特集：ゲノム医療41特集

出生前・着床前診断の進歩と問題点
倉 橋 浩 樹*はじめに

Ⅰ．マイクロアレイと出生前診断

近年の分子遺伝学的解析技術の進歩により，マ晩婚化に伴う妊娠年齢の高年化により，染色体イクロアレイ，次世代シークエンス（next generation

異数体児の出生や流産となるような染色体異数体sequencer：NGS）などの染色体・遺伝子疾患の診断

妊娠のリスクが増加している。これらは，卵子のへの応用が進み，臨床検査のひとつとして広く普加齢依存性第一減数分裂分離異常に起因しており，及したことで，出生前診断における遺伝学的検査出生前染色体検査を希望する夫婦が増加している。

は大きく変化した。出生前染色体検査は，顕微鏡従来からの出生前診断における染色体検査では，から分子へ，すなわちアナログからデジタルへと絨毛検査もしくは羊水検査で胎児・胎盤由来の細進化し，解像度が劇的に高くなった。単一遺伝子胞を得て，Ｇ分染法や FISH（fluorescence in situ病に対する遺伝学的検査は，単一遺伝子解析からhybridization）法で得られた染色体像やシグナル網羅的ゲノム解析の時代へと進歩した。さらに，を顕微鏡で観察する手法が主流であった。現在で母体血胎児染色体検査が登場し，サンプル採取のも多くの施設が，羊水・絨毛採取で得た細胞に対無侵襲性という角度から大きく時代を変化させた。

して，まず 13 番，18 番，21 番の数的異常を各々一方で，胎児情報の採取が無侵襲になったとしの染色体特異的プローブを用いた FISH 法によりても，胎児が罹患と判定された場合の妊娠中絶の迅速診断し，その後，数日間の細胞培養後にＧ分可能性に伴う胎児の生命の問題，夫婦の心理的・染法で結果を確認すると同時に，その他の染色体身体的負担の問題は解決しない。それらを回避す異常の有無を解析するという手法を採用している。

るための着床前診断に関しても，分子遺伝学的解高年妊娠で増加する異数体の検出が目的の場合は，析技術の進歩によって大きく精度が向上し，急速この方法で十分である。に普及しつつある。
本稿では，近年の出生前診断・着床前診断の技術的進歩と問題点について概説する。

一方で，染色体微細欠失・重複症候群に関しては，超音波所見等から得られた表現型から特定の疾患を疑う場合，または前児が染色体微細欠失・重複症候群で，その次回妊娠で夫婦が心配している場
合は，その疾患の責任領域特異的プローブを用いた FISH 法による診断が可能である。しかし，多Key words
出生前診断，着床前診断，母体血胎児染色体検査，マイクロアレイ，次世代シークエンス＊

Hiroki Kurahashi：藤田医科大学総合医科学研究所
分子遺伝学研究部門

くの場合は特定の疾患が想定できず，欠失・重複領域のサイズによってはＧ分染法でも検出可能であるが，一般に見つかる染色体微細欠失・重複は数 Mb 以下のサイズであり，Ｇ分染法レベルでは

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検出が困難である。

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かった場合に，さらなる高解像度の二次検査とし近年の分子遺伝学的解析技術の進歩により，ゲて，もしくは，② G 分染法で由来不明の異常がノムコピー数の変化を高解像度に，かつ網羅的見つかった場合に，その由来を確定させるためのに検出できるマイクロアレイ染色体検査が開発

二次検査としてという使われ方がされている。

され，染色体微細欠失・重複症候群の診断に応用SNP（single nucleotide polymorphism）アレイを用されている。

いれば，コピー数が判定できるだけでなく，片親

マイクロアレイとは，基板の上に全ゲノム領域にわたる染色体領域特異的 DNA プローブを配置したツールである。比較ゲノムハイブリダイゼーション（comparative genomic hybridization：CGH）

