文献解读 | 靶向纳米孔测序实现三代试管的无家系解决方案

2025年12月8日，中山大学附属第六医院梁晓燕/方丛/任姿教授团队在《Journal of Nanobiotechnology》期刊（IF=12.6，中科院1区）在线发表题为"Cost-effective and flexible preimplantation genetic testing (PGT) by nanopore adaptive sampling"的创新研究成果。本研究首次采用了靶向纳米孔测序技术，实现了临床PGT-M无需家系的高效、便捷的解决方案。极大地提升了临床操作的便捷性与患者的就医体验，更适合作为临床PGT-M的一线解决方案。

01 研究亮点

1 突破壁垒：无需复杂家系样本，借助三代测序长读长优势，仅需男女方外周血样本即可完成SNP单体型构建。

2 提高效率：简化临床遗传咨询与采样流程，提高临床咨询效率。

3 应用广泛：点突变、动态突变、大片段缺失和重复及各种复杂变异类型均适用。

4 成本更低：采用靶向测序方法显著降低测序环节成本。

02 研究背景

遗传疾病主要包括染色体异常（如导致流产与畸形的平衡易位）和单基因变异（如影响广泛的地中海贫血）。PGT-M/SR是预防这些遗传病向子代传递的关键技术。传统方法依赖完整家系，对信息不全或新发突变存在局限；三代测序成本高昂。本研究首次将靶向纳米孔测序用于无家系单体型构建与胚胎连锁分析。该技术通过选择性富集目标区域，实现了低成本、高效率的靶向检测，准确完成无家系PGT-M/SR，使临床与患者共同受益。

03 研究设计

本研究纳入2021年2月至2024年10月期间在中山大学第六医院接受PGT-M和/或PGT-SR的8对夫妇，其遗传背景涵盖"平衡易位+地贫"或其他单基因病。采用靶向纳米孔测序技术对夫妇外周血进行目标区域靶向测序，并通过比较传统遗传型家系芯片SNP单体型与靶向测序直接构建的单体型结果，以验证两种方法在胚胎连锁分析上的一致性。研究流程如下图1

图1 研究流程

靶向纳米孔测序通过实时比对电流信号与目标序列模式，匹配则测序，不匹配则施加反向电压排出DNA分子，实现选择性测序（图2）。

图2 靶向测序流程

04 研究结果

1. 靶向纳米孔测序的方法学建立

遗传疾病主要包括染色体异常（如导致流产与畸形的平衡易位）和单基因变异（如影响广泛的地中海贫血）。PGT-M/SR是预防这些遗传病向子代传递的关键技术。传统方法依赖完整家系，对信息不全或新发突变存在局限；三代测序成本高昂。本研究首次将靶向纳米孔测序用于无家系单体型构建与胚胎连锁分析。该技术通过选择性富集目标区域，实现了低成本、高效率的靶向检测，准确完成无家系PGT-M/SR，使临床与患者共同受益。

表1 8对夫妇核型及致病变异信息

图3 靶向测序数据质量分析

2. 基于纳米孔测序的变异位点检测和单体型构建

靶向纳米孔测序能精准检测点突变、大片段缺失与易位等多种变异。在同时携带平衡易位和地贫致病变异的家系1-5中，该技术成功识别出易位断点及地贫突变位点（图4）。此外，在家系6-8的其他单基因病（如PKD1、ASNS、ALPL）检测中，所有突变均被有效检出并经Sanger测序验证。同时，依托其长读长优势，该技术可同步完成断点及致病位点上下游的SNP单体型构建。

图4 纳米孔靶向测序易位断点和致病突变位点检测结果

3.胚胎CNV和连锁分析

本研究使用低深度NGS检测胚胎CNV，并通过两种方案进行胚胎SNP连锁分析：基于完整家系的芯片数据与基于夫妇双方的靶向纳米孔测序数据（图5）。二者结果完全一致，证明了靶向纳米孔无家系方案的准确性。该方法可同时靶向多个基因组区域，在一次实验中实现单基因病与染色体重排的同步分析，适用于PGT-M与PGT-SR。

图5 靶向纳米孔测序家系单体型构建及胚胎SNP连锁分析流程

4. 胚胎移植和产前诊断

在八个家系中，六个家系成功实施胚胎移植并获临床妊娠，其中五例产前诊断结果与芯片、靶向纳米孔两种PGT方案结果完全一致，验证了本方法的可靠性。一例仍在持续妊娠未到产前诊断时间，另两例未获得可移植胚胎。

05 研究结论

研究首次将靶向纳米孔测序应用于辅助生殖，同步精准检测染色体异常与单基因突变；无需家系样本，仅凭夫妇血样即可完成单体型构建；降低检测成本，且无需预先设计探针，灵活应对各类变异，为PGT提供经济、高效、灵活的新方案，显著降低应用门槛，有望惠及更多有遗传病风险的夫妇。