一、孕妇外周血中胎儿细胞的分离与纯化
孕妇外周血中胎儿细胞的数目极少,Price等[1]估计胎儿有核红细胞与孕妇外周血中有核细胞的数目之比约为1∶(1×107~1×108)左右。要进行无创性产前诊断,须首先将胎儿细胞从孕妇外周血中分离纯化出来。目前分离胎儿细胞的方法主要有以下3种:荧光激活的细胞分选法(fluorescence activated cell sorting, FACS)又称流式细胞计数法(flow cytometry);利用免疫磁性珠的分离方法(immunomagnetic beads)和磁场激活的细胞分选法(magnetic activated cell sorting, MACS)。Bianchi等[2]对这3种方法进行比较之后认为,FACS为最佳的分离方法。20ml母血中可获得10~15个胎儿整倍体细胞,这已能满足产前诊断的需要,而非整倍体胎儿细胞的数目则远高于此,Simpson等[3]分析这可能是由于怀非整倍体胎儿的孕妇胎盘,允许更多的胎儿非整倍体细胞渗透到母血循环中去的缘故。这对于产前遗传学诊断是十分有利的。
究竟在妊娠的哪一阶段是抽取孕妇外周血分离胎儿细胞进行产前诊断的最佳时机,这一问题至今尚未明确。人们总是希望能及早做出产前诊断。Thomas等[4]报道,利用PCR技术在孕33天和40天即可以从怀男性胎儿的孕妇外周血中测到Y特异性DNA;Ganshirt等[5]利用三重密度梯度离心法和MACS,在孕5周的孕妇外周血中分离出足够量的胎儿有核红细胞,提示早在孕5周即可做出产前诊断。
二、孕妇外周血中胎儿细胞的类型及其在产前诊断中的应用价值
通过胎盘屏障进入母血循环中的胎儿细胞有3种:有核红细胞、滋养细胞和淋巴细胞。从孕妇外周血中分离纯化胎儿细胞的一个关键问题是需要在胎儿细胞表面找到能与母血细胞相区别的特异性标记抗原,以制备出特异的单克隆抗体。以下就存在于孕妇外周血中的3种胎儿细胞的具体分离方法及其在产前诊断中的应用价值做一简要评述。
1.滋养细胞:滋养细胞在早孕期的孕妇外周血中数目较多,但它们很快就隐藏于肺内而在外周血中数目极少[6]。Covone等[7]于1988年报道,用合体细胞抗原(H315抗原)的单抗从孕妇外周血中分离出了滋养细胞,但他们发现所分离的H315抗原阳性细胞中混有相当数量的母血细胞。他们解释这可能是由于胎儿胎盘组织碎片进入母血循环中而被母血细胞吸收,或H315抗原脱落游离于母血循环中而被母血细胞吸收,使少量母血细胞出现H315抗原阳性,从而使滋养细胞特异的H315抗原变成了非特异性抗原,大大降低了诊断的准确率。以后一些学者继续探索用不同的方法和不同的细胞表面标记物分离滋养细胞,Muller等[8]经过6 000多次试验,筛选出5种抗滋养细胞的单抗,用其中的2种与免疫磁性珠相结合,已成功地从母血中分离出了滋养细胞;Sbracia等[9]用抗HLA-G单抗、Durrent等[10]用抗肿瘤抗体分离滋养细胞亦获得成功,但缺少特异性单抗这一关键问题仍未能得到彻底解决。而且,若用FISH技术对滋养细胞进行产前遗传学诊断,则必须分离出单核滋养细胞,这也是一个棘手的问题;同时,也不能排除滋养细胞存在嵌合体的可能性。由于以上种种原因,滋养细胞用于产前诊断的价值目前尚难以评价。
2.淋巴细胞:1979年Herzenberg等[11]报道利用抗HLA-A2抗原的单抗及FACS技术,从孕妇外周血中分离出胎儿淋巴细胞,以后也有不少利用胎儿淋巴细胞进行产前诊断的报道[12],但在这方面却存在一些实际问题难以解决。首先,由于在早孕期胎儿淋巴细胞尚未大量生成,故进入母血循环中的胎儿淋巴细胞的数目极少,因此,限制了其临床应用;其次,既往妊娠的胎儿淋巴细胞可在母血循环中长期存在,甚至可长达27年之久[13],这大大影响了诊断的准确率。由于上述两个原因,胎儿淋巴细胞难以用于产前诊断。