性ダイソミーや倍数体の検出も可能である（図１B）。

Ⅱ．母体血胎児出生前診断法では，患者ゲノム DNA と，参照とする正常ゲ

出生前染色体検査におけるもうひとつの大きなノム DNA を別々の色の蛍光でラベルし，同じマ進歩は，NGS による母体血胎児染色体検査の普イクロアレイに競合的にハイブリダイゼーション及である。血中に循環している短い DNA 断片のして蛍光強度を測定し比較することで，患者ゲノことをセルフリーDNA（cfDNA）と呼び，がんのムにおける染色体コピー数を決定する（図１A）。

リキッドバイオプシーに応用されているが，妊婦すでに小児科領域の先天異常の分野では，マイクを採血すると，cfDNA の 5～10％程度は胎盤絨

ロアレイ染色体検査は診断の第一選択とされてお毛シンシチオトロホブラスト細胞由来の DNA でり，本邦でも近い将来には保険診療として実装さある。

1）れる 。私たちが 2020 年に発出した「診療におい妊婦の血中 cfDNA を NGS を用いて大量に解て実施するマイクロアレイ染色体検査のガイダン

読 し， 染 色 体 ご と に 定 量 す る MPS（massively2）ス」
を参考にされたい 。マイクロアレイ染色体検parallel sequencing）
法により，胎児の染色体の核査は，疾患の責任領域としてのコピー数変化を同型を推定することができる（図２A，B）。

定できるだけでなく，その領域にある表現型の責任遺伝子を特定することも可能である。

この方法は無侵襲的出生前遺伝学的検査（noninvasive prenatal genetic test：NIPT）とも呼ばれ，出生前診断の領域においては，米国産科婦人科

母体の採血により無侵襲的にできる出生前診断の学会から，超音波による胎児の形態異常を検出し方法として普及し，大きく時代を変化させた。本た場合の遺伝学的検査として，マイクロアレイ染

邦では，妊娠 10～16 週に行われ，重篤な症状を3）

色体検査の有用性が提唱されている 。ただ，マもって出生する可能性のある異数体である 13 番，イクロアレイ染色体検査をスクリーニング検査と18 番，21 番のトリソミーに関してのみ結果開示して行うことには，まだ越えなければならないされる。

ハードルがいくつかある。

この検査の利点は陰性的中率がきわめて高いこ

健常集団でも表現型に影響しない大きなコピーとで，検査が陰性の場合，胎児はほぼ 100％の確数バリアント（copy number variation：CNV）
が存率でトリソミーではないため，NIPT を受検する在するため，マイクロアレイ染色体検査で見つことで，妊婦の 99％以上は羊水・絨毛検査のようかったバリアントの正確な臨床的意義づけは難しな侵襲的な出生前診断を回避することができる。

い。疾患との関連情報や健常人のデータベースと一方で，胎児以外に原因のある偽陽性があり得るの照合により総合的に判定するが，臨床的意義不ため，陽性的中率は 100％に届かず，検査が陽性

明 の コ ピ ー数 バ リ ア ン ト（variant of unknownの場合には確定検査としての羊水検査が必要であsignificance : VUS）が数多く検出される可能性がる。採血という容易な手法で検体採取ができてしある。本邦においては，①超音波検査などによりまうがために，安易に検査を受ける夫婦が増えな表現型が明らかで，G 分染法で異常が見つからないように，普段トリソミー児の診療をしている小特集：ゲノム医療43A アレイCGH法

重複部分トリソミー（重複）

Cy3

欠失

シグナル比

3コピー
2コピー
1コピー

テストDNA
Cy5リファレンスDNA

染色体地図

部分モノソミー（欠失）Data FileFHU18-196̲(CytoScanHD̲Array).cyhd.cychp

Detail View

chr4: 133,706,853 - 191,154,276

B SNPアレイ

重複AA
AB

テストDNA
アリル型特異的プローブ

BB

欠失
3コピー
2コピー
1コピー

シグナル比
AAAA
AAB
ABB
BBB

アレル比

B

Detail View [For research use only. Not for use in diagnostic procedures.]
1- Page

