作者：罗小平，吴薇
单位：华中科技大学同济医学院附属同济医院儿科
新生儿遗传代谢病筛查简称新生儿筛查，是指在新生儿群体中，用快速、简便、敏感的检验方法，对一些危害儿童生命、导致儿童体格及智能发育障碍的遗传代谢病（inborn errors of metabolism，IEM）进行筛检，作出早期诊断，在患儿临床症状出现之前，给予及时治疗，避免患儿机体各器官受到不可逆损害的一项系统保健服务，是控制出生缺陷，提高出生人口素质的重要措施。
随着科技的发展及人们对IEM认识的加深，IEM疾病谱不断扩大，目前已发现至少1 000种IEM。尽管单一病种发病率低，但累积发病率超过1/800[1]，在活产新生儿中IEM总体发病率可达1/500，已知新生儿期起病的IEM有100多种，且病情多较严重[2]。
我国自上世纪80年代开始进行新生儿筛查，并迅速在全国范围内推行，已取得令人瞩目的成就，新生儿筛查率和治疗率不断提高，例如苯丙酮尿症（phenylketonuria，PKU）及先天性甲状腺功能减低症（congenital hypothyroidism，CH）等。由于我国地域辽阔，经济和科学技术发展不均衡，与发达国家或地区相比，我国新生儿筛查覆盖率和种类，尤其在随访治疗和疾病管理等方面，仍存在较大差距。
一、新生儿筛查历史回顾
1961年美国Guthrie医生用细菌抑制法半定量测定血中苯丙氨酸含量，并建立干血滤纸片血样采集技术，为开展大规模人群筛查提供了手段，使PKU成为第一种新生儿筛查疾病。PKU早期诊断和早期治疗可以明显改善预后，因其具有良好的经济效益和社会效益，由此拉开了新生儿筛查的序幕。在此基础上，新生儿筛查项目不断增加，并在全球范围内得到推广和普及。由于各国的经济、文化、科技水平、疾病的流行和发病情况不同，开展的项目也不同。PKU和CH发病率较高，治疗效果好，具有良好的效价比。多数国家都首先从这两种疾病开始筛查，随后逐步增加项目。疾病筛查技术最初是一次实验检测一种疾病，故而筛查效率相对较低。而随着质谱技术的出现，可以同时对多种氨基酸、有机酸及酰基肉碱进行快速、灵敏、高通量的检测，扩大了新生儿筛查的病种和效率，促使新生儿筛查飞跃发展。串联质谱技术的应用使新生儿筛查实现了一次实验检测多种疾病的模式转变。目前很多发达国家或地区，如欧美、澳大利亚、日本、韩国、新加坡等已将串联质谱技术普遍用于新生儿筛查。
我国的新生儿筛查于20世纪80年代初在上海和武汉起步。1981年上海市儿科医学研究所对14所妇产科医院出生的31 862名新生儿进行了CH、PKU和半乳糖血症三种IEM的筛查。发现PKU发病率为1∶15 930，CH发病率为1∶6 309，未筛查出半乳糖血症。1992年至1993年，世界卫生组织和我国卫生部合作，在7个城市开展对CH和PKU的筛查。1995年新生儿筛查被正式纳入《母婴保健法》，随后卫生部先后制订了新生儿筛查技术规范和管理条例，使新生儿筛查工作在政策上得到保障和支持，并开始迅速发展。我国卫生部临床检验中心自1998年开始对新生儿筛查项目实行质量控制，并每年主办各类质量评估和检测的学术活动。2002年全国仅有46家新生儿筛查中心，截至2013年发展至200多家，总体筛查覆盖率超过80%。2007年，我国东、中、西部地区的筛查率分别为84.90%、30.41%和19.82%。2015年的目标是争取使东、中、西部地区的筛查率分别达到95%、80%和60%，并以省为单位建立布局合理的新生儿筛查网络[3]。
随着串联质谱技术的问世，无论是发达国家还是发展中国家，扩大新生儿筛查范围已成为一种趋势[4]。上海地区自2003年起率先开始应用串联质谱技术开展新生儿筛查。2005年以来，武汉、浙江、广州、广西等地相继开展串联质谱技术，上海已累计筛查了50余万例、浙江80余万例，已筛查出数百例IEM[5]。
二、我国新生儿筛查的现状和面临的问题
1．新生儿筛查覆盖率和病种有待完善：
