NIPT之后，关注无创RNA检测应用于妇幼保健

相信开始阅读这篇文章的你应该已经为人父母，或者不久就要当爸爸妈妈，如果说怀孕、诞生小宝宝是一个充满期待的幸福时光，相信你不会反对。

孕育小生命，不管怎么说，都是一段神奇又伟大的人生经历，辛苦甜蜜，各为人知。但妊娠分娩的每个阶段都不轻松，这其中充满了焦虑，因为各种不确定或者不放心。

很多时候，那句稀松平常的“母子平安”是多么来之不易。因为对许多人来说，怀孕会带来严重的健康问题，可能危及父母和孩子。

妊娠并发症及其所带来的风险

从妈妈一个人到怀胎到分娩，身体的结构及生理都发生着巨大的调整和重新适应。妊娠会导致内分泌、激素水平的全身性改变，这也会引起很多并发症，比如先兆子痫、妊娠糖尿病、妊娠高血压等等，也有胎儿早产等让人揪心的问题。

先兆子痫和早产都是相对常见的，一些妈妈们也不陌生，这些疾病可能使母亲和婴儿在出生前和出生后都面临健康的风险。先兆子痫是一种与高血压相关的妊娠特异性疾病。据估计，全球 4.6% 的妊娠会发生先兆子痫。如果不及时治疗，可能会导致癫痫、昏迷和器官损伤等严重问题。而早产指的是妊娠达到28周但是不足37周分娩。根据临床统计，早产大概占分娩总数的5%-15%。虽然宝宝足月生产是一个美好的期待，但随着高龄产妇的增加，早产儿的出生概率也在逐年上升。早产就意味着胎儿的各器官发育还未成熟，存活率及远期智力、神经系统及其他方面的发育都会稍显落后。

一些证据提示，每5个妊娠中就有一个会受到不可预期的并发症的影响，这比女性每年所遭受的所有类型的肿瘤还要多。

为什么是不可预期？因为现实环境里，医生没有一个好的办法来确定一个人是否会出现这些并发症，即便已经有了一些措施，但效果有限，可能也做不到及早的发现，更不用说能精准地判断了。

面对这些不可预期的并发症，除了焦虑还会有恐惧。如果能及早的发现或排除，更有针对性地进行临床管理或者有效的治疗，似乎医生和准父母们都会拍手称赞。

探索潜在的生物标记物，开发精准的妊娠并发症风险预测，既是一个显而易见的未满足的需求，又是一个理想的临床应用场景。

开发血液游离RNA被寄予厚望

自发现母亲血液中游离的胎儿DNA（cfDNA）以来，NIPT无创产前检测的开发和商业化已经彻底改变了胎儿染色体异常诊断和风险筛查的临床管理实践，成为基因测序临床应用的最成功案例。

通过简单采集母亲的一管血来进行产前的健康管理已经越来越多地被临床所采用，不管是针对胎儿染色体异常还是单基因突变，亦或者简单对准父母进行风险基因的携带者筛查，non-invasive无创的方式成为实践的关注点。

回到妊娠的并发症，一个自然生长的想法就是：cfDNA是不是也提供了一些关乎风险的信息呢？

的确有不少课题组在朝这个方向探索。但cfDNA提供的是我们细胞内基因内容的静态视图，即便在血液中的含量有差异，但似乎很难反映动态的变化过程。前面提到，妊娠时一个全身性的动态调整和再适应，这种幅度之大之快，一定包含了细胞及分子层面的调控及响应。事实上，科学界正在朝着cfRNA这条路线加速前进。

但为什么是cfRNA呢？

我们所有人的血液中都携带着自己的遗传物质片段，包括 DNA 和更易消失的RNA。在怀孕期间，这些cfDNA 和cfRNA 的自由漂浮片段都会从发育中的胎儿毛细血管释放，通过胎盘内的绒毛进入到母亲的组织和血液中。与DNA不同，RNA 提供了哪些基因在特定时间点被打开或关闭的快照。由于基因活性随细胞和时间的推移而变化，研究人员意识到可以通过RNA 来更动态地了解怀孕期间母亲体内发生的变化，比如可能的并发症。（题外话，血液里游离的RNA对于肿瘤早筛等液体活检的开发同样有建设意义。）

cfRNA从哪里来

cfRNA之于妊娠并发症的研究最早出现在2000年代初期。有趣的是，研究cfDNA、开发NIPT的几个重要参与者也都没有缺席cfRNA的工作。

NIPT之父、香港中文大学的卢煜明教授实验室在2003年就报告说，在对 22 名孕妇进行的一项研究中，在妊娠晚期的孕妇胎盘中发现了一种特定的 RNA 含量要高得多，而且患有先兆子痫的人比没有先兆子痫的要更多。之后，卢教授的实验室对怀孕期间对RNA变化进行了更多的研究，对所发现的cfRNA也申请了相应的专利保护。