染色体地図

図１ 2 種類のマイクロアレイ・プラットフォーム
A：アレイ CGH。テスト DNA（緑ラベル）の微細欠失・重複は，参照 DNA（赤ラベル）とのシグナル値の比較でコピー数を判定する。
B：SNP アレイ。AA，AB，BB は各 SNP の遺伝子型。微細欠失はヘテロ接合性の消失（LOH）として検出されている。微細重複は逆に組み合わせパターンが増加する。各染色体領域の由来親も同定できるため，片親性ダイソミーによる LOH などの判定も可能である。
（文献 8 より引用改変）

児科医等も交えて，検査前に十分な遺伝カウンセリングを行うことを必須としている。日本産科婦人科学会らが策定した指針を遵守し，日本医学会
4）

Ⅲ．エクソーム解析と出生前診断
重篤な単一遺伝子病の家系における出生前診断の認定を受けた施設で行っている 。ところが，では，個々の家系において当該疾患に対する遺伝本検査を提供する認定外施設が出現しビジネス化

子診断，すなわち発端者の病的バリアントを前しており，NIPT 陽性者に対する十分なフォローもって検出しておき，絨毛や羊水検査でそのバリアップが成されていないケースもあり，社会問題アントの有無を検討することにより，胎児の罹患，となっている。

非罹患を判定する。したがって，個々の家系にお前述の染色体微細欠失・重複症候群や，新生変いて責任バリアントが同定されていることが必須

異によるバリアントに起因する単一遺伝子疾患である。多くの単一遺伝子病ではすでに原因遺伝を NIPT を利用して診断することも技術的には子が同定されており，発端者の遺伝子診断も比較可能であり，海外の一部の地域ではすでに提供的容易になっている。

されており，本邦でも臨床研究が計画されてい5）る（図２C） 。

疾患と遺伝子が１対１対応の場合，全翻訳領域とその周辺を解析することにより，80～90％の高率で病的バリアントが同定される。同定されたバリアントは米国臨床遺伝ゲノム学会（American現代医学 68 巻 1 号

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A
採血

1st PCR

シーケンスプライマー
インデックス配列
フローセルに結合するための配列

Cell Free DNA抽出B

リード数

胎児が胎児が正二倍体 トリソミー

C （％）
504540353025201510500

2nd PCR（％）
50
母体血セルフリーDNA
45403530252015105020 40 60 80 100 120
0NGSで解析

臍帯血DNA20 40 60 80 100 120

図２ 無侵襲的出生前遺伝学的検査（NIPT）
A：NIPT の流れ。母体の採血を行い血漿中のセルフリーDNA を NGS で解析する。B：MPS 法。染色体ごとのリード数の定量を行う。青が母体由来，赤が胎児由来。実際には区別はできず，合計として定量する。C：新生変異によるバリアントに起因する疾患の NIPT。NGS による deep sequence を行うと，母体血中にわずかに病的バリアントを検出する（左）。出生後の臍帯血ではヘテロで検出される（右）。
（文献 8 より引用改変）

College of Medical Genetics and Genomics：

より，従来は診断がつかなかった希少疾患の遺伝

ACMG）の 基 準 に 従 って 評 価 さ れ，pathogenic，子診断が可能となっている。本邦では未診断疾患

likely pathogenic，VUS（variant of unknown

イニシアチブ（Initiative on Rare and Undiagnosedsignificance），likely benign，benign の ５ 段 階 にDiseases：IRUD）というオールジャパンの多施設分類され，pathogenic（病的），likely pathogenic（準共同研究事業の成果として，未診断の孤発性希少6）

病的）の場合に出生前診断に応用されている 。

疾患の患者において，両親と罹患者のトリオサン責任バリアントが同定できなかった場合においてプルに対して全エクソーム解析を行うことで，30も，染色体上で責任遺伝子をはさみ込むように，～40％の症例に責任バリアントが同定されている。

