作者：沈淑華/有勁生物科技
盧煜明(Yuk-Ming Dennis Lo) 教授團隊在1997年發現孕婦血漿中含有胎兒游離DNA (cell-free fetal DNA; cffDNA)後，非侵入性產前檢測 (Non-Invasive Prenatal screening; NIPS)的各種應用開始蓬勃發展。NIPS目前已經普遍用來檢測染色體數目是否異常，也就是所謂的非整倍體變異(Aneuploidy)，而其中又以檢測唐氏症 (T21)、愛德華氏症(T18)與巴陶氏症(T13)最為盛行。
這項技術與其他檢測一樣，也有無法提供有效檢出結果的時候(no-call rate)，同時一樣也會出現偽陽性與偽陰性結果。有勁部落格文章《NIPT偽陽性與偽陰性的可能原因》中曾提到會造成偽陽性與偽陰性結果的可能原因，包括染色體嵌合現象(mosaiciam)、雙胞胎一胎凋亡現象(vanishing twin)、孕婦自身染色體拷貝數變異 (copy number variations; CNV)、孕婦本身罹患癌症 (maternal malignancy)、孕婦血漿含胎兒游離DNA比例偏低等等。其中與胎兒游離DNA含量比例相關的文章在有勁部落格裡曾出現過相當多次，《NIPT檢測樣品中胎兒游離DNA濃度的影響因子》與《再探孕婦血漿胎兒游離DNA含量比例的影響因子》就曾探討過可能影響孕婦血漿含胎兒游離DNA含量比例的因素。
胎兒游離DNA含量比例(fetal fraction)為取自孕婦周邊血漿裡的胎兒游離DNA百分比，一般來說正常範圍在3％到30％之間，平均約為13％。當孕婦血漿中胎兒游離DNA比例過低時，NIPT無法正確判讀，便會產生偽陰性結果。為了維持檢測品質，降低偽陰性發生機率，多數檢測實驗室都會設定胎兒游離DNA含量比例的最低要求─例如fetal fraction以4％作為最低標準，來嚴格把關檢測的準確性。因此，增加胎兒游離DNA含量比例便成為提升檢測品質的關鍵。近來有研究發現孕婦的游離DNA與胎兒的游離DNA長度分佈不同，前者長度約166 bp，後者較短，約143bp；造成游離DNA長度的不同，源自核小體上的些微差異。基於上述發現，若能針對游離DNA片段大小來進行篩選，理論上應該有機會提高篩到胎兒游離DNA的機會，提升fetal fraction數值。
該篇研究1的作者等人為了研究游離DNA片段大小的篩選能否提升胎兒游離DNA含量比例(fetal fraction)，在製備基因庫(library)過程中使用了3種不同倍率(1.2x、1.3x與1.5x)的磁珠( Magnetic beads)來篩選胎兒的游離DNA片段，下圖一顯示胎兒游離DNA含量比例在利用磁珠篩選後明顯提升。
臨床上，造成NIPS偽陰性結果的原因與胎兒游離DNA含量比例也密切相關，如果能取得較高的胎兒游離DNA含量比，是否就可以避免假陰性結果呢？這點，我們下次會再做更深入的介紹。
圖一、利用磁珠篩選以提升胎兒游離DNA片段含量比例的效果
(a)磁珠在針對較短的游離DNA片段(<160pp,也就是不包含母體游離DNA)進行篩選後，胎兒游離DNA含量比例明顯提升。(b)此圖為定序後DNA長度的分佈。為了評估使用磁珠篩選的效果，在製備基因庫(library)的過程中，分別加入1.2倍(於55個樣品)、1.3倍(於74個樣品)和1.5倍(於45個樣品)比例的磁珠進行篩選，對照組(於133個樣品)則沒有加入磁珠。由圖可見，加入的磁珠倍數越高，胎兒游離DNA含量比例平均讀值越高。(c)3種不同倍率的磁珠，都能讓較短(<160bp)的游離DNA片段含量比例提升。(d)使用磁珠進行篩選，不僅能提升篩到的游離DNA片段含量比例，也能提高篩到的Y染色體含量比例，增幅約有1.5-4倍，其中又1.5倍的磁珠效果最佳。此項研究證明利用磁珠進行篩選確實能達到提升胎兒游離DNA含量比例的效果。(圖片來源：Hu, P., et al. Journal of Translational Medicine. 2019 Apr 11;17(1):124-132.)
參考資料
1. Hu, P., et al. An enrichment method to increase cell-free fetal DNA fraction and significantly reduce false negatives and test failures for non-invasive prenatal screening: a feasibility study. Journal of Translational Medicine. 2019 Apr 11;17(1):124-132. https://doi.org/10.1186/s12967-019-1871-x
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