目前，我国主要筛查CH和PKU，广东和广西两地根据当地疾病谱的特点增加了葡萄糖–6–磷酸脱氢酶缺乏症的筛查[6]。上海、重庆和云南增加了先天性肾上腺皮质增生症的筛查。尽管我国新生儿筛查工作进步迅速，但与发达国家相比，仍有较大差距。最大的挑战是如何提高全国新生儿筛查覆盖率，尤其是中西部地区。提高覆盖率最大的障碍还是经济落后，以及卫生教育不够。据统计，我国中西部地区近30%的新生儿在院外出生，无法完成新生儿筛查。因此，重视新生儿筛查，取得政府在政策及资金上的支持非常重要。筛查PKU和CH所取得的低成本–高效益已得到广泛认可，其他IEM的成本–效益分析还在不断地验证中。Wilcken等[7]已在200万例婴儿中开展了一项队列研究，比较临床已有IEM症状的患者和由扩大化新生儿筛查发现的无症状患者的智力及运动情况，前者智力及运动落后的发生率达1/74 074，而后者为1/232 558。当患者已经出现IEM的临床表现时，病死率和致残率非常高，但如果通过新生儿筛查早期发现并给予治疗，可明显改善预后。加拿大的研究发现，将PKU和其他14种IEM进行新生儿筛查可以取得最大的成本效益，患者每生命年可以减少7万加元的经济费用[8]。扩大新生儿筛查已被证实能够减少因病致残所造成的医疗投入，而早期诊断早期治疗能够减少患者及其家庭的心理负担，更难以用金钱来衡量。但从卫生经济学角度而言，大范围增加新生儿筛查病种可能会导致资源浪费。为降低出生缺陷的发生，同时最大限度地节省资源，宜在扩大新生儿筛查覆盖范围的基础上，结合我国实际情况进行新生儿筛查病种的遴选[9]。将部分危害严重，发病率相对较高，治疗预后较好的IEM纳入新生儿筛查的范畴，逐步形成全国统一的必须筛查或地区可选筛查的疾病种类。
2．新生儿筛查技术水平须进一步提高：
串联质谱技术是新生儿筛查历史上的里程碑，仅需2~3 min就可以对包括氨基酸、有机酸和脂肪酸代谢异常在内的约30余种疾病进行高通量筛查。串联质谱技术大大扩展了新生儿筛查的病种，提高了筛查效率，但也带来了许多新的问题。（1）对实验室人员要求较高，可能增加其推广的难度。（2）串联质谱结果数据信息量大，其结果分析不仅要求具备丰富的IEM诊断经验，还要掌握一定的生化代谢知识。且要考虑到实验结果可能会受到多种因素的影响，如中长链酰基肉碱表达水平升高可能与抗生素使用有关；游离肉碱会受新生儿母亲素食的影响；不同出生体重、胎龄及日龄新生儿的各指标阈值均需进一步细化[10,11]。但目前已有研究开发出一种新的通过多变量模式识别软件计算的方法，用来处理原始的新生儿筛查数据，从而可以排除不同阈值的影响，这种方法的假阳性低于0.1%，阳性预测值高于60%[12]。（3）疾病检测窗口期，如戊二酸血症Ⅰ型、酪氨酸血症，以及一些脂肪酸氧化障碍疾病在新生儿筛查时还未产生异常代谢产物。（4）有些疾病目前尚无法通过串联质谱技术进行筛查，如糖原代谢异常、先天性糖基化异常、嘌呤和嘧啶代谢异常以及部分溶酶体贮积病等。（5）高通量测序技术可能产生伪影及覆盖不全等[13]。任何一项检验都有假阳性的风险。有研究显示，覆盖20种IEM的扩大新生儿筛查的敏感性和特异性分别高达99%和99.995%，但是假阳性率达0.07%~3.3%，阳性预测值为8%~18%[14]。2004年以来，上海、浙江、广州和广西等地区的新生儿筛查中心开始在家长自愿的原则下应用串联质谱技术进行新生儿筛查。一项前瞻性研究发现，在371 942例新生儿中有98例IEM患者，活产婴儿群体估计发病率为1/3 795，串联质谱技术的灵敏性达98.9%，特异性达99.83%。其中最常见的IEM是高苯丙氨酸血症，其次是甲基丙二酸血症[15]。
除了不断改进技术外，对现有的新生儿筛查实验室加强质量控制也是新生儿筛查工作的重点。1998年我国卫生部临床检验中心正式在全国范围内开展新生儿筛查实验室（苯丙氨酸和促甲状腺激素检测）的室间质量评价工作。将全国参加室间质量评价的实验室所上报的结果（2003年至2012年）进行回顾性总结分析发现，用细菌抑制法筛查PKU的实验室已由2004年的35.4%下降到2012年的4.6%；而用荧光分析法进行筛查的实验室比例不断增加，已成为测定苯丙氨酸的主要方法。CH常用的筛查方法分别是时间分辨荧光免疫分析法、酶联免疫吸附法和酶免疫荧光分析法。而由于时间分辨荧光免疫分析法具有灵敏性高、重复性好、无放射性和动态测量范围宽等特点，目前已成为检测促甲状腺激素的首选方法[16]。
