[发明专利]无创检测胎儿染色体非整倍体的方法和系统

说明书

技术领域

本发明涉及医疗检测领域，具体涉及一种无创检测胎儿染色体非整倍体的方法以及用于无创检测胎儿染色体非整倍体的系统。

背景技术

染色体非整倍体病变是胎儿最常见的染色体畸形，依据染色体类别不同可分为常染色体非整倍体和性染色体非整倍体。常染色体非整倍体主要包括21-三体（唐氏综合征）、18-三体（爱德华氏综合征）和13-三体（帕陶氏综合征），其中以21-三体最为常见，发病率约为1/800。性染色体非整倍体主要包括Klinefelter综合征（47，XXY）、XYY综合征、特纳氏综合征（45，X）和超雌综合征（47，XXX），男性发病率约为1/500，女性发病率约为1/850。对胎儿染色体非整倍体病变的产前诊断是降低出生缺陷、提高出生人口素质的重要手段。

目前，染色体异常的产前诊断技术是通过侵入性方法获取胎儿组织，如羊膜腔穿刺、绒毛活检、脐静脉穿刺等，进行FISH分析或者染色体核型分析。这些技术均为有创性的，可能引起流产、胎儿损伤、出血、感染等。而临床血清学筛查和超声检查虽然无创，但检测结果的假阳性率和假阴性率都比较高。因此，开发一种精确且灵敏度高的无创产前检测方法，是一项迫切且意义深远的工作。

孕妇外周血中胎儿游离DNA（cffDNA）的发现，为非侵入性的无创检测技术的研发奠定了坚实的基础。但由于孕妇血浆中胎儿游离DNA的含量少，是处于一种高母体DNA的背景下，这使得许多检测方法呈现出假阴性的结果。为了克服以上缺点，高通量测序技术被运用于染色体非整倍体疾病的无创检测。

2008年，Rossa W.K.Chiu等发表在《美国科学院院刊》上的研究论文，详细描述了一种利用大规模高通量测序进行胎儿染色体非整倍体的无创产前诊断的方法。所述方法为：通过提取孕妇外周血血浆中的DNA，并对其进行第二代高通量测序，通过分析得到每条染色体上检测到的碱基占所有检测到的碱基的百分比，并将该值与由正常血样所构建的阈值做比较，以确定胎儿是否具有非整倍体异常。该方法中，测序的GC偏好性使得计算获得的碱基百分比存在偏差，这在很大程度上降低了胎儿非整倍体检测的灵敏度。针对这一问题，H.Christina Fan等通过研究建立了一种消除短序列测序数据的GC偏好性的方法，即在计算染色体碱基百分比之前，首先将整个染色体划分成20kb片段大小的非重叠区域，进而计算每个区域内各测序序列的GC值；以0.1%GC值差异对染色体上每个非重叠区域内的测序序列进行分组；统计每个GC值组内测序序列的数目，并将其与其他所有二倍体染色体该区域内测序序列平均数的比值作为该组测序序列的GC权重，达到消除GC偏好的目的。

然而，上述检测方法也存在着自身的局限性：首先，测序的GC偏向不仅存在于同一条染色体的内部，同时存在于不同的染色体之间，而上述方法在解决GC偏好性时，只考虑了每条染色体内各序列因GC含量的差异而造成的测序偏好性，未考虑染色体间序列的这种偏好性。这就使得计算获得的染色体的碱基百分比与真实值之间存在较大偏差，影响最终结果的准确性。其次，由于男胎中性染色体的分布情况与常染色体不同，而上述方法在进行非整倍体分析时未单独对性染色体数据构建优化模型，因此上述方法只能判断出常染色体非整倍体异常，而对于性染色体的非整倍体异常不能做出很好的判断。

发明内容

针对现有技术中存在的上述缺陷，本发明一方面提供了一种消除染色体内和染色体间测序GC偏好性的方法，包括以下步骤：

1、全基因组测序：利用高通量测序平台对待测样品进行全基因组测序；

2、测序数据的准确定位：将测序得到的碱基序列与人类基因组标准序列hg19进行比对，确定测序获得的每条碱基序列在染色体上的确切位置；

3、测序数据的质控：剔除处于基因组串联重复位置及转座子重复位置的碱基序列，同时去除低质量、多匹配和非完全匹配到染色体上的碱基序列；

4、统计Unique碱基百分比：对步骤（2）中获得的序列，统计每条染色体的唯一匹配碱基数即Unique碱基数，并计算每条染色体的Unique碱基数占该样品所有染色体碱基序列的百分比；

5、优化染色体Unique碱基百分比：对步骤（4）中获得的样品的染色体的碱基百分比进行k均值聚类分析，然后根据每条常染色体所在的类别，在每个类别内分别运用H.Christina Fan提供的方法进行GC校正。