目的是在沒有序列傾向性的前提下大幅度增加DNA的總量。
用WGA法能夠無選擇偏見地擴增整個基因組。從理論上講，任何基因都能從WGA的產物中檢測出來。同時也可將信息保存起來。無論其起始標本量如何，每100μL體系DNA量均為80μg，DNA產物的平均長度為12kb，最長可以達到100kb。通過一些方法分析這些DNA產物，可以得到更多全面的染色體信息。利用高通量測序技術，每張測序晶片可以輕易的同時測定超過15億條DNA序列，產出300Gb的原始數據，相當於1個人類基因組的100倍，這樣一種靈敏度極高的檢測技術，有望能夠快速、準確檢測早期胚胎的染色體數目和結構異常，應該具有廣闊的前景。
第三代試管嬰兒PGS過程
步驟1：藥物刺激卵巢超排卵女性自然月經周期一次僅排出一個成熟的卵子，受精後只能形成一個胚胎，而移植一個胚胎的妊娠率是很低的。為了獲得多個可用於檢測和移植的胚胎，需要利用激素類藥物刺激卵巢超排卵。
步驟2：採集卵巢中的卵子
超排卵藥物使用後，超聲和激素水平變化監測卵子的成熟度。當卵子成熟後，採集卵子。同時採集精子。
步驟3：兩種方式完成受精
l體外受精（IVF）：將卵子與精子放置在同一個培養皿中，共同培養，使其自然受精。
l卵胞漿內單精子顯微注射（ICSI）：當精子質量差時，無法自然受精，需利用ICSI完成受精。
步驟4：受精卵體外培養
受精完成後，需監測每個受精卵是否受精成功，並將受精後的受精卵體外培養。
步驟5：胚胎活檢
從體外培養三天的卵裂球中選取一個卵裂球細胞，或從培養五天的囊胚中選取若干個囊胚滋養層細胞於培養皿中。
步驟6：PGS檢測胚胎細胞
對上述選取的胚胎細胞進行PGS檢測。
步驟7：胚胎移植
挑選1-2個PGS檢測正常的胚胎移植至女方子宮內，冷凍剩餘的正常胚胎，若首次胚胎移植失敗可用於後續的移植。
步驟8：確認是否懷孕
胚胎移植後兩周，通過尿檢或驗血確認是否懷孕。IVF受孕孕婦的妊娠期監護，與自然受孕的孕婦相同。
PGS適用人群
高齡孕婦(年齡≥35歲)反覆自然流產史的孕婦（自然流產≥3次）
反覆胚胎種植失敗的孕婦（失敗≥3次）
生育過染色體異常疾病患兒的夫婦
染色體數目及結構異常的夫婦
有強烈意願的夫婦
胚胎植入前遺傳學篩查注意事項
選擇了PGS，常規產前檢查仍不可忽視。因為全世界各種遺傳性疾病有4000餘種，而目前PGS只能檢查胚胎23對染色體結構和數目的異常，無法覆蓋所有疾病。因為PGS取材有限，只是取一定數量的卵裂球或者囊胚期細胞，雖然不會影響胚胎的正常發育，但取材細胞和留下繼續發育的細胞團遺傳構成並非完全相同，故對於某些染色體嵌合型疾病可能出現篩查結果不符。另外染色體疾病的發病原因至今不明，目前也沒有預防的辦法。雖然挑選了健康的胚胎，但是胚胎移植後，生命發育任何一個階段胎兒由於母體原因、環境等因素，染色體都有可能出現異常變化。所以選擇PGS成功受孕後，孕婦仍然需要進行常規的產前檢查。PGS不可替代產前篩查。若常規產前檢查發現胎兒異常，或孕婦本人具有進行產前篩查的指征，強烈建議孕婦選擇羊水穿刺等產前篩查方式進行確認。