上流，下流に位置する多型マーカーを用いてあら診断結果は，予後・合併症予測，治療情報のみ

かじめ責任ハプロタイプを見出しておき，連鎖解ならず，両親には次子再発率の情報提供ができる。

析により胎児を診断する間接法も可能である。

健康な両親から生まれた孤発例の場合，新生変異SNV（single nucleotide variant）
マーカーやマイクによる優性（顕性）遺伝病か，劣性（潜性）遺伝病か

ロサテライトマーカーのような STR（short tandemで次子再発率の違いが大きいため，両親にとってrepeat）マーカーが用いられる。組換えに注意さえ早期に遺伝学的診断がつくことは重要である。重すれば，診断精度は十分に高い。

篤な症状で次子再発率の高い遺伝形式の場合，出

近年は，NGS によるヒトゲノムの全遺伝子，生前診断や，次項で述べる着床前診断を提案できすなわち約 2 万種類の遺伝子の全翻訳領域の塩基る環境も整いつつある。出生前診断自体において配列を一度に分析する全エクソーム解析の進歩にも，いずれは網羅的出生前診断として全エクソー

特集：ゲノム医療

A

受精卵
体外受精

4細胞期

割球生検

TE生検

8細胞期

胚盤胞期

体外培養

胚生検

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凍結解析

融解

移植

B
染色体の本数
染色体番号
図３ 着床前診断（PGT）
A：着床前診断の流れ。体外受精を行い複数の受精卵を作成する。数日後に各々の受精卵から生検を行い，遺伝子・染色体解析し，罹患・非罹患を決定，非罹患胚を子宮に移植する。B：NGS 染色体検査。TE 生検によって得た５細胞から DNA を抽出し，全ゲノム増幅後，NGS を行い染色体に配置したウインドごとのリードの定量を行う。図は 9 番トリソミー（文献 8 より引用改変）

ムが使われる時代が来る可能性はあるが，現時点するリスクの高い夫婦に対し，体外受精を行い複ではマイクロアレイと同様に，VUS と判定され数の受精卵を作成する。体外で数日間培養した後るバリアントが結果報告書にリスト化される可能に，それぞれから一部の細胞を生検サンプルとし性があり，かえって悩ましい状況を作り出すことて採取し，遺伝子・染色体分析を行い，非罹患胚が懸念される。網羅的解析に必ず随伴する二次的を子宮に移植するという方法である（図３）。従来所見の問題も含め，その実用化にはまだ解決しなは３日胚，すなわち８細胞期において割球生検をければならない問題が残っている。

行い，割球１細胞を材料に，単一遺伝子疾患の遺Ⅳ．網羅的ゲノム解析手法と着床前診断

伝子解析や，FISH 法を用いた染色体分析を行っていた。しかし，たった１細胞を材料にしている出生前診断においては，胎児が罹患と判定されことに起因する問題点，すなわち FISH 法の場合た場合の妊娠中絶の可能性に伴う胎児の生命の問は，シグナル数のカウント時のテクニカルエラー，題，夫婦の心理的・身体的負担の問題が大きく，遺伝子解析の場合は，アレルドロップアウトと呼NIPT の普及により胎児の遺伝情報が無侵襲的にばれるアレル間の増幅バイアスによる誤判定があ入手できたとしても，それらの問題が解決するわり，診断精度は高くなかった。

けではない。その重大な問題を回避することができる方法が着床前診断である。
重篤な遺伝性疾患や染色体疾患の罹患児が出生

近年，体外での受精卵の培養技術の進歩により胚盤胞まで培養可能となり，５日胚，すなわち約100 細胞から将来の胎児発生に寄与しない栄養外現代医学 68 巻 1 号

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胚葉（trophectoderm：TE）
細胞を 5～10 個採取し，ゲノム編集と組み合わせたデザイナーベビーといその全ゲノム増幅産物で遺伝子・染色体解析を行う概念も技術的には可能であり，立法化も視野に7）うことにより，診断精度が格段に向上した 。