3．新生儿筛查的综合管理亟待加强：
一项关于我国30年（1981年至2011年）新生儿筛查的调查指出，在这30年间，共筛查PKU 35 795 550例，筛查出PKU 3 082例，在活产儿中发病率为1/11 614；筛查CH 35 715 988例，筛查出17 556例，在活产儿中发病率为1/2 034[17]。尽管一共筛查出3 082例PKU，但无法甄别哪些患儿需要接受治疗，亦无法进一步区分经典型PKU、轻度高苯丙氨酸血症和四氢生物蝶呤代谢缺陷型。而对于新生儿筛查发现的CH病例，近1/3患儿在3岁以前甲状腺功能会恢复正常可以停止治疗，但由于随访机制不健全，无法进一步统计相关数据。新生儿筛查并不仅仅是一种检测，而是一项系统的公共医疗服务，如何将新生儿筛查与IEM患者的管理有机地进行整合，建立一个包括教育、筛查、召回、确诊、治疗、随访、遗传咨询一体的综合性体系是我们的目标。根据筛查结果进一步确诊，需要进行生化检查、酶学检查和基因学检查。近年来发展迅速的染色体基因组芯片以及第二代测序技术对于IEM诊断具有重要意义。目前，IEM中有一部分属于可治、可防的疾病，但并不是所有筛查出来的患者都可以得到适当的治疗。有些IEM的治疗需要使用特殊的药物和配方粉。2013年有报道指出，尽管诊断PKU已有50余年历史，但因为患者本人以及社会和经济因素，多达70%的患者并没有得到适当的治疗[18]。饮食干预是很多IEM最主要的治疗，且需要维持终身。美国将2001年至2010年IEM患者营养干预（包括饮食和药物）的费用进行相关统计，发现婴儿、学龄期儿童（9~13岁）、青春晚期患者、男性成年患者或孕妇患者每年的费用分别为2 254、12 564、21 700和24 662美元[19]。在美国，这些费用大部分都有医疗保健或特殊机构支付，而对于我国IEM患者而言，尤其是经济落后地区，这无疑是一笔巨大的经济负担。IEM的治疗还包括器官、细胞移植，而我国在这方面开展的工作更为落后，导致IEM成为一种"不治之症"，更影响新生儿筛查的依从性。此外，目前我国也没有大范围的实行患者注册管理，导致随访工作困难重重。同时，遗传咨询工作大多是由产科或儿科医生来完成，缺乏专业的遗传咨询人员，其规范性和专业性都有所欠缺。
三、展望
随着新生儿筛查的发展，IEM的研究在世界范围内得到广泛关注。串联质谱技术的应用已经拓展到一些新的IEM，包括溶酶体病、X–连锁肾上腺脑白质营养不良、先天性糖基化疾病、肌酐生物合成障碍和先天性肾上腺皮质增生症等。新技术的发展有助于提高筛查效能并降低成本。综合运用多种技术如高效液相色谱、高分辨气相色谱技术等，可以在更短的时间内诊断IEM。而毛细管电泳优于电喷射离子化，可以直接进行代谢产物的分析。尽管串联质谱技术分析数据仅需要几分钟，但标本的预处理需要额外的时间并限制了效率。近来发展的大气压力质谱技术提供了更多选择，且可以减少标本处理时间。而纸喷雾质谱可用来定量分析，几乎消除了所有通常所需的样品制备步骤，可以实现标本随到随测。一种新的自动进样仪可以使干血滤纸片的预处理不需人工干预而进行流水线工作，可极大程度地提高筛查效率。还有新研发的将数字化微流控技术与纳米级电喷射离子化串联质谱相结合的技术，使在芯片上提取、衍生、分析代谢物成为可能。另外，基因检测技术具有更好的阳性预测值，分子技术的发展使基因组检测成为可能。可以想象，全基因组测序在将来会成为一种常规新生儿筛查手段，药物基因组学也将使个体化药物治疗成为可能。
科学技术的不断进步能够推动新生儿筛查不断发展，最为关键的仍然是全社会的广泛关注和重视，进一步从扩大筛查覆盖率和筛查病种、加强质量控制和改善医疗保障等方面来更好地执行，制订更符合我国国情的新生儿筛查项目。此外，只有政府职能部门、医疗机构、健康组织和社会团体等多方面共同努力，才能够使新生儿筛查工作不断完善，切实实现IEM的三级预防。这个综合体系中的各个环节是环环相扣、互相推动、共同发展的。前路漫漫，任重而道远。
参考文献
[1]PampolsT. Inherited metabolic rare disease[J]. Adv Exp Med Biol, 2010, 686:397–431.