3.胎儿有核红细胞(nucleated red blood cells, NRBC):胎儿NRBC是用于产前诊断的最佳细胞类型,这是因为:(1)胎儿NRBC的数量多。Ganshirt等[5]研究发现:在早孕期,胎儿NRBC在胎儿循环中的数量最多,提示它们是早孕期从孕妇外周血中分离胎儿细胞用于产前诊断的最佳细胞类型;(2)胎儿NRBC在孕妇外周血中的寿命十分有限,任何利用胎儿NRBC进行的产前诊断都不可能受到既往妊娠的胎儿NRBC的影响;(3)胎儿NRBC的分离技术比较成熟,其最佳分选系统综合考虑了以下4个因素:细胞膜上CD71受体阳性、glycophorin-A受体阳性、细胞大小和细胞颗粒性。CD71受体是NRBC膜上的一种特异性较高的蛋白,在红系细胞中仅存在于NRBC膜上,而不会存在于成熟红细胞膜上,但同时也会存在于单核细胞和某些被激活的淋巴细胞膜上。而glycophorin-A受体则是红系细胞膜上主要的唾液酸糖蛋白,仅在红系细胞膜上表达,而在单核细胞或淋巴细胞膜上均不表达,但其在红系细胞膜上表达的时间较CD71受体长。利用抗CD71受体和抗glycophorin-A受体的单抗,同时考虑细胞大小和细胞颗粒性,可从孕妇外周血中较满意地分离出胎儿NRBC[14,15];(4)对胎儿NRBC的鉴定技术也比较成熟:即使是在分离以后,胎儿细胞与母血细胞的数目之比也很低,大约每3 000个母血细胞中仅有1~15个胎儿细胞。如何将胎儿细胞鉴定出来,对于用FISH或PCR技术进行产前诊断均很重要。现在国外已根据胎儿与成人红细胞中γ和β球蛋白表达程度不同的原理来鉴别胎儿NRBC。因为胎儿血红蛋白中主要为HbF(α2γ2),成人血红蛋白中则主要为HbA(α2β2),故γ球蛋白是胎儿NRBC的标记,而β球蛋白则为成人红细胞的标记。Cheung等[16]利用抗γ球蛋白抗体,应用免疫组化的方法鉴别出胎儿NRBC,Bishchoff等[17]则设计了针对γ球蛋白cDNA的引物,用PCR技术制备针对γ球蛋白的探针,利用FISH技术来鉴别出胎儿NRBC,二者均获得了令人满意的效果。
综上所述,由于胎儿NRBC的数量较多,有比较成熟的分离技术和鉴定技术,且不受既往妊娠的影响,在产前诊断中有较大的应用价值,是最理想的胎儿细胞类型。
滋养细胞的价值目前尚难以评价,胎儿淋巴细胞则由于其不可克服的缺点而难以用于产前诊断。
三、临床应用
随着PCR和FISH技术的不断发展,从孕妇外周血中分离胎儿细胞进行无创性产前诊断在临床上已得到一定程度的应用,目前主要是利用PCR技术对胎儿单基因病和利用FISH技术对胎儿染色体异常进行诊断。下面就对这两方面进行一个简单的评述。
1.利用PCR技术诊断胎儿单基因病:长期以来,PCR仅用于利用特定的Y引物,对有性连锁疾病风险的胎儿进行产前性别判断[18],现在随着PCR和分离胎儿细胞技术的发展,再加上一定的诊断策略,已可对两类父源性遗传的常染色体异常进行诊断:一类是在常染色体显性遗传中,父亲携带有突变基因;另一类是在常染色体隐性遗传中,父母分别携带有不同的突变基因;对于不明确突变基因的性质,但已知与其耦联的DNA标记物的情况,也可利用PCR对父源性遗传的常染色体异常进行诊断[19]。利用该方法进行的产前诊断,勿需事先鉴别出胎儿细胞。现已可对胎儿的Rh状态和地中海贫血进行产前诊断[20,21]。Cheung等[16]利用抗γ球蛋白的免疫组化染色鉴别出胎儿NRBC后,在光镜下用一种特制的玻璃针通过显微切割法将其从玻片上刮下来,收集于Eppendorf管中,将其裂解后用PCR进行扩增,对两例有生育镰形红细胞性贫血和β-地中海性贫血胎儿风险的孕妇,正确地确定了其胎儿的基因型。由于事先将胎儿细胞纯化出来,PCR诊断的准确率和成功率也大大提高。尽管这一技术操作比较复杂,应用于临床还有不少实际的困难,但这一成功无疑是令人鼓舞的。
以上可以看出,用PCR进行产前诊断目前在临床上已得到了一定程度的应用,亦有不少优点,但由于必须首先明确突变基因或与其相耦联的DNA标记物的性质,并获得引物,这在一定程度上也限制了其临床应用。
2.利用FISH产前诊断胎儿染色体病:将胎儿细胞从孕妇外周血中分离、鉴别出来之后,利用FISH技术可对部分胎儿染色体病进行产前诊断。目前比较成熟的探针来自13、18、21、X、Y染色体,已可对胎儿三体病和性别进行产前诊断,且准确率较高[1,22,23]。
由于孕妇外周血中胎儿细胞稀少,且经过一系列复杂的分离、鉴定的操作之后,对胎儿细胞进行培养几乎是不可能的,所以对于大多数染色体异常,尤其是对于染色体的细微缺失(microdeletion)和易位,目前尚难以进行产前诊断。虽然用FISH技术诊断的特异性很高,但由于其操作复杂,费用昂贵,探针的数量、种类有限,且不易获得,在一定程度上也限制了其临床应用。
