隨著環(huán)境污染及生育年齡的推遲，不孕不育率越來(lái)越高，WHO已將不孕不育癥、癌癥、心腦血管疾病列為當(dāng)今影響人類(lèi)健康的三大疾病。據(jù)統(tǒng)計(jì)，我國(guó)平均每8對(duì)育齡夫婦中就有1對(duì)不能正常受孕。試管嬰兒技術(shù)可有效解決不孕不育難題，自1978年世界上首例試管嬰兒在英國(guó)誕生以來(lái)，全世界試管嬰兒數(shù)已超過(guò)六百萬(wàn)，胚胎植入前診斷/篩查（PGD/PGS）技術(shù)可以有效的提高試管嬰兒的成功率。
2015年4月25日，在中國(guó)遺傳學(xué)會(huì)遺傳咨詢分會(huì)—復(fù)旦大學(xué)第一期遺傳咨詢師培訓(xùn)班上，北京大學(xué)第三醫(yī)院院長(zhǎng)、婦產(chǎn)科主任、生殖醫(yī)學(xué)中心主任喬杰做了《生殖遺傳醫(yī)學(xué)的進(jìn)展和單細(xì)胞PGD/PDS》報(bào)告，重點(diǎn)講述了PGD/PGS的定義、臨床應(yīng)用，以及最新應(yīng)用于生殖醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的MALBAC技術(shù)，并對(duì)其未來(lái)發(fā)展做了預(yù)測(cè)。
胚胎植入前遺傳學(xué)診斷/篩查（PGD/PGS）的定義
PGD/PGS是胚胎植入前遺傳學(xué)診斷/篩查（Preimplantation Genetic Diagnosis/Screening），是指在人工輔助生殖過(guò)程中，對(duì)胚胎進(jìn)行種植前活檢和遺傳學(xué)分析，以選擇無(wú)遺傳學(xué)疾病的胚胎植入子宮，從而獲得正常胎兒的診斷/篩查方法。
這兩種技術(shù)均建立在試管嬰兒基礎(chǔ)之上，都可以直接篩除有問(wèn)題的、不健康的胚胎，挑選正常的胚胎植入子宮，可有效避免遺傳病患兒的出生，阻斷致病基因的縱向傳遞，從而獲得正常的妊娠，提高患者的臨床妊娠率，避免因引產(chǎn)給孕母帶來(lái)的身心創(chuàng)傷。
生殖遺傳學(xué)診斷/篩查使用的技術(shù)
過(guò)去20年間，胚胎植入前遺傳檢測(cè)主要通過(guò)卵裂球活檢結(jié)合聚合酶反應(yīng)(PCR)或熒光原位雜交(FISH),對(duì)胚胎的單基因遺傳異常以及有限的染色體異常進(jìn)行檢測(cè)。近年來(lái)胚胎植入前遺傳檢測(cè)技術(shù)提高，出現(xiàn)一些新興的遺傳檢測(cè)方法,例如微陣列-比較基因組雜交(Array-CGH)以及單核苷酸多態(tài)性微陣列(SNP-array)技術(shù)，它們使得同時(shí)檢測(cè)23條染色體成為可能,并能以更高的精度檢測(cè)小片段染色體的拷貝數(shù)變化、以及結(jié)構(gòu)改變等。這使得胚胎植入前遺傳檢測(cè)的應(yīng)用價(jià)值不僅在于可排除遺傳異常胚胎,更可用于提高大齡生育、反復(fù)流產(chǎn)等不孕不育人群的受孕率。
PCR技術(shù)1985年首次應(yīng)用于遺傳病基因診斷，目前已有近百種遺傳病可用PCR 技術(shù)進(jìn)行診斷和產(chǎn)前診斷。由于PCR技術(shù)可將微量的DNA擴(kuò)增數(shù)百萬(wàn)倍，因此它適應(yīng)適用于各種來(lái)源的DNA標(biāo)本，包括羊水穿刺、絨毛采樣、臍血胎兒血液采集、胎兒活檢、母外周血分離胎兒細(xì)胞、宮頸刷取細(xì)胞及著床前取細(xì)胞等。PCR技術(shù)在PGD中也面臨著一些問(wèn)題：
