嵌合体胚胎异常来源分析指导临床移植决策新思路

2025年12月，重庆市妇幼保健院黄国宁教授、刘东云教授和林婷婷教授团队在Human Reproduction Open（IF=11.1，JCR一区）在线发表题为"Parental and Cell-Division Origin Analysis to Reduce False Positives in Mosaic Embryos for Preimplantation Genetic Testing"的创新性研究成果。本研究建立的胚胎染色体异常来源分析PH-trace算法可有效鉴别假阳性、有丝分裂来源和减数分裂来源嵌合，避免嵌合体胚胎浪费，助力临床嵌合体胚胎移植决策。

01 研究亮点

辨真伪： 精准识别真假嵌合，降低胚胎嵌合率。

增希望：避免因样本质量、检测等带来的假阳性嵌合导致的胚胎浪费，提高胚胎利用率，降低周期取消率。

助决策：明确嵌合体胚胎有丝分裂和减数分裂来源，为临床嵌合体胚胎移植提供依据。

02 研究背景

胚胎染色体异常是种植失败、自然流产和先天性疾病重要原因，植入前遗传学检测技术可以有效改善辅助生殖结局。然而，在PGT-A实践中的嵌合体胚胎存在广泛争议。不同实验室间胚胎嵌合体率差异很大，从2%-35.6%不等，这种巨大的差异引发了人们对技术假阳性嵌合和PGT-A整体准确性的担忧。产前样本中嵌合率低于2%，活产中低于0.2%，这些诊断差异突显了识别嵌合体假阳性以及重新考虑PGT-A实践中嵌合体报告指南的迫切需要。

在本研究中，回顾性分析了2021年2月至2024年8月的9,062个PGT周期及2022年10月至2024年10月的8,645个羊膜穿刺样本，结果显示PGT与产前诊断样本之间嵌合体发生率的显著差异（12.2% vs. 0.9%，P < 0.001）。PGT与产前诊断嵌合率差异一方面可能由于PGT检测导致的技术假阳性嵌合，另外一方面可能胚胎自我修复机制。本研究提供了一种可行的方法来区分技术假阳性嵌合与真实嵌合体，进一步区分减数分裂与有丝分裂错误来源，指导基于证据的嵌合体胚胎移植决策。

03 研究设计

本研究回顾了2021年2月至2024年8月在重庆市妇幼保健院生殖医学中心进行的2,537个PGT-A治疗周期，包括1,220个仅PGT-A周期，773个PGT-A+SR周期和544个PGT-A+M周期。同时回顾了2022年10月至2024年10月在重庆市妇幼保健院产前诊断中心8,645个羊膜穿刺样本。比较了PGT周期与产前诊断中嵌合体的检出率差异。纳入具有亲本及胚胎全基因组SNP信息共304个PGT-A+M周期1221枚胚胎数据，基于亲本基因组中的双等位基因纯合单核苷酸多态性在整倍体胚胎中表现出平衡的等位基因频率和SNP单倍型构建胚胎CNV的异常亲本来源及细胞分裂来源算法。基于767个整倍体和187个非整倍体胚胎的数据，绘制了不均衡分数曲线，并使用受试者工作特征曲线分析确定了亲本来源偏离的临界值。研究流程如下图1

图1 研究流程

04 研究结果

1. PGT治疗周期与产前诊断中嵌合体的发生率

回顾分析了2021年2月至2024年8月2,537个PGT治疗周期，包括1,220个仅PGT-A周期，773个PGT-A+SR周期和544个PGT-A+M周期（图2a）。结果显示所有周期中有8.0%仅有嵌合体胚胎可供移植。对9,062个活检样本进行分析，结果显示51.0%为整倍体胚胎，17.1%存在嵌合异常，包括12.2%仅为嵌合体和4.9%为非整倍体合并嵌合体（图2b）。仅嵌合体胚胎的发生率在各亚组中为9.4%至14.0%，而非整倍体-嵌合体胚胎的发生率为3.4%至6.3%（图2b）。这些发现表明，嵌合性影响15%-20%的受测胚胎和6%-10%的PGT治疗周期，凸显了其对临床决策的影响。

