生医会议—生物医学技术应用与法律规范胚胎着床前基因诊断之现况

苏怡宁，现任台湾大学医学院临床基因医学研究所暨临床医学研究所副教授、台大医院基因医学部暨妇产部主治医师、基因医学部分子遗传暨细胞遗传研究室主持人、中华民国周产期医学会监事、台湾遗传咨询学会理事、台湾妇产科医学会杂志副主编。生医会议—生物医学技术应用与法律规范胚胎着床前基因诊断之现况与发展苏怡宁（台湾大学医学院临床医学研究所暨临床基因医学研究所副教授、台大医院基因医学部暨妇产部主治医师）自迈入21世纪以来，随着基因体计划将人类基因图谱解密，有愈来愈多的疾病被证实与基因突变有关。目前已知约有六千六百种之多的单一基因疾病，每一百人之中，约有两个人带有某种单一基因疾病，而这些疾病，又会随着地域之分布有所不同。以台湾而言，海洋性贫血（thalassemia）是最常见之单一基因疾病，另外如结节性硬化症（tuberoussclerosis），血友病（hemophilia），各种不同种类之肌肉萎缩症，及自体显性多囊性肾脏病（polycystickidneydisease）等等，亦在台湾有不同之发生率。随着医学科技进步，单一基因疾病发生之遗传咨询与基因诊断，及其衍生之相关课题及临床需求，亦日趋频繁。以海洋性贫血为例，这是一种在台湾具有高带因率之隐性遗传疾病，带因夫妇的子女，不论男女皆有1/4机会发病，目前台湾由于具有完善之产前带因筛检计划，配合产前的基因检测，诸如绒毛膜采样及羊水穿刺等技术，已经大大地降低了重症患者之发生率。这样的筛检计划，虽然具有极高之效率与准确度，但由于筛检效率并无法达到百分之百，再加上即便是可以诊断出重症的胎儿，孕妇与家人仍需要承受是否终止妊娠之天人交战与难以割舍之痛楚。故对于如海洋性贫血这类具有高度再发性及临床上属于重症之单一基因疾病，医界一直努力地寻找更有效率之检验方式。最好能够更早期地筛选出，不带有重大基因缺陷之宝宝，以解决及克服必须面对终止妊娠之难题及伦理争议。带有遗传疾病的父母在生育下一代时，从准备怀孕的那一刻起，就必须承受着可能有二分之一或四分之一机率生下重症小孩，甚至可能最终得要中止妊娠的身心煎熬，直到孕期三个月后绒毛膜穿刺检查结果出炉，才能停止这样的担忧。于是我们希望能将战线提早于胚胎着床前进行基因筛选，将无遗传疾病之胚胎植回母体，减少许多孕期之担忧，并降低生下重症儿的风险。基于这样的需求，医学界已发展出一套胚胎着床前基因诊断（preimplantationgeneticdiagnosis;PGD），即一种在怀孕前的诊断，配合试管婴儿的过程，在胚胎植入前所施行的基因诊断技术，避免植入患有基因疾病的胚胎。目前PGD，大致可分为两类，分别是荧光原位杂交法（fluorescentinsituhybridization;FISH）与分子诊断法（以PCR技术为基础）。荧光原位杂交法主要可用以筛检染色体异常，为较早发展出之技术，而分子诊断法则于这几年来技术日趋成熟，主要运用于单一基因疾病之基因诊断，可用于筛检出带有基因缺陷的胚胎。而这两种方法，都能将现行产前遗传诊断的工作，从产前提早到孕前。PGD最早是在1967年由Edwards分辨出兔子胚胎的性别，并植入母体内怀孕成功，奠定此技术的基础；而直到1980年代试管婴儿之发展，加上基因序列聚合酶连锁反应（polymerasechainreaction;PCR）使基因放大之技术纯熟，促使Handyside等人于1990年发表世界上首例人类利用PGD成功植入怀孕的例子，他们首先刺激母体排出卵子，以人工体外受精的方式，使卵子受精发育成胚胎，受精卵在体外培养第一天分裂成两个胚叶（blastocyst），第二天会分裂成四至五个胚叶，第三天会分裂成七至八个胚叶，于八个胚叶中取出一个细胞，检测此胚叶细胞。若为女性胚胎，再将其余胚胎细胞植入母体，以避免X染色体关联的遗传疾病。这种利用检测单一胚叶细胞来进行遗传疾病诊断技术，由于能将筛检后没问题胚胎植入母体，目前已经成为产前基因筛检的一种新选择与策略。