熒光原位雜交技術(shù)（fluoresence in situ hybirdization,F I S H）是一種將分子生物學(xué)(探針)與細(xì)胞遺傳學(xué)(染色體)結(jié)合，檢測(cè)染色體異常的新技術(shù)。與傳統(tǒng)的細(xì)胞遺傳學(xué)方法相比，其優(yōu)勢(shì)在于:(1)無(wú)需細(xì)胞培養(yǎng)，間期細(xì)胞即可用于雜交分析。(2)檢測(cè)時(shí)只需計(jì)數(shù)間期細(xì)胞核上不同的雜交點(diǎn)，比傳統(tǒng)的核型分析操作簡(jiǎn)單。(3)與核型條帶分析方法相比,運(yùn)用特定探針檢測(cè)更敏感,更具特異性，特別是對(duì)染色體微小片段異常的檢測(cè)，更有針對(duì)性。FISH也可檢測(cè)和定性標(biāo)記染色體，因此非常適用于臨床染色體異常疾病的產(chǎn)前診斷。然而，F(xiàn)ISH技術(shù)一次只能檢測(cè)一個(gè)或幾個(gè)候選位點(diǎn)，且需要細(xì)胞遺傳學(xué)家對(duì)每一例標(biāo)本進(jìn)行評(píng)判，這一過(guò)程平均要花費(fèi)5－7個(gè)小時(shí)甚至更多的時(shí)間：
比較基因組雜交（comparative genomic hybridization, CGH）技術(shù)是在FISH技術(shù)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的一種新的分子細(xì)胞遺傳學(xué)技術(shù)。該技術(shù)不需細(xì)胞培養(yǎng)，一次雜交實(shí)驗(yàn)即可在整條染色體或染色體區(qū)帶水平對(duì)不同基因組間DNA序列拷貝數(shù)的差異進(jìn)行檢測(cè)并定位，其在生殖遺傳學(xué)方面的臨床應(yīng)用及面臨問(wèn)題如下：
SNP-array技術(shù)，即單核苷酸多態(tài)性微陣列(single nucleotide polymorphism array)技術(shù)，它能夠檢測(cè)出大量的細(xì)微DNA改變和與染色體拷貝數(shù)(非整倍體)或染色體結(jié)構(gòu)重排有關(guān)的異常改變。SNP分析能夠?qū)λ械?3對(duì)染色體都進(jìn)行分析，不過(guò)其也有臨床應(yīng)用局限：
單細(xì)胞測(cè)序?yàn)镻GD/PGS提供了有力的工具
單細(xì)胞全基因組測(cè)序技術(shù)是在單細(xì)胞水平對(duì)全基因組進(jìn)行擴(kuò)增與測(cè)序的一項(xiàng)新技術(shù)，其原理是將分離的單個(gè)細(xì)胞的微量全基因組DNA進(jìn)行擴(kuò)增，獲得高覆蓋率的完整基因組后進(jìn)行高通量測(cè)序。2011年，《自然方法》雜志( Nature Methods )將單細(xì)胞測(cè)序列為年度值得期待的技術(shù)之一，2013年，《科學(xué)》雜志（Science）將單細(xì)胞測(cè)序列為年度最值得關(guān)注的六大領(lǐng)域榜首。單細(xì)胞測(cè)序技術(shù)出現(xiàn)以后，就被迅速應(yīng)用到生殖醫(yī)學(xué)領(lǐng)域，為人們研究人類(lèi)胚胎發(fā)育、獲知全部基因組信息提供了有力的工具。
謝曉亮教授是我國(guó)單細(xì)胞測(cè)序領(lǐng)域的領(lǐng)軍人物，他帶領(lǐng)研究組創(chuàng)建了一種新的人單細(xì)胞全基因組測(cè)序技術(shù)——多重退火成環(huán)循環(huán)擴(kuò)增技術(shù)（Multiple Annealing and Looping-Based Amplification Cycles, MALBAC），這是迄今為止在單細(xì)胞測(cè)序及相關(guān)領(lǐng)域最先進(jìn)的技術(shù)。MALBAC利用特殊的引物，使得擴(kuò)增子結(jié)尾互補(bǔ)成環(huán)，防止了DNA的指數(shù)性擴(kuò)增，解決了擴(kuò)增偏倚，同時(shí)保持了90%以上的基因組擴(kuò)增覆蓋度，使得檢測(cè)單細(xì)胞中較小的DNA序列變異變得更容易，分辨率提高，可以檢測(cè)單基因突變，以及同時(shí)檢測(cè)多個(gè)基因。