为了评估产前诊断中嵌合体的发生率，分析了2022年10月至2024年10月通过CNV-seq检测的8,645个羊膜穿刺样本。这些样本包括7,856例自然妊娠，547例体外受精妊娠和242例PGT来源的妊娠（图2c）。所有19例来自嵌合体胚胎移植的妊娠均产生了整倍体胎儿，未检出最初检测到的染色体异常（图2d）。羊水中嵌合体的总发生率在自然妊娠中显著低于PGT胚胎（0.9% vs. 12.2%，P < 0.001）（图2b和2d），表明PGT检测过程存在技术假阳性嵌合或胚胎的自我修复。

PGT样本嵌合比例大部分在30%-39%，而自然妊娠嵌合比例大部分在10%-29%（图2e）。此外，染色体嵌合异常的类型存在显著差异：自然妊娠中主要为整条染色体的单体和三体嵌合，而PGT样本主要为片段性嵌合CNV（图2f）。

图2 PGT检测与产前样本嵌合发生率差异

2. 基于整倍体与非整倍体胚胎建立PH-trace分析策略

利用304个PGT-A+M周期的1,221个胚胎包括767个整倍体、187个非整倍体、94个非整倍体-嵌合体和173个嵌合体胚胎（图1和3a）构建PH-trace分析算法。根据亲本基因组中为双等位基因纯合SNPs的mBAF，以分析其在整倍体和非整倍体胚胎中的模式。mBAF值的密度分布将这些SNPs分为五个亚组，即平衡型、母本三体型、母本单体型、父本三体型和父本单体型（图3b）。然后，我们将mBAF阈值范围定义为0.45-0.55为平衡型，落在此范围外的值则表明存在亲本偏离。

为了量化染色体异常的父母来源偏离，使用母本偏离SNPs与父本偏离SNPs的比率作为该区域的"不均衡分数"指标。分析整倍体和非整倍体染色体间不均衡分数的分布，揭示了平衡型、单体型和三体型亚组之间的清晰分离（图3c）。随后，ROC曲线分析确定了高度区分的临界值：对于母本三体型和父本单体型为 > 2.408（AUC = 0.999），对于父本三体型和母本单体型为 < 0.380（AUC = 0.999）（图3d）。不均衡分数在0.380和2.408之间的染色体异常被归类为平衡遗传，表明假阳性的可能性。将这种创新算法定义为PH-trace，基于不均衡分数的临界值来识别染色体异常的父母来源。

图3 整倍体和非整倍体胚胎中 mBAF 的分布曲线

3.非整倍体胚胎中母源减数分裂错误的占比

对187个非整倍体胚胎共携带262个CNV进行PH-trace分析，其中167个单体和三体的分析结果显示，母源分裂错误异常占90.4% (151/167)，父源分裂错误占9.0% (15/167)，0.6% (1/167)为平衡型。细胞分裂错误的进一步分析表明，96.4% (160/166)的单体和三体异常源自减数分裂错误，而只有69.5% (41/59)的片段性缺失和重复源自减数分裂（图3e）。特别注意的是，88.6% (147/166)的单体和三体异常是母本减数分裂错误。

对14个捐赠的非整倍体胚胎进行了再活检，以验证PH-trace的分析结果。如表1和补充表2所示，这14个非整倍体胚胎携带21个CNV，包括13个减数分裂来源，5个有丝分裂来源和3个平衡型。二次活检结果显示，减数分裂来源的染色体异常在TE和ICM中均匀分布，而有丝分裂来源的异常则呈现不均匀分布模式。携带三个假阳性CNV的两个非整倍体胚胎被重新鉴定为整倍体。这些结果进一步证实了PH-trace应用于PGT-A的重要性和可靠性。