在2018年的一项研究中，斯坦福大学生物物理学家 Stephen Quake实验室报告称，cfRNA 可以帮助确定分娩何时发生。他们在美国招募了 38 名已知有早产风险的孕妇，然后在妊娠中期或晚期对每位孕妇抽取了血液样本。通过比较最终早产者和足月分娩者的cfRNA，他们能够识别出临产前两个月出现的一组 RNA，可以帮助查明大约 80% 的早产情况。

这项研究也让其他课题组思考是否可以通过cfRNA来预测先兆子痫。2020年，Illumina与合作者报告了数十种先兆子痫孕妇特有的 RNA 转录本。越来越多的证据提示RNA的表达情况与不同的妊娠结局相关联，这能够帮助在孕早期、在症状出现之前帮助识别有风险的人群吗？

同样是Stephen Quake小组，他们在 2022 年发表了一项研究结果，招募了 73 名先兆子痫风险较高的母亲，并对她们进行了四次抽血：12 周或之前、13 至 20 周、23 周或之后以及胎儿出生后。随后，将 24 名确实患有先兆子痫的女性与其余 49 名未患有先兆子痫的女性的cfRNA 进行了比较，确定了与 544 个基因相对应的 RNA，这些基因的活性在患有先兆子痫的人和未患有先兆子痫的人之间存在差异。通过这样的方式，他们踪整个怀孕期间 RNA表达谱的变化。然后通过开发的计算机算法构建了一种18基因的测试，可以在孕 16 周之前预测女性在几个月后患先兆子痫的风险。值得一提的是，该测试正确识别了 85% 的先兆子痫病例，而且同样重要的是，所有那些预测不会患上先兆子痫的女性实际上都没有发生这种疾病。

同样，受到Stephen Quake 2018文章的启发，华大研究院也构建了cfRNA建库进行表达谱分析的方法，联合复旦大学附属妇产科医院开展合作研究，发现了在孕妇早产、子痫、妊娠糖尿病、妊娠期肝内胆汁淤积症的相关差异化表达cfRNA，构建了相应的风险预测标志物，并申请了相关的专利保护。

本质上，这些研究都在探索血浆中不同类型RNA分子在子痫前期和健康样本之间的丰度差异，并利用机器学习方法，使用发现集队列构建子痫前期预测模型，并通过验证集队列进行独立验证。

cfRNA妊娠并发症风险检测的临床转化

在这些研究的基础上，基于cfRNA 的先兆子痫和早产风险检测正在逐步走向临床。

基于2018年里程碑式的文章，Quake 联合其他几人当年就成立了Mirvie公司，专注于开发这两种产品。Mirvie 已从德诚资本、Foresite Capital、General Catalyst、GV、Khosla Ventures 和 Mayfield 等顶级投资者那里筹集了超过 9000 万美元的投资。

右一为Stephen Quake教授

这里插一句，Quake经历了自己女儿的早产，于是决心找到一种方法来减少妊娠并发症的可能性，后面才有了证明 cfRNA 可以预测早产的成果及Mirvie 的诞生。

去年，Mirvie发表了一项对数百名孕妇进行早产测试的研究，以及一项对数千名参与者进行先兆子痫测试的研究。这两项研究都取得了有希望的结果。《自然》杂志（2022 年 1 月）发表的研究提供初步证据表明 Mirvie RNA 平台可以在症状出现前几个月识别出 75% 的先兆子痫女性。发表在《美国妇产科杂志》（2022 年 4 月）上的研究表明，该平台可以预测 76% 的早期早产病例，并确定驱动其发展的不同生物学途径。

因其在提示女性患先兆子痫个体风险方面的卓越表现，Mirvie在去年获得 FDA 突破性设备称号（这是产科领域仅有的四个获得者之一），这将有助于加快技术的开发。公司目前正在进行一项包括一万名孕妇的大规模研究，将进一步验证 Mirvie 先兆子痫测试的性能。