[2]LeonardJV, MorrisAA. Inborn errors of metabolism around time of birth[J]. Lancet, 2000, 356(9229): 583–587.
[3]CaoY, YuanP, WangYP, et al. The profile of newborn screening coverage in China[J]. J Med Screen, 2009, 16(4):163–166.
[4]MakCM, LeeHC, ChanAY,et al. Inborn errors of metabolism and expanded newborn screening: review and update[J]. Crit Rev Clin Lab Sci, 2013, 50(6):142–162.
[5]赵正言. 新生儿遗传代谢病筛查进展[J]. 中国实用儿科杂志, 2014, 29(8): 586–589.
[6]ZhengS, SongM, WuL, et al. China: public health genomics[J]. Public Health Genomics, 2010, 13(5): 269–275.
[7]WilckenB, HaasM, JoyP, et al. Expanded newborn screening: outcome in screened and unscreened patients at age 6 years[J]. Pediatrics, 2009, 124(2):e241–248.
[8]CiprianoLE, RuparCA, ZaricGS. The cost–effectiveness of expanding newborn screening for up to 21 inherited metabolic disorders using tandem mass spectrometry: results from a decision–analytic model[J]. Value Health, 2007, 10(2):83–97.
[9]罗小平,梁雁. 我国儿童遗传代谢病诊疗现状与思考[J]. 中国实用儿科杂志, 2014, 29(8): 561–564.
[10]MandourI, El GayarD, AminM, et al. Amino acid and acylcarnitine profiles in premature neonates: a pilot study[J]. Indian J Pediatr, 2013, 80(9):736–744.
[11]McHughD, CameronCA, AbdenurJE, et al. Clinical validation of cutoff target ranges in newborn screening of metabolic disorders by tandem mass spectrometry: a worldwide collaborative project[J]. Genet Med, 2011, 13(3): 230–254.
[12]MarquardtG, CurrierR, McHughDM, et al. Enhanced interpretation of newborn screening results without analyte cutoff values[J]. Genet Med, 2012, 14(7):648–655.
[13]SolomonBD, Pineda–AlvarezDE, BearKA, et al. Applying genomic analysis to newborn screening[J]. Mol Syndromol, 2012, 3(2):59–67.
[14]TuWJ, HeJ, ChenH, et al. Psychological effects of false–positive results in expanded newborn screening in China[J]. PLoS One, 2012, 7(4):e36235.
[15]GuX, WangZ, YeJ, et al. Newborn screening in China: phenylketonuria, congenital hypothyroidism and expanded screening[J]. Ann Acad Med Singapore, 2008, 37(12Suppl):107–110.
[16]王薇,钟堃,何法霖,等. 2003–2012年全国新生儿遗传代谢病筛查室间质量评价结果分析[J]. 中国儿童保健杂志, 2013, 21(4): 345–347, 354.
[17]ShiXT, CaiJ, WangYY, et al. Newborn screening for inborn errors of metabolism in mainland china: 30 years of experience[J]. JIMD Rep, 2012, 6:79–83.
[18]BerrySA, BrownC, GrantM, et al. Newborn screening 50 years later: access issues faced by adults with PKU[J]. Genet Med, 2013, 15(8):591–599.
[19]CampKM, Lloyd–PuryearMA, YaoL, et al. Expanding research to provide an evidence base for nutritional interventions for the management of inborn errors of metabolism[J]. Mol Genet metab, 2013, 109(4):319–328.