入れた国際的論争となっている。このような革新

着床前診断は日本産科婦人科学会の「着床前診的科学技術の応用は，常に倫理問題と一体化させ断に関する見解」という指針に基づいて実施され，て議論するべきであり，特にこの出生前診断の分

重 篤 な 単 一 遺 伝 子 疾 患（preimplatiton genetic

野では，障がい者差別の禁止を望む患者側，そしtesting for monogenic：PGT-M），均衡型染色体構て，リプロダクティブライツといった検査を望む造異常に起因する反復流産（preimplatiton genetic

側，両当事者の思いが相容れない部分があり，議testing for structural rearrangemen：PGT-SR）に論は尽きない。よりよい出生前診断の社会実装を対して，学会による症例ごとの個別審査で，技術目指して，一般人への遺伝教育のような啓発活動的，倫理的観点から審議され，承認を受けたのちや，遺伝カウンセラーなどの人材育成を平行してに実施される。

進めていくことが重要になってくるであろう。

一部の反復性不妊治療不成功例や，染色体構造異常とは無関係の反復流産に対しても，受精卵の染色体異数性が原因である可能性があり，最近，それらの不妊治療の効率を上げる目的で，受精卵の網羅的染色体検査が学会の特別臨床研究として開始され，着床前胚染色体異数体検査（preimplantation genetic testing for aneuploidy：
PGT-A）と呼ばれている。このように急速に普及しつつある着床前診断に関して，その適応疾患の見直しが議論されている。
前述のように，着床前診断は出生前診断の問題点の一部を回避できる技術であるため，出生前診断よりも適応は広くとるべきであるという考えもある一方で，酵素補充や遺伝子治療などの進歩に伴い不適応となる可能性のある疾患の存在も含めて議論されている。

おわりにNIPT や着床前診断のような技術革新によって，出生前診断はいろいろな意味でハードルが低くなりつつある。その一方で，検査を受ける夫婦が一旦立ち止まって，生命の重みや，罹患者の思いなどに考えを巡らせる機会を失う可能性がある。すなわち，優生学的な考えが意識の下に潜り込むことが懸念され，大変危険である。
今後，ポリジェニックリスクスコア等の遺伝統計学が進歩すれば，子どもの将来の体格や才能などの特性まで診断可能になり，エンハンスメントを求める夫婦も現れるであろう。さらには受精卵

利益相反
本論文に関して，筆者が開示すべき利益相反はない。

文献1）Miller DT, et al：Consensus statement：chromosomal
microarray is a first-tier clinical diagnostic test forindividuals with developmental disabilities or congenital
anomalies. Am J Hum Genet 2010；86：749-764.
2）診療において実施するマイクロアレイ染色体検査のガ
イ ダ ン ス．https://plaza.umin.ac.jp/p-genet/downloads/20200330_microarray_guidance.pdf. 2021 年 2 月 2 日閲
覧3）American College of Obstetricians and Gynecologists
Committee on Genetics. Committee Opinion No. 581：
the use of chromosomal microarray analysis in prenatal
diagnosis. Obstet Gynecol 2013；122：1374-1377.
4）母体血を用いた新しい出生前遺伝学的検査に関する指針 . http://jams.med.or.jp/rinshobukai_ghs/policy.pdf.
2020 年 2 月 2 日閲覧
5）Terasawa S, et al：Multiplex PCR in noninvasive
prenatal diagnosis for FGFR3-related disorders.
Congenit Anom (Kyoto) 2019；59：4-10.
6）Richards S, et al：Standards and guidelines for theinterpretation of sequence variants：a joint consensus
recommendation of the American College of Medical
Genetics and Genomics and the Association for
Molecular Pathology. Genet Med 2015；17：405–424.
7）Kurahashi H, et al：Preimplantation genetic diagnosis/
screening by comprehensive molecular testing. Reprod
Med Biol 2015；15：13-19.
8）倉橋浩樹：遺伝子診断の臨床応用 出生前診断 . 日本
医師会雑誌 2021；149(11)：1970-1974.