MALBAC技術(shù)發(fā)明之后，已陸續(xù)用于對(duì)人類(lèi)單個(gè)細(xì)胞、單個(gè)精子細(xì)胞、單個(gè)卵母細(xì)胞等測(cè)序，并在實(shí)際臨床應(yīng)用中取得了良好的效果：
案例1：
案例2：
預(yù)測(cè)：下一個(gè)PGD新技術(shù)的出現(xiàn)可能來(lái)自表觀遺傳學(xué)
最后，喬杰教授對(duì)PGD的發(fā)展進(jìn)行了預(yù)測(cè)，她表示，與單細(xì)胞發(fā)展歷程相似，表觀遺傳學(xué)正成為主流。
表觀遺傳是指在基因的DNA序列沒(méi)有發(fā)生改變的情況下，基因功能發(fā)生了可遺傳的變化，并最終導(dǎo)致了表型的變化。表觀遺傳的現(xiàn)象很多，已知的有DNA甲基化（DNA methylation）、基因組印記（genomic impriting）、母體效應(yīng)（maternal effects）、基因沉默（gene silencing）、核仁顯性、休眠轉(zhuǎn)座子激活和RNA編輯（RNA editing）等。
孕婦血漿中胎兒表觀遺傳學(xué)標(biāo)志物可作為一個(gè)定性標(biāo)志物用于檢查實(shí)驗(yàn)結(jié)果是否存在假陰性的指標(biāo),也可作為一個(gè)定量標(biāo)志,用于篩查妊娠相關(guān)性疾病。目前已有較多胎兒表觀遺傳學(xué)標(biāo)志被發(fā)現(xiàn),部分已用于臨床相關(guān)疾病的篩查。通過(guò)診斷表觀遺傳學(xué)的改變，可以獲知胎兒的健康狀況。表觀遺傳學(xué)就好似一面鏡子，對(duì)疾病有直觀地反映，因此研究表觀遺傳學(xué)的改變就成了一項(xiàng)重要的課題。
2012年，英國(guó)劍橋大學(xué)報(bào)道了生殖細(xì)胞重新DNA甲基化的機(jī)制，同年，美國(guó)報(bào)道了哺乳動(dòng)物早期胚胎基因組規(guī)模的、堿基分辨率的DNA甲基化時(shí)間軸。
2013年，Science雜志報(bào)道了美國(guó)以人和小鼠大腦皮層頂葉為研究對(duì)象，發(fā)現(xiàn)了整個(gè)哺乳動(dòng)物腦發(fā)育過(guò)程中整個(gè)表觀遺傳學(xué)重構(gòu)情況，分辨率達(dá)到單個(gè)堿基。喬杰研究組與北大湯富酬教授等4個(gè)團(tuán)隊(duì)共同研究了人腦全基因組hmC和mC圖譜，提示hmC在調(diào)節(jié)剪切及基因表達(dá)中的新作用。
2014年，喬杰課題組在Nature雜志發(fā)表了人類(lèi)早期胚胎的DNA甲基化圖譜，在同一期還有另兩篇研究人類(lèi)早期胚胎表觀遺傳學(xué)的文章。到現(xiàn)在為止，診斷表觀遺傳學(xué)的方法和技術(shù)在不斷地推陳出新，這些都打破了傳統(tǒng)模式上產(chǎn)前診斷的限制，進(jìn)一步開(kāi)拓了從母體血漿中胎兒DNA上疾病診斷的醫(yī)學(xué)區(qū)域，使得無(wú)創(chuàng)診斷開(kāi)始以一種全新的面貌出現(xiàn)在人們眼前，因此，喬杰教授預(yù)測(cè)，下一個(gè)PGD新技術(shù)的出現(xiàn)可能來(lái)自表觀遺傳學(xué)。