在2021年12月，华大基因以自有资金1500万元向关联方华大研究院购买了cfRNA 技术相关的 6 项软件著作权及专利申请、专有技术，以进一步提升生育健康全周期产品技术的先进性和核心竞争力。今年6月，华大基因联合深圳市两家妇幼保健院对所收集的715名健康孕妇和202名后来发展为子痫前期的孕妇样本进行了回顾行队列研究，通过相应的cfRNA表达谱分析，开发了在症状出现前进行早产型和早发型子痫前期预测的模型，相应成果也发表在了AJOG期刊上。

总体上来看，相比于早产的预测，基于cfRNA 的先兆子痫检测正在引领潮流，这可能是因为早产有更多的亚型和更多的潜在原因，因此也更加复杂、开发难度也更大。

cfRNA检测还需要持续开发

虽然研究人员已经从cfRNA 研究中学到了不少东西，但我们对于cfRNA的认知还远远不够，cfRNA检测走到临床采用还有不小的距离。

孕妇体内的cfRNA的表达谱在有先兆子痫和早产风险的孕妇中是不同的，这一事实也提示了不同并发症背后的生物学是不同的。反观上述的这些研究，大部分都是相关性研究，将RNA模式与风险联系起来。但最终，理解这些并发症风险增加相关的RNA变化背后的原因则更重要，因为这可能会带来更简单的检测或者为开发有效治疗提供线索。

另外一个也很重要的问题是，大多数研究并没有区分母体RNA和胎儿RNA，到底哪个来源的RNA对于妊娠并发症风险更重要？这些RNA到底源自哪些组织？了解这些信息也能评估哪些器官受损风险会更高。

除了阐明发病机制，分子层面的研究也可能帮助更好、更精准地定义先兆子痫和早产的多种亚型，推动真正的精准医疗。Mirvie最近的一个poster展示研究表明，样本采集的时间对于RNA表达的特征有影响，尤其是对于怀孕的群体来说，早晨采集血液与其他时间的情况完全不同。没想到，生物昼夜节律可能对于检测性能竟产生如此神奇的影响。

妊娠并发症的风险检测，跟其他任何诊断检测开发一样，最终的结果都需要合理解读。如果检测结果是阴性，是不是意味着就完全不会有风险；如果结果是阳性，现行临床实践该如何更有效地去做预防、管理及可能的治疗。而且这是排除性筛查，作为风险提示，出现了中度风险又该怎么办。很多人也会关心，不同的种族会不会有差异，国外的检测体系是不是可以直接应用到中国人群。因此，cfRNA的风险检测还都需要大人群的验证，更合理地提示它的性能指标，包括可能的适用范围等等。

早发现、早管理、早治疗，这对于很多疾病来说都是真理。当然，除了cfRNA，其他可探索的反映动态调控的生物标志物也都在不断被开发，包括cfDNA的甲基化模式、长片段cfDNA、染色体外环状DNA，包括在其他的生化、代谢、蛋白、宫颈微生物组等层面开发可能的生物标记物，如sera prognostics通过一组差异表达蛋白来提示早产风险，比如NxPrenatal通过外泌体里神奇的内含物来开发。除了这些信息，也有通过基因表达来构建评测相应风险的多基因评分PRS，或者通过电子病历的个体及临床数据来构建人工智能的预测。这些可能都有助于我们更全面地去认知妊娠并发症背后真正的诱因，以及如何更好的逃避这些风险，或更好地准备这些可预料事件的到来。

很多基因检测公司都说自己在做生殖健康或者女性健康，但不管是无创产前、无创单基因病还是携带者筛查、新生儿筛查，似乎都是关于幼崽健康的，我们对于准妈妈层面的关注还不够。妊娠管理真是关乎母子平安，妊娠期间的并发症以及胎儿早产的风险都是一等一的大事。

这确是一个很大的市场，每个人可能都会切身体会到痛点的市场，现有的解决方案明摆了无法很好满足需求的市场。

如果cfRNA检测更多地被推向前进，这将是测序再一次证明其临床应用价值的机会，这也将是NIPT之后妇幼保健领域的又一大关注点。

参考文献：

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https://www.mirvie.com/

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https://www.mirvie.com/smfm-abstract-february-2023

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