当胚胎细胞发育到八胚叶期，每个细胞的染色体皆相同，且每个细胞皆具有干细胞的特性，所以取出一个细胞进行基因检测，并不影响胚胎以后在母体内之发育。而取出之细胞若有遗传基因缺陷，表示其它胚胎细胞也会具有一样之基因问题。因此，于母体怀孕前做检测，大大减低了孕妇可能承受之身心伤害。未来随着对遗传疾病之了解，更可藉此降低遗传疾病之发生。PGD早期主要是应用于胚胎染色体之检测，因大部分染色体异常的胚胎是没有办法着床的，而在怀孕早期流产也大都是因为染色体的异常所致。对于习惯性流产之病患在做试管婴儿时，会进行胚胎植入前基因诊断来筛选正常胚胎，结果显示几乎有高达百分之八十的胚胎是染色体异常的。虽然异常的比例在高年纪的女生比较明显，但是即使在三十岁的女性，这种异常的比例仍然可能达到百分之三十，因试管婴儿过程技术较繁琐，刺激母体排卵、取卵、体外培养受精卵之环境等皆可能造成染色体异常。而PGD除了可以筛选染色体在构造上或数目上的异常以外，它还可以让我们对特定的基因缺陷进行筛检，因此对于那些有习惯性流产或者高龄的女性，以及已经知道基因有异常的夫妻来说，利用PGD进行染色体数目异常筛检（PGDforaneuploidyscreening;PGD-AS）可被视为一种常规性的治疗。医界后来更进一步扩展PGD的应用。除了筛选缺陷基因外，还可以同时与其罹病兄姐的人类白血球抗原（humanleukocyteantigen;HLA）进行配对，挑选出与罹病兄姐HLA相同的胚胎细胞。让胎儿出生后之脐带血或骨髓可用来移植治疗其兄姐之遗传疾病，此技术于2004年发展了成功的首例，而在台湾我们实验室亦于2008年成功地完成了第一例，如今这种胚胎之HLA配对检测伴随产前遗传疾病基因筛检的需求愈来愈大，大多是为了想生一个健康孩子，而同时可获得其骨髓细胞来救治其哥哥或姐姐的遗传疾病。在台湾，我们实验室亦于2008年成功完成第一例此种所谓的救人宝宝（rescuebaby）案例，成功运用手足新生儿脐带血治疗罹患重症海洋性贫血之兄长。此项先进技术之运用，以海洋性贫血为例，可以分作两个层次来探讨及进行。其一，对于已知带因之夫妻而言，如不愿或无法再担负怀有重症胎儿而须终止妊娠之风险，则可透过此项技术进行「避险」。也就是说，先筛检出不具重症基因之胚胎再行殖入母体，以减少带因夫妻面临怀孕之焦虑及压力。此一做法及目的，相对是较为单纯的，成功机率也较高，但这里还是必须强调，虽然胚胎着床前基因筛选技术效率极高，但仍无法达到百分之百，故胚胎经筛选植入后，仍须接受后续之绒毛膜或羊水检验以确保其准确性。其二，也就是更具挑战性及难度的，是针对已生下患有重症宝宝之父母，为了救治已患病之宝宝，除了希望再生出健康的宝宝之外，更希望能够挑选出人类白血球抗原与罹患疾病小孩吻合之宝宝，待婴儿出生后，罹病兄长就能利用此「救人宝宝」脐带内的干细胞进行治疗，以求恢复健康。这样做法比较困难的原因在于此项策略除了前述之「避险」之外，还必须进行人类白血球抗原配对检测，虽说手足之间配对成功之机率为1/4，但经由这「双重筛选」之机制，会使得可供利用之合适胚胎数量大大减少，此种情况不论对于夫妻或是医师皆是极为艰巨之挑战。再者，不得不在此提及的是，利用此胚胎着床前基因筛选技术产生之「救人宝宝」的脐带血，虽说不会如骨髓移植般具有侵袭性，引发伤害其自主权之争议，但相关衍生之胚胎人权及伦理议题，仍值得大家深思及注意。目前于国内，我们已积极开始将此技术运用于单一基因疾病之基因诊断，其中包括了海洋性贫血、视网膜母细胞瘤（retinoblastoma）、脊髓肌肉萎缩症（spinalmuscularatrophy;SMA）、裘馨氏肌肉萎缩症（Duchennemusculardystrophy;DMD）、范康尼氏贫血（Faconianemia）、玻璃娃娃（osteogenesisimperfecta）等等。