表1 捐赠嵌合胚胎PH-Trace分析及二次活检和整胚检测结果

补充表2 捐赠非整倍体胚胎TE和ICM重活检及PH-trace分析结果

4. 片段性与整条染色体的嵌合体CNV的差异特征

对173个嵌合体胚胎中的247个嵌合体CNV进行PH-trace分析，与整条染色体嵌合相比，片段性染色体平衡型嵌合比例更高（60.1% vs. 47.6%, P = 0.076），且母本来源更低（9.8% vs. 21.9%, P = 0.012）（图4e）。大部分嵌合体CNV为有丝分裂来源，并且片段性嵌合有丝分裂来源比例更高（96.9% vs. 86.0%, P = 0.057）（图4e）。

父本有丝分裂错误是片段性和整条染色体异常的主要来源，分别占75.4%和58.1%。此外，随着嵌合比例的增加，平衡CNV的比例逐渐降低（P < 0.001）（图4f）。值得注意的是，低比例嵌合体有丝分裂起源显著高于高比例嵌合（97.1% vs. 84.6%, P = 0.025）（图4g）。

对21个捐赠的嵌合体胚胎再活检研究进一步证实了该方法的可靠性（表1）。94.1% (16/17)预测为假阳性嵌合的CNV在再活检时未检测到。在预测为真阳性的14个CNV中，71.4% (10/14)被重新检测到。其余未在再活检时检测到的CNV均为有丝分裂起源，可能受到取样位置的影响。相比之下，所有五个减数分裂来源的CNV再次检测均为明确异常。这些结果进一步证实了PH-trace应用于PGT-A的重要性和可靠性。

总之，对157个非整倍体CNV和418个嵌合体CNV的综合分析表明，假阳性和有丝分裂错误在低比例染色体异常中更为普遍，而减数分裂错误则在高比例异常中更为频繁，尤其是在单体和三体中（图4h）。对于嵌合体胚胎移植，我们建议优先选择嵌合比例较低（<50%）且为片段性而非整条染色体异常的胚胎，因为这些特征与更高的假阳性率和有丝分裂错误率相关。

图4 非整倍体及嵌合胚胎中亲本异常来源和细胞分裂来源结果

5. 嵌合体胚胎移植临床结局

采用PH-trace策略对1,221个胚胎进行的重新分析显著提高了PGT-A的诊断准确性（图5），将嵌合体胚胎的比例从14.2%降低到6.4%，并将整倍体胚胎的比例从62.8%提高到71.4%。结果表明，改进后的方法可以显著减少假阳性，提高PGT-A的临床适用性。

对19个移植的嵌合体胚胎（携带25个CNV）的临床结局令人鼓舞，临床妊娠率为52.6%，活产率为47.4%（表2）。PH-trace分析结果显示，25个嵌合体CNV中有17个假阳性、7个有丝分裂来源和1个来源不确定。这些嵌合CNV在羊水或流产组织样本中均未再次被检测到（表2）。这些发现表明，低比例节段性嵌合体极有可能是假阳性，而有丝分裂错误可能经历了胚胎自我校正。我们的重新分析策略有效地减少了胚胎的不必要丢弃。

图5 1221枚胚胎PH-trace重分析结果

表2 19枚嵌合胚胎移植临床结局及异常来源分析结果

05 研究结论

基于PH-trace算法进行亲本来源分析能有效鉴别假阳性嵌合体胚胎，降低诊断不确定性。细胞分裂来源分析能有效区分错误源于有丝分裂或减数分裂，为临床嵌合体胚胎移植选择提供有效的指导方案。通过PH-trace可以从两个方面改善PGT-A的临床应用：

1 减少假阳性嵌合体胚胎的发生率，提高整倍体胚胎的比率；

2 阐明真阳性嵌合细胞分裂起源（减数分裂/有丝分裂）以支持基于证据的胚胎选择，并最终改善生殖结局。

未来计划进行大规模前瞻性研究，以验证该方法在PGT-A临床应用中的效用。