三代测序在PGT中的应用
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2026-08-07
染色体数目异常、结构重排和单基因遗传病是导致胚胎发育失败、反复流产及出生缺陷的三大类遗传因素。胚胎植入前遗传学检测（Preimplantation Genetic Testing, PGT）通过检测体外培养胚胎的遗传物质，在移植前筛选出健康的整倍体胚胎，从源头上阻断遗传病向子代传递。
长期以来，PGT主要基于二代测序和微阵列技术。然而，传统方法高度依赖完整家系信息进行单倍型连锁分析，且对复杂结构变异的检测能力有限。近年来，以纳米孔测序（Nanopore sequencing）和单分子实时测序（SMRT sequencing）为代表的三代测序技术，凭借超长读长的核心优势，正在深刻改变PGT的临床应用格局。
一、PGT-A/PGT-M/PGT-SR的技术演进与三代测序的契机
胚胎植入前遗传学检测（Preimplantation Genetic Testing, PGT）俗称“第三代试管婴儿”，根据检测目标不同分为三类：PGT-A（非整倍体检测）筛查胚胎染色体数目异常，降低流产风险；PGT-M（单基因病检测）：针对地中海贫血、脊髓性肌萎缩症等单基因遗传病进行胚胎诊断；PGT-SR（结构重排检测）：适用于染色体平衡易位、罗氏易位、倒位等携带者，区分正常胚胎与携带者胚胎。
图1 PGT技术路线决策树（图片来源：网，侵删）
三代测序与每一类PGT均有良好的契合点。在PGT-SR中，三代测序能够直接跨越断裂点识别易位断点的精确位置，解决了二代测序难以区分正常胚胎和平衡易位携带胚胎的难题。在PGT-M中，三代测序通过长读长直接获取跨突变位点的单倍型信息，打破了对完整家系的依赖，尤其适用于新发突变和家系不全的情况。在PGT-A中，基于Nanopore的技术可实现快速整倍体检测，更支持无创PGT-A的发展。
二、PGT-SR：染色体结构重排的精准诊断
2.1 平衡易位的临床困境
染色体结构重排携带者面临反复流产和出生缺陷的高风险。以平衡相互易位为例，携带者本人通常表型正常，但其产生的配子中有很大比例是染色体不平衡的，导致妊娠流失风险高达50%，生育染色体异常后代的概率约为20%。传统PGT-SR可以检测胚胎中的染色体非整倍体和不平衡重排，但难以区分“完全正常”的胚胎和“平衡易位携带”胚胎。而后者长大后同样会面临生育问题，因此，许多家庭希望移植完全正常的胚胎，而不是平衡易位携带者。区分这两类胚胎需要对易位断点进行精准定位和单倍型分析，传统方法操作复杂且信息需求高。
2.2 三代测序如何精准识别断点
三代测序的超长读长可以直接跨越染色体的断裂点区域，准确鉴定出易位断点的精确位置和序列特征。基于这些信息，可以构建易位染色体的单倍型，进而对胚胎进行区分。在实际应用中，基于三代测序的PGT-SR方案已成功鉴定出平衡易位携带胚胎和完全正常胚胎。河南省人民医院生殖医学中心的一项研究评估了三代测序技术在这一场景中的应用价值。研究选取10例PGT-SR患者，利用三代测序确定染色体断点位置，并通过SNP单倍型分析筛选正常核型胚胎。在31枚胚胎中，三代测序成功鉴定出14枚平衡易位/倒位携带胚胎和17枚结构正常胚胎，染色体易位胚胎检出率为45.2%。目前已移植12周期，临床妊娠6例，活产1例[1]。
三、PGT-M：无家系时代的到来
传统PGT-M依赖完整家系谱，通过单核苷酸多态性阵列或二代测序构建致病染色体的单倍型，进而对胚胎进行连锁分析诊断。这种方法需要先证者和父母双方至少各一方完整的信息。但对于新发突变或信息不完整家系，传统方法往往难以提供有效检测方案。
三代测序通过长读长，可在一个读段内同时覆盖致病基因突变位点及上下游多个SNP位点，直接获取单倍型信息，无需依赖家系遗传数据。
四、PGT-A：从快速检测到无创筛查
4.1单细胞水平的长读长全基因组测序
PGT-A需要对胚胎活检的少数细胞进行全基因组分析。三代测序技术在单细胞层面的应用正在为PGT-A开辟新路径。研究表明，在单细胞和多细胞样本中，大部分杂合SNP和杂合indel可以实现准确单倍型分型。当该方法应用于人胚胎PGT-A时，与传统的基因芯片方法结果高度一致，可准确检测非整倍体。
4.2快速检测与新鲜胚胎移植
传统PGT-A通常需要冷冻胚胎，等待检测结果后再解冻移植。而基于纳米孔测序的快速PGT-A方法，可在数小时内生成检测报告，使新鲜胚胎在第3天即可移植，显著减少了对胚胎冷冻保存的需求，缩短了治疗周期。
4.3无创PGT-A的探索
将纳米孔测序与胚胎培养液中的游离DNA相结合，实现无创PGT-A的探索性研究也在进行中。这种方法无需对胚胎进行活检，从培养液中提取微量的胚胎源游离DNA进行测序，即可评估胚胎的染色体状态。这为实现完全非侵入性的胚胎遗传学评估迈出了重要一步，在未来有望彻底避免胚胎活检带来的潜在风险。
五、三代测序的优势与挑战
5.1 核心优势
与二代测序相比，三代测序在PGT应用中具有三大核心优势：
超长读长：可在一个读段中同时覆盖致病突变和上下游SNP，实现直接单倍型分析，无需家系信息。
精准断点定位：能够直接跨越染色体断裂点，准确定位易位、倒位等结构重排的精确位置，有效区分正常与平衡易位携带胚胎。
覆盖复杂区域：能更完整地覆盖高GC含量区域和复杂重复序列，减少检测盲区。
此外，随着靶向测序和自适应采样技术的发展，三代测序的成本已大幅下降，使大规模临床应用成为可能。
5.2 当前挑战
尽管优势明显，三代测序在PGT中仍面临一些挑战。早期平台的单碱基准确性略低于二代测序，需要通过高深度测序或环化共有测序模式来补偿。此外，胚胎活检样本量极为有限，如何在如此微量的珍贵样本中高效构建三代测序文库，仍是技术优化的重点方向。
六、总结
三代测序技术凭借长读长、高分辨率和实时分析三大核心优势，为PGT-M、PGT-SR和PGT-A带来了突破性进展。在PGT-SR中，它精准的断点定位能力解决了区分正常胚胎与平衡携带胚胎的难题；在PGT-M中，它打破了对完整家系的依赖，为新发突变和家系不全的病例提供了可行方案；在PGT-A中，快速检测和无创检测的探索正在推动PGT向更高效、更安全的方向发展。随着技术的不断成熟和成本的持续下降，三代测序有望成为PGT领域的主流技术平台，为更多遗传病家庭带来生育健康子代的希望。
翌圣生物致力于为三代测序PGT提供完整的文库构建解决方案，助力PGT检测从有创到无创、从依赖家系到精准个体化的技术跨越。
参考文献：
[1]黄梓漪,张慧娟,李艳如,等.三代测序技术在PGT-SR胚胎诊断中的应用探索[J].生殖医学杂志,2025,34(12):1606-1612
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Hieff® Adapter Ligation Module for ONT |
马达蛋白接头连接模块 |
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Hieff® Native Barcode Kit for ONT |
ONT平台专用Barcode，必须匹配官方的NA马达蛋白接头 |
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Hieff® Adapter Ligation Module for ONT |
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