利用此技术可使具有单一遗传疾病之家族，避免将相同之疾病遗传给下一代，而使悲剧一再的发生。目前约有十余对夫妻因不同之疾病正在进行此项技术，但由于此过程包含遗传咨询、基因诊断前置作业、及人工生殖技术等等过程，大约平均需要三到六个月才能完成，此外，由于人工生殖技术所费不锱，平均约需10-15万元，虽说是欧美国家约五分之一的价格，但仍是一项沉重之负担。必须要强调的是，并不是每次取卵都可以得到健康的受精卵，也不是诊断为未罹病的胚胎就一定可以成功地着床，过程中繁琐的流程，也将对父母亲身心造成极大之压力。反之，现行之产前基因诊断，最早能在妇女怀孕十至十二周时进行绒毛采样，一样可确认胎儿是否带有缺陷基因，届时再决定是否终止妊娠，若妇女能承受终止妊娠之风险，未必得承受人工生殖技术之苦，提早在孕前「订做宝宝」。所以，虽然我们已发展出此项高科技之先进技术，但还是必须再三强调，我们并不建议有此需求之父母，贸然将胚胎着床前基因筛选技术放在第一线，而是应该先和专业医师作好详尽之沟通与咨询。我们宁愿将此项技术视为对付遗传疾病之「终极武器」或最后一道防线。（生医2009;2(３):202-204）建议阅读1.ChenSU,SuYN,FangMY,ChangLJ,TsaiYY,LinLT,LeeCN,YangYS.PGDofbeta-thalassaemiaandHLAhaplotypesusingOmniPlexwholegenomeamplification.ReprodBiomedOnline2008;17:699-705.2.DavisLB,ChampionSJ,FairSO,BakerVL,GarberAM.Acost-benefitanalysisofpreimplantationgeneticdiagnosisforcarriercouplesofcysticfibrosis.FertilSteril2009May11.[Epubaheadofprint]3.SpitsC,SermonK.PGDformonogenicdisorders:aspectsofmolecularbiology.PrenatDiagn2009;29:50-56.4.LaveryS.Preimplantationgeneticdiagnosisofhaemophilia.BrJHaematol2009;144:303-307.5.PeciñaA,LozanoAranaMD,García-LozanoJC,BorregoS,AntiñoloG.One-stepmultiplexpolymerasechainreactionforpreimplantationgeneticdiagnosisofHuntingtondisease.FertilSteril2009May5.[Epubaheadofprint]6.BasilleC,FrydmanR,ElAlyA,HestersL,FanchinR,TachdjianG,SteffannJ,LeLorc'hM,Achour-FrydmanN.Preimplantationgeneticdiagnosis:Stateoftheart.EurJObstetGynecolReprodBiol2009;145:9-13.7.KulievA,VerlinskyY.Preimplantationgeneticdiagnosis:technologicaladvancestoimproveaccuracyandrangeofapplications.ReprodBiomedOnline2008;16:532-538.8.SwansonA,StrawnE,LauE,BickD.Preimplantationgeneticdiagnosis:technologyandclinicalapplications.WMJ2007;106:145-151.9.FragouliE.Preimplant